ES2579065T3

ES2579065T3 - Álabe de turbina con anillo de refuerzo y diente de corte

Info

Publication number: ES2579065T3
Application number: ES12198862.0T
Authority: ES
Inventors: Alexander Böck; Stephen Royston Williams; Manfred Feldmann
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: EP2746537B1; US20140178201A1; EP2746537A1; US10221697B2

Abstract

Álabe (100) de turbina con un perfil (1) de álabe, en donde el álabe (100) de turbina presenta en su zona externa radial al menos un anillo de refuerzo (200) o al menos un segmento de un anillo de refuerzo, así como al menos un diente de corte (300) para el al menos un engrane único en al menos un recubrimiento de entrada de una carcasa de turbina durante el uso del álabe (100) de turbina, y en donde el diente de corte (300) está unido con el anillo de refuerzo (200) o el segmento del anillo de refuerzo, caracterizado por que el diente de corte es un segmento del perfil (1) del álabe.

Description

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DESCRIPCION

Alabe de turbina con anillo de refuerzo y diente de corte

La presente invencion se refiere a un alabe de una turbina de gas, en particular un alabe de una turbina con un perfil de alabe, un anillo de refuerzo o un segmento de un anillo de refuerzo y un diente de corte conforme a la reivindicacion 1.

A partir de la practica se conocen alabes de turbina con perfiles de alabe que presentan anillos de refuerzo con labios de estanqueidad. Estos han de impedir que el medio que fluye a traves de las turbinas fluya junto al borde externo radial del alabe de las turbinas, lo cual reduce el grado de eficacia de la turbina.

A partir del documento US 2008/075600 A1 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la produccion de mecanismos de accionamiento de turbinas.

A partir del documento JP 8 303204 A se conoce una junta de alabe movil para turbinas de gas.

A partir del documento WO 2010/034614 A1 se conoce una serie de alabes para una seccion final de una turbina de gas.

Una mision de la presente invencion es proponer un alabe de turbina adicional con un perfil de alabe, un anillo de refuerzo o un segmento de un anillo de refuerzo.

El problema de acuerdo con la invencion puede resolverse mediante un alabe de turbina con las caractensticas de la reivindicacion 1.

Por consiguiente, conforme a la invencion, se propone un alabe de turbina con un perfil de alabe que presenta un anillo de refuerzo o un segmento de un anillo de refuerzo junto a o en la zona externa radial. Ademas, el alabe de turbina presenta en esta zona externa radial al menos un diente de corte que esta previsto para el al menos un engrane unico en al menos un recubrimiento de entrada de una carcasa de turbina durante el uso del alabe de turbina. El diente de corte es un segmento del perfil del alabe. El diente de corte puede hacer una incision en un revestimiento interno de la carcasa en una primera puesta en marcha, una primera rotacion o en el arranque del mecanismo de accionamiento y, con ello, crear una rendija como rendija de estanqueidad entre el alabe de la turbina y la carcasa de la turbina. El diente de corte esta unido con el anillo de refuerzo o el segmento del anillo de refuerzo.

En todas las realizaciones precedentes y subsiguientes, el uso de la expresion “puede ser” o bien “puede tener”, etc., ha de entenderse de manera sinonima a “es preferiblemente” o bien “tiene preferiblemente”, etc., y ha de explicar formas de realizacion de acuerdo con la invencion.

Perfeccionamientos ventajosos de la presente invencion son en cada caso objeto de reivindicaciones subordinadas y formas de realizacion.

Formas de realizacion de acuerdo con la invencion pueden presentar una o varias de las caractensticas mencionadas en lo que sigue.

En determinadas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte esta unido, ademas, con un labio de estanqueidad del anillo de refuerzo o del segmento del anillo de refuerzo. Un labio de estanqueidad puede ser un borde o un nervio del anillo de refuerzo.

En algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte esta configurado para generar o preparar una empaquetadura labermtica entre el alabe de la turbina y una carcasa que rodea al alabe de la turbina, la carcasa de la turbina. La empaquetadura labermtica puede estar configurada como empaquetadura de frotamiento.

