ES2229067T3 - Union de elementos de estator en el carter de una turbomaquina. - Google Patents

Abstract

Carcasa (21, 39) de estator, que comprende una envoltura (22, 49) y ganchos de anillos (26, 27, 41, 44) en una cara interna de la envoltura, siendo los ganchos (24) independientes de la envoltura, estando unidos a la envoltura por medios de ensamblaje y no extendiéndose más que sobre sectores de círculo, estando los ganchos provistos de ranuras opuestas (30, 31) de sostenimiento de al menos dos de los anillos, estando los anillos compuestos por anillos de estanqueidad que se alternan con anillos de estator portadores de álabes fijos, estando los anillos de estator unidos a los ganchos mediante porciones que se extienden sobre su lado exterior, comprendiendo los medios de ensamblaje una o varias espigas (28, 47) parte integrante de cada gancho y muescas (29, 48) realizadas en la envoltura y ocupadas por las espigas (28, 47), caracterizada porque las espigas atraviesan la envoltura y porque un sistema de soplado de aire mediante rampas circulares (52) rodea a la envoltura, estando las rampas(52) perforadas (54) delante de las espigas (47).

Description

Unión de elementos de estator en el cárter de una turbomáquina.

Se tratará aquí de una carcasa de estator de turbo máquina.

Además de una capa exterior que constituye la envoltura del estator, tal pieza comprende ganchos para sostener anillos portadores de etapas de álabes fijos. Estos ganchos prolongan la estructura de la carcasa hasta cerca de la vena de los gases y están por consiguiente sometidos a calentamientos mucho más importantes que la envoltura. La situación desfavorable de los ganchos obliga a tomar precauciones particulares para protegerlos de los calentamientos, al precio de una gran complicación de la estructura de la máquina en este lugar y sin que se obtenga un éxito completo, pudiendo los ganchos igualmente exigir reparaciones precoces.

Según los documentos FR-A-2683851, GB-A-2115487 o EP-A-0651139, se conoce una carcasa de estator que comprende una envoltura y ganchos de anillos de estator en una cara interna de la envoltura, en la que los ganchos son independientes de la envoltura, están unidos a la envoltura por medios de ensamblaje y no se extienden más que sobre sectores de círculo. Se deduce de esta definición que se ha abandonado la carcasa de estructura continua y que los ganchos son piezas que se añaden a la envoltura.

La invención es relativa a una carcasa mejorada, a la vez menos costosa, más fácil de construir, más duradera, de estructura más simplificada y que necesita menos protección contra el calor. Según el documento USA-A-5145316, los medios de ensamblaje comprenden una o varias espigas, parte integrante de cada gancho y muescas hechas en la envoltura y ocupadas por las espigas.

Según la invención, las espigas atraviesan la envoltura, un sistema de soplado de aire mediante rampas circulares rodea la envoltura y las rampas están perforadas delante de las espigas.

Varias características suplementarias de la invención, que se salen de esta definición general pero presentan un gran interés, serán expuestas y detalladas más adelante, pero es preciso ya hacer notar que en una realización particularmente original, los ganchos son de un tipo único y de extremidades enganchadas; sostienen cada uno un anillo de estator portador de álabes fijos, y están repartidos en filas circulares en número idéntico a los citados anillos de estator portadores de álabes fijos; pueden entonces comprender ranuras de alojamiento de las extremidades de anillos de estanqueidad que se alternan con los anillos de estator portadores de álabes fijos.

La invención será descrita más abundantemente en unión de las figuras siguientes: las figuras 1, 2 y 4 ilustran una concepción de la técnica anterior y la figura 3 representa un modo de realización de la invención.

El estator de un tipo conocido de la figura 1 está provisto de una carcasa 1 compuesta por una envoltura 2 exterior y de ganchos de los cuales se pueden encontrar esencialmente dos tipos: ganchos planos 3 y ganchos de talón 4 que se alternan a lo largo del eje de la máquina. Todos los ganchos 3 y 4 son circulares y están conectados a la envoltura 2 mediante un ala 5 sin discontinuidad de estructura. Llevan anillos de estator 6 y anillos de estanqueidad 7 que se alternan, los cuales forman juntos un doblez de la carcasa aislándola de una vena 8 de flujo de los gases de la máquina. Estos anillos 6 y 7 están compuestos por sectores de anillo yuxtapuestos y unidos mediante lengüetas de estanqueidad alojadas en ranuras en frente de sectores adyacentes.

Los anillos de estator 6 llevan álabes fijos y comprenden una placa de base 10 provista de ganchos 11 y 12 en la parte delantera y en la parte trasera del lado exterior. Los anillos de estanqueidad 7 llevan revestimientos o forros 13 de material abrasivo que se extienden delante de las extremidades de los álabes móviles 14 y comprenden una placa de base 15 que termina en la parte delantera en un gancho exterior 16 y en un gancho interior 17. Estos ganchos 16 y 17 están dispuestos de forma que rodean al talón 18, reteniendo unos ganchos 4 a los ganchos traseros 12 de los anillos de estator 6 sobre los citados ganchos 4. Las placas de base 15 de los anillos de estanqueidad 7 se apoyan en la parte trasera sobre los ganchos simples 3, y este conjunto está encuadrado por la placa de base 10 y los ganchos anteriores 11 de los anillos de estator 6.

