ES2310887T3 - Modulo de turbina para motor de turbina de gas. - Google Patents
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Abstract
Módulo de turbina para motor de turbina de gas que comprende al menos un disco (3) de turbina y un componente (5) con forma de disco montado sobre el disco de turbina aguas arriba con respecto al flujo de gas, incluyendo dicho módulo un medio de ensamblaje al compresor de dicho motor, caracterizado porque el componente (5) es previamente ensamblado al disco (3) de turbina, antes del ensamblaje del módulo al compresor, mediante fijación con pernos a una brida (31) de fijación solidaria del disco (3) de turbina.
Description
Módulo de turbina para motor de turbina de
gas.
La presente invención se refiere al ámbito de
los motores de turbina a gas y contempla en particular un módulo de
turbina, especialmente el módulo de alta presión.
Un motor de turbina de gas axial comprende un
conjunto rotatorio que forma un compresor, alimentando una cámara
de combustión fija que a su vez proporciona gases calientes a un
conjunto rotatorio que la forma turbina. Un rotor de turbina
solidario de un rotor de compresor forma un cuerpo y el motor puede
incluir uno o varios cuerpos, generalmente dos o tres que giran a
velocidades diferentes. Así un motor de doble cuerpo, comprende un
cuerpo de baja presión BP y un cuerpo de alta presión AP. Con el fin
de hacer el ensamblaje del motor más fácil y de reducir el tiempo
de ensamblaje y desensamblaje, su arquitectura a menudo se divide en
módulos. Por ejemplo para el cuerpo de alta presión de un motor de
doble cuerpo; se dispone el conjunto de las piezas que constituyen
el compresor en un módulo de compresor AP y el conjunto de las
piezas que constituyen el rotor de turbina en un módulo de turbina
AP.
Este último módulo está constituido únicamente
por piezas giratorias, por ejemplo un disco de turbina en el cuál
se fija por pernos un conjunto de estanqueidad con laberintos y una
virola con brida de ensamblaje aguas arriba, y un conjunto de
estanqueidad asociado a un cojinete aguas abajo.
Generalmente, los módulos de compresor AP y
turbina AP están ensamblados por medio de bridas específicas; estas
bridas transmiten el par motor de la turbina al compresor. La
conexión por estas bridas debe pues ser suficientemente resistente
para cumplir esta función. El documento US 5.816.776, por ejemplo,
describe este estado de la técnica.
Por otro lado, los módulos se deben proporcionar
perfectamente equilibrados en rotación para su ensamblaje. En el
caso de un módulo del tipo de la turbina AP, se prevé un plano de
equilibrado aguas arriba y un plano de equilibrado aguas abajo. El
plano de equilibrado es aquél en el cual se disponen las mazarotas
de equilibrado a una distancia determinada del eje y según un
ángulo. En la solución con brida de ensamblaje, la brida que está
en la frontera del módulo constituye un plano de equilibrado
adecuado. Se disponen pues las mazarotas de equilibrado en la zona
de la brida frontera. Es el caso en particular en la frontera entre
el módulo de compresor AP y el módulo de turbina AP. Cada módulo se
presenta al ensamblaje por tanto estando equilibrado de esta
manera.
manera.
El empleo de bridas específicas de ensamblaje es
cómodo pero penaliza en peso. Se ha buscado por tanto desarrollar
un módulo cuyo ensamblaje al compresor pueda estar garantizado sin
una brida específica de ensamblaje. En particular se examinó la
posibilidad de garantizar el ensamblaje al compresor directamente en
el disco de turbina del módulo.
Se plantea entonces el problema del ensamblaje
previo del módulo de turbina y de su entrega estando perfectamente
equilibrado. En efecto es importante que los montadores encargados
del ensamblaje de los módulos no tengan que intervenir en el propio
módulo, pues si no se reduciría el interés de la modularidad.
La solicitante se ha fijado por tanto como
objetivo desarrollar un módulo de turbina que satisfaga estas
limitaciones.
En conformidad con la invención, el módulo de
turbina para motor de turbina de gas que comprende al menos un
disco de turbina y un componente en forma de disco montado hacia
atrás sobre el disco de turbina con relación al flujo de los gases,
incluyendo dicho módulo un medio de ensamblaje entre el compresor
dicho del motor y el disco de turbina, se caracteriza porque el
componente, antes del ensamblaje del módulo al compresor, es
previamente ensamblado al disco de turbina, por fijación con pernos
a una brida de fijación solidaria del disco de turbina.
