ES2272858T3 - Procedimiento para la fabricacion de alabes de turbina con canales de refrigeracion dispuestos en los mismos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de álabes de turbina (13) con canales de refrigeración dispuestos en los mismos, en el que se fabrica un núcleo cerámico (2, 3, 4) que se recubre por moldeo por inyección con una cera (8), procedimiento en el que, sobre el núcleo recubierto por moldeo por inyección con cera, se realiza, mediante inmersión y enarenado reiterados, una coquilla cerámica de moldeo (9) que se cuece una vez eliminada la cera, procedimiento en el que el espacio formado tras eliminar la cera se rellena con metal fundido (12) para obtener el álabe de turbina e impidiendo, al mismo, tiempo el movimiento del núcleo en la coquilla de moldeo mediante unos auxiliares de posicionamiento que se extienden desde el núcleo penetrando en la coquilla de moldeo, y procedimiento en el que, una vez endurecido el metal, se retiran la coquilla de moldeo y el núcleo y se mecaniza el álabe de turbina metálico, caracterizado porque, como auxiliar de posicionamiento, se inserta en el lado frontal libre(6) del núcleo (1) una espiga (7) que sobresale de dicho lado frontal (6) y que también se inserta en la coquilla de moldeo (9), y porque el extremo saliente (10) de la espiga (7) se retira durante la mecanización.

Description

Procedimiento para la fabricación de álabes de turbina con canales de refrigeración dispuestos en los mismos.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de álabes de turbina con canales de refrigeración dispuestos en los mismos, en el que se fabrica un núcleo cerámico que se recubre por moldeo por inyección con una cera, procedimiento en el que, sobre el núcleo recubierto por moldeo por inyección con cera, se produce, mediante una inmersión y un enarenado reiterados, una coquilla cerámica de moldeo que se cuece una vez eliminada la cera, procedimiento en el que el espacio formado tras la eliminación de la cera se rellena con metal fundido para la obtención del álabe de turbina y al mismo tiempo se impide el movimiento del núcleo en la coquilla de moldeo mediante unos auxiliares de posicionamiento que se extienden desde el núcleo penetrando en la coquilla de moldeo, y procedimiento en el que, una vez endurecido el metal, se retiran la coquilla de moldeo y el núcleo y se mecaniza el álabe de turbina metálico.

Este tipo de procedimientos se conoce ya en distintas formas de realización. Por regla general, el extremo inferior del núcleo permanece fijo durante el vaciado, pero su extremo superior puede realizar movimientos bajo la acción del metal fundido afluente que han de impedirse para que las paredes del álabe de turbina presenten el espesor de pared deseado en todas sus zonas.

Para ello se conoce ya el método de hundir, en las zonas de la capa de cera que rodea el núcleo que posteriormente limitan las paredes del álabe de turbina, unas espigas que topan con el núcleo y sobresalen un poco de la capa de cera (DE 3813287 C2; EP 0324229 B1). Los extremos salientes de las espigas se insertan en la coquilla de moldeo e impiden que el núcleo se mueva durante el vaciado una vez eliminada la cera. Esto resulta costoso en cuanto a la técnica de fabricación y, dependiendo del material de la espiga, también puede ocasionar alteraciones locales de las propiedades del material del álabe de turbina, así como problemas en caso de un eventual revestimiento subsiguiente de este último.

En otro procedimiento ya conocido (EP 0585183 A1), el núcleo se provee de unos resaltos (Bumper) que sirven como separadores. También se ha propuesto ya retirar ciertas zonas de la capa de cera del núcleo, de tal modo que la coquilla de moldeo forme unos resaltos o separadores correspondientes (US 6364001 B). Esto también resulta costoso en cuanto a la técnica de fabricación y no garantiza el deseado espesor de pared del álabe de turbina.

El objetivo de la invención es indicar un procedimiento del tipo descrito al principio con el que se impida de un modo fiable el movimiento del núcleo durante el vaciado y con el que se excluya la posibilidad de que las propiedades del material o las superficies del álabe de turbina se vean perjudicadas.

Este objetivo se logra gracias a que, como auxiliar de posicionamiento, se inserta en el lado frontal libre del núcleo una espiga que sobresale de dicho lado frontal y que también se inserta en la coquilla de moldeo, y gracias a que el extremo saliente de la espiga se retira durante la mecanización. De este modo, las propiedades del material, los espesores de pared y las superficies de todas las zonas funcionalmente importantes del álabe de turbina no se ven afectadas por la disposición de la espiga. La espiga puede insertarse en el núcleo cerámico sin un esfuerzo adicional. Su extremo que sobresale del, así llamado, fondo de corona del álabe de turbina puede retirarse fácilmente. El extremo de la espiga que se halla bajo el fondo de corona no necesita retirarse, ya que no estorba. Se entiende que las dimensiones de la espiga se eligen de modo que, por una parte, sea posible insertarla firmemente en el material del núcleo y, por otra, la espiga presente suficiente estabilidad durante el vaciado.

La espiga debería estar compuesta preferentemente de una aleación a base de níquel, en particular de NiCr82. Una aleación de este tipo es esencialmente resistente a la oxidación y presenta una resistencia mecánica suficiente en la zona de altas temperaturas por encima de los 1.400°C. Sin embargo, también pueden utilizarse para la espiga otros materiales en sí conocidos, por ejemplo platino, aleaciones de metales nobles a base de paladio o a base de tungsteno, o en caso dado también espigas de materiales cerámicos.

