ES2261357T3 - Turbomaquina que comprende un dispositivo de supresion de vibraciones. - Google Patents
Turbomaquina que comprende un dispositivo de supresion de vibraciones.Info
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Abstract
Turbomáquina del tipo que comprende una pluralidad de álabes dispuestos sobre el trayecto de una vena de aire o de gas delimitada por una pared simétrica según el eje de la turbomáquina, presentando dicha pared unos orificios (13) que comunican con una cavidad (11) exterior a la vena de aire, de estructura general simétrica, axial o cíclica, caracterizada porque están previstos unos medios de ruptura de simetría en el interior de dicha cavidad.
Description
Turbomáquina que comprende un dispositivo de
supresión de vibraciones.
La presente invención tiene por objeto una
turbomáquina del tipo que comprende una pluralidad de álabes
dispuestos sobre el trayecto de una vena de aire o de gas.
En una turbomáquina de este tipo, están
previstas una o varias cavidades en el exterior de la vena de aire
y que comunican con esta por medio de una pluralidad de orificios
practicados en una pared simétrica según el eje de la turbomáquina,
que delimita la vena de aire. Una conducción que comprende una
válvula de descarga está generalmente conectada a la cavidad a fin
de permitir, en régimen de funcionamiento parcial de la
turbomáquina, la extracción de una parte del caudal de aire para su
expulsión al exterior a fin de aumentar la estabilidad del
funcionamiento de la turbomáquina o para una necesidad auxiliar. El
volumen de la cavidad debe por tanto ser suficiente para permitir
una extracción regular en funcionamiento.
Se constata sin embargo que el aire o el gas de
la vena de aire en circulación delante de la cavidad puede
disparar, para ciertas gamas de velocidad, una puesta en resonancia
acústica de la cavidad en razón de una cizalladura de la capa
límite.
Esta puesta en resonancia es favorecida por la
estructura, generalmente simétrica, de la cavidad. La cavidad puede
en efecto ser simétrica con respecto al eje de la turbomáquina o
presentar también unos motivos, resaltes u otros, regularmente
repartidos sobre su periferia y que realizan así una simetría
cíclica. La ruptura de simetría provocada por el pinchado de la
conducción de extracción de aire para la válvula de descarga o para
el enfriado de los discos y álabes de turbina de la turbomáquina, es
insuficiente para evitar de forma cierta una puesta en resonancia
acústica de la cavidad.
Ahora bien, dicha puesta en resonancia acústica
presenta inconvenientes importantes y puede provocar riesgos de
rotura de los álabes.
La patente
US-A-5.399.064 describe una
turbocompresor para motor de combustión interna que comprende unos
medios de reducción del ruido que resulta de las vibraciones en el
compresor por el establecimiento de un trayecto tortuoso para el
flujo de aire en una cámara anular que rodea el compresor. A este
fin, una pluralidad de deflectores obliga al flujo de aire que
atraviesa una cámara anular a seguir un trayecto tortuoso. El
conjunto de los deflectores presenta una simetría cíclica estando
dispuestos de forma simétrica alrededor del eje de rotación del
compresor. Además, la cámara circular descrita en este documento
está abierta en la admisión de aire, lo que participa en la
obtención de la reducción del ruido por el flujo tortuoso del aire
en la cámara anular.
La presente invención tiene por objeto una
turbomáquina que comprende unos medios que permiten suprimir o
impedir el nacimiento de ondas acústicas giratorias en la cavidad
mencionada anteriormente y así suprimir los inconvenientes debidos
a las resonancias acústicas en el interior de dicha cavidad.
La turbomáquina según la invención es del tipo
que comprende una pluralidad de álabes dispuestos sobre el trayecto
de una vena de aire o de gas delimitada por una pared simétrica
según el eje de la turbomáquina. Dicha pared presenta unos
orificios que comunican con una cavidad exterior a la vena de aire,
de estructura general simétrica, ya se trate de una simetría según
el eje de la turbomáquina o de una simetría cíclica. Están
previstos unos medios de ruptura de simetría en el interior de dicha
cavidad.
Los medios de ruptura de simetría pueden ser
realizados entre diferentes maneras.
Según un primer modo de realización preferido de
la invención, los medios de ruptura de simetría comprenden un
dispositivo de riostra montado en una conducción conectada con la
cavidad, de manera que forma en parte saliente en el interior de la
cavidad.
El dispositivo de riostra está preferentemente
montado con un pretensado de apriete en dicha conducción de manera
que limite las vibraciones en funcionamiento.
El dispositivo de riostra puede por ejemplo
estar ventajosamente constituido por una porción de tubo introducida
desde el exterior en la conducción.
Según un segundo modo de realización, los medios
de ruptura de simetría comprenden una zona localizada de la
cavidad, que presenta una convexidad dirigida hacia el interior de
la cavidad.