Así, por la solución de la invención que
consiste en fijar directamente el módulo compresor sobre el disco
de turbina y en vincular el componente, dispuesto entre el compresor
y el disco de turbina, al disco de turbina separadamente, se
permite una reducción de masa sin perder en seguridad de ensamblaje
así como un ensamblaje previo en módulo que puede ser eventualmente
equilibrado.
Preferiblemente, el medio de ensamblaje del
compresor al disco de turbina comprende dicha brida de fijación.
En particular, cuando el componente tiene forma
de disco con un paño entre su cubo central y su periferia, y se
monta a dicha brida mediante fijación con pernos a través las
primeras perforaciones en el paño, se realizan unas segundas
perforaciones en el paño para el ensamblaje por fijación con pernos
del módulo de turbina al compresor.
De acuerdo con otra característica, el
componiendo se fija a dicha brida por pernos cuyo número está
comprendido entre 2 y 8 distribuidos en la circunferencia.
Ventajosamente los pernos se retienen por
tuercas engastadas en la brida, por el lado de aguas abajo, junto
con tuercas para el ensamblaje del módulo al compresor. Los pernos
de fijación del componente tienen más especialmente una cabeza de
forma específica que se distingue de las cabezas de los tornillos de
fijación del compresor.
De acuerdo con otra característica, el
componiendo comprende un dispositivo de equilibrado de aguas arriba
dispuesto sobre dicho componente independientemente del medio de
ensamblaje al compresor.
La invención se aplica en particular a un módulo
cuyo componente es un disco de soporte de elementos de estanqueidad
con laberintos.
La invención cubre también el compresor asociado
al módulo para formar un motor de turbina a gas, que comprende una
brida aguas abajo de fijación al módulo. Sobre esta brida se
disponen unos alojamientos o conductos para las cabezas de los
tornillos de fijaciones ya colocadas en el módulo.
A continuación se va a presentar la invención v
con más detalle en la descripción siguiente de un modo de
realización no limitativo haciendo referencia a los dibujos anexos
en los cuales:
- la figura 1 muestra en corte axial una mitad
de módulo de turbina de alta presión conforme a la invención,
- la figura 2 muestra el detalle de la fijación
previa del componente al disco de turbina, visto en corte
axial,
- la figura 3 muestra el detalle de la fijación
de la brida aguas abajo del compresor al disco de turbina, vista de
en corte axial,
- la figura 4 muestra en detalle la disposición
de la brida del compresor AP, visto desde el lado de aguas
arriba,
- la figura 5 muestra una alternativa de
realización de brida de aguas abajo del compresor AP,
- la figura 6 es un corte según
VI-VI de la figura 2 o 3 y muestra el detalle del
montaje de las tuercas en la brida de fijación solidaria del disco
de turbina, visto desde el lado de aguas abajo,
- la figura 7 muestra una variante del módulo de
turbina de la figura 1, estando el módulo equipado con un
dispositivo de equilibrado aguas arriba.
Haciendo referencia a la figura 1, se ve una
mitad de módulo de turbina AP en corte axial. Este módulo comprende
un disco de turbina 3, con un cubo central de sección axial
creciente en espesor cerca en la proximidad del eje, y en cuya
periferia se montan los álabes 4 de turbina. Éstos se colocan en
alvéolos axiales dispuestos en la llanta del disco. Un componente 5
se monta en el disco 3 aguas arriba, es decir, a la izquierda en la
figura. Aguas arriba y aguas abajo se definen con relación al flujo
de los gases en el motor. El componente es aquí un disco con
simetría de revolución con relación al eje de la máquina. Este disco
comprende un cubo cuyo espesor es creciente hacia el eje del motor,
formando una parte un paño 51 que va hacia la periferia. El disco
porta en su periferia unas láminas 53 anulares radiales que forman
la parte giratoria de unas juntas de estanqueidad con laberintos.
Su contrapartida no se ha representado.
El disco 5 se fija en el disco 3 mediante pernos
sobre una brida de fijación 31 solidaria del disco aguas arriba de
éste. Los pernos 7 comprenden una cabeza 71, un vástago 72 que
atraviesa un orificio dispuesto en el paño 51 y una perforación
mecanizada en la brida 31, y cooperan con uno tuerca 73.
