ES2323283T3 - Compresor de turbomaquina. - Google Patents
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Abstract
Compresor de turbomáquina que comprende un carter (16) sensiblemente cilíndrico formado por virolas anulares (20, 22) dispuestas coaxialmente boca con boca y que lleva cada una hilera anular de álabes de enderezamiento (14), teniendo las virolas en sus extremos axiales rebordes cilíndricos (26, 28) que llevan bridas anulares (30, 30'') de fijación de las virolas entre sí, estando estas bridas de fijación en dirección axial sensiblemente en medio de una hilera anular de álabes móviles (12) situada entre estas virolas, caracterizado porque los rebordes cilíndricos (26, 28) de los extremos de las virolas contiguas forman alrededor de los álabes móviles situados entre estas virolas una ranura anular (32) de montaje de un elemento (32) de material abrasivo, teniendo esta ranura anular un diámetro interno superior al diámetro externo (D) de la vena teórica en esta parte del carter.
Description
Compresor de turbomáquina.
El presente invento se refiere a un compresor de
turbomáquina, en particular a un compresor de baja presión, así
como a una turbomáquina tal como un turborreactor o un
turbopropulsor de avión equipado con este compresor.
Los documentos
WO-A-95025879 y
GB-A-960812 describen compresores de
alta presión de turbomáquina.
Un compresor de baja presión de una turbomáquina
comprende varias etapas de compresión que tiene cada uno una hilera
anular aguas arriba entre los álabes móviles de un rotor que gira en
el interior de un carter fijo e impulsados por un árbol de la
turbomáquina, y una hilera anular aguas abajo de álabes fijos de
enderezamiento del flujo de aire, que lleva el carter en sus
extremos radialmente externos.
El carter tiene una forma sensiblemente
cilíndrica o troncocónica y está formado por virolas anulares
dispuestas coaxialmente cabeza con cabeza, y que lleva cada una
hilera anular de álabes fijos de enderezamiento.
En la técnica actual las virolas comprenden en
sus extremos unos rebordes cilíndricos terminando cada uno en una
brida anular. El reborde cilíndrico aguas arriba de mayor dimensión
axial de cada virola rodea la hilera anular de los álabes del rotor
situada aguas arriba y comprende una brida anular aguas arriba de
fijación en una brida correspondiente prevista en el reborde
cilíndrico aguas abajo de menor dimensión axial de otra virola
situada aguas arriba. El plano de unión de las bridas de fijación de
las dos virolas contiguas se extiende sensiblemente aguas arriba de
los bordes de ataque de los álabes del rotor situados entre los
álabes fijos que llevan las virolas. Según los motores, el plano de
unión de estas bridas puede extenderse aguas debajo de los bordes
de los álabes del rotor situados entre los álabes fijos que llevan
las virolas.
Un elemento anular de material abrasivo está
fijado en la superficie cilíndrica interna del reborde aguas arriba
de gran dimensión axial de cada virola y coopera con los vértices de
los álabes móviles para limitar las holguras radiales entre los
álabes móviles y el carter.
