ES2283780T3 - Turbina y componente. - Google Patents
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Abstract
Turbina comprendiendo un rotor (1) accionado por gas y un alojamiento (2) que encierra el rotor (1), la turbina comprendiendo un componente (6) suspendido del alojamiento (2), el componente (6) estando dispuesto en el interior del alojamiento y por lo menos parcialmente aguas abajo de los álabes del rotor (1) con respecto a la dirección (5) del flujo del gas a fin de impedir que cualquier fragmento que se pueda soltar del rotor penetre en el alojamiento en la dirección radial caracterizada porque el componente (6) tiene unos primeros medios (10) que cooperan con unos segundos medios (11) del alojamiento (2) para suspender el componente (6) del alojamiento mientras permite la expansión térmica radial del componente con relación al alojamiento sin cargar el alojamiento.
Description
Turbina y componente.
La presente invención se refiere a una turbina
que comprende un rotor accionado por gas y un alojamiento que
encierra el rotor y a un componente para proteger un alojamiento que
encierra una turbina provista de un rotor accionado por gas. Un
componente de este tipo se expone en el documento US
A-4534698.
En el campo de las turbinas de gas, en
particular dentro de la industria de las aeronaves, existen muchos
reglamentos de seguridad que tienen que ser cumplidos. Uno de estos
es el denominado requisito de contención lo cual significa que si
cualquier fragmento, tal como por ejemplo una pala de turbina o una
parte de la misma, por alguna razón se afloja del rotor de la
turbina tales fragmentos deben ser retenidos en el interior del
alojamiento que encierra el rotor para evitar que los fragmentos
dañen otras piezas de, por ejemplo, un aeroplano. Esto a su vez
significa que la pared del alojamiento tiene que estar dimensionada
para cumplir este requisito.
Aunque la invención será descrita con respecto a
una turbina de gas de un motor de aeroplano, y en particular en la
zona de la turbina en la que están interconectadas una primera pieza
que encierra el rotor, tal como por ejemplo una carcasa de turbina
de baja presión, y una segunda pieza dispuesta aguas abajo de la
primera pieza con respecto al flujo del gas, tal como por ejemplo el
bastidor posterior de la turbina, la invención no está limitada en
modo alguno a esta forma de realización particular, sino que puede
ser utilizada de muchos modos en turbinas de tipos diferentes.
En una turbina de baja presión, no sólo la
carcasa de la turbina de baja presión tiene que cumplir el requisito
de contención, sino también las zonas aguas arriba y aguas abajo del
rotor tienen que cumplir este requisito. Esto significa que el
bastidor posterior de la turbina aguas abajo del rotor tiene que
estar dimensionado para cumplir el requisito de contención.
Según la técnica anterior, el requisito de
contención se cumple dimensionando el grosor de la pared de la
estructura que encierra el rotor, o que de otro modo está dispuesta
adyacente al rotor, de forma que si cualquier fragmento se suelta
del rotor sea detenido por la pared.
Sin embargo, en los casos en los que se utiliza
un material que tiene una baja capacidad de recepción de energía,
por ejemplo en el bastidor posterior de la turbina o si el rotor de,
por ejemplo, la turbina de baja presión tiene una alta energía
cinética, una pared gruesa puede causar problemas. Una pared gruesa
de este tipo del bastidor posterior de la turbina, o mejor dicho el
anillo exterior del bastidor posterior de la turbina, anillo
exterior el cual está dispuesto cerca del rotor, significa que este
anillo se convierte en más rígido y tiene una respuesta térmica más
lenta. Esto implica una vida útil más corta de la construcción en la
zona en la que los montantes requeridos o los álabes de guía están
unidos al anillo.
Una solución alternativa conocida es diseñar la
carcasa de baja presión con una longitud de tal forma que se
extienda a lo largo de la zona completa en la que se tiene que
cumplir el requisito de contención. En este caso, una desventaja es
que el anillo exterior de la sección frontal del bastidor posterior
de la turbina se hace muy corto para una longitud total determinada
de la turbina y esto a su vez conduce al mismo problema que se ha
expuesto antes.
