ES2873976T3 - Estructura de carcasa para un turbomotor, turbomotor y método para enfriar una sección de carcasa de una estructura de carcasa de un turbomotor - Google Patents

Abstract

Estructura de carcasa (100, 200) para un turbomotor, en particular para una turbomaquinaria, en donde la estructura de carcasa (100, 200) está diseñada de manera que rodee anularmente, al menos parcialmente, un conducto de flujo principal (H) del turbomotor, en el que se disponen las palas del rotor (L1) y las paletas guía (L2), y delimite el turbomotor del entorno (U), en donde la estructura de carcasa (100, 200) tiene una pared de carcasa exterior (10) formada por al menos una pieza de carcasa y una pared interior (13) y que comprende al menos un conducto de aire refrigerante (K), que se extiende al menos parcialmente en un volumen (V) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13), para enfriar una sección de carcasa (11) de la pared de carcasa (10) a enfriar, - en donde la pared de carcasa (10) está diseñada para delimitar el turbomotor del entorno (U), - en donde la pared interior (13) se dispone en dirección radial (r) dentro de la pared de carcasa (10) y en dirección radial (r) a una distancia de la pared de carcasa (10) y está diseñada de manera que delimite, al menos parcialmente, el conducto de flujo principal (H), que tiene las palas del rotor (L1) y las paletas guía (L2) dispuestas en él, - en donde la sección de carcasa (11) a enfriar tiene un extremo aguas arriba (17) y un extremo aguas abajo (16) en relación con una dirección de flujo principal (HS), en donde un flujo principal fluye a través del conducto de flujo principal (H), - en donde el conducto de aire refrigerante (15) tiene una entrada de aire refrigerante (15E) para suministrar aire refrigerante (K) al conducto de aire refrigerante (15) y una salida de aire refrigerante (15A) para descargar aire refrigerante (K) del conducto de aire refrigerante (15), y - en donde el conducto de aire refrigerante (15) tiene una primera sección (15-1) y una segunda sección (15- 2), en donde la estructura de carcasa (100, 200) está diseñada de manera que el aire refrigerante (K) suministrado al conducto de aire refrigerante (15) a través de la entrada del conducto de aire refrigerante (15E) fluya, en la primera sección (15-1) en dirección al extremo aguas arriba (17) de la sección de carcasa (11) a enfriar y, en la segunda sección (15-2), en dirección al extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar, en donde un flujo de aire refrigerante se desvía en la transición de la primera sección (15-1) a la segunda sección (15-2), en donde la entrada del conducto de aire refrigerante (15E) se dispone en el área del extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar o aguas abajo de la misma, caracterizado porque la estructura de carcasa (100, 200) comprende al menos dos paredes de separación (Z1, Z2), concretamente una primera pared intermedia y una segunda pared intermedia, que se extienden al menos parcialmente en dirección axial (a) y al menos parcialmente en dirección circunferencial y se disponen en dirección radial (r) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13) en donde el conducto de aire refrigerante (15) está delimitado en la primera sección (15-1) en dirección radial por una superficie interior de la sección de carcasa (11) de la pared de carcasa (10) a enfriar y por una superficie exterior de la primera pared intermedia (Z1) dispuesta en dirección radial (r) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13), en donde el conducto de aire refrigerante (15) está delimitado en la segunda sección (15-2) hacia fuera en dirección radial por una superficie interior de la primera pared intermedia (Z1) y hacia dentro en dirección radial (r) por una superficie exterior de la segunda pared intermedia (Z2) dispuesta en dirección radial (r) entre la primera pared intermedia (Z1) y la pared interior (13).

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura de carcasa para un turbomotor, turbomotor y método para enfriar una sección de carcasa de una estructura de carcasa de un turbomotor

La presente invención se refiere a una estructura de carcasa para un turbomotor, en particular para una turbomaquinaria, en particular para una etapa de turbina de una turbomaquinaria, en donde la estructura de carcasa está diseñada de manera que rodee anularmente, al menos parcialmente, un conducto de flujo principal del turbomotor, en el que se disponen las palas del rotor y las paletas guía, y delimite el turbomotor del entorno, en donde la estructura de carcasa tiene una pared de carcasa exterior formada por al menos una pieza de carcasa y una pared interior y que comprende al menos un conducto de aire refrigerante, que se extiende al menos parcialmente en un volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, para enfriar una sección de carcasa de la pared de carcasa a enfriar.

Además, la invención se refiere a un turbomotor, en particular a una turbomaquinaria, en particular a una turbina de gas, en particular una turbina de baja presión, que tiene una estructura de carcasa como la descrita anteriormente.

Además, la invención se refiere a un método para enfriar una sección de carcasa de una estructura de carcasa de dicho turbomotor con una estructura de carcasa como la descrita anteriormente.

Los turbomotores con estructuras de carcasa como las descritas anteriormente se conocen fundamentalmente en el estado de la técnica, en donde se conocen diversos conceptos con respecto al enfriamiento de las secciones de carcasa de dichas estructuras de carcasa, en particular con respecto a la conducción del aire refrigerante, por ejemplo, en las patentes núm. EP 2725203 A1, US 6,179,557 B1, EP2518278A1, US20160017750A1 o DE102017112426A1.

Cuanto mejor se pueda enfriar una sección de carcasa a enfriar de una pared de la estructura de carcasa, menores son generalmente las cargas térmicas que actúan sobre la pared de carcasa durante el funcionamiento, lo que generalmente tiene un efecto beneficioso para la pared de carcasa, por ejemplo, en su vida útil y, en consecuencia, en su diseño y dimensionamiento.

Por lo tanto, un objetivo de una modalidad de la presente invención es reducir las cargas térmicas que se producen durante el funcionamiento y que actúan sobre la pared de carcasa.

Este objetivo se logra mediante una estructura de carcasa que tiene las características de la reivindicación 1, mediante un turbomotor que tiene las características de la reivindicación 9, y mediante un método que tiene las características de la reivindicación 11. Las modalidades ventajosas de la invención se tratan en las reivindicaciones dependientes.

Una estructura de carcasa de acuerdo con la presente invención para un turbomotor, en particular para una turbomaquinaria, en particular para una etapa de turbina de una turbomaquinaria, está diseñada de manera que rodee anularmente, al menos parcialmente, en particular en dirección axial, un conducto de flujo principal del turbomotor, en el que se disponen las palas del rotor y las paletas guía, y delimite el turbomotor del entorno.

La estructura de carcasa tiene una pared de carcasa exterior formada por al menos una pieza de carcasa y una pared interior y que comprende al menos un conducto de aire refrigerante, que se extiende al menos parcialmente en un volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, para enfriar una sección de carcasa de la pared de carcasa a enfriar.

La pared de carcasa está diseñada para delimitar el turbomotor del entorno, en particular en una dirección radial y al menos parcialmente en una dirección circunferencial. La pared interior se dispone en dirección radial dentro de la pared de carcasa y separada en dirección radial de la pared de carcasa, y está configurada para delimitar al menos parcialmente el conducto de flujo principal con las palas del rotor y las paletas guía dispuestos en él, en particular en dirección radial y al menos parcialmente en dirección circunferencial.

Con respecto a una dirección de flujo principal con la que un flujo principal pasa a través del conducto de flujo principal, la sección de carcasa a enfriar comprende un extremo aguas arriba y un extremo aguas abajo.

El conducto de aire refrigerante tiene una entrada de aire refrigerante para suministrar aire refrigerante al conducto de aire refrigerante y una salida de aire refrigerante para descargar aire refrigerante del conducto de aire refrigerante, teniendo el conducto de aire refrigerante al menos una porción en donde el aire refrigerante suministrado al conducto de aire refrigerante a través de la entrada del conducto de aire refrigerante fluye hacia el extremo aguas arriba de la sección de carcasa a enfriar.