En el lado de aguas abajo del módulo se
distingue un disco 6 con un pivote 61 que forma soporte para un
cojinete de aguas abajo 62. El disco se fija mediante pernos sobre
una brida de fijación de aguas abajo 33. Los pernos 64 de fijación
se distribuyen en todo el perímetro del disco. Incluye también unos
elementos de estanqueidad 63 para una junta de estanqueidad con
laberintos. El disco 6 forma un plano de equilibrado aguas abajo. Se
montan unas mazarotas de equilibrado con los pernos de
fijación.
El módulo, tal como se ha representado en la
figura 1 es ensamblado previamente a un compresor. La función de
los pernos 7 es mantener el componente 5 solidario del disco de
turbina durante las manipulaciones. Los pernos 7 tienen
preferiblemente un número de cuatro y son equidistantes en la
circunferencia. Su número puede estar comprendido entre 2 y 8. Es
necesario tener en cuenta realmente los tornillos de fijación del
compresor al disco. Los pernos 7 no perturban el terciado entre el
disco 3 y el disco 5.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, se ve
el detalle de la fijación con pernos después de que el módulo de
turbina ha sido fijado a una brida 9 de fijación del compresor. Este
último no se ha representado. La brida de fijación 9 es anular y
constituye la frontera de aguas abajo del compresor. La figura 2
representa un corte axial parcial realizado a lo largo de un perno
7 de fijación del componente 5 al disco 3. La figura 3 representa
un corte axial parcial realizado a lo largo de un perno 8 de
fijación de la brida 9 al disco 3.
Las cabezas 71 de los pernos 7 se encajan en
unos amplias ondulaciones de la brida 9 de tal manera que quedan
sujetas al disco del componente 5 directamente. Estos pernos no
tienen por tanto ningún efecto sobre la conexión de la brida 9.
Los pernos 8 de la figura 3 participan cada uno
en la fijación de la brida 9 al disco 3. Las cabezas 81 se apoyan
contra la superficie de aguas arriba de la brida 9 que es mantenida
apretada contra el disco 5 por la tuerca 83 aplicada contra la cara
de aguas abajo de la brida 31. El vástago 82 del perno 8 atraviesa
el disco del componente 5 y los dos bridas 9 y 31.
En la figura 4 se ha representado la brida
anular 9, vista desde el lado de aguas arriba. Comprende unas
muescas en forma de ondulaciones para permitirle contornear las
cabezas 71 de los pernos 7, y apoyarse contra el disco del
componente 5. Comprende también unas perforaciones para el paso de
los vástagos 82 de los pernos 8, cuya cabeza 81 se apoya en el
borde de las perforaciones.
En la figura 5 se ha representado una variante
9' de brida de fijación del compresor. Para el paso cabezas 71 de
los tornillos de fijación del disco 5, en lugar de ondulaciones se
ha limitado el paso a un orificio circular de diámetro ligeramente
superior al de las cabezas 71.
El componente 5 posee las mismas perforaciones
en el paño 51 capaces de dejar pasar bien los pernos 7 o bien los
pernos 8.
Para garantizar la función de distinción entre
los pernos 7 y 8, se pueden prever unas cabezas 71 y 81 de pernos
con formas diferentes.
Por ejemplo, se pueden prever cabezas acanaladas
para los unos y cabezas anchas (una cabeza ancha es una cabeza más
ancha de lo que necesita la operación de atornillamiento;
corresponde a la de un fuste más ancho) para los otros o a la
inversa.
El empleo de este tipo de cabezas asegurando al
mismo tiempo también la distinción, presenta por otro lado la
ventaja de evitar el agarrotamiento, en el momento del desmontaje
modular del compresor y de la turbina, de los pernos 8. Si el 55
pernos 8 permanecen bloqueados, las cabezas específicas 81 de pernos
8 son capaces de soportar un violento par en exceso para cizallar
el fuste 82 de la cabeza 81. En todo caso, el desmontaje modular
está garantizado.
En la figura 6 se ha representó la brida 31
vista del lado de aguas abajo. Las tuercas 73 y 83 son
preferiblemente montadas y engastadas in situ antes del
ensamblaje de las piezas. Se tiene en cuenta que presentan una
lengüeta 731 o respectivamente 831 de forma rectangular para
asegurar un bloqueo mutuo en rotación. Eso facilita el
atornillamiento de los pernos 7 y 8 en el montaje. Las tuercas 73 y
83 engastadas en la brida 31 son idénticas.
