MXPA06013304A - Refuerzo de carcasa de turbina en un motor de inyeccion de turbinas de gas. - Google Patents

Refuerzo de carcasa de turbina en un motor de inyeccion de turbinas de gas.

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MXPA06013304A
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Abstract

En una modalidad, una carcasa de turbina de alta o baja presion (204) es maquinada en su superficie exterior para formar las muescas circunferenciales (302); las muescas pueden coincidir con las ubicaciones internas de los sellos (210) para las capas (208), o con "puntos calientes" que han sido identificados, por ejemplo; un anillo de refuerzo (304) puede ser encogido con un ajuste de interferencia en cada muesca (302) induciendo diferenciales de temperatura entre el anillo y la carcasa; la fuerza circunferencial compresiva en forma radial ejercida por cada anillo puede inhibir la expansion de la carcasa de turbina de alta o baja presion tanto como podria ser de otra forma; en algunas aplicaciones, un anillo de refuerzo puede mejorar "los puntos calientes" de vacio o contrabalance de la punta del aspa, reforzando la carcasa, mejorando el enfriamiento de la carcasa u otros beneficios dependiendo de la aplicacion particular; en una modalidad, las muescas se pueden evitar; en una modalidad alternativa, los anillos con forma de C, o los anillos segmentados multiples, pueden ser acoplados juntos a traves de medios hidraulicos, electricos u otros medios y ser activados mediante un controlador para ejercer una fuerza circunferencial compresiva en forma radial que se puede ajustar; se describen y reclaman otras modalidades.

Description

REFUERZO DE CARCASA DE TURBINA EN UN MOTOR DE INYECCIÓN DE TURBINAS DE GAS REFERENCIA CRUZADA CON LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud de Patente provisional de E.U.A. No. 60/571 ,701 , presentada el 17 de mayo del 2004, titulada "METHOD AND SYSTEM FOR IMPROVED BLADE TIP CLEARANCE IN A GAS TURBINE JET ENGINE". Una solicitud de patente no provisional de E.U.A. titulada "METHOD AND SYSTEM FOR IMPROVED BLADE TIPO CLEARANCE IN A GAS TURBINE JET ENGINE" que está siendo presentada simultáneamente por L. James Cardarella, John Usherwood y Andrés Del Campo, en donde las contribuciones de John Usherwood y Andrés Del Campo han sido cedidas a Carlton Forge Works, una corporación de California.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Debido al desarrollo del motor de inyección de turbina de gas, el espacio libre de la punta del aspa dentro del interior de la carcasa ha sido un problema desafiante. La punta del aspa y el sellado entre etapas han adquirido un papel prominente en el diseño del motor desde finales de los 1960s. Esto se debe a que el espacio vacío entre las puntas y las aspas y la carcasa circundante tienden a variar debido principalmente a los desavíos en las cargas térmicas y mecánicas en las estructuras giratorias y estacionarias. En los motores de turbinas con base terrestre y aéreos más grandes de hoy en día, la carcasa de turbina de alta presión ("HPTC") y la carcasa de turbina de baja presión ("LPTC") tienen dichos diámetros grandes que los hace más susceptibles a expandirse en forma excesiva y volverse fuera de ronda, exacerbando el problema de espacio vacío de punta de aspa. El espacio vacío reducido tanto en la HPTC como la LPTC puede proveer reducciones dramáticas en el consumo de combustible específico ("SFC"), margen de pérdida del compresor y eficiencia del motor, así como también carga útil incrementada y capacidades de intervalo de misión para motores aéreos. La administración de espacio vacío mejorada puede mejorar dramáticamente la vida de servicio del motor para motores basados en tierra y el tiempo de ala ("TOW") para motores aéreos. El deterioro del margen de temperatura de gas de extracción ("EGT") es la razón principal para la remoción de un motor de avión del servicio. La Administración de aviación federal ("FAA") certifica cada motor de avión con un límite de EGT determinada. La EGT es utilizada para indicar qué tan bien se desempeña el HPTC. De manera específica, la EGT es utilizada para estimar la temperatura del disco dentro del HPTC. A medida que se degradan los componentes y el espacio vacío entre las puntas de las aspas y el sello en el interior de la carcasa se incrementa, el motor tiene que trabajar más duro (y por consiguiente se calienta más) para desarrollar el mismo impulso. Una vez que un motor alcanza su EGT límite, el cual es una indicación de que el disco de turbina de presión alta está alcanzando su límite de temperatura superior, el motor debe ser desmontado para mantenimiento. Los costos de mantenimiento para inspecciones y arreglos mayores de los motores de inyección de turbina de gas comerciales grandes de hoy en día pueden exceder fácilmente el millón de dólares.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 , muestra un diagrama esquemático de una estructura general de un motor de inyección de turbina de gas típico. La Figura 2, muestra un diagrama esquemático de sección de una carcasa de turbina de presión baja de un motor de inyección de turbina de gas típico. La Figura 3, muestra un diagrama esquemático de sección de la carcasa de turbina de presión baja de la Figura 2, ajustado con anillos de refuerzo en una modalidad de la presente descripción. La Figura 4, muestra un diagrama esquemático de sección de la Sección A de la carcasa de turbina de presión baja de la Figura 3, que muestra el anillo de refuerzo alrededor para ser asentado en una modalidad de la presente descripción. La Figura 5, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que muestra el anillo de refuerzo alrededor para ser asentado en otra modalidad de la presente descripción. La Figura 6, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que muestra un anillo de refuerzo asentado en otra modalidad de la presente descripción. La Figura 7, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de la carcasa de turbina de presión baja que muestra el anillo de refuerzo asentado en otra modalidad de la presente descripción. La Figura 8, muestra un mejoramiento en el espacio vacío bajo carga en una modalidad de la presente descripción. Las Figuras 9A, 9B y 9C, muestran diagramas esquemáticos de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que tiene un anillo de refuerzo colocado en la carcasa de turbina de presión baja con una tuerca hidráulica y asegurada con una tuerca de retención en otra modalidad de la presente descripción. La Figura 10, muestra un diagrama esquemático de una carcasa de turbina de presión baja que tiene anillos de refuerzo activados por medios hidráulicos, eléctricos u otros medios en otra modalidad de la presente descripción. La Figura 11 , muestra un diagrama de sección transversal esquemático de una carcasa de turbina de presión baja que tiene anillos de refuerzo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia ahora a las figuras 1-11 en los cuales los números de referencia y nombres se refieren a elementos similares de manera estructura y funcional de los mismos, la Figura 1 , muestra un diagrama esquemático de la estructura general de un motor de inyección de turbina de gas típico. Haciendo referencia ahora a la Figura 1 , el motor de inyección de turbina de gas 100 tiene un ventilador 102 para la admisión de aire dentro del marco del ventilador 104. El rotor de compresión de presión alta 106 y sus aspas y estatores anexos fuerzan el aire dentro del combustor 108, incrementando la presión y temperatura del aire de entrada. El rotor de turbina de presión alta 110 y sus aspas y estatores acompañantes están alojados dentro de la carcasa de turbina de presión alta 112. El rotor de turbina de presión baja 114 y sus aspas y estatores están alojados dentro de la carcasa de turbina de presión baja 116. La turbina extrae la energía del gas que fluye a presión alta, velocidad alta del combustor 108 y es transferida al eje de turbina de presión baja 118. La Figura 2, muestra un diagrama esquemático de sección de una carcasa de turbina de presión baja de un motor de inyección de turbina de gas típico. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, la línea central 202 corre a través del centro de la carcasa de turbina de presión baja 204 (mostrado en sección transversal). El rotor 206 (mostrado en sección transversal) tiene el aspa 208 unida al mismo y gira sobre un eje de rotación a lo largo de la línea central 202. Un experto en la materia reconocerá que muchas más aspas y estatores podrían estar presentes normalmente dentro de la carcasa de turbina de presión baja 204. Únicamente un aspa 208 se muestra para lograr simplicidad. Los diseños de sello de laberinto varían por la aplicación. En algunas ocasiones los sellos de laberinto están localizados en las puntas de las aspas, y en algunas ocasiones están localizadas en el diámetro interior de las cajas como se muestra en la Figura 2. Los sellos de laberinto 210 (mostrados en sección transversal) cubren el diámetro interior de la carcasa de turbina de presión baja 204 que forma una envoltura alrededor de cada aspa giratoria 208, limitando el aire que se dispersa sobre las puntas de las aspas 208. La forma de los sellos de laberinto 210 está diseñada para crear turbulencia de aire entre las puntas de cada aspa 208 y el sello de laberinto correspondiente 210. La turbulencia de aire actúa como una barrera para retardar el aire que se escapa alrededor de las puntas de las aspas 208. Se aprecia que los sellos que realizan funciones similares con frecuencia son denominados con otros nombres. El espacio vacío de la punta del aspa 212, definido como la distancia entre la punta del aspa 208 y el sello de laberinto 210, variará sobre los puntos de operación del motor. Las variaciones de mecanismos debajo del espacio vacío de la punta del aspa 212 provienen del desplazamiento o distorsión de los componentes tanto estáticos como giratorios del motor debido a un número de cargas de estos componentes y la expansión debida al calor. Los cambios de espacio vacío simétrico al eje se deben a la carga uniforme (presión centrífuga, térmica, interna) en las estructuras estacionarias o giratorias que crean desplazamiento radial uniforme. Las cargas centrífugas y térmicas son responsables de las variaciones radiales más grandes en el espacio vacío de la punta de aspa 212. El desgaste de los mecanismos para el sello de laberinto 210 puede ser clasificado generalmente en tres categorías principales: fricción (incursión de aspa), fatiga térmica y erosión. El motor construye espacios vacíos tanto en las cajas de turbina de presión alta como de presión baja que son elegidas para limitar la cantidad de fricción de las aspas. Los estudios han mostrado que los espacios vacíos de punta de aspa mejorada en las cajas de turbina de presión alta y presión baja pueden dar como resultado reducciones de costo en el ciclo de vida ("LCC") significativas. A medida que se enciende el motor frío, una cantidad determinada de espacio vacío de punta de aspa 212 existe entre cada sello de laberinto 210 y la punta de las aspas 208. El espacio vacío de la punta del aspa 212 es disminuido rápidamente a medida que la velocidad del motor es incrementada para el despegue debido a la carga centrífuga del rotor 206, así como también el calentamiento rápido de las aspas 208, provocando que los componentes giratorios crezcan radialmente hacia fuera. Mientras tanto, la carcasa de turbina de presión baja 204 se expande debido al calentamiento aunque a un índice más bajo. Este fenómeno puede producir un "espacio de arrastre" del espacio vacío de punta de aspa mínimo 212. A medida que se expande la carcasa de turbina de presión baja 204 debido al calentamiento después del punto de arrastre, se incrementa el espacio vacío de punta de aspa 212. Poco tiempo después de la expansión de la carcasa de turbina de presión baja 204, el rotor 206 empieza a calentarse (a un índice más lento que la carcasa de turbina de presión baja 204 debido a su masa) y se estrecha el espacio vacío de punta de aspa 212. A medida que el motor se aproxima a la condición de crucero, la carcasa de turbina de presión baja 204 y el rotor 206 alcanza el equilibrio térmico y el espacio vacío de punta de aspa 212 permanece relativamente constante. Puede existir un beneficio enorme al estrechar el espacio vacío de punta de aspa 212 durante la condición de crucero. Esto con frecuencia es donde la reducción mayor en el SFC puede ganada (la parte más larga del perfil de vuelo). Por otra parte, la fricción generalmente es evitada. El espacio vacío mínimo normalmente es mantenido en el despegue para garantizar la generación de propulsión, así como también el mantenimiento de EGT debajo de su límite establecido. Por lo tanto, ha sido el objetivo de muchos sistemas de control intentar mantener un espacio vacío de punta de aspa mínimo 212 mientras que se evita la fricción durante el perfil de vuelo completo. Las temperaturas del motor generalmente juegan un papel importante para determinar los espacios vacíos de la punta de aspa de operación 212. El desempeño, eficiencia y vida de la turbina de gas son influidas directamente por los espacios vacíos de punta de aspa 212. Los espacios vacíos de punta de aspa más estrechos 212 pueden reducir las fugas de aire sobre las puntas de las aspas 208. Esto puede incrementar la eficiencia de la turbina y permitir que el motor cumpla las metas de desempeño y propulsión con menos combustible quemado y temperaturas inferiores de entrada del rotor. Debido a que la turbina corre a temperaturas más bajas, aunque producen el mismo trabajo, los componentes de sección caliente pueden tener un ciclo de vida incrementado. El ciclo de vida incrementado de los componentes de sección caliente puede incrementar la vida de servicio del motor (TOW) incrementando el tiempo entre servicio y reparación. El SFC y EGT del motor, generalmente están relacionados directamente con el espacio vacío de punta de aspa HPTC. Un estudio mostró que cada incremento de 25.4 micrómetros en el espacio vacío de la punta de aspa HPTC, incrementa el SFC en aproximadamente el 0.1 %, mientras que el EGT se incrementa un °C. Por consiguiente, se considera que una disminución espacio vacío de punta de aspa HPTC de 254 micrómetros puede producir aproximadamente un uno % de disminución en SFC y una disminución de diez °C en el EGT. Los motores militares, generalmente muestran una influencia de espacio vacío de punta de aspa de HPTC ligeramente mayor en SFC y EGT debido a sus velocidades y temperaturas de operación mayores sobre los motores comerciales grandes. Los mejoramientos de esta magnitud pueden producir grandes ahorros en combustible y costos de mantenimiento al año que suman más de cien millones de dólares al año. Reduciendo el consumo de combustible se pueden reducir también las emisiones totales del motor aéreo. Los estimados recientes indican que todos los Americanos solos vuelan ahora 764 millones de viajes por año (2.86 viajes en líneas aéreas por persona). La energía utilizada por las aerolíneas comerciales casi se han duplicado en las últimas tres décadas. El consumo de combustible incrementado representa el treinta por ciento de las emisiones del sector de transportación total de dióxido de carbono (CO2). Las emisiones de motores aéreos modernos están integradas por más del setenta y uno por ciento de CO2 con aproximadamente el veintiocho por ciento de agua (H2O) y el 0.3% de óxido de nitrógeno junto con cantidades traza de monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), etc. El transporte aéreo integra el 2.5% (600 millones de toneladas) de la producción de CO2 mundial. Las emisiones de motores basados en tierra, principalmente de generación de energía, contribuyen con cantidades adicionales a estos totales. Claramente, una reducción en la combustión de combustible puede reducir de manera significativa las emisiones de motores aéreos y con base terrestre. Los motores comerciales grandes actuales tienen ciclos de vida (definidos como el tiempo entre los servicios y reparaciones) que varían en forma significativa, dentro del intervalo normalmente entre 3,000 hasta 10,000 ciclos. El ciclo de vida particularmente es determinado por cuánto tiempo retiene el motor un margen EGT positivo. Los motores nuevos o los motores que recientemente han recibido servicio son transportados con un espacio vacío de punta de aspa construido en frío el cual se incrementa con el tiempo. A medida que los espacios vacíos de operación del motor se incrementan, el motor generalmente trabaja más duro (más caliente) para producir el mismo trabajo y por consiguiente es menos eficiente. Este incremento en la temperatura de operación, particularmente el EGT de despegue, puede adícionalmente promover la degradación de los componentes de sección caliente debido a la fatiga térmica. Se considera que reteniendo el margen EGT de despegue del motor manteniendo los espacios vacíos de la punta del aspa estrechos puede incrementar dramáticamente el ciclo de vida del motor. Esto podría conducir a grandes ahorros en mantenimiento en los motores durante un período de años debido a los costos de mantenimiento y reparación grandes. Los intentos anteriores en la administración de espacio vacío de punta de aspa generalmente pueden ser clasificados mediante dos esquemas de control, el control de espacio vacío activo ("ACC") y el control de espacio vacío pasivo ("PCC"). El PCC es definido como cualquier sistema que establece un espacio vacío deseado en un punto de operación, particularmente la condición transitoria más severa (por ejemplo, despegue, nuevas explosiones, maniobras, etc.). El ACC por otra parte, es definido como cualquier sistema que permite la colocación independíente de un espacio vacío de punta de aspa deseada en más de un punto de operación. El problema con los sistemas PCC es que el espacio vacío mínimo, el punto de arrastre, que el sistema debe acomodar, con frecuencia deja un espacio vacío más grande no deseado durante una porción de estado constante mucho más largo del vuelo (es decir, crucero). Los sistemas PCC típicos incluyen una mejor coincidencia del crecimiento del rotor y estator a través del perfil de vuelo, el uso de materiales abrasivos para limitar el desgaste de la punta del aspa, el uso de materiales más duros y técnicas de maquinado para limitar o crear distorsión de los componentes estáticos para mantener o mejorar la redondez de la cubierta en condiciones extremas, y los similares. Los fabricantes de motores empezaron a utilizar los sistemas ACC térmicos a finales de la década de los 1970's y principios de la década de los 1980's. Estos sistemas utilizaron ventiladores de aire para enfriar las bridas de soporte del HPTC, reduciendo los diámetros de carcasa y cubierta, y de esta manera el espacio vacío de punta de aspa, durante las condiciones de crucero. Se considera que todos los métodos descritos anteriormente tienen problemas significativos asociados con éstos. Algunos son muy costosos, otros logran pocos resultados, especialmente durante el crucero en donde se logran las mayores ventajas, o requieren activación a través de la carcasa debido a la falta de capacidades del activador de temperatura de corriente al, la cual eleva los problemas de sellado secundario y agregan peso y complejidad mecánica. La Figura 3, muestra un diagrama esquemático de sección de una carcasa de turbina de presión baja de la Figura 2 ajustada con anillos de refuerzo en una modalidad de la presente descripción. La Figura 11 , muestra un diagrama esquemático de sección transversal de la carcasa de turbina de presión baja de la Figura 2 ajustada con anillos de refuerzo en una modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a las Figuras 3, 11 , una o más características de la presente invención pueden ser aplicadas a los motores de inyección de turbina de gas existentes pueden ser incorporadas en el diseño y construcción de motores de inyección de turbina de gas nuevas, para una variedad de aplicaciones que incluyen motores de base terrestre, aviación y marinos. Las características de la presente invención se pueden aplicar al HPTC, así como también al LPTC, y la descripción y figuras anexas en relación con el LPTC también se aplican de igual forma al HPTC y no están limitados al LPTC. Las muescas 302, las cuales pueden ser de diversas geometrías diferentes, como se describe con mayor detalle a continuación, son fabricadas circunferencialmente, normalmente a través de maquinado, en el diámetro exterior de la carcasa de turbina de presión baja 204 para coincidir con una o más ubicaciones de los sellos de laberinto 210. Además, para las ubicaciones correspondientes a una o más de las ubicaciones de sellos laberinto 210, las muescas pueden ser maquinadas circunferencialmente en ubicaciones que corresponden a los "puntos calientes" que han sido identificados en la carcasa de turbina de presión baja 204 a través de modelado por computadora, a través del monitoreo de temperaturas de la superficie, o a través de inspecciones visuales en búsqueda de fracturas cuando el motor recibe mantenimiento y reparación. Para los motores existentes, la carcasa de turbina de presión baja 204 es removida normalmente con el objeto de reparar las fracturas que resultan de estos "puntos calientes". Después de dichas reparaciones, las ranuras pueden entonces ser aplicadas a través de una reparación de soldadura a través del maquinado. Los anillos externos podrían