Si se utiliza una espiga compuesta de un material que se oxide al cocer la coquilla de moldeo, es recomendable una realización en la que la espiga se provee de un contra-soporte para el metal del álabe de turbina. En el caso más sencillo, éste puede tratarse de una ranura periférica. En tal caso, la espiga debería insertarse en el núcleo de modo que la ranura periférica se hallase en la zona posterior del fondo de corona.

A continuación se explica un ejemplo de realización de la invención; mostrando:

La figura 1, una vista esquemática desde arriba de uno de los lados anchos de un núcleo empleado para la fabricación de un álabe de turbina con canales de refrigeración,

La figura 2, un corte en la dirección II-II a través del objeto según la figura 1,

La figura 3, el objeto según la figura 2 tras el recubrimiento por moldeo por inyección con cera,

La figura 4, el objeto según la figura 3 con una coquilla cerámica de moldeo sobre la capa de cera,

La figura 5, el objeto según la figura 4 una vez eliminada por fundición la capa de cera,

La figura 6, el objeto según la figura 5 tras el vaciado,

La figura 7, el objeto según la figura 6 una eliminados el núcleo y la coquilla de moldeo,

La figura 8, el objeto según la figura 7 una vez retirado el extremo de la espiga que sobresale del fondo de corona.

El núcleo representado esquemáticamente en las figuras 1 y 2 está compuesto de un material cerámico. En las figuras 1 y 2, su sección inferior 2 está preparada para unirse a un soporte no representado. De la sección inferior parten dos secciones superiores 3, 4, que se extienden en esencia paralelas la una a la otra. Al menos la sección superior 4 presenta unos perfiles 5 que sirven para formar los canales de refrigeración en el álabe de turbina. En la fabricación del núcleo 1 se insertan en los lados frontales superiores 6 unas espigas 7 que sobresalen de los lados frontales superiores 6. En la forma de realización representada, las espigas están compuestas de una aleación a base de níquel: NiCr82.

El núcleo así preparado se recubre por moldeo por inyección con una capa de cera 8 (figura 3). Esta capa de cera define un espacio que posteriormente se rellena con metal fundido para obtener el álabe de turbina. El extremo 10 de la espiga 7, o de las espigas 7, que sobresale del núcleo 1 sobresale también de la capa de cera 8 y presenta una ranura periférica 11 en la zona de la capa de cera 8.

En una etapa posterior del procedimiento (figura 4) se produce sobre la capa de cera 8, una coquilla cerámica de moldeo 9 mediante una inmersión y un enarenado reiterados. Una vez eliminada la capa de cera 8, se cuece la coquilla de moldeo 9 (figura 5).

A continuación, el espacio que ha dejado libre la capa de cera 8 puede rellenarse con metal fundido 12 que, después de su enfriamiento y endurecimiento, forma el álabe de turbina. El metal fundido 12 penetra también en la ranura periférica 11 de la o las espigas 7, con lo que se produce una unión positiva que, como mínimo, es necesaria si el material de la espiga tiende a experimentar una oxidación superficial durante la cocción de la coquilla de moldeo 9 (figura 6).

Una vez enfriado y endurecido el metal 12, se retiran el núcleo 1 y la coquilla de moldeo 9 (figura 7) y el álabe de turbina 13 así obtenido puede mecanizarse. En el curso de la mecanización se elimina también el extremo 10 de la o las espigas 7 que antes estaba insertado en la coquilla de moldeo 9 y que sobresale del fondo de corona 14 del álabe de turbina 13. El extremo de la o las espigas que se extiende por el interior del álabe de turbina 13 no se elimina, ya que no estorba.

Claims (6)

1. Procedimiento para la fabricación de álabes de turbina (13) con canales de refrigeración dispuestos en los mismos, en el que se fabrica un núcleo cerámico (2, 3, 4) que se recubre por moldeo por inyección con una cera (8), procedimiento en el que, sobre el núcleo recubierto por moldeo por inyección con cera, se realiza, mediante inmersión y enarenado reiterados, una coquilla cerámica de moldeo (9) que se cuece una vez eliminada la cera, procedimiento en el que el espacio formado tras eliminar la cera se rellena con metal fundido (12) para obtener el álabe de turbina e impidiendo, al mismo, tiempo el movimiento del núcleo en la coquilla de moldeo mediante unos auxiliares de posicionamiento que se extienden desde el núcleo penetrando en la coquilla de moldeo, y procedimiento en el que, una vez endurecido el metal, se retiran la coquilla de moldeo y el núcleo y se mecaniza el álabe de turbina metálico, caracterizado porque, como auxiliar de posicionamiento, se inserta en el lado frontal libre (6) del núcleo (1) una espiga (7) que sobresale de dicho lado frontal (6) y que también se inserta en la coquilla de moldeo (9), y porque el extremo saliente (10) de la espiga (7) se retira durante la mecanización.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la espiga (7) está compuesta de una aleación a base de níquel.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la espiga (7) está compuesta de NiCr 82.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque para el material del álabe de turbina (13) se emplea una espiga (7) con un contra-soporte.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la espiga (7) presenta una ranura periférica (11).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque la espiga (7) se inserta en el núcleo (1) de modo que la ranura periférica (11) queda dispuesta en el área del fondo de corona (14) posterior.