De acuerdo con la invención, la entrada del conducto de aire refrigerante se dispone en el área del extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar o aguas abajo de la misma, en particular en el extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar o aguas abajo del extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar.

El término "turbomotor", tal como se utiliza aquí, significa un dispositivo a través del cual puede fluir un fluido y mediante el cual la energía almacenada en un fluido que fluye a través del turbomotor se puede convertir en energía cinética o, a la inversa, la energía cinética se puede convertir en energía de un fluido que fluye a través del turbomotor, en donde la transferencia de energía suele tener lugar con la ayuda de los correspondientes perfiles, tales como palas del rotor, alas o paletas o similares, alrededor de los cuales puede fluir el fluido y, en particular, que están perfilados de tal manera que el flujo del fluido alrededor de los respectivos perfiles produce una diferencia de presión entre el lado delantero y el lado trasero.

Una "turbomaquinaria" en el sentido de la presente invención es un turbomotor diseñado como motor principal, es decir, un turbomotor mediante el cual la energía almacenada en un fluido que fluye a través del turbomotor se puede convertir en energía cinética.

Tal y como se utiliza en esta descripción, el término "turbina" se entiende como una "turbomaquinaria" en donde la energía almacenada en un fluido que fluye a través del turbomotor se utiliza para impulsar un eje.

El término "pala del rotor", tal como se utiliza en esta descripción, se refiere a un perfil unido a un eje giratorio y que se puede mover gracias a la rotación del eje asociado en relación con una estructura de carcasa que rodea, al menos parcialmente, el eje giratorio.

Una "paleta guía" en el sentido de la presente invención es un perfil estacionario en relación con la estructura de carcasa y que, en particular, está montado al menos parcialmente en la estructura de carcasa.

En esta descripción, el término "conducto de flujo principal" se refiere a un conducto de flujo a través del cual fluye el fluido que atraviesa el turbomotor y en el que tiene lugar principalmente la conversión de energía del fluido en energía cinética.

La indicación de dirección "axial" se refiere en esta descripción, como es habitual en la técnica, a una dirección paralela al eje de rotación o eje (principal) de máquina del turbomotor, en particular en el caso de una turbomaquinaria, en correspondencia la indicación de dirección "circunferencial" se refiere a una dirección de rotación alrededor de este eje de rotación o eje (principal) de máquina y la indicación de dirección "radial" a una dirección que es perpendicular a la dirección axial y circunferencial. La indicación de dirección "tangencial" se refiere a una dirección perpendicular a la dirección axial y a la dirección radial.

Las indicaciones de dirección "aguas abajo" y "aguas arriba" se refieren siempre en esta descripción a la dirección de un flujo principal en un conducto de flujo principal de un turbomotor asociado, con el que el conducto de flujo principal fluye durante una operación del turbomotor.

En esta descripción, todas las indicaciones de dirección se refieren en cada caso a un estado de los componentes individuales instalados en un turbomotor, en particular en una turbomaquinaria, o, en relación con un turbomotor, en particular una turbomaquinaria, a un estado funcional de uso.

En este contexto, el término "al menos parcialmente" en relación con una indicación de dirección significa que el vector de dirección resultante asociado tiene una porción de la dirección indicada por el término "al menos parcialmente".

El término "pared" se utiliza en esta descripción para designar un componente, en particular un componente estacionario que está inmóvil durante el funcionamiento de un turbomotor y que tiene al menos una superficie contra o desde la que se puede fluir o alrededor de la cual se puede fluir al menos parcialmente, en donde una pared tiene en particular una extensión significativamente mayor en al menos dos direcciones, en este caso en particular en dirección axial y en dirección circunferencial, que en una tercera dirección, en este caso en particular en dirección radial.

Por consiguiente, en este documento se denomina "pared de carcasa" a la pared de una carcasa.

En una modalidad de la presente invención, la pared de carcasa de una estructura de carcasa de acuerdo con la invención se extiende en particular al menos parcialmente en dirección axial y al menos parcialmente en dirección circunferencial y está diseñada para delimitar el turbomotor del entorno al menos parcialmente en dirección radial y al menos parcialmente en dirección circunferencial.

Debido a la disposición de la entrada de aire refrigerante en el área del extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar o aguas abajo de esta y a un aire refrigerante guiado al menos parcialmente en contra de una dirección de flujo principal, para el suministro de aire refrigerante se debe superar una presión de salida en la etapa del turbomotor, que está rodeada al menos parcialmente por la sección de carcasa a enfriar. De este modo, el enfriamiento de una sección de carcasa alrededor de una etapa de rotor, en particular en una turbina de baja presión, se puede lograr de manera especialmente sencilla.

Otra ventaja de una estructura de carcasa de acuerdo con la presente invención, es que la llamada "presión de entrega" del aire refrigerante, con la que se puede introducir el aire refrigerante en el conducto de aire refrigerante, no depende del desgaste de otros módulos de los módulos de flujo en una estructura de carcasa de acuerdo con la presente invención, como es el caso, por ejemplo, del aire refrigerante suministrado aguas arriba que ya ha pasado previamente por una o más etapas de turbina.

En una modalidad de la presente invención, la pared interior está formada en particular por un anillo de revestimiento o por al menos un segmento de anillo de revestimiento, en particular por un anillo de revestimiento que se extiende al menos parcialmente en dirección axial y al menos parcialmente en dirección circunferencial o por al menos un segmento de anillo de revestimiento formado en correspondencia, en donde también es posible que la pared interior esté formada por una pluralidad de segmentos de anillo de revestimiento ensamblados para formar un anillo de revestimiento, en particular por segmentos de anillo de revestimiento ensamblados para formar un anillo de revestimiento cerrado en dirección circunferencial. De este modo, se puede lograr de forma sencilla una limitación radial hacia el exterior del conducto de flujo principal.

Dado que la pared interior delimita, al menos parcialmente, el conducto de flujo principal, está expuesta a altas temperaturas, en particular en el caso de una estructura de carcasa prevista para una turbina de gas en la que a través del conducto de flujo principal fluye gas muy caliente. En una modalidad ventajosa, la pared interior comprende o consiste preferentemente en un material resistente a las altas temperaturas, la pared interior comprende o consiste preferentemente en metal, en particular un metal resistente a las altas temperaturas. De este modo, se puede lograr una delimitación radial especialmente resistente y duradera del conducto de flujo principal hacia el exterior.

En una modalidad de la presente invención, la sección de carcasa a enfriar es, en particular, una sección de carcasa que está diseñada para rodear al menos parcialmente una etapa de rotor, en donde al menos un extremo aguas abajo de la pieza de carcasa está asociada, en este caso, preferentemente formada por uno o más ganchos de carcasa para recibir los ganchos de las paletas guía de una etapa de estator posterior aguas abajo, en particular una rejilla guía. De este modo, se puede suministrar al conducto de aire refrigerante de manera especialmente sencilla aire refrigerante procedente de un área exterior del turbomotor, en particular aire refrigerante procedente de un área radialmente exterior a las paletas guía de una etapa de estator que, en particular, aún no ha sido sometida a calentamiento en una etapa de un turbomotor.

