ES2243358T3 - Turbina y alabe de turbina. - Google Patents
Turbina y alabe de turbina.Info
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Abstract
El álabe de turbina, especialmente para la turbina de gas (10), con un perfil del álabe (20), y dos plataformas (18 ; 19; 38; 39; 48; 49) colocadas en los extremos opuestos del perfil del álabe (20) para la fijación en una pieza mecánica (11;012) primaria, muestra que ambas plataformas (18 ; 19; 38; 39; 48; 49) conectan solo un ángulo obtuso (22; 23) con un eje longitudinal (21) del perfil del álabe (20)
Description
Turbina y álabe de turbina.
La presente invención trata de un álabe de
turbina, especialmente para una turbina de gas, con un perfil de un
álabe y dos plataformas colocadas en los extremos opuestos del
perfil del álabe, para la fijación en una pieza mecánica primaria.
Luego afecta a una turbina que se encuentra bajo el empleo de este
un álabe de turbina.
Estos álabes de turbina y la técnica de fundición
para su fabricación se conocen, por ejemplo, por la US 5, 599, 166,
y por la US 5, 820, 774. La plataforma prevista para los dos álabes
de turbina conocidos se yergue hacia la periferia de la turbina,
hacia ambos lados del perfil del álabe. Está colocada
perpendicularmente a un eje longitudinal del perfil del álabe de la
turbina. Además, se conocen álabes de turbina por la GB 712, 523,
cuyas plataformas se extienden respectivamente de forma oblicua al
eje longitudinal del perfil del álabe de turbina.
Los álabes de turbina citados no crecen más a
medida que aumenta su eficacia y su grado de acción, así como
tampoco disminuye la emisión de limitaciones térmicas y mecánicas.
Así, se pretende un cambio de la estructura del material, de modo
que el álabe de turbina se componga de un cristal único, continuo.
Para conseguir el crecimiento de tal cristal simple, se deben
cumplir determinados requisitos, como por ejemplo una determinada
temperatura de solidificación. Se debe evitar en la medida de lo
posible un cambio repentino de la sección o dirección de
solidifica-
ción.
ción.
En el álabe de la turbina citado es complicado
que se produzca la formación de un cristal simple, debido a la
variación de la sección y/o de la dirección de solidificación,
especialmente en la zona de transición de la plataforma al perfil
del álabe de la turbina. La forma de fundición debe calentarse o
refrigerarse en algunas partes. Alternativa o complementariamente,
se debe prever un depósito. Las repercusiones de ambas posibilidades
sólo se pueden prever con dificultad, y experimentan además
variaciones en las secuencias de fundición y solidificación. El
índice de desperdicios, pues, aumenta.
Es una función de la presente invención, preparar
un álabe de turbina, que se pueda construir, en virtud de su
conformación especial, más fácilmente y con un índice de
desperdicios esencialmente mínimo, como el de un cristal simple.
De acuerdo con la invención, la tarea es
solucionada por un álabe de turbina de la entrada del tipo citado,
de tal forma, que ambas plataformas conectan sólo un ángulo obtuso
con un eje longitudinal del perfil del álabe de la turbina.
La dirección de solidificación no debe variar más
de 90º, como en los álabes conocidos. De acuerdo con la invención,
sólo se puede efectuar una vuelta alrededor de un ángulo, que sea
menor de 90º. Por ello, la formación del álabe de la turbina se
apoya, una vez más, como un cristal simple. Facilita, obviamente, el
que el álabe de la turbina se forme como un cristal simple.
Las plataformas se yerguen preferiblemente hacia
la periferia.
Se han previsto dos plataformas, colocadas en
extremos opuestos del perfil del álabe. Una de las plataformas se
representa, con esto, como una placa base, y la otra como una placa
primera. La primera plataforma sirve, entonces, para la fijación en
una carcasa o rotor de la turbina, y para el recubrimiento del
espacio entre los dos álabes. Mediante la segunda plataforma, se
unen los extremos de los perfiles de los álabes.
Es una ventaja construir al menos una plataforma
recta, parcial o totalmente curvada. Entre las plataformas de los
álabes de turbinas convecinos, se puede prever una zona de
transición más ondulada o angulosa. Así pues se consigue una
adaptación óptima de las restricciones correspondientes. Las
plataformas sólo pueden ser curvas en una zona de transición hacia
el perfil del álabe, y moverse, por lo demás, esencialmente recta.
Por este acondicionamiento, se facilita una sección uniforme con tan
sólo pequeñas pérdidas.
