ES2297352T3 - Union entre discos de alabes en el rotor de un compresor. - Google Patents

Abstract

Unión entre una primera pieza (D1) para fijación en la entrada de un rotor de compresor, y un conjunto de una segunda pieza (30) de rotor que forma la entrada del rotor de compresor fijada a una tercera (D2) pieza de rotor, estando terminada la primera pieza (D1) en un primer anillo (12) provisto de una sucesión de orificios (14) y de muescas (16) y estando centrado el eje del primer anillo (12) en el eje de rotación (B) del rotor de compresor para su fijación a la entrada del rotor de compresor, estando terminada la segunda pieza (30) aguas abajo por un segundo anillo (32) que comprende orificios, estando terminada la tercera pieza (D2) aguas arriba en un tercer anillo (22) que comprende orificios, estando dispuestos los segundo y tercer anillos el uno contra el otro, para colocar sus orificios enfrentados, y estando fijados entre sí por unos primeros medios de fijación, caracterizada porque el primer anillo (12) está dispuesto aguas arriba del conjunto segunda/tercera piezas y contra el mismo de modo que las muescas contorneen los primeros medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor y que al menos algunos de los orificios (14) del primer anillo (12) estén enfrente de orificios del conjunto segunda/tercera piezas, fijando unos segundos medios de fijación el primer anillo circular al conjunto segunda/tercera piezas.

Description

Unión entre discos de álabes en el rotor de un compresor.

La invención se refiere al ámbito de los compresores de alta presión de turborreactor, y más concretamente al de la unión entre el disco de álabes de la primera etapa del rotor del compresor y el disco de álabes de la segunda etapa del rotor del compresor.

En el caso de turborreactores de avión, el compresor recibe el flujo de aire de entrada. El disco de álabes a la entrada del compresor puede recibir cuerpos extraños como bloques de hielo, pájaros u otros. Entre los diferentes discos de álabes del compresor, el primero es por tanto el más expuesto a los daños por cuerpos extraños. Por consiguiente, es también el que requiere operaciones de mantenimiento que pueden exigir el desmontaje del disco de álabes. Todo desmontaje de la línea de rotor del compresor que incluye diferentes piezas lleva consigo operaciones de equilibrado y alineación que requiere un paso por un taller de mantenimiento calificado y equipado. En estas operaciones de desmontaje, es importante que no se rompa la línea rotor.

Se ha propuesto una solución en el documento EP 1 122 443 en la cual se utiliza un disco de álabes monobloque (DAM) como primer disco de álabes del compresor. Este disco de álabes SE fija por una brida aguas arriba en la entrada del compresor. No obstante, esta solución no aporta una completa satisfacción puesto que no permite respetar ciertos criterios relativos al disco de álabes, por ejemplo un criterio de resistencia a las vibraciones, un criterio de duración de vida, o un criterio de resistencia a la pérdida de álabes.

El documento EEUU 6.499.957 describe una pieza para fijación a la entrada de un rotor de compresor, que incluye un primer anillo provisto de una sucesión de orificios y muescas.

La presente invención pretende mejorar la situación.

La invención se refiere a una unión entre una primera pieza para fijación a la entrada de un rotor de compresor, y un conjunto de una segunda pieza de rotor que forma la entrada del rotor de compresor y fijada en una tercera pieza de rotor.

Según una característica esencial de la invención, la pieza termina en un primer anillo provisto de una sucesión de orificios y de muescas. La primera pieza termina en un primer anillo provisto de una sucesión de orificios y muescas, y el eje del primer anillo se centra en el eje de rotación del rotor de compresor para su fijación a la entrada del rotor de compresor, la segunda pieza termina aguas abajo en un segundo anillo que comprende orificios, la tercera pieza termina aguas arriba en un tercer anillo que comprende orificios, estando dispuestos los segundo y tercer anillos el uno contra el otro, de manera que sus orificios se coloquen enfrentados, y estando fijados entre sí por unos primeros medios de fijación.

