ES2345686T3 - Disposicion de paletas. - Google Patents
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Abstract
Disposición de paletas (1), con un rotor y varias paletas (17) dispuestas en una corona en la periferia del rotor, en la que entre dos paletas (17) inmediatamente adyacentes están dispuestos al menos dos elementos de amortiguación (5, 7) uno detrás de otro en la dirección circunferencial del rotor, y en la que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección radial, durante una rotación del rotor alrededor de un eje de rotor, los elementos de amortiguación (5, 7) adyacentes entran en contacto entre sí y uno de los dos elementos de amortiguación (5, 7) entra en contacto con una de las dos paletas (17) y el otro de los dos elementos de amortiguación (7, 5) entra en contacto con la otra de las dos paletas (17), caracterizada porque dos de los tres contactos son superficiales y uno de los tres contactos es lineal.
Description
Disposición de paletas.
La invención se refiere a una disposición de
paletas, con un rotor y varias paletas dispuestas en una corona en
la periferia del rotor, en la que entre dos paletas inmediatamente
adyacentes están dispuestos al menos dos elementos de amortiguación
uno detrás de otro en la dirección circunferencial del rotor, y en
la que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección
radial, durante una rotación del rotor alrededor de un eje de
rotor, los elementos de amortiguación adyacentes entran en contacto
entre sí y uno de los dos elementos de amortiguación entra en
contacto con una de las dos paletas y el otro de los dos elementos
de amortiguación entra en contacto con la otra de las dos
paletas.
Se conoce proveer las disposiciones de paletas,
que se utilizan en turbinas, como por ejemplo turbinas de gas, con
elementos de amortiguación. Éstos sirven para amortiguar vibraciones
de flexión y de torsión no deseadas, que se producen en la turbina
a través de excitaciones no deseadas. De esta manera, se pueden
evitar daños por HCF (abreviatura de daños para "High Cycle
Fatigue") condicionados por altas amplitudes de vibraciones, que
pueden conducir a una fatiga precoz del material u, por lo tanto, a
una duración de vida útil más reducida de las paletas. Los
elementos de amortiguación se disponen en este caso entre las
paletas individuales. Como elementos de amortiguación se utilizan,
en general, cuerpos sueltos, que en el estado de reposo descansan
en primer lugar entre las patas de las paletas en el rotor y sobre
estructuras de soporte correspondientes y durante el funcionamiento
del rotor son presionados en virtud de la fuerza centrífuga, que
actúa en dirección radial, contra el lado inferior de las
plataformas de las paletas. Cada elemento de amortiguación está en
contacto en cada caso al mismo tiempo con las dos plataformas de
aletas adyacentes. De esta manera, se puede convertir la energía
cinética de un movimiento relativo, provocado en virtud de
vibraciones, entre las paletas en energía térmica, debido a la
fricción entre las plataformas de las paletas respectivas y el
elemento de amortiguación adyacente, esto amortigua las vibraciones
y conduce, en general, a una carga reducida de vibraciones de la
disposición de paletas.
Se conoce a partir de la publicación EP 1 154
125 A2, que representa el estado más próximo de la técnica, una
disposición de paletas, en la que al menos dos elementos de
amortiguación están dispuestos uno detrás del otro entre paletas
adyacentes en la dirección circunferencial del rotor, para conseguir
una amortiguación efectiva de toda la disposición de paletas. Los
elementos de amortiguación publicados en esta publicación están
realizados en forma diferente entre sí, para poder amortiguar
posiblemente una pluralidad de modos de vibraciones diferentes.
Sobre las zonas de contacto que se configuran entre los elementos de
amortiguación y las paletas y, además, sobre las zonas de contacto
que se configuran entre los elementos de amortiguación
individuales, para la amortiguación de las vibraciones a través de
acción de fricción, la energía de vibración se puede convertir en
energía térmica. No obstante, las zonas de contacto, que se
configuran entre los elementos de amortiguación individuales
solamente presentan la forma de un contacto lineal, con el que está
implicada una acción de amortiguación característica sólo
insignificante.
La invención tiene el cometido de indicare una
disposición de paletas con elementos de amortiguación, con la que
se pueden amortiguar todavía más eficazmente las vibraciones no
deseadas.
