ES3058583T3 - Seal arrangement for turbomachine engine components - Google Patents
Seal arrangement for turbomachine engine componentsInfo
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Abstract
La presente invención se refiere a un sistema de sellado para sellar una primera superficie de sellado (10) de un primer componente estático y una segunda superficie de sellado (20) de un segundo componente estático de una turbomáquina axial, donde los componentes estáticos son desplazables axialmente entre sí, que comprende los dos componentes estáticos y un elemento de sellado (30) segmentado en la dirección circunferencial de la turbomáquina, donde un primer extremo (31) del elemento de sellado está acoplado axialmente en una ranura (12) en la primera superficie de sellado del primer componente, que está orientada hacia un segundo extremo opuesto (32) del elemento de sellado que se apoya axialmente contra la segunda superficie de sellado, y un sistema de álabes guía que comprende un componente de carcasa de una turbomáquina axial, que tiene al menos un gancho de carcasa (11), y un componente de álabes guía de la turbomáquina axial, que tiene al menos un álabes guía (23) dispuesto sobre una plataforma (22) y al menos un gancho de álabes guía (21) que sobresale de la plataforma, que se encuentra sobre el gancho de carcasa, donde al menos un orificio pasante (25) Para el suministro de aire de refrigeración se dispone en el gancho del álabe guía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Disposición de sellado para componentes de turbomáquina
[0003] La presente invención se refiere a una disposición de una turbomáquina axial con dos componentes estáticos y un elemento de sellado, así como a un procedimiento para sellar un primer y un segundo borde de sellado de los componentes estáticos.
[0004] Del propio documento EP 2 853 692 A1 se conoce una disposición de álabes directores con un componente de carcasa, que presenta un gancho de carcasa y un componente de álabe director, que presenta un álabe director dispuesto sobre una plataforma y un gancho de álabe director que sobresale de la plataforma y que entra en contacto con el gancho de carcasa. Esta disposición de álabes directores presenta un elemento de sellado que está fijado a un nervio con un gancho final que actúa como refuerzo.
[0005] Del propio documento DE 10 2013 212 501 A1 también se conoce una disposición de álabes directores con un componente de carcasa, que presenta un gancho de carcasa y un componente de álabe director, que presenta un álabe director dispuesto sobre una plataforma y un gancho de álabe director que sobresale de la plataforma y que entra en contacto con el gancho de carcasa. En el gancho de álabe director están configuradas entalladuras configuradas por rebajes frontales.
[0006] Otras disposiciones se conocen de los documentos EP1845236A2, EP3147461A1, US20070231123A1, US3893786A1, US20130266416A1 y DE102008003110A1.
[0007] Uno de los objetivos de la presente invención es mejorar una turbomáquina axial, en particular, su montaje y/o comportamiento funcionamiento.
[0008] Este objetivo se consigue mediante una disposición con las características de la reivindicación 1, así como un procedimiento con las características de la reivindicación 9. La reivindicación 8 protege una turbomáquina axial con al menos una disposición de componentes como la descrita en el presente documento. Formas de realización ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
[0009] Según la invención, una disposición en la que (o con la que) se sellan o están sellados un primer borde de sellado de un primer componente estático y un segundo borde de sellado de un segundo componente estático de una turbomáquina axial, en particular, una etapa de turbina o compresor de una turbina de gas, o que está prevista, en particular, está equipada o se utiliza para ello, presenta los dos componentes estáticos, que, en particular, como consecuencia de diferentes dilataciones térmicas durante el funcionamiento o similares, pueden desplazarse axialmente uno con respecto al otro, y un elemento de sellado, que está diseñado de forma segmentada en la dirección circunferencial de la turbomáquina. De este modo, en una realización, las tensiones (previas) en el elemento de sellado pueden distribuirse de forma ventajosa en dirección circunferencial.
[0010] A este respecto, se hace referencia complementariamente al documento propio EP 2853692 A1 mencionado al principio.