Según otra característica, el primer anillo se dispone aguas arriba del conjunto de segunda/tercera piezas y contra el mismo, de modo que las muescas contorneen los primeros medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor y que al menos algunos de los orificios del primer anillo estén enfrente de orificios del conjunto segunda/tercera piezas y que al menos algunos de los orificios del primer anillo estén enfrente de orificios del conjunto segunda/tercera piezas, fijando unos segundos medios de fijación el primer anillo circular al conjunto segunda/tercera piezas.

Preferentemente, el primer anillo está en un plano perpendicular al eje de rotación del rotor.

Ventajosamente, la pieza incluye un disco y unos álabes fijados sobre su periferia.

Además la pieza comprende un disco provisto de una brida conectada al primer anillo, estando colocados la brida y el anillo aguas abajo del disco de modo que la fijación del disco con el conjunto segunda/tercera piezas se efectúe aguas abajo del disco con relación al sentido de avance del flujo en el compresor.

Preferentemente, los segundo y tercer anillos están en un plano perpendicular al eje de rotación del rotor.

Ventajosamente, los medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor son más cortos que los medios de fijación que permiten fijar el primer anillo al conjunto segunda/tercera piezas.

Además los medios de fijación comprenden unos sistemas tornillo-tuerca.

Preferentemente, el tornillo del sistema tornillo-tuerca es retenido por un aro que permite sostenerse al tornillo en caso de ausencia de la tuerca.

La invención se refiere, en particular, a una turbomáquina que comprende un compresor de alta presión provisto de una unión como la descrita anteriormente.

La invención se refiere además a un procedimiento de montaje de una unión como la descrita anteriormente, consistente en colocar los segundo y tercer anillos circulares el uno contra el otro, de manera que se coloquen sus orificios enfrentados, en fijar estos segundo y tercer anillos entre sí mediante unos primeros medios de fijación que atraviesan algunos de los orificios, en colocar en los orificios que quedan unos segundos medios de fijación aptos para fijar el conjunto segunda/tercera pieza a la primera pieza, en colocar el primer anillo circular aguas arriba del conjunto segunda/tercera pieza y contra el mismo de modo que las muescas contorneen los medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor y que algunos de los orificios del primer anillo sean atravesados por los segundos medios de fijación con el fin de fijar el primer anillo circular al conjunto segunda/tercera piezas.

La invención se refiere por otra parte a un procedimiento de desmontaje de una unión como la descrita anteriormente, consistente en deshacer los segundos medios de fijación para retirar la primera pieza del rotor de compresor y conservar el conjunto segunda pieza/tercera pieza del rotor.

Las siguientes figuras ilustran de manera no restrictiva los procedimientos de realización de la invención:

- la figura 1 representa una media vista en corte según el eje de rotación de un compresor de turborreactor compuesto de diferentes discos de álabes,

- la figura 2 representa en detalle los primer y segundo discos de álabes de compresor de la figura 1 unidos entre sí por una unión según la invención,

- la figura 3 representa un sector en relieve del primer disco sin álabe según la invención,

- la figura 4 representa un sector en relieve del pivote según la invención,

- la figura 5 representa un sector en relieve del segundo disco sin álabe según la invención,

- la figura 6 representa la primera fase del montaje de la unión según la invención que consiste en el montaje del pivote y del segundo disco,

- la figura 7 representa la segunda fase del montaje de la unión según la invención que consiste en el montaje del primer disco con el conjunto del pivote y del segundo disco,

- la figura 8 representa una alternativa de realización de la unión según la invención.

Los dibujos contienen, esencialmente, unos elementos de carácter obvio. Podrán servir pues no sólo para hacer comprender mejor la descripción, sino también para contribuir a la definición de la invención, dado el caso.

