ES2552650T3 - Álabe para una turbomáquina, disposición de álabes y turbomáquina - Google Patents

Álabe para una turbomáquina, disposición de álabes y turbomáquina Download PDF

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ES2552650T3 ES12164186.4T ES12164186T ES2552650T3 ES 2552650 T3 ES2552650 T3 ES 2552650T3 ES 12164186 T ES12164186 T ES 12164186T ES 2552650 T3 ES2552650 T3 ES 2552650T3
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Abstract

Álabe (2) para una turbomáquina, especialmente un motor de avión, con un anillo de refuerzo (10) para limitar un canal de corriente principal, que tiene dos bordes laterales (16, 18) opuestos, y con una hoja de álabe (12) que se extiende hacia fuera del anillo de refuerzo (10), y el álabe (2) comprende al menos dos zonas de transición (14', 14'', 14''') divididas en dos, y la primera parte de una zona de transición (14') envuelve la hoja de álabe (12) por el lado de la raíz y que está guiada sobre un borde lateral (18), y la otra zona de transición (14'', 14''') está asignada a un álabe (2', 2'') contiguo y una segunda parte de la otra zona de transición está dispuesta como elevación (34, 36) desplazada en dirección transversal del anillo de refuerzo (10) en la zona del otro borde lateral (16) sobre el anillo de refuerzo (10), y la elevación se corresponde es su forma con la segunda parte de una zona de transición, que está prevista en el álabe contiguo (2'', 2'''), que se caracteriza por que la primera parte de una zona de transición (14') envuelve totalmente a la hoja de álabe (12) por el lado de la raíz y está dispuesta sobre la superficie del anillo de refuerzo (10).

Description

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DESCRIPCION
Alabe para una turbomaquina, disposicion de alabes y turbomaquina
(0001) La invencion hace referencia a un alabe para una turbomaquina, especialmente el motor de un avion, segun el concepto general de la reivindicacion 1a, una disposicion de alabes para una turbomaquina y una turbomaquina. El concepto general de la reivindicacion 1a de la patente se manifiesta en el documento US 2010/158696 A1.
(0002) Las turbomaquinas como motores de aviones tienen normalmente alabes de rodete con un anillo de refuerzo interior para la limitacion de un espacio anular o canal de corriente principal por los que fluye la corriente principal. El anillo de refuerzo interior esta dispuesto entre un vastago de alabe y una hoja de alabe, y convencionalmente, sin contorno. La hoja de alabe se extiende fuera del anillo de refuerzo interior y presenta siempre una zona de transicion redondeada hacia el anillo de refuerzo interior. Para la influencia de la corriente, los anillos de refuerzo de alabes de rodete y fijos pueden estar provistos tambien de contornos en forma de elevaciones y ahondamientos. Como, por ejemplo, se muestra en las solicitudes de patentes WO 2010/068391 A2, US 6,669,445 y WO 2011/022111 A2, los contornos pueden extenderse al anillo de refuerzo de los correspondientes alabes contiguos.
(0003) Generalmente, se intenta reducir el numero de los alabes, especialmente, en rotores que funcionan rapidamente. Mediante lo cual, cada alabe tiene que realizar un trabajo aerodinamico mayor, con lo cual los alabes estan sometidos a una carga aerodinamica y estructural-mecanica mayor. Para evitar la rotura de alabes o danos en los alabes, los mismos deben ser estabilizados aisladamente, lo cual generalmente lleva a un modo de construccion masivo en la zona del nucleo de rodete. Desde el punto de vista estructural-mecanico, sin embargo, deberia ser pequeno el angulo de brochado y una diferencia entre el angulo del anillo de refuerzo interior y el angulo de brochado deberia ser tan pequena como fuera posible. Desde el punto de vista aerodinamico, deben ser evitados los rebordes o escalones en la zona de los bordes laterales del anillo de refuerzo.
(0004) Es objetivo de la invencion, crear un alabe para una turbomaquina, especialmente, para un motor de avion, que elimine las desventajas mencionadas previamente, y que se pueda fabricar tecnicamente con facilidad. Ademas, es objetivo de la invencion, crear una disposicion de alabes para una turbomaquina con alabes altamente resistentes, asi como una turbomaquina con un alto grado de efectividad.
(0005) Este objetivo se cumple mediante un alabe con las caracteristicas de la reivindicacion 1a de la patente, mediante una disposicion de alabes con las caracteristicas de la reivindicacion 7a de la patente y mediante una turbomaquina con las caracteristicas de la reivindicacion 8a de la patente.
