ES2639735T3 - Álabe refrigerado para una turbina de gas - Google Patents
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Abstract
Álabe refrigerado (10) para una turbina de gas, que comprende una pala de álabe (24) que se extiende en la dirección de flujo (25) entre una arista delantera y una arista trasera (13) y en el lado de aspiración (15) y en el lado de presión (16) está limitada respectivamente por una pared (11 ó 12), en donde las paredes (11, 12) abrazan un espacio interior (14) en el que fluye aire de refrigeración en la dirección de flujo (25) hacia la arista trasera (13) y en la zona de la arista trasera se proyecta hacia fuera, en donde la pared (12) en el lado de presión en la dirección de flujo (25), con la configuración de un labio (21) en el lado de presión, termina a cierta distancia delante de la arista trasera (13), de tal manera que el aire de refrigeración sale del espacio interior (14) en el lado de presión (16), el espacio interior (14) está dividido a cierta distancia delante de la arista trasera (13), mediante un gran número de nervios (17) orientados en paralelo a la dirección de flujo (25), en un gran número de canales de refrigeración (23) paralelos, los cuales causan una caída de presión, en los cuales están dispuestos adicionalmente unos turbuladores (18) para aumentar la acción de refrigeración, y poco antes de la salida del aire de refrigeración desde el espacio interior (14), repartidas en el recorrido de flujo del aire de refrigeración transversalmente a la dirección de flujo, están previstas varias barreras de flujo (20), caracterizado porque la densidad lineal de las barreras de flujo (20) es menor que la densidad lineal de los nervios (17) y porque entre los canales de refrigeración (23) y las barreras de flujo (20), en una disposición de rejilla bidimensional, está dispuesto un gran número de patillas (19), que se extienden transversalmente a la dirección de flujo (25) entre la pared en el lado de aspiración y en el lado de presión a través del espacio interior (14).
Description
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DESCRIPCION
Alabe refrigerado para una turbina de gas Campo tecnico
La presente invencion hace referencia al campo de las turbinas de gas. Se refiere a un alabe refrigerado para una turbina de gas conforme al preambulo de la reivindicacion 1.
Estado de la tecnica
Del documento US5288207 se conoce un alabe gula con una disposition de refrigeration. Del documento EP-A1-1 113 145 se conoce un alabe gula de la primera fila de una turbina de gas, que muestra una disposicion de refrigeracion normal para la arista trasera del alabe. Una combination de nervios y patillas en el flujo de aire de refrigeracion guiado hacia la arista trasera garantiza una refrigeracion efectiva, en donde el flujo masico de aire de refrigeracion es controlado mediante un dispositivo de estrangulacion en la arista trasera. Esta clase de refrigeracion, sin embargo, tiene el inconveniente de que se necesitan unas aristas traseras relativamente gruesas, con lo que se producen unas perdidas aerodinamicas considerables.
Para la necesaria optimization de la eficiencia y de la potencia de salida es necesario,
• que la arista trasera del alabe este realizada lo mas estrecha posible, para minimizar las perdidas aerodinamicas que se producen all!, y
• que se consuma la menor cantidad posible de aire de refrigeracion.
Puede conseguirse un menor consumo de aire de refrigeracion mediante tecnologlas de refrigeracion avanzadas y la utilization de aire de refrigeracion retro-refrigerado. Las aristas traseras pueden configurarse mas estrechas, si el aire de refrigeracion se deja salir por el lado de presion del alabe. Ademas de esto el flujo de aire de refrigeracion reducido requiere de un estrangulamiento en la arista trasera, que desarrolla una elevada action de bloqueo. Sin embargo, una gran accion de bloqueo conduce a una distribution no homogenea en anchura de la pellcula de aire de refrigeracion que se configura en la arista trasera, que tiene como consecuencia sobrecalentamientos locales (“hor spots”).