La figura 1 representa un corte parcial de la parte de rotor de un compresor de alta presión de turborreactor compuesto por diferentes etapas de compresión E1 a E5, comprendiendo cada una un disco D1 a D5 provisto de una corona de álabes A1 a A5. Cada etapa de compresión se compone igualmente, aguas abajo de cada disco de álabes, de un enderezador de flujo no representado y que forma parte de la parte de estator del compresor. Cada enderezador permite enderezar el flujo de aire antes de la entrada en la próxima etapa de compresión. La parte de rotor y la parte de estator del compresor delimitan una "vena" para el flujo de aire que debe comprimirse. Se habla de línea de rotor para designar la superficie exterior continua del rotor que forma el límite inferior de esta vena. Los discos de álabes D2 a D5 del compresor están formados por una única pieza llamada conjunto de discos. El disco de álabes D1 es ventajosamente un disco de álabes monobloque fijado al rotor aguas arriba del conjunto de discos para poder ser desmontado fácilmente a efectos de conservación y mantenimiento. Este primer disco de álabes monobloque que compone la primera etapa del compresor de alta presión es susceptible de recibir cuerpos extraños como bloques de hielo, pájaros u otros. La parte de rotor del compresor es accionada en rotación por un árbol S accionado a su vez en rotación por una turbina situada aguas abajo del compresor. El eje de rotación se designa por B.

La denominación "aguas arriba" o "aguas abajo" de los elementos del rotor debe interpretarse en función del sentido SF del flujo de aire en el compresor. La denominación "interno" o respectivamente "externo" de los anillos (o parte de anillo) que terminan una pieza debe interpretarse como unos anillos que se extienden hacia el interior de la pieza, es decir, anillos que parten de la pieza y cuyo radio disminuye, o respectivamente unos anillos que se extienden hacia el exterior de la pieza, es decir, anillos que parten de la pieza y cuyo radio aumenta.

La figura 2 representa la unión entre los discos de álabes D1 y D2 según la invención. La línea del rotor es ventajosamente continua a la entrada del compresor de alta presión. El rotor comprende, a la entrada del compresor, un pivote 30 de forma cónica terminado en un anillo radial 32. El disco D2 comprende una brida de aguas arriba 20 que se extiende en dirección al pivote y que termina en un anillo radial 22 cuya superficie de aguas arriba se pone en contacto con la superficie de aguas abajo del anillo radial 32 del pivote. El disco de álabes monobloque D1 comprende una brida de aguas abajo 10 que se extiende en dirección al anillo radial 32 del pivote y que termina en un anillo radial 12 cuya superficie de aguas abajo se pone en contacto con la superficie de aguas arriba del anillo radial 32. El disco de álabes monobloque D1, el pivote 30 y el disco D2 están conectados entre sí por un medio de fijación como un sistema tornillo-tuerca 40 representado en la figura 2 que pasa a través de los orificios situados en frente de los anillos 12, 32 y 22. La brida de aguas abajo 10, con simetría de revolución del disco de álabes monobloque D1, permite realizar una unión aguas abajo de este disco con el rotor para responder a los criterios de resistencia a las vibraciones, de duración de vida, y de resistencia a la pérdida de álabes de este disco de la primera etapa de compresión.

Se entiende por anillo radial un anillo situado en un plano radial, es decir, un plano perpendicular al eje de rotación del rotor. No obstante, los anillos podrían estar inclinados con respecto al plano radial a condición de que su inclinación permita la colocación relativa de las superficies de los anillos las unas contra las otras como se describe más arriba.

Cada elemento o pieza de la unión es detallado más particularmente haciendo referencia a las figuras 3, 4 y 5.

La figura 3 representa el disco monobloque D1 sin álabes, siendo este disco apto para recibir álabes. Esta primera pieza del rotor comprende un pie circular 11 encima del cual se sitúa un resalto circular 18 apto para recibir álabes. El pie circular 11 comprende la brida de aguas abajo circular 10 que se extiende, a título de ejemplo, en la dirección del eje de rotación B y que termina en el anillo radial 12 provisto de una sucesión de orificios 14 y de muescas 16. En un ejemplo de realización, el anillo radial 12 comprende treinta y dos orificios y ocho muescas distribuidas simétricamente entre los treinta y dos orificios. En la realización de la figura, el anillo radial 12 es un anillo externo.