En una modalidad de la presente invención, la entrada del conducto de aire refrigerante se dispone en la pieza de carcasa y está formada en particular por un orificio pasante en la pieza de carcasa, en particular por una perforación pasante abierta en la pieza de carcasa en particular aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar, de modo que se pueda suministrar al conducto de aire refrigerante en particular aire refrigerante de una etapa posterior dispuesta aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar. De este modo, se puede lograr de manera especialmente sencilla un suministro suficiente de aire refrigerante para un enfriamiento eficiente de la sección de carcasa a enfriar y, en particular, sin un debilitamiento excesivo de la estructura de carcasa, en particular sin un debilitamiento de la estructura de carcasa en el área del rotor en donde es importante una elevada rigidez dieléctrica. En particular, de este modo, la sección de carcasa a enfriar se puede enfriar a lo largo de una longitud de enfriamiento tan grande como sea posible en dirección axial, en particular, sin tener que proporcionar entradas de aire refrigerante en la estructura de carcasa en el área del rotor, que generalmente tiene un efecto perjudicial en la rigidez dieléctrica de la estructura de carcasa en el área del rotor.

En una modalidad de la presente invención, la sección de carcasa a enfriar tiene una pared exterior cerrada en el área relevante para la rigidez dieléctrica, es decir, sin entrada y/o salida de aire refrigerante, en particular sin interrupción o similar, para evitar el debilitamiento de la sección de carcasa a enfriar en esta área y en particular para mejorar la rigidez dieléctrica en esta área.

En esta descripción, el término "etapa de rotor" se refiere a una sección axial de un turbomotor, en particular de una turbomaquinaria, en particular de una turbina, en donde se encuentran las palas del rotor, en particular una pluralidad de palas del rotor distribuidas uniformemente en dirección circunferencial, que están unidas a un eje giratorio y se extienden radialmente hacia fuera desde el eje y forman una corona de palas del rotor.

Cuando la sección de carcasa a enfriar rodea una etapa de rotor, en una modalidad de la presente invención, la entrada del conducto de aire refrigerante se proporciona particularmente de manera que se pueda suministrar aire refrigerante al conducto de aire refrigerante desde un área de una etapa de estator posterior, particularmente a través de uno o más ganchos de carcasa proporcionados en la pieza de carcasa en el extremo aguas abajo de la pieza de carcasa. Es decir, en una modalidad de la presente invención, la entrada del conducto de aire refrigerante, en particular un orificio pasante o una perforación pasante que forma la entrada del conducto de aire refrigerante, se proporciona en particular en un gancho de carcasa y/o se extiende a través de un gancho de carcasa, por medio del cual se monta en la carcasa al menos una paleta guía de una etapa de estator posterior, en donde para un suministro mejorado de aire refrigerante en esta área, el gancho de la paleta guía asociado puede tener al menos una escotadura. De este modo, se consigue una conducción de aire refrigerante especialmente eficiente.

En esta descripción, el término "etapa de estator" se refiere a una sección axial de un turbomotor, en particular de una turbomaquinaria, en particular de una turbina, en donde se encuentran las paletas guía, en particular una pluralidad de paletas guía que están distribuidas uniformemente en dirección circunferencial y están montadas de forma estacionaria con respecto a la estructura de carcasa que las rodea y, en particular, al menos parcialmente en la estructura de carcasa, en donde las paletas guía se extienden, en particular, en dirección radial hacia el interior de la carcasa y forman una corona de paletas guía.

En una modalidad de la presente invención, la salida del conducto de aire refrigerante también se dispone en particular en el área del extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar, en el extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar o aguas abajo del extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar. De este modo, se consigue una conducción de aire refrigerante especialmente eficiente. En particular, en este caso, para salir del conducto de enfriamiento solo es necesario superar una presión aplicada a la salida de la etapa asociada cuya sección de carcasa circundante debe ser enfriada en su extremo aguas abajo, y no la presión aplicada a la entrada de dicha etapa. Esto permite que la conducción de aire refrigerante se realice con una presión de aire refrigerante más baja, de modo que se pueda alcanzar una presión de aire refrigerante suficiente con un aumento moderado de la presión en una etapa posterior del turbomotor. En particular, con un aumento solo moderado de una presión en una cavidad de paleta guía dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor, se puede lograr una presión de suministro de aire refrigerante necesaria para un enfriamiento suficiente.

En particular, dicha modalidad permite que el aire refrigerante se dirija, al menos parcialmente, aguas arriba con una moderada fuga adicional en los extremos radialmente exteriores de las paletas guía de la etapa de estator posterior aguas abajo, en donde esta modalidad permite, en particular, de manera sencilla, proporcionar una presión suficiente para el suministro de aire refrigerante al conducto de enfriamiento para un enfriamiento suficiente de la etapa de rotor aguas arriba.

Si la sección de carcasa a enfriar rodea una etapa de rotor, en una modalidad de la presente invención la salida del conducto de aire refrigerante se dispone en particular axialmente a nivel de un gancho de carcasa asociado que se encuentra en dirección radial, en particular radialmente dentro de este gancho de carcasa. De esta manera, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa y, en particular, eficiente, de manera particularmente sencilla.

El conducto de aire refrigerante tiene una primera sección y una segunda sección, y la estructura de carcasa, en particular el conducto de aire refrigerante, está diseñado de tal manera que el aire refrigerante suministrado al conducto de aire refrigerante a través de la entrada del conducto de aire refrigerante fluye en la primera sección en dirección al extremo aguas arriba de la sección a enfriar, fluye en particular directamente adyacente a la sección de carcasa a enfriar en dirección axial contraria a una dirección de flujo principal, y en la segunda sección fluye en dirección al extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar, en donde un flujo de aire refrigerante se desvía, en particular en 180°, en la transición de la primera sección a la segunda sección. De este modo, se puede lograr un enfriamiento especialmente eficiente de la sección de carcasa a enfriar, ya que el aire refrigerante, que aún está frío, es guiado primero a lo largo de la sección de carcasa a enfriar, en particular en dirección axial.

En una mejora de la presente invención, la estructura de carcasa está diseñada en particular de tal manera que el flujo de aire refrigerante se puede desviar y/o sea desviado, en particular en el área del extremo aguas arriba de la sección de carcasa a enfriar. De este modo, el recorrido del aire refrigerante se puede ampliar de forma sencilla y, como resultado, se puede mejorar el enfriamiento.

La estructura de carcasa tiene dos paredes intermedias que se extienden al menos parcialmente en dirección axial y al menos parcialmente en dirección circunferencial y se disponen en dirección radial entre la pared de carcasa y la pared interior. De este modo, se puede formar de manera especialmente sencilla un conducto de aire refrigerante separado de la pared interior y, por tanto, del conducto de flujo principal caliente, lo que permite reducir considerablemente el calentamiento del aire refrigerante por el flujo caliente en el conducto de flujo principal.

La pared intermedia adicional puede mejorar aún más la resistencia a la perforación de la estructura de carcasa.

En una modalidad de la presente invención, la estructura de carcasa comprende en particular una primera pared intermedia dispuesta más hacia el exterior en dirección radial y una segunda pared intermedia dispuesta al menos parcialmente, en particular completamente, hacia el interior en dirección radial desde la primera pared intermedia. En particular, la primera pared intermedia y la segunda pared intermedia se disponen concéntricamente entre sí y, en particular, pueden estar dispuestas concéntricamente con respecto al eje de rotación o con respecto al eje (principal) de la máquina. De esta manera, se puede realizar una desviación del aire refrigerante en 180° de manera sencilla y se puede realizar una extensión de la longitud de enfriamiento. Además, de esta manera, se puede reducir aún más el calentamiento, por el flujo caliente en el conducto de flujo principal, del aire refrigerante que pasa directamente por la sección de carcasa a enfriar. Asimismo, se puede utilizar una segunda pared intermedia para mejorar aún más la resistencia a la perforación.