entonces ser contraídos para ajuste de interferencia en las ranuras. Se apreciará que los anillos de refuerzo pueden estar localizados en otras posiciones de una carcasa de turbina, dependiendo de la aplicación particular. Adicionalmente se apreciará que los tamaños, dimensiones, formas, materiales y espacios vacíos pueden variar dependiendo de la aplicación en particular. En una modalidad, los anillos de refuerzo 304 (mostrados en la sección transversal de la Figura 3) son contraídos para ajuste de ¡nterferencia en cada muesca 302 de tal manera que el anillo de refuerzo 304 rodea la muesca circunferencial 302 como se muestra en la Figura 11. Debido a que la carcasa de turbina a presión baja 204 es de forma cónica, cada anillo de refuerzo 304 puede tener un diámetro diferente. En cada caso, el diámetro interior de cada anillo de refuerzo 304 puede ser ligeramente menor que el diámetro exterior de su muesca correspondiente 302. Cada anillo de refuerzo 304 es calentado, empezando con el anillo de refuerzo de diámetro mayor 304. El calentamiento provoca que cada anillo de refuerzo 304 se expanda, incrementando el diámetro interior a un diámetro que es mayor que el diámetro exterior de su muesca correspondiente 302. Una vez colocado en la muesca 302, el anillo de refuerzo 302 se deja enfriar, el cual se contrae con un ajuste de interferencia en su muesca correspondiente 302. La Figura 4, muestra un diagrama esquemático de sección de la sección A de la carcasa de turbina de presión baja de la Figura 3, que muestra el anillo de refuerzo alrededor para ser asentado en una modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 4, la muesca 302 es fabricada circunferencialmente con un ahusamiento inverso relativo al ahusamiento de la carcasa de turbina de presión baja en una modalidad. El ángulo 402 para el ahusamiento variará de caso a caso, variando desde apenas un poco más de 0° para una carcasa cilindrica hasta un grado adecuado que podría depender de la geometría específica de una carcasa cónica. El anillo de refuerzo 304 puede ser maquinado en forma circunferencial sobre este diámetro interior para coincidir con el mismo ahusamiento. Aún cuando el anillo de refuerzo 304 es contraído para ajuste de interferencia sobre la carcasa de turbina de presión baja 204, el ahusamiento puede agregar seguridad extra, de tal manera que el anillo de refuerzo 304 inhibe el deslizamiento en forma axial sobre la carcasa de turbina a presión baja 204. Si la muesca 302 fue fabricada plana sin el ahusamiento, puede existir una posibilidad incrementada de deslizamiento en algunas aplicaciones. Cuando el anillo de refuerzo 304 ha sido calentado, se expande, originando que el espacio vacío del anillo 404 permita al anillo de refuerzo 304 ser colocado como se muestra contra el tacón 406 de la muesca 302. A medida que el anillo de refuerzo 304 se enfría, éste se contrae en diámetro y se asienta por sí mismo circunferencialmente dentro de la muesca 302. A temperatura ambiente, debido al diámetro más pequeño de la superficie interior del anillo de refuerzo 304 para el diámetro de la superficie exterior de la muesca 302, una contracción con un ajuste de interferencia, tiene como resultado, la fuerza circunferencial compresiva en forma radial que está siendo aplicada a la carcasa de turbina de presión baja 204 mediante el anillo de refuerzo 304 y la fuerza circunferencial elástica que es aplicada al anillo de refuerzo 304 mediante la carcasa de turbina de presión baja 204. En una modalidad, las fuerzas de compresión en forma radial pueden ser centradas sobre el eje de rotación definido por la línea central 202 como se muestra en forma esquemática mediante las flechas en la Figura 11. En una modalidad, las fuerzas de compresión en forma radial son aplicadas en forma continua alrededor de la circunferencia completa de la muesca 302 y la carcasa de turbina 204 sin interrupción. En un ejemplo, la carcasa de turbina de presión baja 204 puede ser de ciento veintisiete centímetros en el diámetro exterior en la porción en donde el aspa 208 y el sello de laberinto 210 están localizados. En una modalidad, el anillo de refuerzo 304 puede ser fabricado como un sólido, unitario o una pieza, continua o elemento integrado forjado o maquinado en una forma de circuito cerrado. En otra modalidad, el anillo de refuerzo 304 puede ser fabricado utilizando un elemento con forma de circuito abierto y sujeción de los extremos juntos mediante soldadura, por ejemplo, para formar una forma de circuito cerrado. La carcasa de turbina de presión baja 204 está elaborada de una supera aleación basada en níquel, tal como Inconel 718, como lo es el anillo de refuerzo 304 a través de un procedimiento de forjado. La súper aleación de Inconel 708 es una aleación compleja de alta resistencia que resiste temperaturas altas y esfuerzos mecánicos severos mientras que exhibe estabilidad de superficie alta, y con frecuencia es utilizada con los motores de inyección de turbina de gas. Se aprecia que el anillo de refuerzo y la carcasa de turbina pueden ser elaborados de una variedad de materiales, dependiendo de la aplicación particular. El calentamiento del anillo de refuerzo 304 hasta una temperatura calculada puede producir que el anillo de refuerzo 304 se expanda, produciendo un espacio vacío adecuado 404 cuando la carcasa de turbina de presión baja 204 está a temperatura ambiente del aire de aproximadamente veintiún °C. Alternativamente, la carcasa de turbina de presión baja 204 puede ser enfriada con nitrógeno líquido u otros medios hasta una temperatura calculada para provocar que la carcasa de turbina de presión baja 204 se contraiga en diámetro, produciendo un espacio vacío de anillo adecuado 404 cuando el anillo de refuerzo 304 está a temperatura ambiente del aire de aproximadamente veintiún °C. De manera alternativa, un espacio vacío de anillo adecuado 404 puede ser logrado a través de una combinación de enfriamiento de carcasas de turbina de presión baja 204 y calentamiento de anillo de refuerzo 304, cada una a diversas temperaturas calculadas. El incremento o disminución del diámetro interior del anillo de refuerzo 304 tendrá como resultado una fuerza de compresión circunferencial y esfuerzo elástico mayores o menores radialmente según sea requerido para una aplicación en particular, y dentro de los límites de esfuerzo del material del que está elaborado el anillo de refuerzo 304. Adicionalmente, el maquinado de la carcasa de turbina de presión baja 204 puede ser realizado en una primera dirección, tal como radialmente, y el maquinado para el anillo de refuerzo 304 puede ser realizado en una segunda dirección, tal como axialmente, la cual es más o menos perpendicular a la primera dirección. Debido a que el maquinado deja un espiral, o registro de ranura continua en las superficies maquinadas, las ranuras en cada superficie se alinearán en forma de escotilla transversal entre sí, incrementando las fuerzas de fricción entre las dos superficies y reduciendo el potencial para movimiento del anillo de refuerzo 304 dentro de la muesca 302, incluyendo el movimiento axial o de rotación. La pluralidad de ranuras sobre el anillo de refuerzo 