De acuerdo con un primer y ventajoso
acondicionamiento, las plataformas se yerguen hacia ambos lados del
perfil del álabe. Pueden colocarse simétricamente al eje
longitudinal del perfil del álabe. El eje longitudinal puede,
entonces, moverse como en las construcciones conocidas, por un eje
rotatorio de un rotor de la turbina.
De acuerdo con un segundo y ventajoso
acondicionamiento, al menos una plataforma se yergue hacia un lado
del perfil del álabe. Mediante movimientos unilaterales de la
plataforma, se evitan, diferentes variaciones de la dirección de
solidificación. La solidificación puede comenzar en un extremo libre
del perfil del álabe, y continuar hasta el extremo de la
plataforma. O bien puede comenzar en un extremo libre de la
plataforma y continuar por el perfil del álabe hasta el extremo
libre de, en su caso, una segunda plataforma prevista. Con la
aplicación de tan sólo una plataforma, se da sólo una variación de
la dirección de la solidificación. También este acondicionamiento
permite una conformación más sencilla del álabe de la turbina como
un cristal simple.
En este acondicionamiento, se pueden erguir, con
la aplicación de dos plataformas en lados apuestos del perfil del
álabe, especialmente hacia lados opuestos del perfil del álabe. En
la periferia se yergue, entonces, la placa base hacia la izquierda,
y la placa primera hacia la derecha. Esta construcción disminuye
las contra despullas y facilita, así, la fabricación. La
conformación de los álabes de turbina como un cristal simple, tal y
como se ve ventajosamente asistida por el direccionamiento hacia
todas las partes, pues no es necesaria una inversión de la
dirección de solidificación.
El álabe de la turbina, de acuerdo con la
invención, puede construirse especialmente como un álabe fijo. La
aplicación de álabes fijos en forma de un cristal simple,
posibilita una disminución de la dureza de las paredes de los
álabes. Mediante esta disminución, se puede reducir el uso del
dispositivo de enfriamiento del que se haga uso para la
refrigeración.
La presente invención trata de una turbina,
especialmente una turbina de gas, con una carcasa en un rotor
incorporado en la carcasa, así como varios álabes de turbina
anteriormente nombrados, de acuerdo con el segundo
acondicionamiento. De acuerdo con la invención, se mueve un eje
longitudinal del perfil del álabe de cada álabe de turbina, hacia
un eje rotatorio del rotor. Los álabes de turbina están colocados
paralelamente al radio de la turbina. Además, se conectan los ejes
longitudinales del perfil del álabe de cada álabe de turbina con un
radio de la turbina al ángulo, cuya gradación oscila ventajosamente
entre los 8 y los 18º. La gradación del ángulo depende de la medida
de la posición oblicua de al menos una plataforma frente al eje
longitudinal del perfil del álabe.
A continuación se explica con más detalle la
presente invención, mediante los ejemplos de ejecución, que se
representan esquemáticamente en los gráficos. Así, muestran:
la Figura 1, una sección longitudinal por una
turbina, representada esquemáticamente;
la Figura 2, una sección que se extiende
longitudinalmente a las líneas II-II, de la Figura
1, en una turbina, según el estado de la técnica;
la Figura 3, un gráfico en un álabe de turbina
aislado, según el estado de la técnica.
la Figura 4, un gráfico esquemático de la
dirección de solidificación en un álabe de turbina, según el estado
de la técnica;
las Figuras de la 5 a la 7, vistas
correspondientes a las Figuras de la 2 a la 4, en un álabe de
turbina de acuerdo con la invención;
las Figuras de la 8 a la 10, más ejemplos de
ejecución de la invención en una vista parecida a la Figura, y;
la Figura 11, una vista de un álabe de turbina,
según la dirección de la flecha XI, de la Figura 10.
La Figura 1 muestra un corte longitudinal
esquemático por una turbina de gas 10 con una carcasa 11 y un rotor
12. La carcasa 11 se prevé con álabes fijos 13 y el rotor 12 con
álabes movibles 14. La turbina de gas 10 atraviesa el gas caliente,
en la dirección de la flecha 15, lo que produce un giro del rotor
12 alrededor del eje rotatorio 16 en la dirección de la flecha
17.
Las Figuras de la 2 a la 4 muestran un
acondicionamiento según el estado de la técnica. Como se muestra
especialmente en las Figuras 2 y 3, se ha previsto varios álabes
fijos A, que se distribuyen uniformemente por el ámbito de la
turbina de gas 10. Cada álabe fijo A muestra una placa base B para
la fijación en la carcasa 11 y para el recubrimiento de la
distancia entre los dos álabes fijos A, un plato primero C y un
perfil del álabe D, situado en medio de los otros dos. Un eje
longitudinal E del perfil del álabe se extiende por el eje
rotatorio 16 del rotor 12. Las placas base y primaria B, C, se
yerguen del perfil del álabe D, respectivamente, bajo la conexión
de un ángulo F derecho. Para su explicación, se muestran
esquemáticamente líneas de puntos G, H, que se aclaran por los
circuitos formados por las placas base B y primarias C.