La convexidad puede ser obtenida por ejemplo por
embutición localizada de la pared exterior de la cavidad o también
sobre la pared interior de la cavidad.
Según otro modo de realización de la invención,
los medios de ruptura de simetría comprenden un elemento fijado en
un punto determinado sobre la cara interna de la pared exterior de
la cavidad, por ejemplo, una porción de chapa soldada en la cara
interna de la pared exterior de la cavidad o también sobre la pared
interior de la cavidad.
Según otro modo de realización de la invención,
los medios de ruptura de simetría comprenden un tornillo que
atraviesa la pared exterior de la cavidad formando resalte en el
interior de la cavidad.
La invención se comprenderá mejor con el estudio
de algunos modos de realización tomados a título de ejemplos en
modo alguno limitativos e ilustrados por los planos anexos, en los
cuales:
- la figura 1 es una vista exterior lateral
de una turbomáquina;
- la figura 2 es una vista parcial en
sección de la turbomáquina ilustrada en la figura 1, que muestra un
primer modo de realización de la invención;
- la figura 3 es una vista en sección
análoga a la figura 2, que muestra un segundo modo de realización
de la invención;
- la figura 4 es una vista en sección
análoga a la figura 2, que muestra un tercer modo de realización de
la invención;
- la figura 5 es una vista en sección
parcial análoga a la figura 2, que muestra un cuarto modo de
realización de la invención.
Tal como se ha ilustrado en las figuras 1 y 2,
la turbomáquina de la invención presenta una entrada de aire 1
provista de un primer conjunto de álabes rotativos 2.
La pared exterior 3 de la turbomáquina presenta
una tubuladura de conexión 4 para una conducción de expulsión al
aire libre de una parte del flujo.
En la vista en sección de la figura 2, se
encuentra ilustrado el árbol rotativo 5 sobre el cual están montados
los álabes rotativos 6 de una primera sección de compresión de la
turbomáquina. El cubo fijo 7 presenta unos álabes directores fijos
8. La circulación de la vena de aire está esquematizada por las
flechas 9.
La pared 10 delimita la vena de aire hacia el
exterior y presenta una configuración simétrica con respecto al eje
de la turbomáquina. Una cavidad 11 de estructura general también
simétrica con respecto al eje de la turbomáquina se encuentra
definida, sensiblemente en la vertical de los álabes rotativos 6,
entre la pared 10 y una pared exterior 12. La pared 10 presenta en
su periferia una pluralidad de orificios 13 que ponen en
comunicación la vena de aire con la cavidad 11. Estos orificios 13
pueden estar constituidos en forma de ranuras, de lúnulas o de
ranuras circulares. Desde luego, en otros modos de realización, la
cavidad 11 podría presentar una simetría cíclica, es decir
presentar una pluralidad de motivos u otros elementos regularmente
dispuestos en el interior de la cavidad y que pueden así dar origen
a una puesta en resonancia acústica de la cavidad.
Una válvula de descarga 14 convenientemente
mandada por los medios no representados en la figura, es visible en
la sección de la figura 2. La válvula 14 está montada corriente
abajo de la tubuladura 4, a su vez solidaria de la pared 12 en un
punto determinado de la cavidad 11.
La válvula de descarga 14 permite, cuando está
abierta, extraer una parte del caudal de aire a fin de expulsarlo
al exterior de manera que mejore el funcionamiento de la
turbomáquina para algunos regímenes. Cuando la válvula de descarga
14 está en posición cerrada, la circulación de la vena de aire puede
disparar, pasando frente a los orificios 13 y para ciertas gamas de
velocidad, la puesta en resonancia de la cavidad 11 por cizalladura
de la capa límite.
Según la invención, se impide el nacimiento de
ondas acústicas giratorias en la cavidad 11 realizando una ruptura
voluntaria y significativa de la simetría con respecto al eje de la
cavidad 11, además de la ruptura de simetría que existía debido a
la existencia de la tubuladura 4.
En el modo de realización que se muestra en la
figura 2, los medios de ruptura de simetría comprenden una porción
de tubo 15 introducida a forzamiento con un pretensado de apriete en
la tubuladura 4. Preferentemente, el montaje se realiza desde el
exterior, siendo la porción de tubo 15 introducida hasta que un
escalonado radial 16 practicado en el borde exterior de la porción
de tubo 15, queda a tope sobre una porción cónica 17 de la
tubuladura 4, de manera que defina convenientemente la porción final
de la porción de tubo 15.
En esta posición final después de montaje, la
porción de tubo 15 forma en parte resalte en el interior de la
cavidad 11 sobrepasando la vertical de la pared 12 sin sin embargo
ir hasta el contacto con la pared interna 10, de manera que evite
perturbar exageradamente el flujo del aire en la cavidad 11 cuando
la válvula de descarga 14 está abierta.