[0011] Un primer extremo, en particular, radial del elemento de sellado está acoplado axialmente a una ranura, en particular, dentro de esta, en el primer borde de sellado del primer componente, en donde esta ranura está orientada hacia un segundo extremo, en particular, radial del elemento de sellado, situado enfrente, en particular (también) radialmente, en donde este segundo extremo del elemento de sellado está en contacto axial con el segundo borde de sellado. Esto permite simplificar en una realización el montaje del elemento de sellado. Adicional o alternativamente, esto permite simplificar el diseño del elemento de sellado en una realización y/o utilizarlo de forma más flexible. Adicional o alternativamente, esto puede reducir la rigidez a la flexión del elemento de sellado en una realización, de manera que se mejora su efecto de sellado.
[0012] En una realización, una dirección axial es paralela a un eje giratorio o (principal) de la turbomáquina, una dirección circunferencial se corresponde con una dirección de rotación alrededor de este eje y una dirección radial es perpendicular a la dirección axial y circunferencial.
[0013] En una realización, el segundo borde de sellado presenta un tope para limitar un movimiento radial del elemento de sellado. En una realización, una profundidad (radial) de la ranura es mayor que la distancia (radial máxima) entre el elemento de sellado, en particular, su segundo extremo y el tope.
[0014] Esto permite simplificar (aún más) en una realización el montaje del elemento de sellado.
[0015] La anchura de la ranura en el primer componente es como máximo tres veces mayor, en particular, como máximo el doble, y en una realización menos del doble del espesor de pared del elemento de sellado, en particular, el espesor máximo, mínimo o medio.
[0016] De esta manera, en una realización, se puede mejorar (aún más) el montaje y/o el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0017] En otra realización, la ranura en primer componente o dentro de este se fabrica uniendo dos lados de la ranura, en particular, chapas, o se forma o define mediante dos lados de ranura que no están unidos entre sí de forma fija. De esta manera, en una realización, se simplifica la fabricación.
[0018] En una realización, una línea central del elemento de sellado forma con una dirección radial de la turbomáquina en promedio un ángulo, que es como máximo de 45 °, en particular, como máximo de 30 ° y, en una realización, como máximo de 15 °. En otras palabras, una sección transversal del elemento de sellado perpendicular a la dirección circunferencial en una realización está alineada, al menos esencialmente, de forma radial, pero también puede estar alineada de forma inclinada, de modo que se forme una superficie cónica.
[0019] De esta manera, en una realización, se puede mejorar (aún más) el montaje y/o el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0020] En una realización, el primer borde de sellado está dispuesto radialmente en el interior del segundo borde de sellado. Esto permite mejorar (aún más) en una realización el montaje del elemento de sellado.
[0021] En otra realización, el primer borde de sellado está dispuesto radialmente en el exterior del segundo borde de sellado. Esto permite mejorar (aún más) en una realización el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0022] En una realización, el primer extremo del elemento de sellado acoplado en la ranura no presenta reborde ni pliegue. De este modo, en cada realización, en particular en combinación, se puede mejorar (aún más) el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0023] El elemento de sellado es un sector anular, cuya sección transversal es, al menos esencialmente, un rectángulo alargado y, por lo tanto, presenta una rigidez al menos esencialmente igual en el interior y en el exterior.
[0024] El elemento de sellado está segmentado en dirección circunferencial y se compone, en particular, de segmentos individuales, en particular, adyacentes y/o contiguos en dirección circunferencial. Cada segmento puede estar configurado por una chapa metálica, en particular, de una sola pieza y monolítica, o estar compuesto por ella.
[0025] Esto permite mejorar (aún más) en una realización el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0026] En una realización, el perfil de sección transversal puede ser curvo.
[0027] De este modo, en una realización el elemento de sellado puede adaptarse de forma ventajosa a la geometría del entorno, en particular, puede esquivarla de forma ventajosa.
[0028] En una realización, el primer extremo y/o el segundo extremo están curvados hacia el respectivo borde de sellado. Esto permite mejorar (aún más) en una realización el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0029] El elemento de sellado se fija o está fijado sin elasticidad o sin resortes (adicionales, independientes) al primer y al segundo componente estático y se pretensa (axialmente) contra el segundo borde de sellado.
[0030] De este modo, en una realización, se puede evitar una merma o un deterioro del efecto de sellado, en particular, debido a la fluencia (térmica) y/o debido a un estiramiento excesivo de los resortes, como consecuencia de un fuerte desplazamiento axial de los dos componentes estáticos relativamente entre sí, de manera que se mejore(aún más) el efecto de sellado del elemento de sellado.