En la primera sección, el conducto de aire refrigerante está limitado en dirección radial por una superficie interior de la sección de carcasa de la pared de carcasa a enfriar y por una superficie exterior de la primera pared intermedia que se extiende al menos parcialmente en dirección axial y se dispone en dirección radial entre la pared de carcasa y la pared interior. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia está así dispuesta en particular a una distancia de la pared de carcasa, en particular a una distancia definida, opcionalmente con uno o más separadores entre ellas, donde uno o más separadores pueden estar formados por un contorno en forma de onda o de sisa en dirección axial de la primera pared intermedia. Alternativamente, también pueden servir como separadores las correspondientes prolongaciones, nervaduras, en particular las nervaduras que se extienden axialmente, o similares dispuestas en la pared intermedia en el lado que da a la pared de carcasa. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla, en particular un conducto de aire refrigerante con dimensiones definidas.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia se apoya, en su extremo aguas abajo, en particular en el área del extremo aguas abajo de la pared de carcasa, en particular aguas abajo de la entrada del conducto de aire refrigerante, contra la superficie interior de la pared de carcasa, en particular con una fuerza de contacto definida, de manera que delimita axialmente el conducto de aire refrigerante aguas abajo, en particular delimita axialmente la primera sección del conducto de aire refrigerante aguas abajo. Para ello, por ejemplo, la primera pared intermedia se puede presionar contra, o fijar a, la pared de carcasa. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla, en particular una impermeabilización axial ventajosa para la conducción de aire refrigerante.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia está formada en particular por un primer anillo cerrado en dirección circunferencial o por al menos un segmento de anillo, en donde es posible que el anillo esté formado en una sola pieza o que esté compuesto por una pluralidad de segmentos de anillo, tanto en dirección circunferencial como en dirección axial. De esta manera, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de una manera particularmente simple en términos de diseño.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia comprende o consiste en metal, en particular un material de mayor resistencia. Esto puede aumentar la rigidez dieléctrica de la estructura de carcasa, en algunos casos incluso hasta tal punto que es posible un menor dimensionamiento de la pared de carcasa, como resultado de lo cual es posible una reducción del peso y se pueden ahorrar costes debido a una menor necesidad de material para la pared de carcasa.

El conducto de aire refrigerante está delimitado en la segunda sección en dirección radial hacia el exterior por una superficie interior de la primera pared intermedia. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla.

El conducto de aire refrigerante está delimitado en la segunda sección en dirección radial hacia dentro por una superficie exterior de la segunda pared intermedia, que se extiende al menos parcialmente en dirección axial y se dispone en dirección radial entre la primera pared intermedia y la pared interior. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla.

En una modalidad de la presente invención, la segunda pared intermedia está así dispuesta en particular a una distancia de la primera pared intermedia, en particular a una distancia definida, opcionalmente con uno o más separadores entre ellas, donde uno o más separadores pueden estar formados por un contorno ondulado en dirección axial de la primera pared intermedia y/o la segunda pared intermedia. Alternativamente, también pueden servir como separadores las correspondientes sisas, prolongaciones, nervaduras, en particular las nervaduras que se extienden axialmente, o similares dispuestas en la primera pared intermedia y/o en la segunda pared intermedia. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla, en particular un conducto de aire refrigerante con dimensiones definidas.

En una modalidad de la presente invención, la segunda pared intermedia se dispone en particular a una distancia de la pared interior. De este modo, se puede reducir considerablemente, de manera especialmente sencilla, el calentamiento del aire refrigerante por el flujo caliente en el conducto de flujo principal.

En una modalidad de la presente invención, la segunda pared intermedia se apoya, en su extremo aguas arriba, en particular en el área del extremo aguas arriba de la pared de carcasa, en particular aguas arriba de una desviación en la entrada del conducto de aire refrigerante, contra la superficie interior de la pared de carcasa, en particular con una fuerza de contacto definida, de manera que delimita axialmente el conducto de aire refrigerante aguas arriba, en particular delimita axialmente la segunda sección del conducto de aire refrigerante aguas arriba. Para ello, la segunda pared intermedia, por ejemplo, se puede presionar contra, fijar y/o sujetar a, la pared de a la pared de carcasa. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante ventajosa de manera especialmente sencilla, en particular una impermeabilización axial ventajosa para la conducción de aire refrigerante.

En una modalidad de la presente invención, la segunda pared intermedia está formada en particular por un primer anillo cerrado en dirección circunferencial o por al menos un segmento de anillo, en donde es posible que el anillo esté formado en una sola pieza o que esté compuesto por una pluralidad de segmentos de anillo, tanto en dirección circunferencial y/o en dirección axial. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante especialmente sencilla desde el punto de vista estructural y particularmente ventajosa.

En una modalidad de la presente invención, la segunda pared intermedia comprende o consiste en metal, en particular un material de mayor resistencia. Esto puede aumentar aún más la resistencia dieléctrica de la estructura de carcasa.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia y la segunda pared intermedia se fabrican por separado, es decir, como componentes separados, en particular en forma de dos anillos dispuestos coaxialmente uno respecto del otro, que se pueden insertar uno dentro del otro, en particular axialmente. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante especialmente sencilla desde el punto de vista estructural y particularmente ventajosa.

En una modalidad de la presente invención, la primera pared intermedia y la segunda pared intermedia pueden estar preensambladas entre sí para formar un conjunto y, en particular, pueden estar conectadas entre sí de forma desmontable. Esto permite lograr una conducción de aire refrigerante especialmente sencilla y fácil de montar.

En una modalidad de la presente invención, la salida del conducto de aire refrigerante está formada por una abertura, en particular por un espacio, en particular por un espacio al menos parcialmente circunferencial, en particular por un espacio completamente circunferencial, entre la primera pared intermedia y la segunda pared intermedia, en donde el conducto de salida del aire refrigerante está formado en particular por un espacio entre el extremo aguas abajo de una de las dos paredes intermedias y la otra pared intermedia, o por un espacio entre los dos extremos aguas abajo de ambas paredes intermedias. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante especialmente sencilla y, sobre todo, ventajosa y de configuración flexible en términos constructivos.

En una modalidad de la presente invención, la salida del conducto de aire refrigerante está situada, en particular, en el área del extremo aguas abajo de la pared de carcasa, en particular, aguas abajo de la etapa de rotor. Esto permite lograr una conducción de aire refrigerante especialmente ventajosa, en particular una conducción de aire refrigerante que requiere solo una baja presión de aire refrigerante.

En una modalidad de la presente invención, al menos una pared intermedia, en particular la primera pared intermedia, en particular en su extremo aguas abajo, tiene una sección guía de aire refrigerante, que está diseñada para influir en, en particular cambiar, una dirección de flujo del aire refrigerante en un área aguas arriba de la salida del conducto de aire refrigerante, en donde la sección guía de aire refrigerante se extiende en particular en dirección radial y forma en particular el extremo aguas abajo de la pared intermedia asociada y, en particular, forma con la otra pared intermedia, esencialmente con su extremo aguas abajo, la salida del conducto de aire refrigerante. De este modo es posible lograr una conducción de aire refrigerante especialmente sencilla desde el punto de vista constructivo y, sobre todo, ventajosa y que se puede configurar de forma flexible, en particular con una influencia específica del flujo de aire refrigerante.

En una modalidad de la presente invención, la estructura de carcasa está diseñada, en particular, de manera que el aire refrigerante que sale del conducto de aire refrigerante pueda entrar en el conducto de flujo principal aguas abajo de la salida del conducto de aire refrigerante, en particular a través de un espacio entre la pared interior y otro componente. De este modo, se puede lograr una descarga de aire refrigerante de manera especialmente sencilla.