La dirección de solidificación en la fusión del
álabe fijo A citado, está representada esquemáticamente en la
Figura 4. Partiendo del álabe fijo del extremo exterior del rotor
12, se debe, en primero lugar, cristalizar la placa primera C. Se da
un cambio de la dirección de solidificación a 180º. A
continuación, varía la dirección de solidificación nuevamente a
90º, por la conformación del perfil del álabe. En la zona de
transición en la placa primaria B, la cristalización en la
dirección periférica debe agrietarse hacia la izquierda y derecha,
bajo la conexión de un ángulo recto. Se consigue una conformación
del álabe fijo A citado como cristal simple, únicamente mediante
las medidas necesarias. Se muestra, así, un índice de desperdicios
muy alto.
En las Figuras de la 5 a la 7 se representan más
claramente un álabe fijo 13 y una construcción de turbinas de
acuerdo con la invención. Como en el estado de la técnica, se ha
previsto varios álabes fijos 13 distribuidos uniformemente sobre el
ámbito de la turbina de gas 10. Cada álabe fijo 13 muestra una
placa base 18, una placa primera 19 y un perfil del álabe 20 que se
encuentra entre los dos primeros, con un eje longitudinal 21. El
eje longitudinal 21 se mueve a distancia del eje rotatorio 16 del
rotor 12. Se conecta un radio 27 con un ángulo 26, que se encuentra
representado en el ejemplo de ejecución a aproximadamente 8
grados.
Así como la placa base 18, también la primera 19
se yerguen hacia la periferia solo tras una parte del perfil del
álabe 20. La placa base 18 se yergue, con esto, en el gráfico,
según la Figura 6, hacia la izquierda, y la placa primera 19, hacia
el lado contrario, es decir, hacia la derecha. Ambas placas, 18,
19, se conectan el eje longitudinal 21 del perfil del álabe 20,
respectivamente con los ángulos obtusos 22, 23. Los circuitos de la
placa base 18 y la primera 19 están representa-
dos esquemáticamente con las líneas de puntos 24, 25.
dos esquemáticamente con las líneas de puntos 24, 25.
Así como la placa base 18, también la primera 19
se dirige directamente hacia el perfil del álabe 20 del álabe fijo
13 convecino. Sus extremos libres se adaptan a la forma
correspondiente. Pueden atirantarse directamente al perfil del álabe
20 convecino. Alternativamente, las placas 18, 19, pueden limitarse
mediante un tope adecuado, que no se ha representado con más
detalle.
La placa base 18 está colocada en el ejemplo de
ejecución representado en la boca de aspiración del perfil del
álabe 20, y la placa primera 19, en la boca de impulsión.
La dirección de solidificación del álabe fijo 13
de acuerdo con la invención está esquemáticamente representado en
la Figura 7. No aparecen más variaciones abruptas, con ángulos
rectos, de la dirección de solidificación, debido a la construcción
del álabe de acuerdo con la invención. Asimismo, no hay ninguna
grieta en la dirección de solidificación, como es necesario en los
álabes citados. El álabe fijo 1 de acuerdo con la invención, puede
construirse, así, pues, fácilmente y de manera poco costosa, con
índices de desperdicios esencialmente bajos, como ocurre con el
cristal simple. Es térmico, así como mecánico, con una capacidad de
carga claramente como la de los conocidos álabes.
Las Figuras 8 y 9 muestran otros dos ejemplos de
ejecución de la invención en una vista parecida a la de la Figura
5. En la Figura 8 se representan álabes fijos 33, que muestran
respectivamente una plataforma base 38a, 38b, y una plataforma
primera 39a, 39b. Todas las plataformas 38a, 38b, 39a, 39b, se han
construido de forma curvada. Las otras secciones adosadas unas a
otras, 38a, 38b, pasan por encima, onduladamente. Incluyen
respectivamente un ángulo obtuso 22, 23, con el eje longitudinal
21.
Debido al acondicionamiento en forma de arco de
las plataformas 38a, 38b, 39a, 39b, se consigue un movimiento bajo
el ángulo obtuso 22, 23, aunque los ejes rotatorios 16 del rotor 12
cortan ejes longitudinales 21 similares.