La técnica anteriormente citada de fijación de
las virolas del carter presenta varios inconvenientes que se
indican a continuación:
- las partes de las virolas situadas a la
derecha de los álabes móviles son relativamente frágiles, de forma
que no permiten siempre retener los álabes o las partes de los
álabes en caso de rotura del rotor del compresor;
- después del apriete de las bridas anulares es
posible que el elemento abrasivo no esté perfectamente alineado en
dirección axial con la virola aguas arriba, lo que crea un resalto
en el interior del carter entre la virola aguas arriba y el
elemento abrasivo, lo que puede provocar perturbaciones y pérdidas
de carga en el flujo de aire y disminuir el rendimiento de la
turbomáquina;
- como los álabes fijos están insertados y
fijados por soldadura en las virolas los rebordes deben tener una
dimensión axial suficiente para que sus bridas, en donde se
concentran tensiones importantes en funcionamiento, estén
suficientemente alejadas de las soldaduras, lo que se traduce en una
dimensión axial importante del compresor;
- el sentido de montaje y de desmontaje, de
aguas arriba a aguas abajo o de aguas abajo a aguas arriba, de las
etapas del compresor está en general impuesto por la inclinación y
la forma de la vena del compresor, lo que puede complicar las
operaciones de mantenimiento del compresor. A título de ejemplo, el
montaje/desmontaje de las etapas del compresor es más complejo
cuando la vena del compresor está ligeramente inclinada con relación
al eje de rotación de los álabes móviles, por ejemplo del orden de
0º a 15º;
- en reposo y en frío, los vértices de los
álabes móviles no pueden estar alineados sobre el diámetro externo
de la vena teórica en la parte correspondiente del carter. No
obstante, en una configuración ideal el diámetro externo de las
hileras anulares de álabes móviles debe ser al menos igual al de la
vena teórica durante las diferentes fases de funcionamiento del
motor de forma que se limite el paso de aire entre los vértices de
los álabes móviles y el carter.
El invento tiene especialmente como objeto
aportar una solución simple, eficaz y económica al conjunto de los
problemas anteriormente citados de la técnica anterior.
Se propone para este fin un compresor de
turbomáquina que comprende un carter sensiblemente cilíndrico
formado por virolas anulares dispuestas coaxialmente cabeza con
cabeza y cada una llevando una hilera anular de álabes de
enderezamiento, teniendo las virolas en sus extremos axiales
rebordes cilíndricos que llevan bridas anulares de fijación de las
virolas entre sí, estando estas bridas de fijación en dirección
axial sensiblemente en medio de una hilera anular de álabes móviles
situada entre estas virolas, caracterizado porque los rebordes
cilíndricos de los extremos de las virolas contiguas forman
alrededor de los álabes móviles situados entre estas virolas una
ranura anular de montaje de un elemento de material abrasivo,
teniendo esta ranura anular un diámetro interno superior al
diámetro externo de la vena teórica en esta parte del carter.
Según el invento, las bridas de fijación de los
rebordes de dos virolas contiguas rodean una hilera anular de
álabes móviles, teniendo los rebordes de estas virolas sensiblemente
la misma dimensión axial. Los rebordes cilíndricos aguas arriba y
aguas debajo de una virola pueden tener una misma dimensión axial o
dimensiones axiales diferentes. Este invento permite remediar el
conjunto de los problemas anteriormente citados.
Las bridas de fijación de dos virolas contiguas
rodean los álabes del rotor y están sensiblemente a una distancia
igual de las virolas, lo que permite rigidizar el carter, que de
esta forma puede resistir choques importantes tales como los
producidos por partes de los álabes móviles en la rotura del rotor
del compresor. Las dimensiones axiales de los rebordes aguas arriba
y aguas abajo de cada virola pueden ser optimizadas con objeto de
disminuir la dimensión axial del compresor, lo que no sería posible
en la técnica actual.
Según otra característica del invento, los
rebordes cilíndricos de los extremos de las virolas contiguas se
extienden al menos en toda la longitud axial de los álabes móviles
situados entre estas virolas y forman una ranura anular alrededor
de estos álabes móviles, teniendo esta ranura anular un diámetro
interno superior al diámetro externo de la vena teórica en esta
parte del carter.
Un elemento de material abrasivo está montado en
una ranura anular y tiene ventajosamente una dimensión axial al
menos igual a la del vértice de los álabes móviles que rodea, y un
diámetro interno igual o superior al diámetro externo de la vena
teórica en esta parte del carter. El diámetro externo de los álabes
móviles de cada hilera anular puede así ser, en frío, igual o
incluso superior al diámetro externo de la vena teórica en la parte
correspondiente del carter. El elemento abrasivo puede estar en dos
partes montadas cabeza con cabeza, estando cada parte del elemento
abrasivo fijada sobre un reborde cilíndrico de extremo de una
virola.