Si la sección de carcasa a enfriar rodea una etapa de rotor, en una modalidad de la presente invención el componente adicional es, en particular, una paleta guía de una etapa de estator dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor.

En una modalidad de la presente invención, el aire refrigerante puede ser descargado en el conducto de flujo principal, en particular con una dirección de flujo de aire refrigerante adaptada a la dirección de flujo de un flujo que fluye en el conducto de flujo principal. De este modo, se pueden reducir o, en algunos casos incluso se pueden evitar por completo, los efectos no deseados que influyen negativamente en el flujo principal y, por tanto, en la eficiencia del turbomotor.

En una modalidad de la presente invención, al menos un elemento de sellado, que se extiende al menos parcialmente en dirección axial y se dispone, al menos parcialmente en dirección circunferencial, entre la pared de carcasa y la pared interior, en donde el elemento de sellado se dispone en particular en dirección radial entre una pared intermedia más interna, que delimita el conducto de aire refrigerante y la pared interior.

En una modalidad de la presente invención, el elemento de sellado está diseñado particularmente para reducir un flujo a través del volumen de fluido caliente filtrado desde el conducto de flujo principal debido a las fugas, para mejorar el enfriamiento de la sección de carcasa y/o para aumentar la eficiencia del enfriamiento.

En una modalidad de la presente invención, el elemento de sellado está particularmente dispuesto en una dirección radial entre el segundo elemento intermedio y la pared interior.

En una modalidad de la presente invención, el elemento de sellado, en particular junto con la pared intermedia más interna, delimita un conducto de aire caliente en dirección radial, en donde la superficie interior de la pared intermedia más interna delimita, al menos parcialmente, el conducto de aire caliente, en particular en dirección radial hacia el exterior, y la superficie exterior del elemento de sellado delimita, al menos parcialmente, el conducto de aire caliente, en particular en dirección radial hacia el interior.

En otra modalidad de la presente invención, el elemento de sellado limita de este modo el conducto de aire caliente en dirección axial, en particular junto con la pared intermedia más interna, de tal manera que el conducto de aire caliente se estrecha en dirección axial hasta un pequeño espacio de paso. De este modo, es especialmente fácil lograr una reducción significativa del flujo a través del volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, en particular entre la pared intermedia más interna y la pared interior.

En una modalidad de la presente invención, el elemento de sellado comprende o es una pared adicional, en donde el elemento de sellado está formado en particular por un anillo adicional, en donde el elemento de sellado en particular comprende o consiste en metal. De esta manera, se puede lograr un correspondiente elemento de sellado de una manera particularmente sencilla desde el punto de vista estructural.

En una modalidad de la presente invención, el elemento de sellado tiene, en particular, una extensión axial menor que la primera y/o segunda pared intermedia, en donde el elemento de sellado tiene, en particular, solo la mitad de la longitud de la primera y/o de la segunda pared intermedia en dirección axial. De este modo, es especialmente fácil lograr una reducción significativa del flujo a través del volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, en particular entre la pared intermedia más interna y la pared interior.

En una modalidad alternativa de la presente invención, el elemento de sellado tiene un cuerpo de sellado voluminoso o es un cuerpo de sellado voluminoso que llena un volumen entre la pared intermedia más interna y la pared interior al menos parcialmente, en particular hasta al menos 50 %, preferentemente hasta al menos 75 %, en particular preferentemente hasta al menos 85 %, en donde el elemento de sellado en este caso tiene, de preferencia, aproximadamente la misma extensión, en particular en dirección axial, que la pared intermedia más interna. De este modo, es especialmente fácil lograr una reducción considerable del flujo a través del volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, en particular entre la pared intermedia más interna y la pared interior.

En otra modalidad de la presente invención, el elemento de sellado tiene un cuerpo de sellado voluminoso que está diseñado para ser térmicamente aislante. De esta manera, además de reducir el flujo a través del volumen entre la pared de carcasa y la pared interior, en particular entre la pared intermedia más interna y la pared interior, también es posible lograr el aislamiento térmico del conducto de aire refrigerante de una manera particularmente sencilla.

Un turbomotor de acuerdo con la invención tiene una estructura de carcasa de acuerdo con la invención. De este modo, se puede lograr un enfriamiento eficiente de una sección de carcasa del turbomotor a enfriar de una manera especialmente sencilla.

En una modalidad de un turbomotor de acuerdo con la presente invención, el turbomotor tiene una etapa de rotor, que tiene palas de rotor y una etapa de estator, dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor, que tiene palas de estator, en donde la pieza de carcasa de la estructura de carcasa a enfriar rodea al menos la etapa de rotor al menos parcialmente, en particular radialmente, en donde el turbomotor, en particular la estructura de carcasa, está diseñada de tal manera que el aire refrigerante se pueda suministrar al conducto de aire refrigerante desde la etapa de estator dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor, en particular desde radialmente fuera de las palas de estator de la etapa de estator aguas abajo, en particular al menos parcialmente en contra de una dirección de flujo principal de un flujo principal en el conducto de flujo principal. De este modo, se puede lograr un enfriamiento eficiente de una sección de carcasa a enfriar de una etapa de rotor del turbomotor de manera especialmente sencilla.

En una modalidad de un turbomotor de acuerdo con la presente invención, se puede suministrar aire refrigerante a al menos un conducto de aire refrigerante, en particular a través de al menos una entrada de conducto de aire refrigerante introducida en un gancho de carcasa de la pieza de carcasa de la estructura de carcasa dispuesta en el extremo aguas abajo de la pieza de carcasa, en donde el gancho de carcasa está diseñado para recibir al menos un gancho de paleta guía de al menos una paleta guía de la etapa de estator aguas abajo.

De esta manera, se puede lograr un enfriamiento eficiente de una sección de carcasa a enfriar de una manera especialmente sencilla.

En una modalidad de un turbomotor de acuerdo con la presente invención, la pared interior de la estructura de carcasa forma un espacio de salida en el extremo aguas abajo de esta con al menos una paleta guía de la etapa de estator contigua a la etapa de rotor, a través de dicho espacio el aire refrigerante, que ha escapado del conducto de aire refrigerante se puede descargar hacia el conducto de flujo principal, en particular junto con un flujo de fuga caliente, que ha escapado del conducto de flujo principal debido a fugas. De este modo, se puede lograr una descarga de aire refrigerante de manera especialmente sencilla.

Un método de acuerdo con la invención para enfriar una sección de carcasa de una estructura de carcasa de un turbomotor de acuerdo con la invención, se caracteriza porque el aire refrigerante se suministra a través de la entrada del conducto de aire refrigerante al conducto de aire refrigerante de la estructura de carcasa, en donde la sección de carcasa a enfriar rodea al menos parcialmente, la etapa de rotor dispuesta aguas arriba de la etapa de estator, desde un área radialmente exterior a las paletas guía de la etapa de estator, en donde el turbomotor en particular está operado de manera que una presión de aire refrigerante en esta área es mayor que una presión de salida de un flujo en el área de la salida del conducto de aire refrigerante. De este modo, se puede lograr un enfriamiento eficiente de la sección de carcasa a enfriar de manera especialmente sencilla.

Todas las características, propiedades y ventajas descritas en relación con un objeto de acuerdo con la invención se aplican también, en la medida en que sea técnicamente factible o aplicable, a otro de los objetos de acuerdo con la invención, aunque no se mencionen explícitamente en relación con estos objetos. Es decir, las características, propiedades y ventajas descritas en relación con una estructura de carcasa de acuerdo con la invención también se aplican a un turbomotor y a un método de acuerdo con la invención, y viceversa, siempre que esto sea técnicamente factible o aplicable.