Exposition de la invencion
Aqul pondra remedio la invencion. Por ello el objeto de la invencion consiste en producir un alabe refrigerado para una turbina de gas de la clase citada al comienzo, que evite los inconvenientes de los alabes actuales y destaque al mismo tiempo por unas reducidas perdidas aerodinamicas y un consumo de aire de refrigeracion claramente menor.
El objeto es resuelto por la totalidad de las caracterlsticas de la reivindicacion 1. Para la solution conforme a la invencion es fundamental que la pared en el lado de presion en la direction de flujo, con la configuration de un labio en el lado de presion, termine a cierta distancia delante de la arista trasera, de tal manera que el aire de refrigeracion salga del espacio interior en el lado de presion, que el espacio interior este dividido a cierta distancia delante de la arista trasera, mediante un gran numero de nervios orientados en paralelo a la direccion de flujo, en un gran numero de canales de refrigeracion paralelos, los cuales causan una elevada calda de presion, y en los cuales estan dispuestos adicionalmente unos turbuladores para aumentar la accion de refrigeracion, y que poco antes de la salida del aire de refrigeracion desde el espacio interior, repartidas en el recorrido de flujo del aire de refrigeracion transversalmente a la direccion de flujo, esten previstas varias barreras de flujo. La invencion esta caracterizada porque la densidad lineal de las barreras de flujo es menor que la densidad lineal de los nervios.
Conforme a otra conformation de la invencion, las barreras de flujo presentan respectivamente un contorno marginal en forma de gota, en donde el extremo en punta senala en la direccion de flujo. La invencion destaca porque entre los canales de refrigeracion y las barreras de flujo, en una disposicion de rejilla bidimensional, esta dispuesto un gran numero de patillas, que se extienden transversalmente a la direccion de flujo entre la pared en el lado de aspiration y en el lado de presion a traves del espacio interior.
Como turbuladores pueden usarse en particular unos nervios situados oblicuamente en los canales de refrigeracion en los lados interiores de la pared en el lado de aspiracion y en el lado de presion.
El alabe refrigerado se hace funcionar tambien de tal manera, que en el espacio interior de un alabe de este tipo actuan unos nervios axiales, los cuales producen un aumento de la superficie para una transition de calor entre las paredes y el flujo de aire de refrigeracion. Asimismo se obtienen ventajas si en los canales de refrigeracion (23) se
preven unos turbuladores en forma de nervio, los cuales aumentan los coeficientes de transmision de calor en la zona de accion asociada. Seguidamente se obtienen tambien ventajas, si los nervios axiales y los turbuladores se montan al mismo tiempo, los cuales producen despues una caida de presion, de tal manera que como consecuencia pueden preverse a la salida de la arista trasera especificamente unas barreras de flujo, las cuales producen en la 5 zona de accion asociada, con una accion de bloqueo minimizada, una homogeneizacion del flujo de aire de refrigeracion. Ademas de esto estas barreras de flujo pueden minimizar mediante una configuracion en forma de gota la distribucion desigual lateral de la pelicula de aire de refrigeracion que alli se produce, de tal manera que no pueden producirse en absoluto unos vortices en bucle grandes detras de estas barreras de flujo.
Breve explication de las figuras
10 A continuation se pretende explicar con mas detalle la invention en base a unos ejemplos de realization con relation al dibujo. Se han omitido todos los elementos no necesarios para comprender directamente la invencion. Los elementos iguales poseen en las diferentes figuras los mismos simbolos de referencia: Aqui muestran:
la fig. 1 un corte de una section transversal a traves de un alabe, conforme a un ejemplo de realizacion de la invencion; y
15 la fig. 2 el corte en el plano II-II de la fig. 1.