En determinadas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte esta previsto para, en el caso de una primera rotacion o durante el arranque de un mecanismo de accionamiento, hacer una incision en una parte, que puede designarse como recubrimiento de entrada, de un revestimiento interno de la carcasa de la turbina y tocarla ligeramente o bien desprender una parte del revestimiento, de modo que a continuacion se forme una rendija como rendija de estanqueidad entre el alabe de la turbina y la carcasa de la turbina. El revestimiento interno de la carcasa de la turbina puede presentar segmentos de estanqueidad que presentan, al menos en parte, una denominada estructura de “panal” (en ingles: “honeycombs”). Los segmentos de estanqueidad pueden estar configurados como recubrimiento de entrada. El revestimiento interno puede presentar, sin embargo, tambien cualquier otra forma adecuada.

El diente de corte es un segmento del perfil del alabe. El diente de corte puede ser un segmento integral del perfil del alabe. “Integral” se entiende en este caso de manera que el diente de corte y el perfil del alabe han de entenderse como una unidad. Una unidad puede significar que las dos partes (diente de corte y perfil del alabe) fueron producidas de un material y/o en un procedimiento o etapa de acabado comun. Ademas, una unidad puede significar que ambas partes constituyan constructivamente una forma y/o una funcion comun.

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En algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte con el segmento del perfil del alabe es, ademas, tambien un segmento del anillo de refuerzo o del segmento del anillo de refuerzo. El diente de corte puede ser, junto con el segmento del perfil del alabe, un segmento integral del anillo de refuerzo o del segmento del anillo de refuerzo. Asimismo, el diente de corte puede ser, junto con el segmento integral del perfil del alabe, un segmento integral del anillo de refuerzo o del segmento del anillo de refuerzo, o a la inversa.

El anillo de refuerzo del alabe de la turbina presenta en muchas formas de realizacion de acuerdo con la invencion un labio de estanqueidad delantero y un labio de estanqueidad trasero. Ambos labios de estanqueidad se extienden en direccion radial mas alla de una superficie del anillo de refuerzo o sobresalen por encima de esta. En este caso, el labio de estanqueidad delantero - visto absolutamente o en direccion radial y/o en la direccion del flujo principal del alabe de la turbina y no en la direccion periferica - puede estar configurado con una mayor longitud en direccion radial y/o en la direccion de flujo principal del alabe de turbina que el labio de estanqueidad trasero.

En algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el anillo de refuerzo del alabe de la turbina presenta un labio de estanqueidad delantero y un labio de estanqueidad trasero. Ambos labios de estanqueidad se extienden en direccion radial mas alla de una superficie del anillo de refuerzo o sobresalen de esta. En este caso, el anillo de refuerzo tiene, junto con su labio de estanqueidad delantero y su labio de estanqueidad trasero en un plano de corte a traves del alabe de la turbina que es perpendicular a la superficie del anillo de refuerzo y que se extiende en direccion axial del alabe de la turbina, la forma de un trapecio (eventualmente abierto hacia arriba o radialmente) o de un trapecio rectangular.

En determinadas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte esta configurado con el segmento del perfil del alabe como elemento de refuerzo para el anillo de refuerzo o el segmento del anillo de refuerzo.

Por la expresion “elemento de refuerzo” se entiende en algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion un elemento constructivo, con ayuda del cual se alcanza para el segmento respectivo que esta dispuesto en torno al elemento de refuerzo, o para toda la pieza componente, una mayor rigidez, por ejemplo comparada con un segmento o pieza componente sin elemento de refuerzo. Una elevada rigidez puede determinar una mayor resistencia y/o una mayor estabilidad de la pieza componente. Ademas, un elemento de refuerzo puede servir para la optimizacion de propiedades dinamicas del segmento respectivo o de toda la pieza componente. Por ejemplo, se pueden modificar las propiedades de oscilacion en virtud del refuerzo tal como, p. ej., desplazamientos de la frecuencia de resonancia o de la frecuencia propia. La frecuencia propia puede desplazarse a zonas de frecuencia de oscilacion mas alejadas en relacion con el punto de puesta en marcha y/o el punto de dimensionamiento de la pieza componente. Con un elemento de refuerzo se pueden evitar o reducir oscilaciones cnticas.

En algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el diente de corte esta configurado como una prolongacion pasante del perfil del alabe. El perfil del alabe puede prolongarse primeramente, por ejemplo, en la direccion hacia el labio de estanqueidad del anillo de refuerzo o del segmento del anillo de refuerzo y a lo largo del primero o del segundo. A continuacion o radialmente a continuacion de esta prolongacion puede estar configurado el diente de corte (veanse tambien las Figuras 2 y 3). Esta prolongacion con el diente de corte configurado puede ser una pieza moldeada enteriza, por ejemplo, una pieza moldeada continua con superficies del diente de corte, del labio de estanqueidad, del anillo de refuerzo y del perfil del alabe prolongado que se entremezclan.

En determinadas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, al menos un segmento del anillo de refuerzo se prolonga mas alla de una parte recortada del anillo de refuerzo.

Con la expresion “parte recortada del anillo de refuerzo” se entiende en algunas formas de realizacion de acuerdo con la invencion una anchura del anillo de refuerzo (con ello se quiere dar a entender la anchura del anillo de refuerzo de la base o superficie de la base del anillo de refuerzo) que es menor que la longitud de la cuerda del alabe de turbina proyectada perpendicularmente al eje de rotacion. Esto significa que la longitud de la cuerda proyectada de esta manera del alabe de la turbina sobresale del anillo de refuerzo. Sin embargo, con ello no se quiere decir que posibles bordes del anillo de refuerzo, que pueden estar inclinados hacia el exterior, no puedan sobresalir sin embargo de la longitud de la cuerda. La anchura de la “parte recortada del anillo de refuerzo” indica en que anchura o distancia (p. ej., en milfmetros o centimetros) la cuerda del alabe de la turbina sobresale del anillo de refuerzo o, expresado de otro modo, que grande es la distancia de la “parte recortada” del anillo de refuerzo con respecto a la longitud de la cuerda del alabe de la turbina proyectada de esta manera. Para una explicacion adicional de la expresion se remite a la Fig. 3 como forma de realizacion posible.

En determinadas formas de realizacion de acuerdo con la invencion, el segmento del anillo de refuerzo o el labio de estanqueidad o segmentos respectivos del mismo prolongados mas alla de la parte recortada del anillo de refuerzo estan inclinados en al menos l0° (por ejemplo en un intervalo de 10° -50°, 10° -3o°, 10° -20°, 10° -15°) frente a un eje longitud del alabe en contra de una direccion de flujo principal del alabe de la turbina, o menos de 80° (por ejemplo en un intervalo de 50° -80°, 60° -80°, 70° -80°, 75° -80°) frente a una direccion de flujo principal del alabe, o menos de 80 grados (por ejemplo en un intervalo de 50° -80°, 60° - 80°, 70° - 80°, 75° -80°) frente a la extension axial de la superficie exterior del anillo de refuerzo. La superficie del anillo de refuerzo puede considerarse aquella superficie

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del anillo de refuerzo que se observa en la direccion periferica de la turbina o en direccion axial a la misma (vease para ello tambien la Fig. 1).

Algunas o todas las formas de realizacion de acuerdo con la invencion pueden presentar una, varias o todas las ventajas arriba mencionadas y/o mencionadas en lo que sigue.

El alabe de turbina de acuerdo con la invencion puede posibilitar ventajosamente en el caso de una parte recortada del anillo de refuerzo no modificada, una distancia de la punta de estanqueidad (del labio de estanqueidad) axial mayor, lo cual posibilita un mejor recubrimiento de la junta en el caso de desplazamientos axiales grandes.

El alabe de turbina de acuerdo con la invencion puede tener ventajosamente un menor peso que los alabes de turbina segun el estado de la tecnica.

El alabe de turbina de acuerdo con la invencion puede presentar ventajosamente, mediante un labio de estanqueidad inclinado en combinacion con el diente de corte, una fuga reducida de la junta.

Mediante una pieza moldeada enteriza con superficies entremezcladas del anillo de corte, del labio de estanqueidad del anillo de refuerzo y del diente de corte prolongado puede suprimirse ventajosamente una acumulacion de masa en el borde delantero del alabe (en la direccion de flujo principal del perfil del alabe).