Un objeto de la invención es proporcionar una
turbina y un componente utilizado en una turbina de la clase
referida en la introducción, turbina y componente los cuales tienen
la posibilidad de cumplir el requisito de contención al mismo tiempo
que las desventajas expuestas de tales turbinas según la técnica
anterior se reducen en una cantidad sustancial. Este objeto se
consigue mediante una turbina según la reivindicación 1 y un
componente según la reivindicación 14. Mediante la provisión de un
componente suspendido del alojamiento de la turbina, componente el
cual está dispuesto para impedir que cualquier fragmento que se
pueda soltar del rotor penetre en el alojamiento en dirección
radial, es decir para proteger el alojamiento en una zona al lado
del rotor, preferiblemente aguas abajo del rotor, en esta zona el
propio alojamiento puede estar dimensionado para que no cumpla el
requisito de contención, pero debe estar dimensionado para cumplir
otras características deseadas del alojamiento aguas abajo del
rotor, tales como baja rigidez y rápida respuesta térmica, para
incrementar la vida útil de la turbina, puesto que el componente
según la invención se utiliza para cumplir el requisito de
contención en esta zona de la turbina.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el componente tiene unos primeros medios que cooperan con
unos segundos medios del alojamiento para suspender el componente
del alojamiento mientras permite la expansión térmica radial del
componente con relación al alojamiento. Preferiblemente el
componente es un anillo dispuesto sustancialmente concéntricamente
con relación al rotor. De este modo, el componente está suspendido
del alojamiento "libremente expandible" en una dirección radial
hacia el alojamiento y es posible conseguir una buena protección a
lo largo de la periferia del alojamiento al mismo tiempo que el
alojamiento no está afectado por el componente incluso aunque el
componente se desplace en una dirección radial hacia el alojamiento
debido a la expansión térmica en el funcionamiento de la
turbina.
Según una forma de realización adicional
preferida de la invención, el alojamiento comprende una primera
pieza que encierra el rotor y una segunda pieza dispuesta aguas
abajo de la primera pieza con respecto a la dirección del flujo del
gas, la primera pieza y la segunda pieza estando interconectadas
entre sí. El componente está dispuesto para proteger la segunda
pieza contra cualquier fragmento que se pueda soltar del rotor. La
invención tiene grandes ventajas en este caso especial, puesto que
se ha encontrado que los problemas de la técnica anterior expuestos
anteriormente en este documento que conciernen al alojamiento de la
turbina son particularmente difíciles de evitar en las zonas en las
que están interconectadas las dos piezas para constituir un
alojamiento continuo que encierre las piezas internas de la
turbina.
Según una forma de realización adicional
preferida de la invención, el componente está diseñado para guiar al
gas para que fluya a lo largo de una cierta trayectoria del flujo.
Por este medio se puede omitir un componente adicional, tal como por
ejemplo una lámina de guiado convencional, para crear la trayectoria
deseada del flujo del gas.
Ventajas y características ventajosas
adicionales de la turbina y del componente según la invención se
exponen en la siguiente descripción y en las reivindicaciones
subordinadas restantes.
La invención también se refiere a un motor de
aeroplano que comprende una turbina o un componente según la
invención.
Con referencia a los dibujos adjuntos, más
adelante en este documento sigue una descripción más próxima de las
formas de realización de la invención citadas como ejemplos.
En los dibujos:
La figura 1 es una vista en sección transversal
de una parte de la turbina comprendiendo un componente de contención
según la invención,
la figura 2 es una vista a mayor escala de una
parte de la vista de la figura 1, y
la figura 3 es una vista en perspectiva del
componente de contención de las figuras 1 y 2.
En las figuras 1 y 2 se ilustra una turbina que
comprende un rotor 1, accionada por gas, y un alojamiento 2 que
encierra el rotor 1. La figura 1 ilustra una sección de la turbina
en la que están interconectadas entre sí las dos piezas 3, 4 del
alojamiento para crear un alojamiento continuo. Una primera pieza 3,
tal como por ejemplo una carcasa de turbina de baja presión, que
encierra el rotor 1 y, aguas abajo del rotor con respecto a la
dirección del flujo del gas 5, está dispuesta una segunda pieza 4,
tal como por ejemplo un bastidor posterior de la turbina. Estas dos
piezas 3, 4 están interconectadas mecánicamente para formar el
alojamiento 2. En el interior del alojamiento 2 está dispuesto un
componente 6 suspendido del alojamiento. El componente 6 está
dispuesto por lo menos parcialmente al lado del rotor 1 y
preferiblemente por lo menos parcialmente aguas abajo del rotor 1,
para impedir que cualquier fragmento que se pueda soltar del rotor
penetre en el alojamiento en la dirección radial, o en una dirección
que tenga por lo menos un componente geométrico en la dirección
radial, es decir para proteger el alojamiento 2, principalmente la
sección frontal 16 de la segunda pieza 4, contra cualquier
fragmento que se pueda soltar del rotor 1.