La figura 4 representa una segunda pieza del rotor, es decir, el pivote 30 que comprende una primera pieza de aguas arriba cilíndrica 31 que se ensancha en una pieza troncocónica 33, terminando esta última posteriormente en un anillo radial 32. Este anillo radial está formado por una parte radial interna 35 llamada pie y de una parte radial externa terminada en un reborde 38 que se extiende axialmente hacia aguas arriba y hacia aguas abajo. La parte radial externa comprende unos orificios 34 destinados ponerse enfrente de los orificios y las muescas del anillo radial externo 12 del disco de aguas arriba D1 en el lado de la superficie de aguas arriba del anillo radial 32 y con los orificios del anillo radial 22 del disco de aguas abajo D2 en el lado de la superficie de aguas abajo del anillo radial 32.

La figura 5 representa el disco D2 sin álabe, siendo este disco apto para recibir álabes. Esta segunda pieza del rotor comprende un pie circular 21 coronado por un resalto circular 28 apto para recibir álabes. El pie circular 21 comprende la brida circular 20 de aguas abajo que se estrecha hacia aguas arriba en una forma troncocónica y que termina en el anillo radial 22 provisto de una sucesión de orificios 24. En un ejemplo de realización, el anillo radial 22 es interno y comprende cuarenta orificios. Se distribuyen unas muescas 26 entre los orificios 24 para disminuir la cantidad de material del anillo radial 22. Estas muescas sirven también como medio de indicación de la posición de los orificios 24.

Las figuras 6 y 7 representan las etapas de montaje de una unión según la invención.

Según la figura 6, en una primera etapa, el pivote se conecta al disco D2 colocando la superficie de aguas abajo del anillo radial externo 32 contra la superficie de aguas arriba del anillo radial interno 22 del disco de aguas abajo D2 poniendo al mismo tiempo enfrentados a los orificios del anillo radia1 externo 32 y a los orificios del anillo radial interno 22. Unos primeros medios de fijación, tales como sistemas tornillo/tuerca, en algunos de los orificios enfrentados, siendo estos orificios localizables, por ejemplo, a partir de las muescas 26 del anillo radial interno 22. Así pues, estos orificios localizados corresponden a los orificios centrales del conjunto de orificios situados entre dos muescas 26, a título de ejemplo. Los orificios localizados deben corresponder a la distribución de las muescas 16 del disco D1 por las razones expuestas más adelante. Gracias a la presencia de la unión entre el pivote y el disco D2, la línea rotor es continua incluso en ausencia de disco de aguas arriba D1, en otros términos, se mantiene la vena del flujo de aire. El pivote 30 y el disco D2 forman un conjunto fijado por los primeros medios de fijación, este conjunto se denomina el conjunto segunda/tercera piezas del rotor. Los orificios restantes están provistos de una parte de segundos medios de fijación, por ejemplo de tornillos sin tuerca, estando apoyada la cabeza del tornillo contra la superficie de aguas abajo del anillo radial interno 22 del disco D2 y sobrepasando el extremo del vástago del tornillo ampliamente el lado de la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 32 del pivote 30, de tal modo que pueda recibir el grosor del anillo radial externo 12 del disco D1 y luego la tuerca de fijación. De manera ventajosa, los tornillos de los segundos medios de fijación son retenidos por una arandela evitando así que los tornillos salgan de los orificios cuando las tuercas aún no se han encajado sobre los vástagos de tornillo.

Según la figura 7, en una segunda etapa, el eje del disco D1 se centra en el eje de rotación del rotor de compresor para su fijación a la entrada del rotor del compresor. Así pues, el anillo radial externo 12 se coloca contra la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 32 del pivote. Para ello:

- las muescas 16 se colocan en primer lugar enfrente de los primeros medios de fijación y luego contornean a éstos últimos una vez colocado el anillo radial externo 12 contra la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 32, - los orificios 14 del primer anillo 12 se colocan frente a los orificios restantes del conjunto segunda/tercera piezas del rotor, en otros términos, los orificios 14 son penetrados por las extremidades de los vástagos de tornillo de los segundos medios de fijación que sobrepasan la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 12 del disco D1.