La Figura 9 muestra otro acondicionamiento. En
estos álabes fijos 43, se han previsto, asimismo, plataformas
curvas 48a, 48b, 49a, 49b. Entre las secciones 48a, 48b, 49a, 49b,
de un álabe fijo 43, hay colocadas respectivas zonas de transición
50, 51. Las secciones aisladas 48a, 48b, incluyen alrededor,
respectivamente, un ángulo obtuso 22, 23, con el eje longitudinal
21. Debido a la disposición simétrica similar a la de la Figura 8,
se produce para las secciones 48b, 49b, el mismo ángulo 22, 23. Como
en la Figura 8, los ejes longitudinales 21 cortan el eje rotatorio
16.
En las Figuras 10 y 11, se representa un tercer
acondicionamiento de un álabe fijo 43. Las plataformas 48a, 48b,
49a, 49b, muestran una primera zona curva 52a, 52b, y otra zona
movible 53a, 53b, esencialmente recta. La zona de transición entre
las zonas 52a, 53a, ó 52b, 53b, está representada esquemáticamente
con la línea de puntos 54, en la Figura 11.
La curvatura de la zona 53a, 53b, es menor que la
de la zona 52a, 52b. Se elige ventajosamente de tal modo, que la
zona 53a, 53b, define una sección del cilindro alrededor del eje
rotatorio 16. Durante el funcionamiento de la turbina 10, se forman
solo grietas mínimas entre los extremos libres de los álabes
movibles 14 y la zona 53a, 53b. Las pérdidas de flujo en los álabes
movibles 14 pueden reducirse al mínimo.
La longitud de la zona 52a, 52b, se elige de tal
modo, que el frente de solidificación surge del perfil del álabe 20
y puede girar en dirección a las zonas 52a, 52b. En la conexión se
consigue una nueva variación de la dirección, en la dirección de las
zonas 53a, 53b. El ángulo 55 del giro es como los ángulos 22, 23,
mayor de 90º. Este cambio en la dirección de la solidificación
también se puede controlar. La sección transversal de las zonas
52a, 53a, 52b, 53b, es algo parecida, de modo que sólo se requiere
una variación de la dirección de la solidificación.
La presente invención evita un cambio repentino
en la dirección y la sección transversal de la dirección de
solidificación en la fabricación de los álabes 13, 33, 43. Los
álabes 13, 33, 43, pueden, así, construirse esencialmente más
fácilmente que como un cristal simple.
Claims (10)
1. El álabe de turbina, especialmente para la
turbina de gas (10), con un perfil del álabe (20), y dos
plataformas (18; 19; 38; 39; 48; 49) colocadas en los extremos
opuestos del perfil del álabe (20) para la fijación en una pieza
mecánica (11;012) primaria, muestra que ambas plataformas (18 ; 19;
38; 39; 48; 49) conectan solo un ángulo obtuso (22; 23) con un eje
longitudinal (21) del perfil del álabe (20)
2. El álabe de turbina, según la reivindicación
1, muestra que al menos una plataforma (38; 39; 48; 49) está
formada de forma recta, parcial o completamente, de manera
curva.
3. El álabe de turbina, según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, muestra que las plataformas (38; 39; 48;
49) se mueven hacia ambos lados del perfil del álabe (20).
4. El álabe de turbina, según la reivindicación
3, muestra que las plataformas (38; 39; 48; 49) están colocadas
simétricamente al eje longitudinal (21) del perfil del álabe
(20).
5. El álabe de turbina, según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, muestra que al menos una plataforma (18;
19) se mueve hacia un lado del perfil del álabe (20).
6. El álabe de turbina, según las
reivindicaciones de la 1 a la 5, muestra que las plataformas (18,
19), especialmente opuestas unas a las otras, se mueven hacia los
lados del perfil del álabe (20).
7. El álabe de turbina, según las
reivindicaciones de la 1 a la 6, muestra que los álabes de turbina
(13; 33; 43) se construyen como cristal simple.
8. El álabe de turbina, según las
reivindicaciones de la 1 a la 7, muestra que el álabe de la turbina
(13) está formado como un álabe fijo.
9. La turbinas, especialmente la turbina de gas
(10), con una carcasa (11) y un rotor (12) incorporado en la
carcasa (11), así como varios álabes de turbina (11) de acuerdo con
las reivindicaciones 5 ó 6, muestra que, un eje longitudinal (21)
del perfil del álabe (20) de cada álabe de turbina (13) se mueve a
distancia de un eje rotatorio (16) del rotor (12).
10. El álabe de turbina, según la reivindicación
3, muestra que el eje longitudinal (21) del perfil del álabe (20)
de cada álabe de turbina (13) con un radio (27) de la turbina (10)
conecta un ángulo (26) de 8 a 18º.
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