El modo de realización de la figura 3 solo
difiere del modo de realización de la figura 2 por el hecho de que
la pared externa 12 presenta una zona localizada convexa 18 cuya
convexidad está dirigida hacia el interior de la cavidad 11. Esta
zona es preferentemente obtenida por simple embutición localizada de
la chapa que constituye la pared exterior 12. Esta zona embutida 18
provoca por tanto una ruptura de simetría suplementaria, además de
la que existe ya cuando una tubuladura 4, tal como la ilustrada en
la figura 2, se encuentre dispuesta en otro punto de la cavidad
11.
El modo de realización ilustrado en la figura 4
difiere del modo de realización de la figura 3 por el hecho de que
una porción de chapa 19 dispuesta radialmente está fijada por
soldadura sobre la cara interna de la pared exterior 12 de la
cavidad 11. La porción de chapa 19 forma así resalte en el interior
de la cavidad 11 e impide el nacimiento de ondas acústicas
giratorias en la cavidad 11. Desde luego, la tubuladura 4 puede
también estar prevista en otro punto de la cavidad 11. Se observará
que las dimensiones de la porción de chapa soldada 19, de forma
cuadrada en el modo de realización ilustrado a título de ejemplo en
la figura 4 son tales que dicha porción de chapa soldada 19 se
extiende desde la parte exterior 12 en dirección a la pared interior
10 sin llegar sin embargo a entrar en contacto con esta última. En
una variante, la porción de chapa soldada 19 podría también estar
fijada sobre la pared interior 10 extendiéndose por el contrario en
dirección a la pared exterior 12.
El modo de realización ilustrado en la figura 5
difiere del modo de realización de la figura 4 por el hecho que un
tornillo 20 atraviesa la pared exterior 12 de la cavidad 11
formando resalte en el interior de dicha cavidad 11 en una cierta
longitud. Para facilitar el montaje, la pared exterior 12 presenta
una zona 13 provista de un roscado que puede cooperar con el
fileteado del tornillo 20 cuya cabeza 21 queda en el exterior de la
pared exterior 12.
Las dimensiones del tornillo 20 que forma el
resalte en el interior de la cavidad 11 son tales que dicho tornillo
se extiende en dirección a la pared interior 10 en un plano radial
sin, sin embargo, entrar en contacto con la pared interior 10.
En todos los modos de realización que acaban de
ser ilustrados a título de ejemplos, se ha introducido por tanto en
el interior de la cavidad simétrica, un medio de ruptura de simetría
susceptible de impedir el nacimiento de ondas acústicas giratorias
y por tanto evitar la entrada en resonancia de la cavidad,
cualquiera que sea la velocidad de flujo en la turbomáquina.
Claims (10)
1. Turbomáquina del tipo que comprende una
pluralidad de álabes dispuestos sobre el trayecto de una vena de
aire o de gas delimitada por una pared simétrica según el eje de la
turbomáquina, presentando dicha pared unos orificios (13) que
comunican con una cavidad (11) exterior a la vena de aire, de
estructura general simétrica, axial o cíclica, caracterizada
porque están previstos unos medios de ruptura de simetría en el
interior de dicha cavidad.
2. Turbomáquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de ruptura de simetría
comprenden un dispositivo de riostra montado en una conducción
conectada con la cavidad, de manera que forme en parte resalte en
el interior de la cavidad.
3. Turbomáquina según la reivindicación 2,
caracterizada porque el dispositivo de riostra está montado
con un pretensado de apriete en dicha conducción.
4. Turbomáquina según la reivindicaciones 2 ó
3, caracterizada porque el dispositivo de riostra está
constituido por una porción de tubo (15).
5. Turbomáquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de ruptura de simetría
comprenden una zona localizada (18) de la cavidad, que presenta una
convexidad dirigida hacia el interior de la cavidad.
6. Turbomáquina según la reivindicación 5,
caracterizada porque la convexidad ha sido obtenida por
embutición localizada de la pared exterior de la cavidad.
7. Turbomáquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de ruptura de simetría
comprenden un elemento (19) fijado en un punto determinado sobre la
cara interna de la pared exterior de la cavidad.
8. Turbomáquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de ruptura de simetría
comprenden un elemento fijado en un punto determinado sobre la
pared interior de la cavidad.
9. Turbomáquina según las reivindicaciones 7
ó 8, caracterizada porque dicho elemento es una porción de
chapa soldada sobre la pared citada de la cavidad.
10. Turbomáquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de ruptura de simetría
comprenden un tornillo (20) que atraviesa la pared exterior de la
cavidad formando resalte en el interior de la cavidad.
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