(0006) Un alabe conforme a la invencion para una turbomaquina, especialmente, un motor de avion, tiene un anillo de refuerzo con dos bordes laterales opuestos para limitar un canal de corriente principal, y una hoja de alabe que se extiende hacia fuera del anillo de refuerzo. Conforme a la invencion, el alabe tiene al menos dos zonas de transicion divididas, al menos, en dos partes (para la estabilizacion de la hoja de alabe), y una primera parte de la zona de transicion envuelve la hoja de alabe por el lado de la raiz y es guiada a un borde lateral, mientras que la otra zona de transicion esta asignada a un alabe contiguo y una segunda parte de la otra zona de transicion esta dispuesta como una elevacion desplazada en direccion transversal del anillo de refuerzo en la zona del otro borde lateral sobre el anillo de refuerzo, y la elevacion se corresponde en su forma con la segunda parte de la zona de transicion, que esta previsto en el alabe contiguo. La primera parte de la zona de transicion envuelve completamente la hoja de alabe por el lado de la raiz, y esta dispuesta sobre la superficie del anillo de refuerzo.
(0007) El alabe conforme a la invencion posibilita la formacion de disposiciones de alabes con zonas de transicion que se extienden entre los alabes contiguos mediante juntas de separacion, sin que los rebordes o escalones se formen en los bordes laterales de los anillos de refuerzo. Mediante el traspaso a, al menos, un anillo de refuerzo contiguo, la zona de transicion puede conformarse de forma ampliada, y con ello, desde el punto de vista estructural- mecanico, se puede lograr una mayor estabilidad de la correspondiente hoja de alabe. Asi se hacen posibles hojas de alabe mayores teniendo una dimension de anillo de refuerzo inalterada y con un perfil de raiz inalterado. Cada alabe puede ejecutar asi un trabajo aerodinamico mayor, mediante lo cual el numero de los alabes puede ser reducido en cada serie de alabes. Evitando los rebordes o escalones en la zona de los bordes laterales se evita una entrada en perdida. Ademas se crea un pequeno angulo de brochado y una relacion favorable entre el angulo de brochado y el angulo del anillo de refuerzo. Los anillos de refuerzo pueden ser anillos de refuerzo interiores o anillos de refuerzo exteriores, los alabes pueden ser alabes de rodete, alabes fijos o segmentos de alabe.
(0008) Para reforzar optimamente la hoja de alabe desde el punto de vista aerodinamico, la zona de transicion puede ser traspasada, tanto por el lado de la presion como por el lado de la succion, al borde lateral y el anillo de refuerzo puede presentar, al menos, una elevacion del lado de la presion, asi como al menos una elevacion del lado de la succion. Mediante esto, la hoja de alabe puede aproximarse directamente a los bordes laterales, y con ello, la anchura del anillo de refuerzo puede utilizarse completamente. Las distancias minimas entre los bordes laterales y la hoja de alabe no consisten en el traspaso conforme a la invencion de las zonas de transicion.
(0009) Para minimizar la influencia de la zona de transicion sobre la corriente entre las respectivas hojas de alabes contiguas, la zona de transicion puede convertirse en el anillo de refuerzo tangencialmente. De este modo, la zona de transicion se desarrolla sin escalones, lo cual es beneficioso desde el punto de vista estructural-mecanico.
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Ademas, una transicion tangencial favorece la fabricacion del alabe como pieza de fundicion.
(0010) La zona de transicion tiene preferiblemente una altura constante por el lado de la rafz de la hoja. Mediante esto, la hoja de alabe pasa por el lado de la presion y por el de la succion a una misma altura en su perfil a modo de superficie de apoyo, mediante lo cual se consigue una corriente de salida que es igual o casi igual en comparacion con una hoja de alabe convencional.
(0011) La zona de transicion tiene preferiblemente en la hoja de alabe una altura maxima, que disminuye en direccion del anillo de refuerzo. Mediante esto, se puede realizar una transmision de fuerza favorable en el anillo de refuerzo. Asf, tambien es favorable cuando un radio de la transicion no varfa su orientacion y la zona de transicion es redondeada.
(0012) Preferiblemente, la zona de transicion tiene una anchura practicamente constante, mediante lo cual la corriente en la zona de la zona de transicion es homogenea.
