ES2376842T3 - Rotor de soplante para una turbomáquina - Google Patents

Abstract

Rotor de soplante para una turbomáquina, que comprende un disco (14) que lleva álabes (12') cuyos pies (18') están insertados en ranuras (20) sensiblemente axiales de la periferia externa del disco, y calas (22') que están interpuestas, cada una, entre el fondo de una ranura del disco y un pie de álabe correspondiente, estando destinada la extremidad aguas arriba de cada cala a aplicarse sobre una placa lateral de retención (28) solidaria del disco, y que comprende un talón (24') que se extiende radialmente hacia el exterior y destinado a retener la extremidad aguas arriba del pie de álabe, comprendiendo el talón de cada cala una cara aguas abajo (50') de tope sobre la cual se apoya la extremidad aguas arriba del pie de álabe en caso de esfuerzo violento, caracterizado porque esta cara aguas abajo de tope es oblicua con respecto al eje (A) de rotación del rotor.

Description

Rotor de soplante para una turbomaquina

La presente solicitud se refiere a un rotor de soplante para una turbomaquina tal como un turborreactor o un turbopropulsor de avi6n.

Una soplante de turbomaquina comprende un disco que lleva en su periferia externa alabes cuyos pies estan insertados en ranuras sensiblemente axiales de la periferia externa del disco. Los alabes son mantenidos radialmente en el disco por cooperaci6n de formas de sus pies con las ranuras del disco, siendo los pies de alabe por ejemplo del tipo de cola de milano.

Entre el pie de cada alabe y el fondo de la ranura correspondiente del disco esta interpuesta una cala para inmovilizar radialmente al alabe en el interior de la ranura y comprende en su extremidad aguas arriba un tal6n que se extiende radialmente hacia el exterior y que presenta una cara radial aguas abajo que forma un apoyo axial de una cara radial aguas arriba del pie del alabe para retener el alabe axialmente hacia aguas arriba. Las calas aseguran una misma posici6n axial de los alabes en el disco para evitar la creaci6n de un desequilibrio dinamico y son susceptibles de apoyarse axialmente sobre una placa lateral anular fijada a la extremidad aguas arriba del disco.

En el caso felizmente poco frecuente de la perdida o de la rotura de un alabe de soplante, este alabe es proyectado sobre un alabe adyacente que entonces es sometido a un esfuerzo axial hacia aguas arriba muy violento, siendo transmitido este esfuerzo a la placa lateral aguas arriba por la cala correspondiente. Esta cala esta en apoyo axial sobre la placa lateral que esta concebida para deformarse elasticamente con el fin de amortiguar una parte de este esfuerzo y asi evitar la perdida de los otros alabes de soplante. Medios de retenci6n axial de los alabes hacia aguas arriba estan ademas montados en el disco, aguas abajo de los alabes, para absorber una parte de este esfuerzo axial cuando la deformaci6n de la placa lateral llega a un cierto umbral.

En la tecnica actual, descrita por ejemplo en el documento EP 1114916 A1, el tal6n de cada cala esta concebido para transmitir todo el esfuerzo axial antes citado a la placa lateral aguas arriba y es sometido a fuerzas de cizalladura importantes en direcci6n axial durante la transmisi6n de este esfuerzo. Asi pues, es necesario sobredimensionar el tal6n en direcci6n axial para que este pueda resistir estas fuerzas, lo que se traduce en un volumen axial importante de cada tal6n, y en un aumento de la masa del rotor de la soplante.

Para compensar el sobredimensionamiento en direcci6n axial del tal6n de una cala, es posible recortar otro tanto la extremidad aguas arriba del pie de alabe correspondiente. Sin embargo, esta soluci6n no es satisfactoria porque en este caso el pie de alabe tiene una dimensi6n axial mas corta que la ranura del disco y ejerce fuerzas de contacto importantes en las paredes laterales de la ranura que pueden provocar un desgaste prematuro de estas.

La invenci6n tiene especialmente por objetivo aportar una soluci6n simple, eficaz y econ6mica al problema antes citado de la tecnica anterior, gracias a medios de retenci6n axial de los alabes de soplante que sean mas eficaces, menos voluminosos y mas ligeros que los de la tecnica anterior.