En la forma de realización ilustrada, el
componente 6 está dispuesto aguas abajo del rotor 1 y está diseñado
con una pieza tubular, en otras palabras el componente es un anillo
6, que se extiende periféricamente a lo largo de la circunferencia
circular del alojamiento 2. El anillo 6 está dispuesto
sustancialmente concéntricamente con relación al rotor 1 y tiene una
primera parte 7 que forma el anillo circular cuya parte 7 tiene una
extensión longitudinal en la dirección axial con relación al eje 15
de giro del rotor 1, es decir la dirección principal 5 del flujo
del gas, para cubrir y proteger la superficie interior 8 de la
segunda pieza 4 del alojamiento de la turbina 2 en el área deseada.
La primera parte 7 se extiende sustancialmente concéntricamente y a
lo largo de la extensión longitudinal del anillo exterior 16 de la
sección frontal de la segunda pieza 4 del alojamiento 2. El anillo
6, o mejor dicho la primera parte 7 del mismo, puede ser cilíndrico,
tronco cónico o similar. La longitud de la primera parte 7 es de una
magnitud de varias veces el grosor del material de la primera parte
y preferiblemente la longitud de la primera parte 7 es de la misma
magnitud que la longitud del anillo exterior 16 de la sección
frontal del bastidor posterior de la turbina 4.
Adicionalmente, el anillo 6 tiene una segunda
parte 9, tal como por ejemplo un reborde 9, la cual está diseñada
con una extensión principal en la dirección radial y sustancialmente
perpendicular a la primera parte 7. La segunda parte 9 está provista
de unos primeros medios 10 que cooperan con segundos medios 11 del
alojamiento 2 para proporcionar la suspensión mientras permite
todavía la expansión radial del componente 6 con relación al
alojamiento 2. Como un ejemplo, los segundos medios están
constituidos por muescas 11 que se extienden en la dirección radial
para recibir los correspondientes primeros medios constituidos por
pasadores 10 dispuestos en el anillo 6 para suspender y guiar el
anillo 6. Sin embargo, en lugar de muescas que se extienden a través
de por ejemplo un reborde 20 del alojamiento, se pueden utilizar
ranuras de menor profundidad junto con los pasadores o junto con
nervios o similares que se prolongan del anillo.
El diámetro exterior de la segunda parte 9 del
anillo 6 es menor que el diámetro interior de la pieza
correspondiente del alojamiento 2 y también la primera parte 7 del
anillo 6 está dispuesta separada de la superficie interior 8 del
alojamiento 2. Esto significa que el anillo 6 es capaz de expandirse
en la dirección radial hacia el alojamiento sin cargar el
alojamiento. Mediante la provisión de un componente 6 según la
invención suspendido "libremente expandible" en la dirección
radial, el componente se puede expandir en la dirección radial,
debido al calentamiento del componente en funcionamiento, sin que
afecte al alojamiento en gran medida.
En la figura 3 se ilustra una forma de
realización del componente según la invención en una vista en
perspectiva. El anillo 6, es decir la parte del reborde 9 del mismo,
está provisto de tres pasadores 10 dispuestos separados angularmente
entre sí 120° a lo largo de la periferia del reborde 9. Los
pasadores de guía 10 los cuales están fijados en el reborde 9
mediante, por ejemplo, ajustes a prensa, están colocados en las
muescas 11 del alojamiento para suspender y guiar el componente 6.
Las muescas 11 están ilustradas esquemáticamente con líneas de
trazos y puntos. Preferiblemente, el reborde 9 del anillo 6 puede
estar diseñado con un grosor menor de material que la primera parte
7.