Este cometido se soluciona de acuerdo con la
invención con la disposición de paletas mencionada al principio, en
la que los elementos de amortiguación están configurados y están
dispuestos unos detrás de otros en la dirección circunferencial
del rotor, de tal forma que dos de los tres contactos entre los
elementos de amortiguación y las paletas son superficiales y uno de
los tres contactos es lineal. A través de esta combinación de dos
elementos de amortiguación de acción diferente se pueden amortiguar
de manera efectiva una pluralidad de estados de vibración
diferentes, de manera que además de los estados de vibración de fase
opuesta, también se amortiguan las vibraciones de la misma fase,
puesto que a través de los contactos superficiales del elemento de
amortiguación en forma de cuña se impide una rodadura del elemento
de forma circular en el contacto lineal con la plataforma. A través
de la combinación de estos elementos de amortiguación con un
contacto superficial en una plataforma de paletas y un contacto
lineal (contacto de Hertz) en la otra plataforma de la pareja de
paletas se crea una disposición estable cinemáticamente, que impide
una inclinación lateral y una elevación local de todas las
superficies de contacto.
En la configuración de acuerdo con la invención
de una disposición de paletas, la posición de los elementos de
amortiguación no está ni infra determinada ni super determinada. De
esta manera se puede conseguir una amortiguación óptima posible con
un amortiguador dividido. Con preferencia, las zonas de contacto de
los elementos de amortiguación adyacentes que se configuran durante
la rotación del rotor están en forma de un contacto superficial. De
esta manera, se eleva claramente toda la superficie de fricción
preparada entre los elementos de amortiguación frente a las
disposiciones de paletas conocidas, en las que los elementos de
amortiguación solamente entran en contacto entre sí en forma de un
contacto lineal. La elevación de acuerdo con la invención de la
superficie de fricción provoca una amortiguación muy efectiva de las
vibraciones de toda la disposición de paletas. De esta manera se
pueden amortiguar también eficazmente diferentes modos de vibración.
Considerada en general, la disposición de paletas de acuerdo con la
invención posibilita una reducción de las amplitudes de las
vibraciones y de las tensiones a través de la amortiguación
adicional de la fricción.
En otra configuración, el contacto entre uno de
los dos elementos de amortiguación y una de las dos paletas es un
contacto superficial y el contacto del otro elemento de
amortiguación y de las otras paletas es un contacto lineal. De
manera alternativa, podría estar previsto evidentemente el único
contacto lineal también entre los elementos de amortiguación.
En un desarrollo ventajoso, los elementos de
amortiguación se diferencian en su forma geométrica. De acuerdo con
la invención, de esta manera, con elementos de amortiguación
configurados de forma adecuada se pueden amortiguar eficazmente
también modos de vibraciones que no se puede amortiguar de forma
efectiva manteniendo igual la configuración de todos los elementos
de amortiguación. Con preferencia, los elementos de amortiguación
se pueden distinguir también en sus masas, para amortiguar de manera
eficaz a través de la combinación con formas geométricas adecuadas
el mayor número posible de modos de vibración diferentes. Además, a
través de la utilización de elementos de amortiguación de diferentes
materiales, se puede ejercer una influencia sobre las relaciones de
fricción (coeficiente de fricción, rugosidad) en las zonas de
contacto, para posibilitar de esta manera también una amortiguación
selectiva de varios modos, también en gamas de frecuencia
elevadas.
Para poder disponer los elementos de
amortiguación adecuadamente entre paletas adyacentes, éstos están
configurados de manera preferida en forma de barra.
En un desarrollo concreto de la disposición de
paletas de acuerdo con la invención, dos elementos de amortiguación
están dispuestos uno detrás del otro en la dirección circunferencial
del rotor, de manera que los elementos de amortiguación están
configurados de manera preferida en forma de barra y un elemento de
amortiguación presenta una sección transversal de la forma de una
cuña y el otro elemento de amortiguación presenta una sección
transversal de la forma de un cuarto de círculo. Especialmente a
través de tales formas de la sección transversal adaptadas entre sí
de los elementos de amortiguación se pueden conseguir las ventajas
de acuerdo con la invención.
En un desarrollo ventajoso alternativo, tres
elementos de amortiguación están dispuestos unos detrás de los
otros en la dirección circunferencial del rotor. A través de otro
elemento de amortiguación, que presenta con preferencia una forma
geométrica distinta que los restantes elementos de amortiguación, se
pueden amortiguar eficazmente, dado el caso, otros modos de
vibración perturbadores. Con preferencia, en este caso solamente
los dos elementos de amortiguación exteriores de los elementos de
amortiguación dispuestos unos detrás de otros en la dirección
circunferencial del rotor entran en contacto con las aletas de la
pareja de paletas a través de superficies de fricción, que están
configuradas en las paletas de la pareja de paletas. De acuerdo con
el caso de aplicación, también puede ser ventajoso disponer más de
tres elementos de amortiguación unos detrás de otros entre dos
paletas adyacentes.