[0031] El primer componente estático es un componente de carcasa de la turbomáquina axial, en particular, de una etapa de turbina o compresor de una turbina de gas y el segundo componente estático es un componente de álabe director de la turbomáquina axial o el segundo componente estático es un componente de carcasa de la turbomáquina axial, en particular, de una etapa de turbina o compresor de una turbina de gas, y el primer componente estático es un componente de álabe director de la turbomáquina axial, en donde el componente de carcasa presenta al menos un gancho de carcasa y el componente de álabe director presenta al menos un álabe director dispuesto sobre una plataforma y al menos un gancho de álabe director que sobresale de la plataforma, en particular axialmente, que se
apoya sobre el gancho de carcasa, en particular, radialmente y entra en contacto con él en una realización. En una realización, el gancho de álabe directos es un gancho de álabe director delantero o situado aguas arriba.
[0032] A este respecto, se hace referencia complementariamente al propio documento DE 102013212501 A1 mencionado al principio.
[0033] En el gancho de álabe director están dispuestos uno o varios orificios pasantes, a través de los cuales se introduce o se suministra aire de refrigeración durante el funcionamiento, o que están previstos, en particular, diseñados o utilizados para este fin.
[0034] De este modo, a diferencia del documento DE 102013212501 A1, según el cual se han formado entalladuras en el gancho de álabe director mediante rebajes frontales, se puede conseguir un diámetro constante para el aire de refrigeración en el gancho de álabe director, que no varíe con el desplazamiento axial del gancho de carcasa y de álabe director relativamente entre sí.
[0035] El orificio o los orificios pasantes pueden extenderse en dirección radial o esencialmente en dirección radial, es decir, con una desviación máxima de ± 15 °, preferiblemente ± 10 °, en particular ± 5 °, con respecto a la dirección radial. De este modo, el aire de refrigeración puede fluir radialmente hacia dentro o hacia fuera a través del gancho de álabe director.
[0036] En una realización, la turbomáquina axial, en particular, (la etapa de turbina o compresor de) la turbina de gas presenta una rejilla de guía con varios álabes directores, que está segmentada en dirección circunferencial, en donde uno o varios de estos segmentos de rejilla de guía presentan (en cada caso) un componente de álabe director como el descrito, o pueden serlo o formarlo. En otras palabras, en una realización, el componente de álabe director es un segmento de álabe director (anular) de una rejilla de guía o anillo de álabes directores segmentado en dirección circunferencial, que presenta varios álabes directores.
[0037] De este modo, en una realización se puede mejorar (aún más) la fabricación de los orificios pasantes.
[0038] Según la invención, el gancho de carcasa presenta una o varias entalladuras, que están configuradas (en cada caso) por un rebaje frontal y que cubren o dejan al descubierto, al menos parcialmente, uno o varios de los orificios pasantes del gancho de álabe director.
[0039] De este modo, se puede mejorar (aún más) el flujo de aire de refrigeración. Adicional o alternativamente, esto puede mejorar (aún más) la fabricación de ganchos de carcasa y/o álabes directores.
[0040] El elemento de sellado puede formar una limitación para el flujo de aire de refrigeración y/o una limitación para una cavidad que recibe o emite el flujo de aire de refrigeración. La entrada y salida de aire de refrigeración puede realizarse a este respecto a través del orificio pasante por el que circula el aire de refrigeración.
[0041] Un orificio pasante en el sentido de la presente invención presenta, en una realización, una superficie interior periférica o envolvente cerrada, al menos por secciones cilíndrica o cónica, o una entrada y/o una salida con un borde cerrado o perimetral, mientras que, por el contrario, un rebaje en el sentido de la presente invención presenta en una realización una entrada y/o una salida con un borde abierto o interrumpido o no perimetral.
[0042] Debido a los elevados requisitos, en cuanto a la estanqueidad y la conducción del aire de refrigeración, la presente invención se utiliza de manera particularmente ventajosa en etapas de turbinas y compresores de turbinas de gas, en particular, en motores de aviación.