Otras mejoras ventajosas de la presente invención se muestran en las reivindicaciones dependientes y en la siguiente descripción de las modalidades preferidas. Para ello se muestra, en parte esquematizado:

En la figura 1,

una sección de una primera modalidad de un turbomotor de acuerdo con la invención con una primera modalidad de una estructura de carcasa de acuerdo con la invención; y

En la figura 2,

una sección de un segundo ejemplo de modalidad de un turbomotor de acuerdo con la invención con un segundo ejemplo de modalidad de una estructura de carcasa de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra una sección de una primera modalidad de un turbomotor de acuerdo con la invención, diseñado como una turbina de baja presión, que tiene una etapa de rotor R y una etapa de estator S dispuesta aguas abajo de esta última, en donde la etapa de rotor R tiene una pluralidad de palas de rotor L1 distribuidas uniformemente en dirección circunferencial y que se extienden en dirección radial r, y la etapa de estator S tiene una pluralidad de paletas guía L2 distribuidas uniformemente en dirección circunferencial y que se extienden en dirección radial r.

De acuerdo con la invención, el turbomotor tiene una estructura de carcasa 100 de acuerdo con la invención, que rodea, al menos parcialmente, un conducto de flujo principal H del turbomotor, en el que se disponen las palas del rotor L1 y las paletas guía L2, para delimitar de un entorno U, en particular las palas del rotor L1 de la etapa de rotor R.

La estructura de carcasa 100 tiene una pared exterior de la carcasa 10, formada por al menos una pieza de carcasa, y una pared interior 13, formada por una pluralidad de segmentos de anillo de revestimiento ensamblados para formar un anillo de revestimiento, y hecha de un material resistente a las altas temperaturas. La pared interior 13 se dispone en dirección radial r dentro de la pared de carcasa 10 y en dirección radial r separada de la pared de carcasa 10, y está diseñada para delimitar, al menos parcialmente, el conducto de flujo principa1H con las palas del rotor L1 y las paletas guía L2 dispuestas en él.

Un conducto de aire refrigerante 15 para conducir el aire refrigerante K para enfriar una sección de carcasa 11 de la pared de carcasa 10 a enfriar se extiende en un volumen V entre la pared de carcasa 10 y la pared interior 13, en donde la sección de carcasa 11 a enfriar tiene un extremo aguas arriba 17 y un extremo aguas abajo 16 con respecto a una dirección de flujo principal HS, con la que un flujo principal fluye a través del conducto de flujo principa1H durante el funcionamiento del turbomotor.

El conducto de aire refrigerante 15 tiene una entrada de aire refrigerante 15E para suministrar aire refrigerante K al conducto de aire refrigerante 15 y una salida de aire refrigerante 15A para descargar el aire refrigerante K del conducto de aire refrigerante 15.

De acuerdo con la invención, la entrada del conducto de aire refrigerante 15E se dispone en el área del extremo aguas abajo 16 de la sección de carcasa 11 a enfriar. En este caso, la salida del conducto de aire refrigerante 15A también se dispone en el área del extremo aguas abajo 16 de la sección de carcasa 11 a enfriar.

En la estructura de carcasa 100 mostrada en la figura 1, el conducto de aire refrigerante 15 tiene una primera sección 15-1 y una segunda sección 15-2, donde la primera sección 15-1 es particularmente adyacente a la entrada del conducto de aire refrigerante 15E y la segunda sección 15-2 es particularmente adyacente a la salida del conducto de aire refrigerante 15A, y en donde en la primera sección 15-1 el aire refrigerante K suministrado al conducto de aire refrigerante 15 a través de la entrada del conducto de aire refrigerante 15E fluye en dirección al extremo aguas arriba 17 de la sección de carcasa 11 a enfriar, mientras que en la segunda sección 15-2 el aire refrigerante K, después de haber sido desviado en 180° en el área del extremo aguas arriba 17, fluye en dirección al extremo aguas abajo 16. De este modo, se puede lograr una conducción de aire refrigerante especialmente ventajosa. Debido a la desviación, se puede realizar una distancia de enfriamiento especialmente larga.

El conducto de aire refrigerante 15 está formado, entre otras cosas, por dos paredes intermedias Z1 y Z2 que se extienden al menos parcialmente en dirección axial a y al menos parcialmente en dirección circunferencial y que se disponen en dirección radial r entre la pared de carcasa 10 y la pared interior 13, en donde el conducto de aire refrigerante 15 está delimitado en la primera sección 15-1 en dirección radial r por una superficie interior de la sección de carcasa 11 de la pared de carcasa 10 a enfriar y por una superficie exterior de la primera pared intermedia Z1. De este modo, el aire refrigerante fresco y frío K puede fluir directamente a lo largo de la sección de carcasa 11 para ser enfriado en el área de la primera sección del conducto de aire refrigerante 15-1, con lo que se consigue un efecto de enfriamiento especialmente bueno.

La primera pared intermedia Z1 se apoya con su extremo aguas abajo contra la superficie interior de la pared de carcasa 10 en el área del extremo aguas abajo 16 de la pared de carcasa 10, en particular aguas abajo de la entrada del conducto de aire refrigerante 15E, en particular con una presión de contacto definida, para delimitar axialmente la primera sección 15-1 del conducto de aire refrigerante 15 aguas abajo.

En la segunda sección 15-2, el conducto de aire refrigerante 15 está delimitado hacia el exterior en dirección radial r por una superficie interior de la primera pared intermedia Z1 y hacia el interior en dirección radial r por una superficie exterior de la segunda pared intermedia Z2.

La segunda pared intermedia Z2 se apoya de este modo con su extremo aguas arriba en la superficie interior de la pared de carcasa 10 en el área del extremo aguas arriba 17 de la pared de carcasa 10, en particular antes de una desviación del conducto de aire refrigerante 15, igualmente con una fuerza de presión definida, para delimitar axialmente la segunda sección 15-2 del conducto de aire refrigerante 15 aguas arriba, en donde la segunda pared intermedia Z2 se presiona de este modo contra la pieza de carcasa por un componente, que está conectado a la pieza de carcasa y que no se especifica con mayor detalle aquí.

Cada una de las paredes intermedias Z1 y Z2 está formada por anillos de un material metálico de alta resistencia, que se insertan uno dentro del otro y que, además de su función como paredes del conducto de enfriamiento, sirven también para aumentar la resistencia dieléctrica de la estructura de carcasa 100.

Entre la primera y la segunda pared intermedia Z1, Z2 pueden existir separadores 14 para definir las dimensiones del conducto de aire refrigerante 15.

En esta estructura de carcasa 100, la salida del conducto de aire refrigerante 15A está formada por una abertura, en particular por un espacio, en particular por un espacio al menos parcialmente circunferencial, en particular por un espacio completamente circunferencial, entre la primera pared intermedia Z1 y la segunda pared intermedia Z2, en particular por sus extremos aguas abajo. Para una conducción de aire refrigerante especialmente ventajosa, cada una de las dos paredes intermedias Z1 y z 2 tiene, en el área de sus extremos inferiores, secciones guía del aire refrigerante correspondientes, no descritas aquí con mayor detalle, mediante las cuales se puede influir en la dirección del flujo del aire refrigerante, de modo que el aire refrigerante K pueda salir del conducto de aire refrigerante 15 con una dirección definida y especialmente ventajosa y pueda entrar en el conducto de flujo principa1H a través de un espacio 19 entre la pared interior 13 y otro componente, por ejemplo una paleta guía L2 de la etapa de estator posterior S, en particular con una dirección de flujo adaptada a la dirección del flujo principal y en particular junto con un flujo de fuga.