En otro desarrollo concreto, los elementos de
amortiguación están fabricados de acero o cerámica, es decir,
materiales, con los que se puede realizar una amortiguación
eficaz.
A continuación se explica en detalle un ejemplo
de realización de una disposición de paletas de acuerdo con la
invención con la ayuda del dibujo adjunto, en el que:
La figura 1 muestra de forma esquemática un
fragmento de una disposición de paletas de acuerdo con la invención
en un plano de corte perpendicularmente al eje del rotor.
La figura 2 muestra esquemáticamente la
disposición de dos grupos de elementos de amortiguación sobre la
extensión axial de una paleta.
La figura 1 muestra un fragmento esquemático de
la disposición de paletas 1 de acuerdo con la invención en un plano
de intersección perpendicularmente al eje del rotor. El fragmento
muestra dos plataformas de paletas 3 de paletas adyacentes de la
disposición de paletas 1 de acuerdo con la invención. Las paletas
están suspendidas en el disco del rotor de la disposición de
paletas 1 y presentan una distancia reducida entre sí Entre las dos
plataformas de paletas 3 están dispuestos sueltos dos elementos de
amortiguación 5 y 7. Ambos elementos de amortiguación 5 y 7 forman
un grupo de amortiguación y están configurados en forma de barra en
la dirección axial, de manera que el elemento de amortiguación 7
presenta una sección transversal en forma de cuarto de círculo y el
elemento de amortiguación 5 presenta una sección transversal en
forma de cuña.
Los lados inferiores de las dos plataformas de
paletas 3 forman superficies de fricción 9, 11. Contra estas
superficies de fricción 9, 11 se presionan los dos elementos de
amortiguación 5, 7 durante una rotación del rotor (no se
representa) a través de la acción de la fuerza centrífuga. Las
superficies de fricción 9, 11 están inclinadas en el presente caso
bajo determinados ángulos \delta y \varepsilon con respecto al
plano, que se extiende a través de la dirección radial R y el eje de
rotor, de manera que forman conjuntamente una guía en forma de V,
en la que los elementos de amortiguación 5, 7 son presionados a
través de la fuerza centrífuga. El elemento de amortiguación 5 en
forma de cuña presenta una superficie de fricción 13, cuya
inclinación está adaptada al ángulo \delta, para preparar un
contacto de fricción superficial efectivo entre el elemento de
amortiguación 5 y la plataforma de paletas 3 correspondiente. Los
ángulos \delta y \varepsilon están en este caso con preferencia
en el intervalo de 20º y 70º, siendo todavía más preferido un
intervalo de 40º a 60º.
En el caso de empleo de la disposición de
paletas 1 en una turbina, como por ejemplo una turbina de gas, en
la disposición de paletas 1 se configuran con frecuencia, debido a
diferentes excitaciones, vibraciones no deseadas en vibraciones de
flexión y de torsión. Estas vibraciones provocan, en general, un
movimiento relativo entre las dos plataformas de paletas 3
adyacentes, que conduce de nuevo a un movimiento relativo entre el
elemento de amortiguación 5 en forma de cuña y la superficie de
fricción 9, entre el elemento de amortiguación 7 en forma de cuarto
de círculo y la superficie de fricción 11 y a un movimiento relativo
entre los dos elementos de amortiguación 5 y 7 en la zona de
contacto 15 (se representa en la figura 1 de forma esquemática por
medio de una línea de trazos). De esta manera, de acuerdo con la
invención, en todas las tres zonas de contacto, la energía de
vibración como consecuencia de la fricción se puede transformar en
energía térmica, para conseguir una amortiguación eficaz de las
vibraciones. En este caso, con el elemento de amortiguación 5 en
forma de cuña se amortiguan eficazmente sobre todo las vibraciones,
que se producen también en la misma fase.