(0013) Una disposicion de alabes preferible para una turbomaquina, especialmente un motor de avion, tiene al menos dos alabes conforme a la invencion, y los alabes estan dispuestos lateralmente unos junto a otros, y un alabe con una elevacion del lado del anillo de refuerzo forma al menos una seccion separada de una zona de transicion del otro alabe.
(0014) A traves de esto, las zonas de transicion se extienden, al menos a modo de secciones, sobre el respectivo anillo de refuerzo contiguo y desembocan en este. Con otras palabras, las zonas de transicion son guiadas con sus radios por una junta de separacion entre los alabes contiguos, mediante lo cual, por un lado, las zonas de transicion se ensanchan y asf se consigue una estabilidad mayor de las hojas de alabe. Por otro lado, los escalones o rebordes se evitan en la zona de las juntas de separacion. Ademas, se crea un menor angulo de brochado y una relacion favorable entre el angulo de brochado y el angulo del anillo de refuerzo.
(0015) Una turbomaquina preferible tiene una disposicion de alabes conforme a la invencion o una multitud de alabes conforme a la invencion para la formacion, al menos, de una serie de alabes. Una turbomaquina semejante se caracteriza por un alto grado de efectividad, habida cuenta que a causa de la alta capacidad de carga aerodinamica y estructural-mecanica de cada alabe se puede reducir el numero de alabes por cada serie de alabes.
(0016) Otros ejemplos de ejecucion ventajosos de la invencion son objeto de otras reivindicaciones.
(0017) A continuacion se detalla un ejemplo de ejecucion preferible de la invencion en base a representaciones esquematicas muy simplificadas. Se muestran:
Figura 1 una representacion de dos alabes de rodete contiguos de una serie de alabes de rodete en
direccion de la corriente, y
Figura 2 una vista superior en corte parcial sobre tres alabes de rodete contiguos de la serie de alabes de
rodete.
(0018) En la Figura 1 se muestra un corte de una serie de alabes de rodete (1) de una turbomaquina en direccion de la corriente de una corriente principal. La turbomaquina es, por ejemplo, un motor de avion y la serie de alabes de rodete (1) esta dispuesta en el lado de la turbina. La serie de alabes de rodete (1) tiene una multitud de alabes fijos (2’, 2’’) dispuestos unos junto a otros lateralmente o en direccion del perfmetro, que estan separados unos de otros mediante una junta de separacion (4) cerrada durante el funcionamiento. Los alabes de rodete (2’, 2’’) (2) son, por ejemplo, piezas de fundicion de precision y tienen respectivamente una rafz (6) para la disposicion en un disco de rotor, un cuello o vastago (8), un anillo de refuerzo interior (10), una hoja de alabe (12), asf como una zona de transicion (14).
(0019) La rafz (6) esta conformada como la denominada rafz de espina de pescado. Tambien son posibles aquf otras formas de rafz, como la cola de milano, cabeza de martillo, etc. La rafz en forma de espina de pescado tiene una multitud de salientes axiales y se introducen en ranuras axiales correspondientes de un disco de rotor. El cuello (8) es un elemento de union entre la rafz (6) y la hoja de alabe (12) y es limitada radialmente hacia el exterior por el anillo de refuerzo interior (10).
(0020) El anillo de refuerzo interior (10) limita un espacio anular por el que circula la corriente principal. Se extiende en direccion axial y tiene dos bordes laterales opuestos (16, 18), de los cuales uno esta dispuesto en el lado de la succion y el otro en el lado de la presion. Ademas, el anillo de refuerzo interior (10) tiene un saliente (20) ascendiente a la corriente o frontal desplazado radialmente hacia dentro o en direccion de la rafz (6), asf como un saliente (22) descendiente a la corriente o posterior.
(0021) La hoja de alabe (12) se extiende desde el anillo de refuerzo interior (10) hacia fuera o radialmente hacia el exterior y esta dispuesto en el estado montado en el espacio anular. Tiene un perfil similar a una superficie de apoyo con un lado de la succion (24), un lado de la presion (26) opuesto, un borde de corriente de entrada delantero (28) y un borde de corriente de salida trasero (30). Ademas, la hoja de alabe (12) tiene una rafz de hoja no numerada y una
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punta de hoja opuesta no dibujada.