304, las cuales pueden ser elaboradas a partir de una súper aleación basada en níquel, por ejemplo, puede ser más dura que la pluralidad de ranuras en la muesca 302 de la carcasa de turbina de presión baja 2304, la cual normalmente está elaborada de titanio, o en otras carcasas de turbina a presión baja, posiblemente de acero o aluminio. Las ranuras de súper aleación basada en níquel pueden hendirse en o formar una indentación en las ranuras de titanio, acero o aluminio más suaves. De manera alternativa, el anillo de refuerzo 304, simplemente puede ser un punto de soldadura en una o más ubicaciones de la muesca 302, o ser atornillado a una o más bridas aseguradas a la muesca 302, para mantener el anillo de refuerzo 304 del deslizamiento o de otra forma del movimiento en relación con la muesca 302. El maquinado en direcciones cruzadas puede no ser necesario en este caso. Mediante esta colocación de los anillos de refuerzo 304 en la forma descrita, el espacio vacío de punta de aspa 212 puede ser mejorado en algunas aplicaciones, especialmente durante la operación de crucero del motor en algunas aplicaciones. Un diseñador de motores puede, como resultado, diseñar el motor para tener un espacio vacío de punta de aspa reducido de lo que puede de otra manera ser adecuado para un diseño de motor determinado ausente de dichos anillos de refuerzo. También se aprecia que otros beneficios o beneficios diferentes, ventajas, mejoramientos u otras características pueden ser utilizadas solas o en combinación, dependiendo de la aplicación en particular. En una aplicación, la fuerza circunferencial compresiva radialmente (representada por las flechas en la Figura 11 ) aplicada por los anillos de refuerzo 304 puede evitar que la carcasa de turbina a presión baja 204 se expanda debido al calentamiento, así como también se podría expandir de otra forma. En un aspecto, los anillos de refuerzo 304 funcionan como una faja para una carcasa de turbina 204, para inhibir la expansión o salida de la ronda y de otra manera reforzar la carcasa de turbina 204. Los anillos de refuerzo 304 pueden estar elaborados del mismo material que la carcasa de turbina de presión baja 204 ó pueden estar elaborados de un material diferente con un coeficiente de expansión térmica menor, el cual podría incrementar la fuerza circunferencial compresiva radialmente sobre aquella de un anillo de refuerzo del mismo material como es el caso en que se eleva la temperatura. Las fuerzas de compresión pueden ser suficientes para formar una indentación en la carcasa de turbina, tal como en la muesca 302. En muchos diseños de motores, el calor es disipado principalmente desde el área de superficie exterior de la carcasa de turbina de presión baja 204 mediante convección. Otro beneficio que puede ser logrado agregando anillos de refuerzo 304 a la carcasa de turbina de presión baja 204 es que el calor puede ser disipado a un índice mayor debido a que los anillos de refuerzo 304 pueden actuar como aletas de enfriamiento, las cuales pueden dar como resultado temperaturas de operación más frías dentro de la carcasa de turbina de presión baja 204. Este enfriamiento también puede contribuir a una menor expansión o a un espacio vacío de punta de aspa 212 menor. También, los anillos de refuerzo 304 pueden ayudar a mantener la forma redonda de la carcasa de turbina de presión baja 204. Nuevamente, se aprecia que otros o diferentes beneficios, ventajas, mejoramiento u otras características pueden ser utilizados solos o en combinación, dependiendo de la aplicación particular. La Figura 5, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que muestra el anillo de refuerzo alrededor para ser asentado en otra modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 5, la muesca 502 es maquinada en forma circunferencial con una forma de V en una modalidad. El ángulo 508 puede variar según la aplicación. El anillo de refuerzo 504 es maquinado circunferencialmente en su diámetro interior para coincidir con esta misma forma de V. Aún cuando el Anillo de refuerzo 504 es contraído por ajuste de interferencia en la carcasa de turbina a presión baja 204, la forma de V puede agregar seguridad extra para inhibir que el anillo de refuerzo 304 sea deslizado fuera de la carcasa de turbina de presión baja 204. Cuando el anillo de refuerzo 504 ha sido calentado, se expande, originando el espacio vacío del anillo 404, permitiendo que el anillo de refuerzo 504 sea colocado como se muestra contra el tacón 506 de la muesca 502. A medida que el anillo de refuerzo 504 se enfría, éste se contrae en diámetro y se asienta por sí mismo de manera circunferencial dentro de la muesca 502. A temperatura ambiente, debido al diámetro interior inferior del anillo de refuerzo 504 para el diámetro exterior de la muesca 502, una contracción con un ajuste de interferencia tiene como resultado una fuerza circunferencial compresiva en forma radial siendo aplicada a la carcasa de turbina de presión baja 204 mediante el anillo de refuerzo 504, y la fuerza circunferencial elástica es aplicada al anillo de refuerzo 504 mediante la carcasa de turbina de presión baja 204. La Figura 6, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que muestra el anillo de refuerzo asentado en otra modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 6, para aplicaciones aéreas, en donde el peso agregado al motor es una preocupación, el anillo de refuerzo 604 es fabricado para tener un perfil que, cuando es asentado como se muestra en la Figura 6, está substancialmente a ras con la superficie exterior de la carcasa de turbina de presión baja 204. La muesca 302 con un ahusamiento inverso como se muestra en la Figura 4 es maquinada en la carcasa de turbina de presión baja 204. Además, con base en el motor a ser diseñado o acondicionado, la muesca 302 puede ser maquinada más profunda, y/o más ancha, y el anillo de refuerzo 604 debido a la profundidad agregada y/o ancho, con el objeto de cumplir con los requerimientos de esfuerzo circunferencial radialmente compresivos y elásticos. La Figura 7, muestra un diagrama esquemático de sección de una sección de una carcasa de turbina de presión baja que muestra el anillo de refuerzo asentado en otra modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 7, para aplicaciones aéreas, cuando es una preocupación agregar peso al motor, el anillo de refuerzo 704 es fabricado para tener un perfil que, cuando está asentado como se muestra en la Figura 6, está substancialmente a ras con la superficie exterior de la carcasa de turbina de presión baja 204. La muesca 502 con una forma de V como se muestra en la Figura 5, es maquinada en la carcasa de turbina de presión baja 204. Además, con base en el motor a ser diseñado o adaptado, la muesca 502 puede ser maquinada más profunda y/o más ancha, y el anillo de refuerzo 704 tiene la profundidad agregada y/o el ancho, con el objeto de cumplir con los requerimientos de esfuerzo compresivo radialmente y elástico. Adicionalmente, para aplicaciones aéreas o de aviación, se aprecia que las modalidades a ras, así como también otras modalidades pueden ser utilizadas también en aplicaciones con base terrestre o marino.