El conjunto así obtenido es rígido, pero complicado; permite cubrir los ganchos 3 y 4 mediante las extremidades de los anillos 6 y 7, sin exponerlos directamente a la temperatura elevada de los gases de la vena 8. Pero esta protección no es suficiente, tanto menos cuanto que las fugas de gases calientes hacia la carcasa 1 siguen siendo posibles a pesar de las juntas de estanqueidad que se pueden prever, principalmente entre los sectores angulares de los anillos 6 y 7: se debe en la práctica enfriar la carcasa 1 mediante un flujo de aire fresco de ventilación extraído de otra parte de la máquina y que es insuflado en las cámaras delimitadas por la envoltura 2, los ganchos 3 y 4 y los anillos 6 y 7.

De acuerdo con las disposiciones conocidas, la carcasa 21 de la figura 2 comprende, como se ha dicho anteriormente, una envoltura 22 exterior y ganchos 23 y 24 de tipos diferentes que se alternan a lo largo de la maquina y que sirven incluso para sostener anillos de estator 26 y de estanqueidad 27 que se alternan igualmente; pero los ganchos 23 y 24 presentan las particularidades (se hace referencia aquí a la figura 4) de no extenderse más que sobre sectores de círculo, y de estar repartidos en hileras circulares, y de comprender cada uno espigas 28 que atraviesan las muescas 29 respectivas de la envoltura 22. La fijación de los ganchos 23 y 24 a la envoltura 22 se hace mediante fresado, soldadura o unión mediante pernos.

Como la envoltura 22 y los ganchos 23 y 24 son piezas separadas, resulta posible construirlas de materiales diferentes: así los ganchos 23 y 24 serán de aleaciones que resistan bien el calentamiento (y eventualmente diferentes según la situación del gancho considerado y la temperatura circundante), lo que estaba excluido con anterioridad; y la envoltura 22 será de una aleación más ordinaria, menos costosa y más fácil de conformar. Se ha de notar que la mayor facilidad de fabricación ofrecida por las fabricaciones separadas de la envoltura 22 y los ganchos 23 y 24 es otra fuente de ahorro.

Si los ganchos 23 son ganchos simples análogos a los ganchos 3, los ganchos 24 pueden ser diferentes o no de los ganchos de talón 4 y comprenden un par de ranuras 30 y 31 opuestas; el concepto de los anillos de estator 26 es análogo a los anillos 6 precedentes, así como para los anillos de estanqueidad 27. Los ganchos que reemplazan a los ganchos 4 están sin embargo expuestos a los gases de la vena 8, pero esto no es perjudicial ahora que se tiene la facultad de construirlos en un material suficientemente resistente al calor, tal como la designación comercial M509 (KC24NWTZ) para una temperatura superior a 900ºC o la designación comercial RENE77 (NK15CADT) para una temperatura inferior.

La envoltura exterior 22 puede ser protegida mediante un forro que comprende una capa interna 33 y un aislante térmico 34 entre la capa interna 33 y la envoltura 22. La capa interna 33 y el aislante térmico 34 pueden instalarse fácilmente mediante unos huecos que permiten a los ganchos 23 y 24 atravesarlos. Como los ganchos 23 y 24 no forman círculos continuos, la capa interna 33 y el aislante térmico 34 son de una sola pieza y pueden por consiguiente ser instalados fácilmente y ser mantenidos sin precauciones particulares, incluso si la capa interna 33 es una lámina metálica bastante flexible; puede, por ejemplo, ser apoyada en los anillos de estanqueidad 27.

El aislante térmico 34 ofrece una protección pasiva contra el calor que no contribuye en absoluto a enfriar los ganchos 23 y 24, contrariamente a un sistema de ventilación; pero ganchos de material más refractario ya no tienen a menudo necesidad de ser enfriados, sino que el aislante térmico 34 puede ser fácilmente modelado ajustadamente alrededor de los ganchos 23 y 24, lo que suprime las fugas de los gases calientes hacia la envoltura 22; ofrece la ventaja suplementaria de extenderse, como la capa interna 33, delante de las uniones de los sectores de los anillos 26 y 27 y de sustituir a las juntas de estanqueidad instaladas allí y de las cuales se podrá por consiguiente en lo sucesivo prescindir; los sectores de los anillos 26 y 27 estarán entonces yuxtapuestos con holguras, siendo sus bordes simples, desprovistos de ranuras o de otros medios de alojamiento de juntas intermediarias, y se tolerarán las fugas de los gases de la vena hasta la capa interna 33.

Se habrá comprendido que el aislante térmico 34 es un medio preferido de protección de la envoltura 22; no es incompatible con un enfriamiento reducido de los ganchos 23 y 24 (mediante un sistema del cual se hablará más adelante), pero se podrá volver a una ventilación activa si es insuficiente; la capa interna 33 subsistirá para eliminar las fugas de gases calientes y canalizar el aire de ventilación hacia el intervalo en adelante vacío entre ella y la envoltura 22.