(0022) La zona de transicion (14) sirve para la estabilizacion de la hoja de alabe (12). La misma envuelve la hoja de alabe (12) por el lado de la raiz completamente. Esta conformado practicamente como un reborde de raiz de la hoja del alabe (12), que con su superficie frontal (superficie del fondo) esta unido en una superficie grande con el anillo de refuerzo interior (10). Preferiblemente, la zona de transicion se extiende tangencialmente desde la hoja de alabe (12) y pasa tangencialmente al anillo de refuerzo interior (10). Especialmente, tiene una superficie de perimetro exterior (32) concava. La zona de transicion (14) es redondeada o esta provista de radios con orientaciones que se mantienen igual. Tiene una altura maxima constante en la hoja de alabe (12) y desemboca siempre en direccion del anillo de refuerzo interior (10). Preferiblemente, la zona de transicion (14) tiene una anchura constante.
(0023) Como se muestra en las Figuras, y especialmente, como estan cifrados en la Figura 2, la zona de transicion (14’’) del alabe (2’’) se extiende sobre los anillos de refuerzo interiores (10’, 10’’’) del alabe contiguo (2’, 2’’’). La zona de transicion (14’’) es guiado, al menos por secciones, a traves de juntas de separacion (4) a los anillos de refuerzo interiores (10’,10’’’) contiguos y desemboca en los mismos. Mediante esto, las zonas de transicion (14’, 14’’, 14’’’) (14) pueden ser ensanchadas sin que los rebordes o escalones surjan en los bordes laterales (16, 18) o en las juntas de separacion (4). Entre las zonas de transicion (14), los anillos de refuerzo interiores (10) no tienen contorno, ni varian en este ejemplo de ejecucion. Naturalmente, pueden conformarse, sin embargo, contornos en forma de elevaciones o ahondamientos entre las zonas de transicion (14), que igualmente se extienden sobre varios anillos de refuerzo interiores (10) o van mas alla de las juntas de separacion (4).
(0024) En el ejemplo de ejecucion mostrado, la zona de transicion (14’’) tiene dos secciones practicamente separadas y dispuestas en los anillos de refuerzo interiores (10’, 10’’’) contiguos. Por un lado, la zona de transicion (14’’) es guiada a la zona del borde de corriente de salida (30) sobre el anillo de refuerzo interior (10’’’) del alabe de rodete (2’’’) del lado de la presion contiguo. Por otro lado, la zona de transicion (14’’) es guiada a la zona del lado de la succion (24) aproximadamente en el centro del borde de corriente de entrada (28) y el borde de corriente de salida (30) sobre el anillo de refuerzo interior (10’) del alabe (2’) del lado de la succion contiguo. Para la realizacion de esta extension de las zonas de transicion (14) (14’, 14’’, 14’’’) que abarca hasta las juntas de separacion (4), en este ejemplo de ejecucion, hay conformada una elevacion (34) en la zona del borde lateral (16) del lado de la succion, que en su forma se corresponde con la seccion separada de la zona de transicion (14’’) del borde de corriente de salida (30), y que esta dispuesta en direccion transversal del anillo de refuerzo interior (10’’) desplazada respecto a la misma en la zona del borde lateral (16) del lado de la succion. Ademas, en el borde lateral (18) del lado de la presion hay conformada una elevacion (36), que se corresponde en su forma con la seccion de la zona de transicion (14’’) separada en la zona del lado de la succion (24) y que esta dispuesta desplazada respecto a la misma en direccion transversal en la zona del borde lateral (18) del lado de la presion. Las secciones (34, 36) separadas estan desplazadas respectivamente observado en direccion transversal de los anillos de refuerzo interiores (10) o en direccion del perimetro de la serie de alabes de rodete (1) y estan dispuestas en la zona de los respectivos bordes laterales (16, 18) opuestos, formando respectivamente una parte del borde lateral (16, 18). La zona de transicion (14’’) cerrada en el estado montado, en este ejemplo de ejecucion, esta formada por una seccion de nucleo (38) dispuesta sobre el anillo de refuerzo interior (10’’’) del alabe (2’’’), por la elevacion (34’’’) dispuesta sobre el anillo de refuerzo interior (10’’’) del alabe (2’’’), y por la elevacion (36’) dispuesta sobre el anillo de refuerzo interior (10’) del alabe (2’). Asi, se obtiene para esta serie de alabes de rodete (1), mostrado aqui en el ejemplo, la siguiente sistematica: zona de transicion (14) (n) = seccion de nucleo (38) (n) + elevacion (34) (n+1) + elevacion (36) (n-1), con n como numero de alabes.