La presente invencion se explica a modo de ejemplo en lo que sigue con ayuda de los dibujos adjuntos, en los que sfmbolos de referencia identicos designan componentes iguales o similares. En las figuras, en parte fuertemente simplificadas, se cumple:

Fig. 1a muestra esquematicamente de manera simplificada un alabe de turbina de acuerdo con la

invencion con un anillo de refuerzo y un diente de corte en representacion en perspectiva;

Fig. 1b muestra en aumento un detalle de la Fig. 1a con el segmento extremo radial del alabe de turbina

de acuerdo con la invencion;

Fig. 2 muestra el anillo de refuerzo con diente de corte en una vista lateral;

Fig. 3 muestra el anillo de refuerzo de la Fig. 2 con diente de corte en otra vista lateral; y

Fig. 4 muestra un corte a traves del anillo de refuerzo mostrado en la Fig. 1b.

La Fig. 1a muestra de manera esquematicamente simplificada un alabe 100 de turbina de acuerdo con la invencion

con un anillo de refuerzo 200, un diente de corte 300, un perfil 1 del alabe y una direccion de flujo principal 3 que se extiende en la direccion x en representacion en perspectiva.

El anillo de refuerzo 200 esta situado en el extremo radial del perfil 1 del alabe.

Todo el alabe 100 de turbina con el anillo de refuerzo 200, el diente de corte 300 y un pie 400 del alabe puede producirse como una pieza colada.

La Fig. 1b muestra un detalle de la Fig. 1a con un segmento extremo radial ampliado del alabe 100 de turbina de acuerdo con la invencion con el anillo de refuerzo 200 y el diente de corte 300.

El anillo de refuerzo 200 presenta una superficie 5 del anillo de refuerzo que esta delimitada por un labio de estanqueidad 7a delantero dispuesto aguas arriba (en relacion con la direccion de flujo principal, es decir, en la direccion x) y un labio de estanqueidad 7b trasero situado aguas abajo. Los labios de estanqueidad 7a, 7b han de evitar que el medio que fluye junto al borde externo radial del alabe 100 de turbina fluya entre el alabe de la turbina y la carcasa de la turbina (no representado), sino que debe recorrer el perfil 1 del alabe y, de esta forma, cooperar en la transmision de energfa del alabe 100 de turbina.

La Fig. 2 muestra el anillo de refuerzo 200 con el labio de estanqueidad 7a delantero y el labio de estanqueidad 7b trasero, el diente de corte 300 asf como un segmento del perfil 1 del alabe. La Fig. 2 es una vista lateral.

El perfil 1 del alabe esta unido con el diente de corte 300 por medio de una prolongacion 9 del perfil del alabe. Con ello, el diente de corte 300 puede designarse como segmento o como segmento integral del perfil 1 del alabe.

Ademas, tanto el diente de corte 300 como tambien el perfil 1 del alabe estan unidos, por medio de la prolongacion 9 del perfil del alabe, tambien con el anillo de refuerzo 200 por medio del labio de estanqueidad 7a delantero que es un segmento del anillo de refuerzo 200. La unidad diente de corte 300, segmento 9 del alabe y labio de estanqueidad 7a delantero puede estar configurada como un segmento enterizo del alabe 100 de turbina.

La Fig. 3 muestra el anillo de refuerzo 200 con un labio de estanqueidad 7a delantero, un diente de corte 300 asf como un segmento del perfil 1 del alabe. La Fig. 3 muestra un detalle de la Fig. 2 en una perspectiva adicional.

En la Fig. 3 se muestra una parte recortada 11 del anillo de refuerzo como distancia entre el borde 13 delantero de la base del anillo de refuerzo 200 y el extremo delantero (situado aguas arriba en relacion con la direccion de flujo principal en la direccion x) del perfil 1 del alabe. El labio de estanqueidad 7a delantero esta inclinado o abatido hacia delante (es decir, en contra de la direccion x), en la forma de realizacion mostrada en la Fig. 3, por ejemplo, en un 5 angulo de inclinacion 15 de aprox. 33 grados. Ademas, el labio de estanqueidad 7a delantero no solo esta inclinado hacia delante, sino que se extiende, de acuerdo con la invencion, mas alla de la parte recortada 11 del anillo de refuerzo. En la Fig. 3, esta extension mas alla de la parte recortada 11 del anillo de refuerzo se representa por medio de la distancia 17.