A tal efecto, esta propone un rotor de soplante para una turbomaquina, que comprende un disco que lleva alabes cuyos pies estan insertados en ranuras sensiblemente axiales de la periferia externa del disco, y calas que estan interpuestas, cada una, entre el fondo de una ranura del disco y un pie de alabe correspondiente, estando destinada la extremidad aguas arriba de cada cala a aplicarse sobre una placa lateral de retenci6n solidaria del disco, y que comprende un tal6n que se extiende radialmente hacia el exterior y destinado a retener la extremidad aguas arriba del pie de alabe, caracterizado porque el tal6n de cada cala comprende una cara aguas abajo de tope sobre la cual se apoya la extremidad aguas arriba del pie de alabe en caso de esfuerzo violento, siendo esta cara aguas abajo de tope oblicua con respecto al eje de rotaci6n del rotor.

En caso de perdida o de rotura de un alabe de soplante, el alabe adyacente al alabe perdido o roto es empujado violentamente hacia aguas arriba y se apoya por la extremidad aguas arriba de su pie sobre el tal6n de la cala que es desplazada hacia aguas arriba hasta llegar a tope con la placa lateral. Para continuar avanzando, el alabe deberia ascender por el tal6n de la cala deslizando sobre la cara oblicua de esta. Sin embargo, el alabe esta ya en apoyo por su pie sobre las paredes de la ranura del disco y este no puede desplazarse radialmente hacia el exterior. La cara oblicua del tal6n de la cala crea asi un efecto de cura, lo que cargara el apoyo ya existente entre el pie de alabe y las paredes laterales de la ranura del disco. Esta carga suplementaria permite absorber, por rozamiento entre el pie de alabe y las paredes de la ranura del disco, una parte del esfuerzo axial ejercido sobre el alabe. El resto del esfuerzo axial es transmitido por la cala y la placa lateral aguas arriba al disco del rotor.

Asi pues, la invenci6n permite reducir las fuerzas de cizalladura aplicadas al tal6n de la cala en caso de perdida de un alabe de soplante. Esto permite reducir la dimensi6nn axial y por tanto el volumen del tal6n de cada cala, lo que se traduce en un aligeramiento de las calas y del conjunto del rotor de la soplante. En un caso particular, se ha constatado por ejemplo una ganancia en masa de 600 g - 700 g en un m6dulo de soplante completo, o sea un poco menos del 1% de la masa de este m6dulo.

Como en la tecnica anterior, la cala sobre la cual empuja el alabe sometido al esfuerzo axial antes citado se apoya sobre la placa lateral que se deforma para amortiguar este esfuerzo axial. El hecho de disminuir el esfuerzo axial ejercido sobre la cala y por tanto sobre la placa lateral permite a la placa lateral amortiguar la casi totalidad de este esfuerzo, y considerar la supresi6n de los medios de retenci6n axial de los alabes montados en el disco, aguas abajo de los alabes.

La cara aguas abajo de tope del tal6n puede formar un angulo α comprendido entre 10° y 80°, y por ejemplo entre 20° y 70° aproximadamente, con el eje del rotor. En un caso particular, se ha constatado que el esfuerzo axial transmitido al tal6n de la cala representa solamente el 75% de la carga inicial cuando α es igual a 60°, y el 50% de esta carga cuando α es igual a 45°.

De acuerdo con otra caracteristica de la invenci6n, la cara aguas abajo de tope del tal6n esta situada enfrente de una cara aguas arriba del pie de alabe que se extiende igualmente de manera oblicua con respecto al eje de rotaci6n del rotor y que es sensiblemente paralela a la cara aguas abajo oblicua del tal6n. La cara oblicua del pie de alabe esta destinada aplicarse sobre la cara oblicua del tal6n de la cala.