(0025) Aunque la invencion haga referencia en las Figuras a alabes de rodete (2’, 2’’, 2’’’) (2) y especialmente a sus anillos de refuerzo interiores (10), la invencion puede estar prevista naturalmente tambien en anillos de refuerzo exteriores de alabes de rodete (2), asi como en anillos de refuerzo interiores y anillos de refuerzo exteriores de alabes fijos o en segmentos de alabes.
(0026) Se manifiestan un alabe para una turbomaquina, especialmente un motor de avion, con un anillo de refuerzo para limitar un canal de corriente principal, que tiene dos bordes laterales opuestos, y con una hoja de alabe, que se extiende hacia fuera del anillo de refuerzo, estando prevista una zona de transicion redondeada, que envuelve la hoja de alabe por el lado de la raiz y que esta guiada sobre un borde lateral, y una seccion de la zona de transicion que sobresale del borde lateral esta separada y esta dispuesta como elevacion desplazada en direccion transversal en la zona del otro borde lateral, una disposicion de alabes con al menos dos alabes de este tipo, asi como una turbomaquina con una multitud de semejantes alabes.
Lista de referencias
(0027)
1 Serie de alabes de rodete
2, 2’, 2’’ Alabe de rodete
4 Junta de separacion
6 Raiz
8 Cuello
10, 10’, 10’’, 10’’’ Anillo de refuerzo interior
10
15
12
Hoja de alabe
14, 14', 14”,
, 14''' Zona de transicion
16
Borde lateral
18
Borde lateral
20
Saliente delantero
22
Saliente trasero
24
Lado de la succion
26
Lado de la presion
28
Borde de corriente de entrada
30
Borde de corriente de salida
32
Superficie de perimetro exterior
34, 34''
Elevacion
36, 36''
Elevacion
38
Seccion de nucleo

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
  2. 18.- Alabe (2) para una turbomaquina, especialmente un motor de avion, con un anillo de refuerzo (10) para limitar un canal de corriente principal, que tiene dos bordes laterales (16, 18) opuestos, y con una hoja de alabe (12) que se extiende hacia fuera del anillo de refuerzo (10), y el alabe (2) comprende al menos dos zonas de transicion (14’, 14’’, 14’’’) divididas en dos, y la primera parte de una zona de transicion (14’) envuelve la hoja de alabe (12) por el lado de la raiz y que esta guiada sobre un borde lateral (18), y la otra zona de transicion (14’’, 14’’’) esta asignada a un alabe (2’, 2’’) contiguo y una segunda parte de la otra zona de transicion esta dispuesta como elevacion (34, 36) desplazada en direccion transversal del anillo de refuerzo (10) en la zona del otro borde lateral (16) sobre el anillo de refuerzo (10), y la elevacion se corresponde es su forma con la segunda parte de una zona de transicion, que esta prevista en el alabe contiguo (2’’, 2’’’), que se caracteriza por que la primera parte de una zona de transicion (14’) envuelve totalmente a la hoja de alabe (12) por el lado de la raiz y esta dispuesta sobre la superficie del anillo de refuerzo (10).
  3. 28.- Alabe segun la reivindicacion 1a, en el que la zona de transicion (14) es guiada por el lado de la presion y por el lado de la succion sobre los bordes laterales (16, 18) y el anillo de refuerzo (10) tiene al menos una elevacion (34) del lado de la succion, asi como al menos una elevacion (36) del lado de la presion.
  4. 38.- Alabe segun la reivindicacion 18 o 28, en el que la zona de transicion (14) se convierte tangencialmente en el anillo de refuerzo (10).
  5. 48.- Alabe segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la zona de transicion (14) tiene una altura constante en el lado de la raiz de la hoja.
  6. 58.- Alabe segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la zona de transicion (14) en la hoja de alabe (12) tiene un altura maxima y esta disminuye de forma constante en direccion del anillo de refuerzo (10).
  7. 68.- Alabe segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la zona de transicion (14) tiene una anchura practicamente constante.
  8. 78.- Disposicion de alabes para una turbomaquina, especialmente un motor de avion, con al menos dos alabes (2’, 2’’, 2’’’) segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que los alabes (2’, 2’’, 2’’’) estan dispuestos lateralmente unos junto a otros y un alabe (2’’) con una elevacion (34, 36) forma, al menos, una seccion separada de una zona de transicion (14’, 14’’’) del otro alabe (2’’, 2’’’).
  9. 88.- Turbomaquina con una disposicion de alabes segun la reivindicacion 78.
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