Se enroscan unas tuercas sobre los extremos de los tornillos y se aprietan contra la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 12 del disco D1. Ventajosamente, el reborde 38 axial del anillo radial externo 32 del pivote recubre hacia aguas arriba el borde externo radial del anillo radial externo 12 del disco D1, y aguas abajo el borde externo radial del anillo radial interno 22 del disco D2. El reborde axial 38 permite así ejercer una fuerza radial centrípeta sobre el anillo radial externo 12 del disco D1 y sobre el anillo radial interno 22 del disco D2, en particular, en funcionamiento.

El desmontaje de la unión entre el disco D1 y el conjunto pivote/disco D2 se efectúa del siguiente modo. En la realización de la figura 2, el estator se ha retirado en parte para poder tener acceso a los medios de fijación situados detrás del disco D1.

Se desatornillan y retiran las tuercas de los segundos medios de fijación. El disco D1 puede entonces ser retirado por tracción axial hacia aguas arriba. Quedan el pivote y el disco D2 fijados entre sí por los primeros medios de fijación, por ejemplo ocho sistemas tornillo-tuerca, y quedan también los extremos de los vástagos de tornillo de los segundos medios de fijación retenidos por las arandelas. Así pues, el disco monobloque D1 puede retirarse del rotor con una gran facilidad y sin tener que romper la línea del rotor. El disco monobloque D1 puede ser reparado o sustituido por otro disco monobloque D1 en buen estado. El montaje de este disco D1 se efectúa como se ha enunciado anteriormente haciendo corresponder las muescas 16 con los primeros medios de fijación y los orificios 14 con una parte de los segundos medios de fijación, es decir, los vástagos de tornillo.

El montaje de la unión según el procedimiento de realización de las figuras 6 y 7 se efectúa sin la presencia del estator que se dispone después de la realización de la unión. Una alternativa de este modo de realización permitiría un montaje de la unión con la presencia del estator: los sistemas tornillo/tuerca deben invertirse entonces (estando situada la tuerca en el lugar de la cabeza del tornillo e inversamente).

La figura 8 representa una alternativa de realización de la unión según la invención.

Así pues, el disco DD1 está constituido por una brida 110 que se extiende axialmente de manera ligeramente inclinada y que termina en un anillo radial interno 112 apto para ser colocado contra la superficie de aguas arriba del anillo radial externo 132 del pivote 130. El anillo 112 comprende e una sucesión de orificios y muescas como el anillo 12. El disco DD2 es el mismo que el disco D2 y su anillo radial interno 122 es apto para ser colocado contra la superficie de aguas abajo del anillo radial externo 132 del pivote 130. Los anillos 132 y 122 se realizan como los anillos 32 y 22. El disco DD1 comprende un pie acortado con respecto a la realización anterior del disco D1, de modo que es posible acceder a los medios de fijación 140, similares a los medios de fijación 40 de la realización anterior, por un paso entre el pie del disco DD1 y el pivote 130.

Esta realización permite, en particular, no tener que retirar el estator durante el montaje o el desmontaje del disco DD1. Salvo esto, el procedimiento de montaje y desmontaje corresponde a los descritos anteriormente.

Generalmente, los primeros medios de fijación del conjunto pivote/disco D2 son más cortos que los segundos medios de fijación que permiten fijar el primer anillo circular en el conjunto pivote/disco D2.

La invención permite así sustituir sin mantenimiento particular ni pérdida de tiempo, el disco monobloque de álabes, pieza más sujeta a problemas en servicio y que tiene más impacto en las prestaciones del compresor.