Aunque las muescas están dispuestas en el
alojamiento y los pasadores de guía están dispuestos en el anillo en
la forma de realización ilustrada, los pasadores de guía sin embargo
pueden estar dispuestos en el alojamiento y las muescas en el
anillo. El número de pasadores de guía y muescas y la ubicación de
los mismos se puede variar de muchos modos dentro de la idea de la
invención. Adicionalmente, los pasadores de guía o las muescas
cuando están dispuestos en el alojamiento pueden estar dispuestos en
diversas piezas del alojamiento, por ejemplo en la carcasa de la
turbina de baja presión o en el bastidor posterior de la
turbina.
En la forma de realización ilustrada, el
componente 6 está diseñado para guiar el gas para que fluya a lo
largo de una cierta trayectoria de flujo. La superficie interior 12
del anillo 6 constituye una superficie de delimitación del gas en la
zona en la que el gas sale de la primera pieza 3 del alojamiento 2.
Esta superficie interior 12 se extiende sustancialmente paralela a
la dirección principal 5 del flujo del gas y junto con una extensión
longitudinal del anillo exterior de la sección frontal de la segunda
pieza del alojamiento, para asegurar que el gas tenderá a mantener
la trayectoria de flujo pretendida y fluirá en la dirección axial
con respecto al eje 15 de giro del rotor 1. Esto es importante para
evitar la disipación de energía debido a turbulencias. Por este
medio, el componente 6 se utiliza para dos propósitos principales al
mismo tiempo, es decir el requisito de contención y el guiado del
gas, y por lo tanto, se puede omitir un componente adicional
convencional, tal como por ejemplo una lámina de guía, para guiar el
gas en esta área.
Se debe entender que la presente invención no
está limitada a las formas de realización descritas antes e
ilustradas en los dibujos, en cambio una persona experta en la
materia reconocerá que se pueden realizar muchos cambios y
modificaciones dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, las dimensiones y el material del componente según la
invención se pueden variar de muchos modos.
Claims (12)
1. Turbina comprendiendo un rotor (1) accionado
por gas y un alojamiento (2) que encierra el rotor (1), la turbina
comprendiendo un componente (6) suspendido del alojamiento (2), el
componente (6) estando dispuesto en el interior del alojamiento y
por lo menos parcialmente aguas abajo de los álabes del rotor (1)
con respecto a la dirección (5) del flujo del gas a fin de impedir
que cualquier fragmento que se pueda soltar del rotor penetre en el
alojamiento en la dirección radial caracterizada porque el
componente (6) tiene unos primeros medios (10) que cooperan con
unos segundos medios (11) del alojamiento (2) para suspender el
componente (6) del alojamiento mientras permite la expansión térmica
radial del componente con relación al alojamiento sin cargar el
alojamiento.
2. Turbina según la reivindicación 1
caracterizada porque el componente es un anillo (6) dispuesto
sustancialmente concéntricamente con relación al rotor (1).
3. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el
componente (6) tiene un reborde (9) por medio del cual el componente
está suspendido del alojamiento (2).
4. Turbina según la reivindicación 3
caracterizada porque el reborde (9) está provisto de los
primeros medios (10).
5. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque los primeros
medios son pasadores (10) dispuestos en el componente (6).
6. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque los segundos
medios son muescas (11) dispuestas en el alojamiento (2).
7. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el
alojamiento (2) comprende una primera pieza (3) que encierra el
rotor (1) y una segunda pieza (4) dispuesta aguas abajo de la
primera pieza (3) con respecto a la dirección (5) del flujo del gas,
la primera pieza (3) y la segunda pieza (4) estando interconectadas
entre sí y porque el componente (6) está dispuesto para proteger la
segunda pieza (4) contra cualquier fragmento que se pueda soltar del
rotor (1).
8. Turbina según la reivindicación 7
caracterizada porque la primera pieza forma una carcasa de
turbina de baja presión (3).
9. Turbina según la reivindicación 7
caracterizada porque la segunda pieza forma un bastidor
posterior de la turbina (4).
10. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el
componente (6) está diseñado para guiar el gas para que fluya a lo
largo de una cierta trayectoria de flujo.
11. Turbina según la reivindicación 7 y 10
caracterizada porque el componente (6) está diseñado para
guiar el gas en la zona en la que el gas sale de la primera pieza
(3) del alojamiento y pasa dentro de la segunda pieza (4) del
alojamiento (2).
12. Motor de aeronave que comprende una turbina
según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
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