El elemento abrasivo se extiende a una parte y a
otra del plano de unión entre las virolas, lo que limita la
formación de resaltos en el interior del carter. En caso de
desalineación de las partes de aguas arriba y de aguas abajo del
elemento durante el apriete de las bridas, los vértices de los
álabes móviles que se ponen en funcionamiento desgastan por
rozamiento el elemento abrasivo permitiendo recuperar cualquier
desnivel o resalto entre las dos partes del elemento abrasivo.
El invento se refiere también a una turbomáquina
tal como un turborreactor o un turbopropulsor de avión,
caracterizado porque tiene un compresor tal como el descrito en lo
que antecede.
El invento será mejor comprendido, y otras
características, detalles y ventajas del mismo se verán más
claramente por la lectura de la descripción que sigue, realizada a
título de ejemplo no limitativo, y haciendo referencia a los
dibujos anejos, en los que:
- la figura 1 es un semivista muy esquemática en
sección axial de una parte de un compresor de baja presión de una
turbomáquina según el invento;
- la figura 2 es una vista a escala mucho mayor
de una parte de la figura 1.
En las figuras, lo que se encuentra a la
izquierda está aguas arriba y lo que se encuentra a derecha está
aguas abajo con relación al sentido de la circulación del aire en el
compresor.
El compresor 10 de la figura 1 comprende un
cierto número de etapas de compresión de las que solamente se ha
representado una, teniendo cada etapa una hilera anular de álabes
móviles 12 del rotor, cuyos extremos radialmente internos están
fijados en un disco llevado por un árbol de la turbomáquina, y una
hilera anular de álabes fijos 14 de enderezamiento, dispuestos
aguas abajo de la hilera anular de álabes móviles 12 y cuyos
extremos radialmente externos son llevados por un carter 16
sensiblemente cilíndrico de eje 18.
El carter 16 está formado por virolas anulares
20, 22 dispuestas coaxialmente cabeza con cabeza y llevando cada
una una hilera de álabes fijos 14. Las virolas 20, 22 tienen cada
una un reborde cilíndrico aguas arriba 26 y un reborde cilíndrico
aguas abajo 28 que termina en bridas anulares 30, 30' de fijación de
las virolas entre sí. La brida 30 llevada por el reborde aguas
arriba de la virola 22 está aplicada y apretada por medios
apropiados de tipo tornillo-tuerca en la brida 30'
correspondiente que lleva el reborde aguas abajo de la virola 20
situada aguas arriba. El reborde aguas arriba 26 de la virola 22
comprende además en su extremo libre un vano cilíndrico 31 en el
que está aplicado el extremo aguas abajo del reborde aguas abajo 28
de la virola 20.
En la técnica anterior el plano de unión J de
las bridas de fijación 30, 30' de dos virolas contiguas se extiende
sensiblemente aguas arriba de los bordes de ataque (o aguas abajo de
los bordes de huida) de los álabes móviles 12 situados entre estas
virolas (figura 2). Sin embargo, esta técnica tiene muchos
inconvenientes detallados en lo que antecede.
El invento aporta una solución simple y eficaz
al conjunto de estos problemas gracias al desplazamiento en
dirección axial del plano de unión J' de las bridas 20, 20'
sensiblemente en medio de los álabes móviles 12, y a la formación
de una ranura anular ("trench") en los rebordes de las virolas
alrededor de los álabes móviles.
\newpage
Según el invento, el reborde cilíndrico aguas
arriba 26 de cada virola 20, 22 tiene una dimensión axial
sensiblemente igual a la del reborde cilíndrico aguas abajo 28 al
que está fijado. Los rebordes 26, 28 de unión de dos virolas
contiguas rodean una hilera de álabes móviles 12 y definen una
ranura anular 32 que desemboca radialmente hacia el interior.
En el ejemplo representado cada reborde 26, 28
tiene una parte de extremo 36 de poca dimensión axial y de poco
diámetro interno que está alineada axialmente con una virola 20.