En el estado sin tensi6n, las caras oblicuas enfrentadas del tal6n y del pie de alabe estan ventajosamente inclinadas una con respecto a la otra un angulo inferior a 10°, y por ejemplo comprendido aproximadamente entre 2° y 5°, teniendo tendencia este angulo a anularse por deformaci6n elastica del tal6n en caso de esfuerzo violento sobre el alabe. En este estado, las caras oblicuas enfrentadas del tal6n y del pie de alabe estan ademas preferiblemente espaciadas una de la otra. En funcionamiento normal de la soplante, las caras oblicuas del pie de alabe y de la cala estan asi separadas por una holgura pequera. Durante la perdida o la rotura de un alabe de soplante, esta holgura esta destinada a desaparecer y las caras oblicuas antes citadas estan destinadas a apoyarse una sobre la otra. Durante el apoyo del pie de alabe sobre el tal6n de la cala, este tal6n esta destinado a deformarse de modo que su cara oblicua se haga paralela a la cara oblicua correspondiente del pie de alabe, que entonces se aplica sobre toda la superficie de la cara oblicua del tal6n.

El tal6n comprende en su extremidad radialmente externa una cara radial aguas abajo de posicionamiento axial de la extremidad aguas arriba del pie de alabe en el estado sin tensi6n. En funcionamiento normal, el pie de alabe esta por tanto en apoyo axial sobre la extremidad radialmente externa del tal6n y las caras oblicuas del tal6n y del pie de alabe son mantenidas especiadas una de la otra por este apoyo. Durante la perdida de un alabe, el pie de alabe ejerce un empuje axial sobre la extremidad del tal6n que se deforma hasta que las caras oblicuas enfrentadas del tal6n y del pie de alabe entren en apoyo una sobre la otra.

La cara radial aguas abajo del tal6n esta preferentemente unida a la cara oblicua de este tal6n por una garganta transversal destinada a facilitar una deformaci6n elastica del tal6n durante la rotura o la perdida de un alabe. La garganta puede tener en secci6n una forma redondeada c6ncava. Esta garganta transversal puede ademas formar una zona de debilidad del tal6n destinada a fragilizar la parte radialmente externa del tal6n que entonces puede separarse del resto del tal6n cuando el esfuerzo axial transmitido por el alabe llega a un cierto umbral.

La cara oblicua del tal6n y/o la cara oblicua del pie de alabe pueden ser lisas. En variante, en la cara oblicua del tal6n y/o la cara oblicua del pie de alabe se forman ranuras o dentados que estan destinados a absorber una energia suplementaria por rozamiento y por aplastamiento cuando estascaras oblicuas se apoyan una contra la otra.

La invenci6n se refiere igualmente a una turbomaquina, tal como un turborreactor o un turbopropulsor de avi6n, caracterizada porque comprende un rotor de soplante tal como el descrito anteriormente.

La invenci6n se refiere finalmente a una cala de pie de alabe para un rotor de soplante del tipo antes citado, caracterizada porque comprende en una extremidad un tal6n que comprende dos caras de apoyo del pie de alabe, formadas por una primera cara radial de posicionamiento del pie de alabe y por una segunda cara oblicua de retenci6n del pie de alabe. Estas dos caras estan unidas entre si por una garganta transversal que tiene en secci6n una forma redondeada c6ncava.

La invenci6n se comprendera mejor y otros detalles, caracteristicas y ventajas de la presente invenci6n se pondran de manifiesto de modo mas claro con la lectura de la descripci6n que sigue hecha a titulo de ejemplo no limitativo y refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:

la figura 1 es una semivista esquematica parcial en corte axial de un rotor de soplante de una turbomaquina de acuerdo con la tecnica anterior,

la figura 2 es una semivista esquematica parcial en corte axial de un rotor de soplante de una turbomaquina de acuerdo con la presente invenci6n,

la figura 3 es una vista a escala mayor de una parte de la figura 2.

Se hara referencia en primer lugar a la figura 1 que representa un rotor de soplante 10 de una turbomaquina de acuerdo con la tecnica anterior a la presente invenci6n.

El rotor de soplante 10 comprende alabes 12 llevados por un disco 14 y entre los cuales estan intercaladas plataformas interalabes 16, estando el disco 14 fijado a la extremidad aguas arriba de un arbol no representado de la turbomaquina.

Cada alabe de soplante 12 comprende una pala empalmada en su extremidad radialmente interna a un pie 18 que esta insertado en una ranura 20 sensiblemente axial de forma complementaria del disco 14 que permite retener radialmente este alabe en el disco.