Esta estructura de carcasa 100 comprende además, radialmente entre la pared de carcasa 10 y la pared interior 13, al menos un elemento de sellado D, que se extiende al menos parcialmente en dirección axial a y al menos parcialmente en dirección circunferencial y tiene también forma de un anillo metálico circunferencial, en donde el elemento de sellado D se dispone en particular en dirección radial r entre la pared intermedia más interna Z2, que delimita el conducto de aire refrigerante 15 y la pared interior 13. El elemento de sellado D solo se extiende aproximadamente a la mitad de la longitud de la sección de carcasa 11 a enfriar o de las paredes intermedias Z1 y Z2, y su extremo aguas abajo se apoya de forma impermeabilizante en la pared interior 13. El extremo aguas arriba del elemento de sellado D define, junto con la superficie interior del segundo elemento intermedio Z2, un pequeño espacio para minimizar un flujo a través del volumen V de un flujo caliente W que ha entrado en el volumen V debido a efectos de fuga desde el conducto de flujo principal, en particular en las inmediaciones del conducto de enfriamiento 15.

Para el enfriamiento de la sección de carcasa 11, el conducto de aire refrigerante 15 de la estructura de carcasa 100, cuya sección de carcasa 11 a enfriar rodea al menos parcialmente la etapa de rotor R dispuesta aguas arriba de la etapa de estator S, se alimenta con aire refrigerante a través de la entrada del conducto de aire refrigerante 15E, que está formado en particular por una perforación pasante en un gancho de carcasa 18 de la pieza de carcasa; el aire refrigerante K se suministra desde un área radialmente fuera de las paletas guía L2 de la etapa de estator S, en donde el turbomotor funciona a tal efecto en particular de tal manera que una presión del aire refrigerante pK0 en esta área sea mayor que una presión de salida pK2 o pL2 de un flujo en el área de la salida del conducto de aire refrigerante 15A, en particular mayor que una presión de salida pL2 del flujo de fuga caliente saliente W, y que una presión de salida pK2 de un flujo de aire refrigerante K saliente del conducto de aire refrigerante 15-1 y 15-2 en la salida del conducto de aire refrigerante 15A, o mayor que una presión de un flujo mezclado de estos dos flujos.

Para ello, la presión del aire refrigerante pK0 necesaria en la entrada del conducto de aire refrigerante 15E se puede generar en particular con ayuda de un compresor no representado, en donde el aire refrigerante K necesario para ello se toma en particular del compresor y se dirige con ayuda de conductos al volumen radialmente exterior a las paletas guía L2 de la etapa de estator S, donde se somete entonces a la correspondiente presión del aire refrigerante pK0.

A lo largo del conducto de aire refrigerante 15-1 y 15-2, desde la entrada del conducto de aire refrigerante 15E hasta la salida del conducto de aire refrigerante 15A, la presión del aire refrigerante desciende de pK0 a pK1 a pK2.

Del mismo modo, en la dirección del flujo, una presión del flujo de fuga caliente cae de pL1 a pL2.

Debido a la caída de presión del flujo de fuga caliente W y a la caída de presión del flujo de aire refrigerante en la dirección de la salida del conducto de aire refrigerante 15A, solo se requiere una pequeña presión pK0 para introducir el aire refrigerante K en el conducto de aire refrigerante 15-1 con la entrada del conducto de aire refrigerante 15E dispuesta aguas abajo de acuerdo con la invención.

Con la segunda pared intermedia Z2 y el elemento de sellado D, se puede evitar una mezcla con el flujo de fuga caliente W, en particular a partir del área de la desviación del aire refrigerante. En consecuencia, se puede evitar un aumento de la presión del flujo de aire refrigerante en la dirección de la salida del conducto de aire refrigerante 15A como resultado de la mezcla con el flujo de fuga caliente W, que inicialmente tiene una presión de fuga pL1.

Además, mediante el elemento de sellado D y el pequeño espacio creado por este y el segundo elemento intermedio Z2, se puede aumentar una caída de presión del flujo de fuga caliente W, con lo que se puede lograr una menor presión de aire refrigerante requerida pK0 en la entrada del conducto de aire refrigerante.

De este modo, se puede lograr un enfriamiento eficiente de manera especialmente sencilla con una estructura de carcasa 100 de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra una sección de una segunda modalidad de un turbomotor de acuerdo con la invención, con una segunda modalidad de una estructura de carcasa 200 de acuerdo con la invención, que difiere de la estructura de carcasa descrita anteriormente solo en el elemento de sellado D'.

En este caso, el elemento de sellado D' es un cuerpo de sellado voluminoso que llena al menos 85 % del volumen entre la pared intermedia más interna Z2 y la pared interior 13, en donde el elemento de sellado D' tiene en este caso casi la misma extensión en dirección axial a que la pared intermedia más interna Z2. De este modo, es especialmente fácil lograr una reducción considerable del flujo de fluido caliente a través del volumen V.

Además, el cuerpo de sellado D' voluminoso está diseñado para ser térmicamente aislante. Con ello, además de reducir el flujo a través del volumen V con flujo caliente, también se puede lograr el aislamiento térmico del conducto de aire refrigerante 15 del conducto de flujo principal H de manera particularmente sencilla.

Aunque en la descripción anterior se han explicado modalidades ilustrativas, cabe señalar que se pueden realizar un gran número de variaciones. Además, cabe destacar, que las modalidades ilustrativas son solo ejemplos que no deben restringir en modo alguno el alcance de la protección, las aplicaciones y la estructura. Más bien, la descripción anterior proporciona al experto una pauta para la aplicación de al menos una modalidad ilustrativa, en donde pueden introducirse diversos cambios, en particular con respecto a la función y la disposición de los componentes descritos, sin salirse del alcance de la protección resultante de las reivindicaciones y de las combinaciones de características equivalentes.

Lista de referencia de los dibujos

100, 200 Estructura de carcasa de un turbomotor de acuerdo con la invención

10 Pared de carcasa

11 Sección de carcasa a enfriar

12 Gancho de carcasa

13 Pared interior

14 Separador

15 Conducto de aire refrigerante

15-1 Primera sección del conducto de aire refrigerante

15-2 Segunda sección del conducto de aire refrigerante

15A Entrada del conducto de aire refrigerante

15E Salida del conducto de aire refrigerante

16 Extremo aguas abajo de la sección de carcasa a enfriar

17 Extremo aguas arriba de la sección de carcasa a enfriar

18 Gancho de la paleta guía

19 Espacio de salida hacia el conducto de flujo principal

a Dirección axial

r Dirección radial

pK0 Presión del conducto de aire refrigerante antes de la entrada del conducto de aire refrigerante pK1 Presión del conducto de aire refrigerante después de la entrada del conducto de aire refrigerante pK2 Presión del conducto de aire refrigerante a la salida del conducto de aire refrigerante pL1 Presión de fuga en la entrada al volumen V

pL2 Presión de fuga en la salida del conducto de aire refrigerante

D, D' Elemento de sellado

H Conducto de flujo principal

HS Dirección del flujo principal

K Aire refrigerante

L1 Palas del rotor

L2 Paletas guía

R Etapa de rotor

S Etapa de estator

U Entorno

V Volumen

W Flujo caliente

Z1 Primera pared intermedia

Z2 Segunda pared intermedia

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Estructura de carcasa (100, 200) para un turbomotor, en particular para una turbomaquinaria, en donde la estructura de carcasa (100, 200) está diseñada de manera que rodee anularmente, al menos parcialmente, un conducto de flujo principal (H) del turbomotor, en el que se disponen las palas del rotor (L1) y las paletas guía (L2), y delimite el turbomotor del entorno (U), en donde la estructura de carcasa (100, 200) tiene una pared de carcasa exterior (10) formada por al menos una pieza de carcasa y una pared interior (13) y que comprende al menos un conducto de aire refrigerante (K), que se extiende al menos parcialmente en un volumen (V) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13), para enfriar una sección de carcasa (11) de la pared de carcasa (10) a enfriar,