Un experto en la materia reconocerá que, además del ahusamiento inverso y los diseños en V para la muesca y el anillo de refuerzo como se muestran en las Figuras 4 a 7, otros diseños diversos pueden ser utilizados para cumplir con las mismas metas o metas similares o diferentes. Por ejemplo, la muesca puede tener una o más estrías y canales, angulares u ondulados, que coincidirán con uno o más canales y estrías, angulares u ondulados, en la superficie interior del anillo de refuerzo. De manera alternativa, la muesca y anillo de refuerzo pueden tener una forma de V invertida. En otras modalidades, puede no utilizarse una muesca. Muchas otras formas pueden ser concebidas sin alejarse del alcance de la presente invención. La Figura 8, muestra el mejoramiento en el espacio vacío de punta de aspa bajo carga en una modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 8, el anillo de refuerzo 304 como se muestra en la Figura 4 ha sido contraído para ajuste de interferencia sobre la carcasa de turbina de presión baja 204, y el motor ahora está bajo carga, tal como durante la operación de crucero. El sello de laberinto 210 y la carcasa de turbina de presión baja 204 con la superficie interior 802 y otra superficie 804 son representados con líneas sólidas en las posiciones que podrían colocarse sin el anillo de refuerzo 304. La carcasa de turbina de presión baja 204 podría tener un diámetro expandido, y un sello de laberinto 201 podría haber sido removido del aspa 208, originando un espacio vacío de punta de aspa 212. Sin embargo, debido a la fuerza compresiva radíalmente ejercida por el anillo de refuerzo 304 en la carcasa de turbina de presión baja 204, el sello de laberinto 210 está en la posición indicada en fantasma, con el número 210' y el anillo 304, la superficie interior 802 y la superficie exterior 804 de la carcasa de turbina de presión baja 204 están en las posiciones indicadas en fantasma con los números 304', 802' y 804', reduciendo de esta manera el espacio vacío de punta de aspa 212'. Por consiguiente, en un aspecto de la presente descripción, la cantidad de expansión que podría ocurrir normalmente debido al calentamiento en el LPTC y el HPTC, se reduce, en consecuencia el espacio vacío de punta de aspa puede ser mejorado. Como se estableció anteriormente, el espacio vacío de punta de aspa puede acelerar los efectos de ciclo de fatiga y erosión bajos debido a las temperaturas incrementadas en el HPTC y LPTC, y degradar el margen EGT y vida del motor. En general, para motores de turbina de gas grandes, se considera que las reducciones en el espacio vacío de punta de aspa dentro del orden de 0.0254 centímetros puede producir disminuciones en el SFC de uno % y EGT de diez °C. Se considera que el espacio vacío de punta de aspa de esta magnitud puede producir ahorros en combustible y mantenimiento por encima de cientos de millones de dólares por año. La combustión de combustible reducida también puede reducir las emisiones de aeronaves, las cuales en forma simultánea alcanzan el 13% de las emisiones de CO2 en el sector de transporte de E.U.A. total. En otro aspecto, los espacios vacíos de punta de aspa pueden ser reducidos en condiciones de crucero para lograr un impacto significativo en el margen SFC Y EGT y mejorar la eficiencia de la turbina. Adicionalmente, el área de superficie exterior incrementada de los HPTC y LPTC debido a los anillos de refuerzo, puede, en determinadas modalidades, incrementar el enfriamiento y tener como resultado temperaturas internas menores, las cuales pueden alargar el ciclo de vida del motor. Todavía en otro aspecto, un incremento en la carga útil por motor puede ser logrado debido al mejoramiento del espacio vacío de punta de aspa. Los kilogramos de carga adicionales pueden ser transportados por despegue y aterrizaje. Adicionalmente se aprecia que las características de la presente invención podrían reemplazar fácilmente las opciones de control de espacio vacío pasivo costosas. Se aprecia que las reducciones en uno o más de, pérdida de redondez, espacio vacío de punta de aspa, SFC, EGT ó emisiones contaminantes puede ser logrado utilizando una o más características descritas en la presente descripción. Por ejemplo, fabricando un anillo de refuerzo a partir de un material que tiene un coeficiente de expansión térmica menor que aquel del material de carcasa de turbina, puede facilitar el logro de una o más de estas u otras reducciones. De manera similar, se apreciará que una o más de estas reducciones o beneficios pueden ser logrados fabricando una carcasa de turbina y anillo de refuerzo del mismo material. Las Figuras 9A, 9B y 9C, muestran diagramas esquemáticos de sección de una sección de la carcasa de turbina de presión baja que tiene el anillo de refuerzo colocado en la carcasa de turbina de presión baja con una tuerca hidráulica y asegurado con una tuerca de retención en otra modalidad.