Las plataformas interalabes 16 forman una pared que delimita interiormente la vena del flujo de aire 21 que entra en la turbomaquina, y comprenden medios que cooperan con medios correspondientes previstos en el disco 14, entre las ranuras 20, para fijar las plataformas al disco.

Entre el pie 18 de cada alabe y el fondo de la ranura 20 correspondiente del disco esta interpuesta una cala 22 para inmovilizar radialmente el alabe en la ranura. Cada cala 22 esta formada por una barra alargada que lleva en su extremidad aguas arriba un tal6n 24 que se extiende radialmente hacia el exterior.

El tal6n 24 comprende una cara radial 26 que, en posici6n de montaje representada en la figura 1, queda en apoyo axial sobre una cara radial de la extremidad aguas arriba del pie de alabe 18 para retener el alabe axialmente hacia aguas arriba en el disco 14 y para definir una posici6n axial precisa de este alabe en el disco.

Una placa lateral anular 28 esta fijada coaxialmente a la extremidad aguas arriba del disco 14, extendiendose la periferia externa de esta placa lateral 28 aguas arriba de los talones de las calas 22, a una pequera distancia axial de estos. La placa lateral 28 queda retenida en el disco 14 por dientes de garra 29 que engranan en dientes de garra 31 del disco, comprendiendo ademas la placa lateral 28 en su periferia interna una brida anular 30 que esta intercalada entre una brida anular aguas arriba 32 del disco 14 y una brida anular interna 34 de una cubierta 36 dispuesta aguas arriba del disco 14 y de los alabes 10. Las bridas 30, 32 y 34 comprenden orificios axiales de paso de tornillos 37 o analogos para el apriete de las bridas entre si.

La cubierta 36 tiene una forma sensiblemente troncoc6nica y se van ensanchando hacia aguas abajo, extendiendose la pared definida por las plataformas interalabes 16 en la prolongaci6n axial de esta cubierta. Esta cubierta 36 comprende perforaciones radiales 38 para el montaje de masas de equilibrado 40.

Durante la perdida de un alabe de soplante 12, este alabe es proyectado sobre un alabe de soplante adyacente que entonces es sometido a un esfuerzo axial hacia aguas arriba muy violento, siendo transmitido este esfuerzo a la placa lateral aguas arriba 28 por la cala 22 asociada a este alabe. El pie 18 del alabe sometido a este esfuerzo axial se apoya en primer lugar axialmente sobre la cara 26 del tal6n 24 de la cala �vease la flecha ��, apoyandose a su vez el tal6n 24 axialmente sobre la placa lateral 28, que se deforma elasticamente con el fin de amortiguar una parte del esfuerzo axial antes citado. Aguas abajo del disco, estan ademas montados medios de retenci6n axial de los alabes 12 en el disco.

Durante la transmisi6n del esfuerzo axial antes citado, el tal6n 24 de la cala es sometido a fuerzas de cizalladura importantes en un plano representado esquematicamente por los trazos en lineas de puntos 42. Para resistir a estas fuerzas de cizalladura, el tal6n 24 esta sobredimensionado en direcci6n axial, lo que implica inconvenientes en terminos de volumen y de masa.

La invenci6n permite poner remedio a estos inconvenientes gracias a una cara oblicua prevista en el tal6n y sobre la cual el pie de alabe esta destinado a apoyarse, creando esta cara oblicua un efecto de cura que aumentara las fuerzas de rozamiento y de apoyo del pie de alabe sobre las paredes laterales de la ranura del disco y asi absorber una parte del choque resultante de la perdida o de la rotura de un alabe de soplante.

En el modo de realizaci6n de las figuras 2 y 3, el disco 14, la placa lateral 28 y la cubierta 36 son identicos a los dela figura 1.

El alabe 12� difiere del alabe de la figura 1 en que su pie 18 comprende en su extremidad aguas arriba una cara 44� de apoyo sobre el tal6n 24� de la cala 22�, extendiendose esta cara 44� de manera oblicua con respecto al eje A de la soplante, como se vera mas en detalle en lo que sigue. Esta cara oblicua 44� esta formada en la extremidad radialmente interna del pie de alabe y une la cara radial aguas arriba 46� de este pie a su cara longitudinal 48� radialmente interna.