Modos de realizacion de la invencion
Las figuras 1 y 2 muestran la estructura interna de la pala de alabe 24 de un alabe 10 para una turbina de gas, conforme a un ejemplo de realizacion de la invencion. El alabe 10 tiene un lado de aspiration 15 (convexo) y un lado de presion 16 (concavo), de los que en la fig. 1 solo se muestran los segmentos situados en las proximidades de la 20 arista trasera 13. En el lado de aspiracion 15 la pala de alabe 24 esta limitada mediante una primera pared 11, en el lado de presion 16 por una segunda pared 12. Las dos paredes 11, 12 abrazan un espacio interior 14, que es atravesado por aire de refrigeracion para refrigerar la pala de alabe 24. El gas caliente de la turbina fluye a lo largo de la pala de alabe 24 en una direction de flujo 25, que senala desde la arista delantera (no representada en al fig. 1) hasta la arista trasera 13. El aire de refrigeracion fluye en la misma direccion a traves del espacio interior 14 y sale 25 del alabe 10 en la zona de la arista trasera 13.
En el caso del alabe de la fig. 1, la arista trasera 13 esta formada por el extremo de la pared 11 en el lado de aspiracion. La pared 12 en el lado de presion termina a cierta distancia delante de la arista trasera 13, de tal manera que el aire de refrigeracion se proyecta en el hueco que se produce en el lado de presion 16 ya antes de la arista trasera 13 y produce una refrigeracion pelicular de la arista trasera 13. Mediante la disposition alternada de las 30 aristas de las dos paredes 11 y 12 se obtiene una arista trasera 13 refrigerada particularmente estrecha, la cual reduce claramente las perdidas aerodinamicas en la arista trasera 13.
El aire de refrigeracion alimentado al interior del alabe 10 se envia en su camino hacia la arista trasera 13 en primer lugar a traves de un gran numero de canales de refrigeracion 23 paralelos, orientados en la direccion de flujo 25 y que se forman mediante unos nervios axiales 17 entre ambas paredes 11 y 12. En los canales de refrigeracion 23 35 estan dispuestos en los lados interiores de las paredes 11, 12 unos turbuladores 18 en forma de nervios oblicuos, a traves de los cuales aumenta el intercambio de calor con las paredes 11, 12. A los canales de refrigeracion 23 les siguen unas patillas 19 dispuestas repartidas en una especie de estructura de rejilla que, como los nervios axiales, se extienden entre las dos paredes 11, 12 y mejoran la refrigeracion de la pared en esta zona. Por ultimo el aire de refrigeracion pasa por una unica fila de barreras de flujo 20 en forma de gota y sale despues del alabe 10, entre el 40 labio 21 en el lado de presion y la arista trasera 13, en el lado de presion 16. A este respecto la forma de seccion transversal de estas barreras de flujo 20 no esta limitada a una forma de gota. Pueden emplearse de caso en caso otras formas de flujo. Si se desea influir en el flujo en una direccion o con una intensidad determinada, las barreras de flujo 20 se disenan de forma correspondiente. La densidad lineal de las barreras de flujo 20 es a este respecto menor que la densidad lineal de los nervios axiales 17. Sin embargo, esto no es imprescindible que se entienda, ya 45 que segun la clase de diseno la densidad de las barreras de flujo 20 puede elegirse igual o mayor que la densidad lineal de los nervios axiales 17.
En el lado de presion 16 esta prevista delante de los canales de refrigeracion 23 adicionalmente una fila de taladros de refrigeracion pelicular 22, a traves de los cuales se proyecta el aire de refrigeracion en el lado de presion 16 y alli configura una pelicula de refrigeracion.
50 El alabe destaca de este modo por las siguientes caracteristicas y ventajas:
• Los nervios axiales 17 hacen posible una disposicion de refrigeracion para un perfil aerodinamico relativamente amplio. Los canales de refrigeracion 23 entre los nervios axiales 17 tienen una superficie de seccion transversal
suficientemente pequena, para conseguir unas elevadas velocidades de flujo incluso para grandes espacios intermedios entre el lado de aspiracion y el lado de presion.
• Los nervios axiales 17 aumentan la superficie para una transition de calor entre las paredes y el flujo de aire de refrigeration.