Según la invención, la concepción de la carcasa 39 de la figura 3 difiere sensiblemente de la precedente en que los ganchos de dos tipos son reemplazados por ganchos 40 de un tipo único, cada uno de los cuales comprende una extremidad ensanchada en cola de milano o en té con el fin de sostener un anillo de estator 41 respectivo que está provisto en su lado exterior de dos ganchos 42 y 43 vueltos uno hacia el otro que se acoplan sobre los ensanchamientos de la extremidad de los ganchos 40. Esto implica que los ganchos 40 y los anillos de estator 41 estén situados en los mismos cortes transversales de la maquina y que cada anillo de estator 41 esté sostenido por una sola hilera de ganchos 40; esta solución comprende dos veces menos de ganchos que las precedentes, y los anillos de estanqueidad 7 y 27 son reemplazados por anillos de estanqueidad 44 más anchos, con placas de base 45 desprovistas de ganchos y cuyas extremidades están dispuestas ya sea sobre los ganchos 42 y 43 de los anillos de estator 41, ya sea penetrando en ranuras 46 de los ganchos 40. Como en el modo de realización precedente, los ganchos 40 están provistos de pares de espigas 47 que atraviesan muescas 48 correspondientes de una envoltura 49 exterior de la carcasa 39. Se puede incluso instalar una capa interna 50 provista de un aislante térmico 51 para aislar la envoltura 49.

Una función que se ha de satisfacer muy a menudo en las turbo máquinas es un control de holguras radiales con el fin de mejorar el rendimiento de la máquina a ciertos regímenes. Ello se consigue, como en las concepciones conocidas, mediante dispositivos de soplado de aire que consisten en rampas anulares perforadas 52 que rodean a la carcasa 39, y dispuestas de la mejor forma posible delante de sus partes más macizas, formadas aquí por las hileras de ganchos 40. Las rampas 52 son alimentadas mediante un distribuidor 53 que se divide hacia cada una de ellas, y el aire de soplado sale de las rampas 52 a través de agujeros 54 orientados hacia las espigas 47 de los ganchos 40. El enfriamiento más o menos enérgico operado sobre la carcasa 39 permite ajustar su temperatura y su dilatación correspondiente, y por consiguiente las holguras entre los extremos de los álabes y los dispositivos de estanqueidad que comprenden principalmente los anillos 44. Puede añadirse una chapa 55 que rodee la carcasa 39 con el fin de canalizar el aire de soplado hacia una derivación; si cubre completamente las rampas 52, se mejora el aspecto del dispositivo.

Este dispositivo, concebido ante todo para controlar holguras, presenta la facultad de ser también utilizable para ventilar directamente los ganchos 40 gracias al soplado sobre las espigas 47, así como la envoltura 49 que desliza sobre ella; en este modo de realización particular, no se necesita más que un número reducido de rampas 52 gracias a la disminución del número de filas de ganchos. Un dispositivo análogo podría equipar la realización de la figura 2.

Claims (5)

1. Carcasa (21, 39) de estator, que comprende una envoltura (22, 49) y ganchos de anillos (26, 27, 41, 44) en una cara interna de la envoltura, siendo los ganchos (24) independientes de la envoltura, estando unidos a la envoltura por medios de ensamblaje y no extendiéndose más que sobre sectores de círculo, estando los ganchos provistos de ranuras opuestas (30, 31) de sostenimiento de al menos dos de los anillos, estando los anillos compuestos por anillos de estanqueidad que se alternan con anillos de estator portadores de álabes fijos, estando los anillos de estator unidos a los ganchos mediante porciones que se extienden sobre su lado exterior, comprendiendo los medios de ensamblaje una o varias espigas (28, 47) parte integrante de cada gancho y muescas (29, 48) realizadas en la envoltura y ocupadas por las espigas (28, 47), caracterizada porque las espigas atraviesan la envoltura y porque un sistema de soplado de aire mediante rampas circulares (52) rodea a la envoltura, estando las rampas (52) perforadas (54) delante de las espigas (47).

2. Carcasa de estator según la reivindicación 1, caracterizada porque los ganchos (40) son de un tipo único de extremidades ensanchadas, sostienen cada uno un anillo de estator (41) portador de álabes fijos, y están repartidos en hileras circulares en número idéntico a los citados anillos de estator portadores de álabes fijos, teniendo los anillos de estanqueidad extremidades que están dispuestas ya sea sobre porciones de los anillos de estator sostenidos por los ganchos, ya sea enclavadas en las ranuras de los ganchos.

3. Carcasa de estator según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque los ganchos y la envoltura son de materiales diferentes.

4. Carcasa de estator según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque comprende una capa (33) interna a la envoltura, separada de ella mediante un intervalo y formada por una hoja continua pero atravesada por los ganchos en lugares en los que está perforada.

5. Carcasa según la reivindicación 4, caracterizada porque un cuerpo de aislante térmico (34) llena el intervalo.