La cara radial aguas arriba 46� del pie de alabe 18�, en posici6n de montaje y en el estado sin tensi6n representado en los dibujos, queda en apoyo axial sobre una cara radial aguas abajo 26� prevista en una parte terminal radialmente externa del tal6n 24�, y asegura un posicionamiento axial preciso del pie de alabe en el disco 14.

El tal6n 24� comprende, ademas, radialmente al interior de la cara radial 46�, una cara 50� situada enfrente de la cara 44� del pie de alabe y destinada a cooperar por apoyo con esta cara 44� en caso de perdida o de rotura de un alabe de soplante 12�. Esta cara 50� se extiende de manera oblicua con respecto al eje longitudinal A de la soplante y es sensiblemente paralela a la cara oblicua 44� del pie de alabe.

El angulo α formado entre la cara oblicua 50� del tal6n y el eje de la soplante esta comprendido entre 10° y 80°, y preferentemente entre 20° y 70°. �ste es de aproximadamente 40°50° en el ejemplo representado.

En el estado sin tensi6n representado en los dibujos, las caras oblicuas 44�, 50� del pie de alabe y del tal6n forman entre si un angulo β inferior a 10°, y preferentemente comprendido aproximadamente entre 2° y 5°. Las caras 44�, 50� 5 divergen una de la otra hacia aguas abajo.

En la cara oblicua 50� del tal6n pueden estar formados dentados o ranuras 52� o irregularidades de superficie, como se explicara en lo que sigue.

La cara oblicua 50� del tal6n esta unida a la cara radial 26� de este tal6n por una garganta transversal 54�. Esta garganta transversal tiene en secci6n una forma redondeada c6ncava en el ejemplo representado.

10 Esta garganta 54� facilita una deformaci6n elastica del tal6n 24� hacia aguas arriba durante el apoyo axial del pie de alabe sobre la cara radial 26� del tal6n, por flexi6n del tal6n a nivel de la garganta 54�. Por otra parte, la garganta 54� forma medios de debilitamiento y de fragilizaci6n del tal6n 24� de modo que la parte radialmente externa del tal6n pueda romperse cuando el esfuerzo axial transmitido por la cala llegue a un cierto umbral. Los trazos en lineas de puntos 56� representan esquematicamente el plano de rotura de la parte radialmente externa del tal6n 24�.

15 Cuando se produce la perdida de un alabe de soplante, el alabe adyacente 12� es empujado axialmente hacia aguas arriba y aplica un esfuerzo axial importante sobre la extremidad radialmente externa del tal6n 24� que se deforma elasticamente hasta un cierto umbral y permite al pie de alabe 18� apoyarse por su cara oblicua 44� sobre la cara oblicua 50� del tal6n hasta que las dos caras oblicuas 44� y 50� queden paralelas entre si y aplicadas una sobre la otra en toda su extensi6n. Una parte del choque al cual es sometido el alabe 12 �vease la flecha �� es absorbida por

20 el apoyo y el rozamiento del pie de alabe sobre las paredes laterales de la ranura 20 del disco �vease la flecha ff�. El resto del esfuerzo axial es transmitido por el tal6n 24� de la cala a la placa lateral 28 que a su vez le transmite al disco 14 por los dientes de garra 29 y 31, siendo sometido el tal6n 24� a fuerzas de cizalladura �vease la flecha fc� que son menos importantes que las de la figura 1. Las ranuras 52� o irregularidades de superficie permiten absorber una parte suplementaria de la energia del choque por rozamiento y aplastamiento durante el apoyo de la cara obli

25 cua 44� del pie de alabe sobre la cara oblicua 50� de la cala.

