ES2261357T3 - Turbomaquina que comprende un dispositivo de supresion de vibraciones. - Google Patents

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.