Cada reborde 26, 28 tiene además una parte de extremo 40 de mayor
dimensión axial y de mayor diámetro interno, que se extiende
alrededor de los álabes móviles 12 y delimita interiormente una
parte de la ranura anular 32 anteriormente citada. El diámetro
interno de la parte de extremo 40 del reborde es superior al
diámetro externo D de la vena teórica en la parte correspondiente
del carter, y el diámetro interno de la parte de extremo 36 de este
reborde es sensiblemente igual al diámetro externo D de esta vena
teórica.
Un elemento cilíndrico 34 de material abrasivo
está fijado en la ranura anular 32 y se extiende alrededor de los
álabes móviles 12 sensiblemente en toda su dimensión axial. Este
elemento 34 está destinado a cooperar con los vértices de los
álabes móviles para impedir el paso de aire en dirección axial entre
los vértices de los álabes 12 y el carter 16, como se describirá
con más detalle más adelante.
El elemento 34 está formado por dos partes
montadas coaxialmente boca con boca. Cada una de estas partes está
fijada por medios apropiados en una parte de extremo 40 de mayor
diámetro interno de un reborde 26, 28. El diámetro interno de cada
parte de elemento abrasivo es sensiblemente igual, en uno de sus
extremos axiales, al de la parte de extremo 36 del reborde al que
está fijada, y en el otro de sus extremos, con el de la otra parte
complementaria del elemento.
Como se puede ver bien en la figura 2, el
diámetro externo de los álabes móviles es, en frío, sensiblemente
igual al diámetro externo D de la vena teórica en la parte
correspondiente del carter, es decir que los vértices de los álabes
móviles 12 están alineados axialmente con la superficie cilíndrica
interna de esta parte del carter. Los vértices de los álabes 12
definen con el elemento abrasivo 34 que los rodea una pequeña
holgura radial con objeto de limitar el paso de aire entre los
álabes 12 y el carter 16. En funcionamiento y según el régimen del
motor, los álabes móviles 12 se dilatan más o menos en dirección
radial y esta holgura radial puede desaparecer. Los vértices de los
álabes desgastan entonces por rozamiento el elemento abrasivo 34, lo
que permite recuperar cualquier resalto o desnivel entre las dos
partes del elemento abrasivo 34.
El invento tiene otras muchas ventajas además de
las detalladas anteriormente.
Claims (5)
1. Compresor de turbomáquina que comprende un
carter (16) sensiblemente cilíndrico formado por virolas anulares
(20, 22) dispuestas coaxialmente boca con boca y que lleva cada una
hilera anular de álabes de enderezamiento (14), teniendo las
virolas en sus extremos axiales rebordes cilíndricos (26, 28) que
llevan bridas anulares (30, 30') de fijación de las virolas entre
sí, estando estas bridas de fijación en dirección axial
sensiblemente en medio de una hilera anular de álabes móviles (12)
situada entre estas virolas, caracterizado porque los
rebordes cilíndricos (26, 28) de los extremos de las virolas
contiguas forman alrededor de los álabes móviles situados entre
estas virolas una ranura anular (32) de montaje de un elemento (32)
de material abrasivo, teniendo esta ranura anular un diámetro
interno superior al diámetro externo (D) de la vena teórica en esta
parte del carter.
2. Compresor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento (34) de material abrasivo
(32) tiene una dimensión axial al menos igual a la del vértice de
los álabes móviles (12) que rodea, y un diámetro interno igual o
superior al diámetro interno (D) de la vena teórica en esta parte
del carter.
3. Compresor según la reivindicación 2,
caracterizado porque el elemento abrasivo (34) está en dos
piezas montadas boca con boca, estando cada parte del elemento
abrasivo fijada en un reborde cilíndrico de extremo (26, 28) de una
virola.
4. Compresor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque, en frío, el diámetro
externo de los álabes móviles (12) de cada hilera anular es igual o
superior al diámetro externo (D) de la vena teórica en la parte
correspondiente del carter.
5. Turbomáquina, tal como un turborreactor o un
turbopropulsor de avión, caracterizado porque tiene un
compresor (10) según una de las reivindicaciones anteriores.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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Also Published As
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