La invenci6n permite aligerar los talones 24� de las calas con respecto a la tecnica anterior porque las fuerzas de cizalladura a las cuales son sometidos en caso de perdida de alabe son mucho menos importantes que en la tecnica anterior. �sta permite, ademas, suprimir los medios de retenci6n axial montados aguas abajo de los alabes y por tanto reducir de manera significativa la masa de la soplante.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Rotor de soplante para una turbomaquina, que comprende un disco �14� que lleva alabes �12�� cuyos pies �18�� estan insertados en ranuras �20� sensiblemente axiales de la periferia externa del disco, y calas �22�� que estan interpuestas, cada una, entre el fondo de una ranura del disco y un pie de alabe correspondiente, estando destinada la extremidad aguas arriba de cada cala a aplicarse sobre una placa lateral de retenci6n �28� solidaria del disco, y que comprende un tal6n �24�� que se extiende radialmente hacia el exterior y destinado a retener la extremidad aguas arriba del pie de alabe, comprendiendo el tal6n de cada cala una cara aguas abajo �50�� de tope sobre la cual se apoya la extremidad aguas arriba del pie de alabe en caso de esfuerzo violento, caracterizado porque esta cara aguas abajo de tope es oblicua con respecto al eje �A� de rotaci6n del rotor.

2. 2.

   Rotor de acuerdo con la reivindicaci6n 1, caracterizado porque la cara aguas abajo de tope �50�� del tal6n �24�� forma un angulo �α� comprendido entre 10° y 80°, y por ejemplo aproximadamente entre 20° y 70°, con el eje �A� del rotor.

3. 3.

   Rotor de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la cara aguas abajo de tope �50�� del tal6n �24�� esta situada enfrente de una cara aguas arriba �44�� del pie de alabe �18�� que se extiende igualmente de manera oblicua con respecto al eje �A� de rotaci6n del rotor y que es sensiblemente paralela a la cara aguas abajo oblicua del tal6n,

4. 4.

   Rotor de acuerdo con la reivindicaci6n 3, caracterizado porque, en el estado sin tensi6n, las caras oblicuas �44�, 50�� enfrentadas del tal6n �24�� y del pie de alabe �18�� estan inclinadas una con respecto a la otra un angulo β inferior a 10°, y por ejemplo comprendido aproximadamente entre 2° y 5°, teniendo tendencia este angulo a anularse por deformaci6n elastica del tal6n en caso de esfuerzo violento sobre el alabe.

5. 5.

   Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tal6n �24�� comprende en su extremidad radialmente externa una cara radial aguas abajo �26�� de posicionamiento axial de la extremidad aguas arriba del pie de alabe �18��.

6. 6.

   Rotor de acuerdo con la reivindicaci6n 5, caracterizado porque, en el estado sin tensi6n, las caras oblicuas �44�, 50�� enfrentadas del tal6n �24�� y del pie de alabe �18�� quedan mantenidas espaciadas una de la otra por el apoyo del pie de alabe sobre la cara radial aguas abajo �26�� del tal6n.

7. 7.

   Rotor de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque la cara radial aguas abajo �26�� del tal6n �24�� esta unida a la cara oblicua �50�� de este tal6n por una garganta transversal �54�� destinada a facilitar una deformaci6n elastica hacia aguas arriba de la parte radialmente externa del tal6n.

8. 8.

   Rotor de acuerdo con la reivindicaci6n 7, caracterizado porque la garganta �54�� tiene en secci6n una forma redondeada c6ncava.

9. 9.

   Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cara oblicua �50�� del tal6n �24�� es lisa.

10. 10.

    Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en la cara oblicua �50�� del tal6n �24�� estan formadas ranuras �52��.

11. 11.

    Turbomaquina, tal como un turborreactor o un turbopropulsor de avi6n, caracterizada porque comprende un rotor de soplante �10� de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. 12.

    Cala de pie de alabe para un rotor de soplante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque comprende en una extremidad aguas arriba un tal6n �24�� que comprende dos caras aguas abajo de apoyo del pie de alabe, formadas por una primera cara radial �26�� de apoyo y de posicionamiento del pie de alabe y por una segunda cara oblicua �50�� de apoyo y de retenci6n del pie de alabe.

13. 13.

    Cala de acuerdo con la reivindicaci6n 12, caracterizada porque las caras radial y oblicua �26�, 50�� estan unidas entre si por una garganta transversal �54�� que tiene en secci6n una forma redondeada c6ncava.