[0043] Según una realización de la presente invención, para sellar el primer borde de sellado del primer componente estático y el segundo borde de sellado del segundo componente estático, una sobrepresión que se va a sellar presiona el segundo extremo del elemento de sellado, adicionalmente a un correspondiente pretensado (elástico) del elemento de sellado contra el segundo borde de sellado o bien la disposición de sellado, en particular, el elemento de sellado está configurada, diseñada o se utiliza de manera correspondiente. Adicional o alternativamente, para sellar el primer borde de sellado del primer componente estático y el segundo borde de sellado del segundo componente estático en una realización, la sobrepresión que se va a sellar presiona el primer extremo del elemento de sellado contra el primer borde de sellado o bien la disposición de sellado, en particular, el elemento de sellado está configurado y diseñado correspondientemente, o se utiliza de tal manera.
[0044] El primer y/o el segundo componente estático, es decir, el componente de carcasa y/o el componente de álabe director pueden estar configurados (en cada caso) de una sola pieza o de varias. Por lo tanto, un componente conectado a un componente de carcasa, en particular de forma fija, en particular, junto con este componente de la carcasa, (también) constituye un componente de carcasa en el sentido de la presente invención, un componente conectado a un componente de álabe director, en particular (acoplado) de forma fija, en particular, junto con este componente de álabe director (también) constituye un componente de álabe director en el sentido de la presente invención.
[0045] Otros perfeccionamientos ventajosos de la presente invención resultan de las reivindicaciones dependientes y de la siguiente descripción de realizaciones preferidas. Para ello, de manera parcialmente esquematizada, muestra la única: Figura 1 una disposición según una realización de la presente invención.
[0046] La figura 1 muestra una disposición según una realización de la presente invención en una sección meridiana de un eje de máquina (horizontal, no representado, correspondiente a la figura 1) de una etapa de turbina de una turbina de gas.
[0047] La disposición presenta un primer componente estático de varias piezas con un gancho 11 de carcasa y una ranura 12 en un primer borde 10 de sellado del primer componente, así como un segundo componente estático en forma de un componente de álabe segmentado en dirección circunferencial con un segundo borde 20 de sellado, al menos un álabe 23 director dispuesto sobre una plataforma 22 y un gancho 21 de álabe director que sobresale axialmente de la plataforma 22 y que se apoya sobre el gancho 11 de carcasa.
[0048] Estos dos componentes estáticos pueden desplazarse axialmente uno con respecto al otro.
[0049] Para sellar el primer borde 10 de sellado y el segundo borde 20 de sellado, un primer extremo 31 de un elemento 30 de sellado segmentado en dirección circunferencial está acoplado axialmente en la ranura 12, que está orientada hacia un segundo extremo 32 opuesto del elemento de sellado, que se apoya axialmente pretensado en el segundo borde 20 de sellado y que, durante el funcionamiento, se presiona contra el segundo borde 20 de sellado por una sobrepresión que se debe sellar de una corriente 40 de aire de refrigeración.
[0050] Para aplicar el pretensado, el elemento 30 de sellado se deforma elásticamente desde una forma inicial sin deformar, indicada con líneas discontinuas en la figura 1, mediante el desplazamiento axial del segundo borde 20 de sellado hacia el primer borde 10 de sellado.
[0051] El segundo borde de sellado presenta un tope 24 para limitar el movimiento radial del elemento de sellado.
[0052] La distancia entre el tope 24 y el segundo extremo 32 es preferiblemente menor que la profundidad (de ranura) de la ranura 12 o que la cobertura radial del elemento de sellado con la ranura. De este modo, el elemento de sellado puede fijarse en la ranura.
[0053] En el gancho 21 de álabe director están dispuestos orificios 25 pasantes para el suministro o el paso del flujo 40 de aire de refrigeración.
[0054] El gancho 11 de carcasa presenta unas entalladuras 15 formadas por rebajes frontales, que cubren o dejan al descubierto, al menos parcialmente, el orificio 25 pasante.
[0055] Aunque en la siguiente descripción se han explicado realizaciones a modo de ejemplo, cabe señalar que es posible una pluralidad de modificaciones. Además, cabe indicar que las realizaciones a modo de ejemplo únicamente son ejemplos que, de ningún modo, van a restringir el ámbito de protección, las aplicaciones y la estructura. Más bien, gracias a la anterior descripción se ofrece al experto en la materia una guía para implementar al menos una realización a modo de ejemplo, pudiendo efectuarse diversos cambios, en particular en cuanto al funcionamiento y disposición de los componentes descritos, sin abandonar el ámbito de protección, tal como resulta de las reivindicaciones.