Haciendo referencia ahora a la Figura 9A, el anillo de refuerzo 904 está dimensionado para ajustarse sin presión en una ubicación cercana al aspa interna 208 y el sello de laberinto 210, o el "punto caliente" identificado anteriormente y colocado en su posición. A continuación, la tuerca hidráulica 902 está montada en forma enroscada a la carcasa de turbina de presión baja 204. La tuerca hidráulica 902 tiene un pistón 906, el cual se acopla con el anillo de refuerzo 904. En la Figura 9B, el pistón 906 se ha extendido desde la tuerca hidráulica 902, empujando el anillo de refuerzo 904 hacia el extremo de diámetro más grande de la carcasa de turbina de presión baja 904, colocando de esta manera el anillo de refuerzo 904 en la ubicación óptica en relación con el aspa interna 208 y el sello de laberinto 210 y dando como resultado un ajuste de interferencia. La cantidad que el pistón 906 es extendido por la tuerca hidráulica 902 es calculada para producir una fuerza circunferencial de compresión deseada por el anillo de refuerzo 904. En la Figura 9C, la tuerca hidráulica 902 ha sido removida, y la tuerca de retención 908 ha sido unida en forma roscada en su sitio sobre la carcasa de turbina de presión baja 204. El elemento de retención 910 de la tuerca de retención 908 se acopla con el anillo de refuerzo 904, asegurando de esta manera el anillo de refuerzo 904 en su sitio. Este procedimiento es repetido para tantas etapas como sean requeridas con base en el diseño de la turbina. Esta modalidad puede agregar peso excesivo y probablemente podría no ser adecuado bien para las aplicaciones de base terrestre en donde el peso no es una cuestión. La Figura 10, muestra un diagrama esquemático de una carcasa de turbina de presión baja que tiene anillos de refuerzo activado por medios hidráulicos, eléctricos u otros medios en otra modalidad de la presente descripción. Haciendo referencia ahora a la Figura 10, la carcasa de turbina de presión baja 1000 tiene anillos de refuerzo en forma de C 1004 colocados en ubicaciones previamente determinadas para coincidir con el aspa/sellos de laberinto y/o "puntos calientes". En esta modalidad, los anillos de refuerzo en forma de C 1004 no son contraídos para ajuste de interferencia en la carcasa de turbina de presión baja 1000, aunque los anillos de refuerzo son anillos en forma de C en lugar de anillos continuos. Cada extremo del anillo de refuerzo en forma de C 1004 es conectado a un medio activador 1002, el cual cuando es activado, empuja cada extremo del anillo de refuerzo en forma de C 1004 junto, ejerciendo la fuerza de compresión que incluye la fuerza de compresión radialmente sobre la carcasa de turbina de presión baja 1000. La superficie interior de cada anillo de refuerzo en forma de C 1004, ó la superficie de muesca, o ambas, puede ser recubierta con Teflon® o alguna otra sustancia lubricante para facilitar el deslizamiento cuando está apretado. Cada medio activador 1002 es conectado al controlador 1008 a través de conexiones eléctricas/electrónicas 1006. El controlador 1008 recibe las lecturas de temperatura de los sensores de temperatura múltiples localizados cerca de cada anillo de refuerzo en forma de C 1004 (no mostrados). También es posible derivar la temperatura de LPTC a partir de las lecturas de temperatura EGT y utilizar estas lecturas para retroalimentar a los controladores 1008. A medida que la temperatura que está siendo monitoreada a través de la carcasa de turbina de presión baja 1000 se eleva, el controlador 1008 procesa los datos de temperatura y determina cuánto necesitan los extremos de cada anillo de refuerzo en forma de C 1004 ser empujados juntos mediante cada uno de los medios activadores 1002 con el objeto de ejercer la fuerza circunferencia compresiva adecuada sobre la carcasa de turbina de presión baja 1000 para proveer un beneficio adecuado, tal como el mantenimiento de un espacio vacío de punta de aspa o contrabalancear un "punto caliente", por ejemplo. En una modalidad alternativa, en lugar del anillo en forma de C, se puede acoplar un anillo segmentado múltiple similar a cadena junto con el medio de activación 1002. En otra modalidad, los anillos de refuerzo pueden estar elaborados de una banda de material no metálico, tal como Keviar®. La superficie interior del Keviar® o la superficie de muesca, o ambos también pueden ser recubiertos con Teflon® o alguna otra sustancia lubricante para facilitar el deslizamiento cuando está apretado. Habiendo descrito las diversas características, aquellos expertos en la materia comprenderán que muchas y muy diferentes modalidades y aplicaciones serán sugeridas por los mismos sin alejarse del alcance de la presente descripción.

Claims (69)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Un método, caracterizado porque comprende: rodear una superficie circunferencial exterior de una carcasa de turbina de un motor de inyección de turbina de gas utilizando una superficie circunferencial interior de un anillo de refuerzo; y aplicar fuerzas compresivas radialmente a dicha superficie circunferencia exterior de dicha carcasa de turbina, a lo largo de la longitud de la circunferencia de dicha superficie circunferencial interior, utilizando dicho anillo de refuerzo que rodea dicha carcasa de turbina.
2.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha aplicación de fuerza compresiva radialmente incluye la contracción para ajuste de interferencia de dicha superficie circunferencial interior de anillo de refuerzo a dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina.
3.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha aplicación de fuerza de compresión radialmente incluye asentar dicha superficie circunferencial interior de anillo de refuerzo dentro de una muesca definida por dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina y formada para asegurar dicho anillo de refuerzo contra el desplazamiento en un dirección longitudinal a dicha carcasa de turbina.
4.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha carcasa de turbina rodea una turbina adaptada para rotación dentro de dicha cubierta de turbina a lo largo de un eje de rotación, en donde dichas fuerzas compresivas radíalmente son dirigidas a un centro localizado sobre dicho eje de rotación.
5.- El método de conformidad con la Reivindicación 4, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina tiene un sello que rodea las puntas de dichas aspas de turbina de dicha turbina y en donde dicha aplicación de fuerza compresiva radialmente confina el espacio vacío entre dicho sello y dichas puntas de aspas para estar dentro de un intervalo previamente determinado.
6.- El método de conformidad con la Reivindicación 5, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina está formada de un primer material y en donde dicho anillo de refuerzo es formado de un segundo material que es diferente de dicho primer material de dicha carcasa de turbina, dicho segundo material tiene un coeficiente inferior de expansión térmica que dicho primer material de dicha turbina.