5 • Los turbuladores 18 en forma de nervio en los canales de refrigeracion 23 aumentan adicionalmente los
coeficientes de transmision de calor.
• Los nervios axiales 17 junto con los turbuladores 18 producen una gran calda de presion. Esto hace posible emplear a la salida unas barreras de flujo 20 con una action de bloqueo relativamente reducida como dispositivo de estrangulamiento, lo que conduce a una pellcula de aire de refrigeracion muy homogenea en la arista trasera 13.
10 • Los agrupamientos de patillas 19 se usan en una zona en la que el espacio intermedio entre el lado de aspiracion
y el lado de presion ya es menor.
• Se emplean unas barreras de flujo 20 en forma de gota, para minimizar la distribucion desigual lateral de la pellcula de aire de refrigeracion, por medio de que se evitan grandes vortices en bucle detras de las barreras.
• Una fila de taladros de refrigeracion pelicular 22 en el lado de presion 16 hace posible una reduction de la 15 temperatura en la parte trasera del lado de presion 16.
Lista de slmbolos de referencia
10 Alabe (turbina de gas)
11 Pared (lado de aspiracion)
12 Pared (lado de presion)
13 Arista trasera
14 Espacio interior
15 Lado de aspiracion
16 Lado de presion
17 Nervio axial
18 Turbulador
19 Patilla
20 Barrera de flujo
21 Labio en el lado de presion
22 Taladro de refrigeracion pelicular
23 Canal de refrigeracion
24 Pala de alabe
25 Direction de flujo
Claims (4)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Alabe refrigerado (10) para una turbina de gas, que comprende una pala de alabe (24) que se extiende en la direccion de flujo (25) entre una arista delantera y una arista trasera (13) y en el lado de aspiracion (15) y en el lado de presion (16) esta limitada respectivamente por una pared (11 o 12), en donde las paredes (11, 12) abrazan un espacio interior (14) en el que fluye aire de refrigeracion en la direccion de flujo (25) hacia la arista trasera (13) y en la zona de la arista trasera se proyecta hacia fuera, en donde la pared (12) en el lado de presion en la direccion de flujo (25), con la configuracion de un labio (21) en el lado de presion, termina a cierta distancia delante de la arista trasera (13), de tal manera que el aire de refrigeracion sale del espacio interior (14) en el lado de presion (16), el espacio interior (14) esta dividido a cierta distancia delante de la arista trasera (13), mediante un gran numero de nervios (17) orientados en paralelo a la direccion de flujo (25), en un gran numero de canales de refrigeracion (23) paralelos, los cuales causan una calda de presion, en los cuales estan dispuestos adicionalmente unos turbuladores (18) para aumentar la accion de refrigeracion, y poco antes de la salida del aire de refrigeracion desde el espacio interior (14), repartidas en el recorrido de flujo del aire de refrigeracion transversalmente a la direccion de flujo, estan previstas varias barreras de flujo (20), caracterizado porque la densidad lineal de las barreras de flujo (20) es menor que la densidad lineal de los nervios (17) y porque entre los canales de refrigeracion (23) y las barreras de flujo (20), en una disposicion de rejilla bidimensional, esta dispuesto un gran numero de patillas (19), que se extienden transversalmente a la direccion de flujo (25) entre la pared en el lado de aspiracion y en el lado de presion a traves del espacio interior (14).
- 2. Alabe refrigerado segun la reivindicacion 1, caracterizado porque las barreras de flujo (20) presentan una seccion transversal conforme con el flujo o casi en conformidad con el flujo.
- 3. Alabe refrigerado segun las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizado porque las barreras de flujo (20) presentan respectivamente un contorno marginal en forma de gota, en donde el extremo en punta senala en la direccion de flujo (25).
- 4. Alabe refrigerado segun las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como turbuladores (18) estan previstos unos nervios situados oblicuamente en los canales de refrigeracion (23) en los lados interiores de la pared (11 o 12) en el lado de aspiracion y en el lado de presion.
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