La extension del labio de estanqueidad 7a delantero mas alla de la parte recortada 11 del anillo de refuerzo 10 representa, junto con la integracion o fusion del perfil 1 del alabe con el diente de corte 300 por medio de la prolongacion 9 del alabe una configuracion constructiva ventajosa, por ejemplo en relacion con la rigidez. La prolongacion 9 del alabe puede entenderse tambien como “nervio apuntalante” por debajo del labio de estanqueidad 7a delantero del anillo de refuerzo 200.

La Fig. 4 muestra un corte a traves del anillo de refuerzo 200 mostrado en la Fig. 1b del alabe 100 de turbina. Tanto 15 el labio de estanqueidad 7a delantero como tambien el labio de estanqueidad 7b trasero del anillo de refuerzo 200 se extienden en direccion radial mas alla de la superficie 5 del anillo de refuerzo 200. En este caso, la superficie 5 del anillo de refuerzo, junto con el labio de estanqueidad 7a, 7b delantero y trasero, forma, en el plano de corte correspondiente al plano del dibujo de la Fig. 4, que es perpendicular a la superficie 5 del anillo de refuerzo y que se extiende en direccion axial del alabe 100 de la turbina, la forma de un trapecio o - tal como se muestra en la Fig. 4 - 20 de un trapecio rectangular.

Lista de simbolos de referencia

Simbolo de referencia: Descripcion

100: turbina

200: anillo de refuerzo

300: diente de corte

400: pie del alabe

1: perfil del alabe

3: direccion de flujo principal

5: superficie del anillo de refuerzo

7a: labio de estanqueidad delantero

7b: labio de estanqueidad trasero

9: prolongacion del perfil del alabe

11: parte recortada del anillo de refuerzo

13: borde exterior de la base del anillo de refuerzo

14: extremo delantero del perfil del alabe

14: angulo de inclinacion

17: distancia; extension mas alla de la parte recortada del anillo de refuerzo

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Alabe (100) de turbina con un perfil (1) de alabe, en donde el alabe (100) de turbina presenta en su zona externa radial al menos un anillo de refuerzo (200) o al menos un segmento de un anillo de refuerzo, asf como al menos un diente de corte (300) para el al menos un engrane unico en al menos un recubrimiento de entrada de una carcasa de turbina durante el uso del alabe (100) de turbina, y en donde el diente de corte (300) esta unido con el anillo de refuerzo (200) o el segmento del anillo de refuerzo, caracterizado por que el diente de corte es un segmento del perfil (1) del alabe.
2. Alabe (100) de turbina segun la reivindicacion 1, en donde el diente de corte (300) es un segmento del anillo de refuerzo (200) o del segmento del anillo de refuerzo.
3. Alabe (100) de turbina segun la reivindicacion 1 o 2, en donde el diente de corte (300) esta configurado con el segmento del perfil (1) de alabe como elemento de refuerzo para el anillo de refuerzo (200) o el segmento del anillo de refuerzo.
4. Alabe (100) de turbina segun una de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos un segmento del anillo de refuerzo (200) esta prolongado mas alla de una parte recortada (11) del anillo de refuerzo.
5. Alabe (100) de turbina segun la reivindicacion 4, en donde el segmento del anillo de refuerzo (200) prolongado mas alla de la parte recortada (11) del anillo de refuerzo esta inclinado en al menos 10 grados frente a una direccion de flujo principal (3) del alabe de turbina.
6. Alabe (100) de turbina segun una de las reivindicaciones precedentes, en donde el anillo de refuerzo (200) presenta un labio de estanqueidad (7a) delantero y un labio de estanqueidad (7b) trasero, que se extienden en direccion radial mas alla de una superficie (5) del anillo de refuerzo (200), en donde el labio de estanqueidad (7a) delantero esta configurado con una mayor longitud que el labio de estanqueidad (7b) trasero.
7. Alabe (100) de turbina segun una de las reivindicaciones precedentes, en donde el anillo de refuerzo (200) presenta un labio de estanqueidad (7a) delantero y un labio de estanqueidad (7b) trasero que se extienden en direccion radial mas alla de una superficie (5) del anillo de refuerzo, en donde el anillo de refuerzo (200) tiene, junto con su labio de estanqueidad delantero y su labio de estanqueidad trasero (7a, 7b) en un plano de corte a traves del alabe (100) de turbina que es perpendicular a la superficie (5) del anillo de refuerzo y que se extiende en direccion axial del alabe (100) de turbina, la forma de un trapecio o de un trapecio rectangular.