De acuerdo con la invención, los elementos de
amortiguación 5 y 7 están configurados y están dispuestos unos
detrás de otros en la dirección circunferencial del rotor de tal
forma que el contacto en la zona de contacto 15 es un contacto
superficial, exactamente como el contacto entre el elemento de
amortiguación 5 y la plataforma 3. De esta manera, se eleva
claramente toda la superficie de fricción preparada entre los
elementos de amortiguación 5 y 7 frente a las disposiciones de
paletas conocidas, en las que la zona de contacto entre los
elementos de amortiguación no está configurada como contacto
superficial, sino en forma de un contacto lineal (contacto de
Hertz). A diferencia de las soluciones conocidas, en las que en caso
de utilización de dos elementos de amortiguación, se preparan dos
contactos lineales y un contacto superficial, de acuerdo con la
invención existen dos contactos superficiales y solamente un
contacto lineal (y en concreto entre el elemento de amortiguación 7
y la plataforma 3). La superficie de fricción preparada
adicionalmente de acuerdo con la invención a través del contacto
superficial 15, provoca una amortiguación muy efectiva de las
vibraciones de toda la disposición de paletas 1.
En el presente caso, el contacto superficial 15
se extiende paralelamente a la dirección radial R, pero puede estar
inclinado por medio de ángulos \alpha y \beta correspondientes
también con respecto a la dirección radial R. En este caso, con
preferencia, el ángulo \alpha está dentro de un intervalo de 70º
a 90º y el ángulo \beta está dentro de un intervalo de 110º a 90º
o a la inversa.
La figura 2 muestra de forma esquemática la
disposición de dos grupos de elementos de amortiguación 25, 27. Las
posiciones de los grupos de elementos de amortiguación 25 y 27, que
comprenden, respectivamente, un número determinado de elementos de
amortiguación, se indican de forma esquemática por medio de
círculos. Los elementos de amortiguación se extienden en forma de
barra en dirección axial, de manera que los grupos están
distribuidos a lo largo de la extensión axial de una paleta 1
(dirección axial 23). La paleta 17 comprende una hoja de paleta 19,
una plataforma de paleta 3, una pata de paleta 21, un canto
delantero de la paleta 29 y un canto trasero de la paleta 31. En el
presente caso, el grupo de elementos de amortiguación 27 se
encuentra e el canto delantero de la paleta 29 y el grupo de
elementos de amortiguación 25 se encuentra en el canto trasero de
la paleta 31. La dirección de la circulación 33 se indica por medio
de una flecha. A través de una disposición asimétrica o
configuración de los grupos 25, 27 en dirección axial 23 se pueden
amortiguar de forma efectiva diferentes modos de vibraciones según
la invención.
Claims (8)
1. Disposición de paletas (1), con un rotor y
varias paletas (17) dispuestas en una corona en la periferia del
rotor, en la que entre dos paletas (17) inmediatamente adyacentes
están dispuestos al menos dos elementos de amortiguación (5, 7) uno
detrás de otro en la dirección circunferencial del rotor, y en la
que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección
radial, durante una rotación del rotor alrededor de un eje de
rotor, los elementos de amortiguación (5, 7) adyacentes entran en
contacto entre sí y uno de los dos elementos de amortiguación (5,
7) entra en contacto con una de las dos paletas (17) y el otro de
los dos elementos de amortiguación (7, 5) entra en contacto con la
otra de las dos paletas (17), caracterizada porque dos de los
tres contactos son superficiales y uno de los tres contactos es
lineal.
2. Disposición de paletas (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que los elementos de amortiguación (5, 7)
están configurados y están dispuestos unos detrás de otros en la
dirección circunferencial del rotor, de tal forma que el contacto
entre ellos es un contacto superficial (15) y porque el contacto
entre uno de los dos elementos de amortiguación (5) y una de las
dos paletas (17) es un contacto lineal y porque el contacto entre
el otro de los dos elementos de amortiguación (7) y la otra de las
dos paletas (17) es un contacto lineal.
3. Disposición de paletas (1) de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en la que los elementos de amortiguación (5,
7) son diferentes en su forma geométrica.
4. Disposición de paletas (1) de acuerdo con las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, en la que los elementos de amortiguación
(5, 7) se diferencian en sus masas.
5. Disposición de paletas (1) de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de
amortiguación (5, 7) están configurados en forma de barra.
6. Disposición de paletas (1) de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de
amortiguación (5, 7) están configurados en forma de barra, de manera
que un elemento de amortiguación (5) presenta una sección
transversal de la forma de una cuña y el otro elemento de
amortiguación (7) presenta una sección transversal de la forma de
un cuarto de círculo.
7. Disposición de paletas (1) de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores, en la que tres elementos de
amortiguación están dispuestos unos detrás de los otros en la
dirección circunferencial del rotor.
8. Disposición de paletas (1) de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de
amortiguación (5, 7) están fabricados de acero o de cerámica.
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