[0056] Lista de referencias
[0057] 10 Primer borde de sellado
[0058] 11 Gancho de carcasa
[0059] 12 Ranura
[0060] 15 Entalladura
[0061] 20 Segundo borde de sellado
[0062] 21 Gancho de álabe director
[0063] 22 Plataforma
[0064] 23 Álabe director
[0065] 24 Tope
[0066] 25 Orificio pasante
[0067] 30 Elemento de sellado
[0068] 31 Primer extremo
[0069] 32 Segundo extremo
[0070] 40 Flujo de aire de refrigeración
Claims (9)
1. REIVINDICACIONES
1. Disposición de una turbomáquina axial con un primer componente estático, un segundo componente estático y un elemento (30) de sellado para sellar un primer borde (10) de sellado del primer componente estático y un segundo borde (20) de sellado del segundo componente estático, en donde el primer componente estático es un componente de carcasa con al menos un gancho (11) de carcasa y el segundo componente estático es un componente de álabe director con al menos un álabe director (23) dispuesto sobre una plataforma (22) y al menos un gancho (21) de álabe director que sobresale de la plataforma, o el segundo componente estático es un componente de carcasa con al menos un gancho (11) de carcasa y el primer componente estático es un componente de álabe director con al menos un álabe director (23) dispuesto sobre una plataforma (22) y al menos un gancho (21) de álabe director que sobresale de la plataforma, en donde el al menos un gancho (21) de álabe director se apoya en el gancho de carcasa y en el gancho de álabe director está dispuesto al menos un orificio (25) pasante para el suministro de aire de refrigeración, en donde los componentes estáticos se pueden desplazar axialmente relativamente entre sí y el elemento (30) de sellado está diseñado de forma segmentada en la dirección circunferencial de la turbomáquina, en donde un primer extremo (31) del elemento de sellado está acoplado axialmente en el primer borde de sellado del primer componente en una ranura (12), que está orientada hacia un segundo extremo (32) opuesto del elemento de sellado, que se apoya axialmente en el segundo borde de sellado, en donde el elemento de sellado es un sector anular, cuya sección transversal es, al menos esencialmente, un rectángulo alargado y, por lo tanto, presenta una rigidez al menos esencialmente igual en el interior y en el exterior, en donde una anchura de ranura de la ranura en el primer componente como máximo triplica el espesor de pared del elemento de sellado y donde el elemento de sellado está fijado sin resorte en el primer y en el segundo componente estático y está pretensado contra el segundo borde de sellado,caracterizada por queel gancho (11) de carcasa presenta al menos una entalladura (15) configurada por un retroceso en el lado frontal, que cubre al menos parcialmente el orificio pasante.
2. Disposición según la reivindicación precedente,caracterizada por queel segundo borde de sellado presenta un tope (24) para limitar el movimiento radial del elemento de sellado.
3. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizada por quela ranura en el primer componente se fabrica mediante la unión de dos lados de ranura o se forma mediante dos lados de ranura no unidos entre sí de forma fija.
4. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizada por queuna línea central del elemento de sellado forma con una dirección radial de la turbomáquina un ángulo medio, que es como máximo de 45 °.
5. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizada por queel primer borde de sellado está dispuesto radialmente por dentro o por fuera del segundo borde de sellado.
6. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos un orificio (25) pasante en el gancho de álabe director se extiende al menos esencialmente en dirección radial.
7. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizada por queel elemento (30) de sellado forma un límite para el flujo de aire de refrigeración.
8. Turbomáquina axial, que es una turbina de gas con al menos una etapa de turbina o compresor, en donde la etapa de turbina o compresor comprende al menos una disposición según una de las reivindicaciones precedentes.
9. Procedimiento para sellar el primer extremo (10) de sellado del primer componente estático y el segundo extremo (20) de sellado del segundo componente estático de una turbomáquina axial según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado por queuna sobrepresión que se debe sellar presiona el segundo extremo (32) del elemento (30) de sellado contra el segundo borde de sellado.
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