- en donde la pared de carcasa (10) está diseñada para delimitar el turbomotor del entorno (U),

- en donde la pared interior (13) se dispone en dirección radial (r) dentro de la pared de carcasa (10) y en dirección radial (r) a una distancia de la pared de carcasa (10) y está diseñada de manera que delimite, al menos parcialmente, el conducto de flujo principal (H), que tiene las palas del rotor (L1) y las paletas guía (L2) dispuestas en él,

- en donde la sección de carcasa (11) a enfriar tiene un extremo aguas arriba (17) y un extremo aguas abajo (16) en relación con una dirección de flujo principal (HS), en donde un flujo principal fluye a través del conducto de flujo principal (H),

- en donde el conducto de aire refrigerante (15) tiene una entrada de aire refrigerante (15E) para suministrar aire refrigerante (K) al conducto de aire refrigerante (15) y una salida de aire refrigerante (15A) para descargar aire refrigerante (K) del conducto de aire refrigerante (15), y

- en donde el conducto de aire refrigerante (15) tiene una primera sección (15-1) y una segunda sección (15­ 2), en donde la estructura de carcasa (100, 200) está diseñada de manera que el aire refrigerante (K) suministrado al conducto de aire refrigerante (15) a través de la entrada del conducto de aire refrigerante (15E) fluya, en la primera sección (15-1) en dirección al extremo aguas arriba (17) de la sección de carcasa (11) a enfriar y, en la segunda sección (15-2), en dirección al extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar, en donde un flujo de aire refrigerante se desvía en la transición de la primera sección (15-1) a la segunda sección (15-2),

en donde la entrada del conducto de aire refrigerante (15E) se dispone en el área del extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar o aguas abajo de la misma, caracterizado porque la estructura de carcasa (100, 200) comprende al menos dos paredes de separación (Z1, Z2), concretamente una primera pared intermedia y una segunda pared intermedia, que se extienden al menos parcialmente en dirección axial (a) y al menos parcialmente en dirección circunferencial y se disponen en dirección radial (r) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13) en donde el conducto de aire refrigerante (15) está delimitado en la primera sección (15-1) en dirección radial por una superficie interior de la sección de carcasa (11) de la pared de carcasa (10) a enfriar y por una superficie exterior de la primera pared intermedia (Z1) dispuesta en dirección radial (r) entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13), en donde el conducto de aire refrigerante (15) está delimitado en la segunda sección (15-2) hacia fuera en dirección radial por una superficie interior de la primera pared intermedia (Z1) y hacia dentro en dirección radial (r) por una superficie exterior de la segunda pared intermedia (Z2) dispuesta en dirección radial (r) entre la primera pared intermedia (Z1) y la pared interior (13).

2. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la salida del conducto de aire refrigerante (15A) también se dispone en el área del extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar, en el extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar o aguas abajo del extremo aguas abajo (16) de la sección de carcasa (11) a enfriar.

3. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el flujo de aire refrigerante se desvía 180° en la transición de la primera sección (15-1) a la segunda sección (15-2).

4. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la primera pared intermedia (Z1) se apoya, en su extremo aguas abajo, en particular en el área del extremo aguas abajo (16) de la pared de carcasa (10), en particular aguas abajo de la entrada del conducto de aire refrigerante (15e ), contra la superficie interior de la pared de carcasa (10), en particular con una fuerza de contacto definida, de manera que delimita axialmente el conducto de aire refrigerante (15) aguas abajo, en particular delimita axialmente la primera sección (15-1) del conducto de aire refrigerante (15) aguas abajo.

5. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la segunda pared intermedia (Z2) se apoya, en su extremo aguas arriba, en particular en el área del extremo aguas arriba (17) de la pared de carcasa (10), en particular aguas arriba de una desviación en la entrada del conducto de aire refrigerante (15), contra la superficie interior de la pared de carcasa (10), en particular con una fuerza de contacto definida, de manera que delimita axialmente el conducto de aire refrigerante (15) aguas arriba, en particular delimita axialmente la segunda sección (15-2) del conducto de aire refrigerante (15) aguas arriba.

6. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la salida del conducto de aire refrigerante (15A) está formada por una abertura, en particular por un espacio, en particular por un espacio al menos parcialmente circunferencial, en particular por un espacio completamente circunferencial, entre la primera pared intermedia (Z1) y la segunda pared intermedia (Z2).

7. Estructura de carcasa (100, 200) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos un elemento de sellado (D, D') que se extiende al menos parcialmente en dirección axial (a) y se dispone, al menos parcialmente en dirección circunferencial, entre la pared de carcasa (10) y la pared interior (13), en donde el elemento de sellado (D, D') se dispone en particular en dirección radial (r) entre una pared intermedia más interna (Z2), que delimita el conducto de aire refrigerante (15) y la pared interior (13).

8. Turbomotor, en particular una turbomaquinaria, en particular una turbina de gas, en particular una turbina de baja presión, en donde el turbomotor tiene una estructura de carcasa (100, 200), caracterizado porque la estructura de carcasa (100, 200) está diseñada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Turbomotor de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el turbomotor tiene una etapa de rotor (R), que tiene palas de rotor (L1) y una etapa de estator (S), dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor (R), que tiene palas de estator (L2), en donde la pieza de carcasa de la estructura de carcasa (100, 200) a enfriar rodea al menos la etapa de rotor (R) al menos parcialmente, en particular radialmente, en donde el turbomotor, en particular la estructura de carcasa (100, 200), está diseñada de tal manera que el aire refrigerante (K) se puede suministrar al conducto de aire refrigerante (15) desde la etapa de estator (S) dispuesta aguas abajo de la etapa de rotor (R), en particular desde radialmente fuera de las palas de estator (L2) de la etapa de estator aguas abajo (S), en particular al menos parcialmente en contra de una dirección de flujo principal (HS) de un flujo principal en el conducto de flujo principal (H).

10. Turbomotor de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque la pared interior (13) de la estructura de carcasa (100, 200) forma un espacio de salida (19) en el extremo aguas abajo de esta con al menos una paleta guía (L2) de la etapa de estator (S) contigua a la etapa de rotor (R), a través de dicho espacio el aire refrigerante (K) que ha escapado del conducto de aire refrigerante (15) se puede descargar hacia el conducto de flujo principal (H), en particular junto con un flujo de fuga caliente (W) que ha escapado del conducto de flujo principal (H) debido a fugas.

11. Método para enfriar una sección de carcasa (11) de una estructura de carcasa (100, 200) de un turbomotor, que está diseñada de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el aire refrigerante (K) se suministra a través de la entrada del conducto de aire refrigerante (15E) al conducto de aire refrigerante (15) de la estructura de carcasa (100, 200), en donde la sección de carcasa (11) a enfriar rodea al menos parcialmente, la etapa de rotor (R) dispuesta aguas arriba de la etapa de estator (S), desde un área radialmente exterior a las paletas guía de la etapa de estator (S), en donde el turbomotor en particular está operado de manera que una presión de aire refrigerante (pK0) en esta área es mayor que una presión de salida (pK2, pL2) de un flujo en el área de la salida del conducto de aire refrigerante (15A).