El número de tornillos de fijación 8 y 7 es en
un ejemplo concreto respectivamente 28 y 4. Se ha comprobado que
los 28 pernos podían garantizar con seguridad la fijación del
compresor al disco. La diferencia de 4 con relación a un montaje de
32 no tiene incidencia. Los cálculos lo han demostrado así, en
particular, para: el paso de par, las limitaciones mecánicas, la
duración de vida piezas, etc....
Se observa finalmente que esta disposición
permite el terciado entre el módulo compresor y el módulo de
turbina.
Con el fin de permitir la equilibrado del
módulo, él prevé disponer unas mazarotas sobre la cara de aguas
arriba del disco del componente 5 que constituye entonces
ventajosamente el plano de equilibrado de aguas arriba. Un módulo
que incluye este dispositivo de equilibrado se ha representado en la
figura 7. El módulo comprende una brida 10 de enganche de las
mazarotas en esta cara. La brida 10 es anular con una cara
perpendicular al eje del módulo, y comprende una pluralidad de
mecanizados para el montaje de las mazarotas. El número de
mecanizados es preferiblemente igual al número de aletas montadas en
el disco de turbina.
La figura 7 muestra una mazarota 11 colocada
mantenida por pernos 111. En ese caso, la instalación de estas
mazarotas permite la restitución del plano de aguas arriba de
equilibrado del rotor del módulo de turbina AP. Eso contribuye a
una de las condiciones de entrega de un módulo llamado limpio.
Un módulo según la presente invención no
deteriora el mantenimiento de los módulos circundantes.
Claims (12)
1. Módulo de turbina para motor de turbina de
gas que comprende al menos un disco (3) de turbina y un componente
(5) con forma de disco montado sobre el disco de turbina aguas
arriba con respecto al flujo de gas, incluyendo dicho módulo un
medio de ensamblaje al compresor de dicho motor,
caracterizado porque el componente (5) es previamente
ensamblado al disco (3) de turbina, antes del ensamblaje del módulo
al compresor, mediante fijación con pernos a una brida (31) de
fijación solidaria del disco (3) de turbina.
2. Módulo según la reivindicación 1, cuyo medio
de ensamblaje al compresor comprende dicha brida (31) de
fijación.
3. Módulo según la reivindicación 2 cuyo
componente tiene forma de disco con un paño (51) entre su cubo
central y su periferia, y está montado a dicha brida (31) por
fijación con pernos (7) a través de las primeras perforaciones en
el paño (51), siendo realizadas unas segundas perforaciones en el
paño para el ensamblaje por fijación con pernos (8) del módulo de
turbina (3) al compresor.
4. Módulo según la reivindicación 3, cuyo
componente (5) posea las mismas perforaciones en el paño (51)
susceptible de dejar pasar bien los pernos (7) o bien los pernos
(8).
5. Módulo según la reivindicación 3 ó 4 cuyo
componente se fija a dicha brida (31) por unos pernos (7) cuyo
número está comprendido entre 2 y 8 distribuidos en la
circunferencia.
6. Módulo según una de las reivindicaciones 2 a
5 cuyos pernos (7) están retenidos por unas tuercas (73) engastadas
en la brida (31), por el lado de aguas abajo, juntos con unas
tuercas (83) para el ensamblaje del módulo al compresor.
7. Módulo según la reivindicación 6, cuyas
tuercas (73) y (83) engastadas en la brida (31) son idénticas.
8. Módulo según una de las reivindicaciones 2 a
5, cuyos pernos (7) de fijación del componente tienen una cabeza
específica que se distingue de las cabezas de los pernos (8) de
fijación del compresor.
9. Módulo según una de las reivindicaciones 2 a
8, que comprenden un dispositivo de equilibrado (10, 11) dispuesto
aguas arriba en dicho componente (5), independientemente del medio
de ensamblaje al compresor.
10. Módulo según una de las reivindicaciones 2 a
9, cuyo componente (5) es un disco de soporte de elementos de
estanqueidad con laberintos.
11. Conjunto que comprende un compresor y un
módulo según una de las reivindicaciones precedentes para formar un
motor de turbina de gas, comprendiendo el compresor una brida (9)
aguas abajo de fijación al módulo en cuál se disponen unos
alojamientos o conductos para las cabezas de los pernos (71) de
fijación ya colocados en el módulo.
12. Motor a turbina de gas que incluye un módulo
de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 10.
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