La invención no se limita a una unión mediante pernos entre un disco, primera pieza de rotor y un conjunto fijado de segunda y tercera piezas de rotor sino que puede extenderse a toda pieza que requiera el desmontaje separado con un conjunto de piezas fijadas entre sí.

La invención no se limita tampoco a los modos de realización de dispositivo de fijación descritos anteriormente, sólo a título de ejemplo, sino que engloba todas las alternativas que pueda contemplar el experto en la técnica en el marco de las siguientes reivindicaciones.

Claims (11)

1. Unión entre una primera pieza (D1) para fijación en la entrada de un rotor de compresor, y un conjunto de una segunda pieza (30) de rotor que forma la entrada del rotor de compresor fijada a una tercera (D2) pieza de rotor, estando terminada la primera pieza (D1) en un primer anillo (12) provisto de una sucesión de orificios (14) y de muescas (16) y estando centrado el eje del primer anillo (12) en el eje de rotación (B) del rotor de compresor para su fijación a la entrada del rotor de compresor, estando terminada la segunda pieza (30) aguas abajo por un segundo anillo (32) que comprende orificios, estando terminada la tercera pieza (D2) aguas arriba en un tercer anillo (22) que comprende orificios, estando dispuestos los segundo y tercer anillos el uno contra el otro, para colocar sus orificios enfrentados, y estando fijados entre sí por unos primeros medios de fijación, caracterizada porque el primer anillo (12) está dispuesto aguas arriba del conjunto segunda/tercera piezas y contra el mismo de modo que las muescas contorneen los primeros medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor y que al menos algunos de los orificios (14) del primer anillo (12) estén enfrente de orificios del conjunto segunda/tercera piezas, fijando unos segundos medios de fijación el primer anillo circular al conjunto segunda/tercera piezas.

2. Unión según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer anillo (12) está en un plano perpendicular al eje de rotación (B) del rotor.

3. Unión según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque incluye un disco (D1) y unos álabes fijados en su periferia.

4. Unión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque incluye un disco (D1) provisto de una brida (10) conectada al primer anillo (12), estando colocados la brida (10) y el anillo (12) aguas abajo del disco (D1) de modo que la fijación del disco (D1) con el conjunto segunda/tercera piezas se efectúe aguas abajo del disco (D1) con respecto al sentido de avance del flujo en el compresor.

5. Unión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el segundo (32) y tercer (22) anillos están en un plano perpendicular al eje de rotación (B) del rotor.

6. Unión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor son más cortos que los medios de fijación que permiten fijar el primer anillo al conjunto segunda/tercera piezas.

7. Unión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de fijación comprenden sistemas tornillo-tuerca.

8. Unión según la reivindicación 7, caracterizada porque el tornillo del sistema tornillo-tuerca es retenido por una arandela que permite al tornillo sostenerse en caso de ausencia de la tuerca.

9. Turbomáquina que comprende un compresor de alta presión provisto de una unión según una de las reivindicaciones anteriores.

10. Procedimiento de montaje de una unión según una de las reivindicaciones 1 a 8, consistente en colocar los segundo (32) y tercer (22) anillos circulares el uno contra el otro, para colocar sus orificios enfrentados, en fijar estos segundo (32) y tercer (22) anillos entre sí por unos primeros medios de fijación que atraviesan algunos de los orificios, en colocar en los orificios restantes unos segundos medios de fijación aptos para fijar el conjunto segunda/tercera piezas a la primera pieza, en colocar el primer anillo (12) circular aguas arriba del conjunto segunda/tercera pieza y contra el mismo, de manera que las muescas contorneen los medios de fijación del conjunto segunda/tercera piezas del rotor y que algunos de los orificios del primer anillo (12) estén atravesados por los segundos medios de fijación con el fin de fijar el primer anillo circular (12) al conjunto segunda/tercera piezas.

11. Procedimiento de desmontaje de una unión según una de las reivindicaciones 1 a 8, consistente en deshacer los segundos medios de fijación para retirar la primera pieza del rotor de compresor y conservar el conjunto segunda pieza/tercera pieza del rotor.