7.- El método de conformidad con la Reivindicación 5, caracterizado además porque dichas fuerzas compresivas radialmente aplicadas a dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina, forman una indentación en dicha superficie circunferencial exterior a lo largo de la longitud de la circunferencia de dicha superficie circunferencial interior del anillo de refuerzo, a medida que se eleva la temperatura de la carcasa de turbina.
8.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente el rediseño del motor para reducir el espacio vacío de punta de aspa en comparación con el espacio vacío de punta de aspa de dicho motor ausente dicha aplicación de fuerza compresiva radialmente.
9.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha aplicación de fuerzas compresivas radialmente permite que por lo menos una de las siguientes sea reducida durante la operación de dicho motor: a) una salida de ronda de la carcasa de turbina; b) consumo de combustible específico; c) espacio vacío entre una superficie interior de dicha carcasa de turbina y las puntas de aspa de dicha turbina; d) temperatura del gas de extracción; e) contaminación del gas de extracción.
10.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: rodear una segunda superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina de dicho motor de inyección de turbina de gas utilizando una segunda superficie circunferencial interior de un segundo anillo de refuerzo; y aplicar fuerzas compresivas radialmente a dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina, a lo largo de la longitud de la circunferencia de dicha segunda superficie circunferencial interior, utilizando dicho segundo anillo de refuerzo que rodea dicha carcasa de turbina.
11.- Un método de operación de un motor de inyección de turbina de gas, caracterizado porque comprende: girar una turbina dentro de una carcasa de turbina a lo largo de un eje de rotación; y aplicar fuerzas compresivas radialmente a una superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina utilizando un anillo de refuerzo que rodea dicha carcasa de turbina, dichas fuerzas de compresión radialmente siendo aplicadas a lo largo de la longitud de la circunferencia de una superficie circunferencial interior de dicho anillo de refuerzo y dirigida a un centro colocado sobre dicho eje de rotación.
12.- El método de conformidad con la Reivindicación 11 , caracterizado además porque dicha carcasa de turbina tiene un sello que rodea las puntas de dichas aspas de turbina de dicha turbina y en donde dicha aplicación de fuerza compresiva radialmente confina el espacio vacío entre dicho sello y dichas puntas de aspa para estar dentro de un intervalo previamente determinado a medida que dicha turbina gira dentro de dicha carcasa de turbina.
13.- El método de conformidad con la Reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende adicionalmente disipar el calor de dicha carcasa de turbina utilizando dicho anillo de refuerzo.
14.- El método de conformidad con la Reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende adicionalmente rediseñar el motor para reducir el espacio vacío de punta de aspa en comparación con el espacio vacío de punta de aspa de dicho motor ausente de dicha aplicación de fuera compresiva radíalmente.
15.- El método de conformidad con la Reivindicación 11 , caracterizado además porque dicha aplicación de fuerzas compresivas radialmente permite que por lo menos uno de los siguientes sea reducido durante la operación de dicho motor: a) una salida de ronda de la carcasa de turbina; b) consumo de combustible específico; c) espacio vacío entre una superficie interior de dicha carcasa de turbina y las puntas de aspa de dicha turbina; d) temperatura del gas de extracción; e) contaminación del gas de extracción.
16.- El método de conformidad con la Reivindicación 15, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina es formada de un primer material y en donde dicho anillo de refuerzo es formado de un segundo material que es diferente de dicho primer material de dicha carcasa de turbina, dicho segundo material teniendo un coeficiente de expansión térmica inferior que dicho primer material de dicha turbina.
17.- El método de conformidad con la Reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aplicar fuerzas compresivas radialmente a una segunda superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina utilizando un segundo anillo de refuerzo que rodea dicha carcasa de turbina, dichas fuerzas de compresión radialmente son aplicadas a lo largo de la longitud de la circunferencia de una segunda superficie circunferencial interior de dicho segundo anillo de refuerzo y dirigidas a un centro posicionado sobre dicho eje de rotación.
18.- Un motor de inyección de turbina de gas, caracterizado porque comprende: una carcasa de turbina que tiene una superficie circunferencial exterior; una turbina adaptada para girar a lo largo de un eje de rotación dentro de dicha carcasa de turbina; y un anillo de refuerzo que tiene una superficie circunferencial adaptada para aplicar fuerzas compresivas radialmente a dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina, a lo largo de la longitud de la circunferencia de dicha superficie circunferencial interior.
19.- El motor de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo está fijo a dicha carcasa de turbina con una contracción de ajuste de interferencia, la cual provoca que dicho anillo de refuerzo aplique dichas fuerzas compresivas radialmente a dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina.
20.- El motor de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizado además porque dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina define una muesca adaptada para recibir dicho anillo de refuerzo y asegurar dicho anillo de refuerzo contra el desplazamiento en una dirección longitudinal a dicha carcasa de turbina.
21.- El motor de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizado además porque dichas fuerzas compresivas radialmente son dirigidas a un centro localizado sobre dicho eje de rotación.
22.- El motor de conformidad con la Reivindicación 21 , caracterizado además porque dicha turbina tiene un aspa de turbina, cada una de las cuales tiene una punta en un extremo distal de cada aspa, y en donde dicha carcasa de turbina tiene una superficie circunferencial interior, la cual tiene un sello que rodea dichas puntas de dichas aspas de turbina de dicha turbina y en donde dicha fuerza compresiva radialmente aplicada por dicho anillo de refuerzo confina el espacio vacío entre dicho sello y dichas puntas de aspa para estar dentro de un intervalo previamente determinado.
23.- El motor de conformidad con la Reivindicación 21 , caracterizado además porque dicha superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina define una muesca adaptada para recibir dicho anillo de refuerzo y asegurar dicho anillo de refuerzo contra el desplazamiento en una dirección longitudinal a dicha carcasa de turbina y en donde dicha muesca está en una ubicación longitudinal que coincide con dicho sello sobre dicha superficie interior de dicha carcasa de turbina.
24.- El motor de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina está formada de un primer material y en donde dicho anillo de refuerzo está formado de un segundo material que es diferente de dicho primer material de dicha carcasa de turbina, dicho segundo material teniendo un coeficiente de expansión menor que dicho primer material de dicha carcasa de turbina.
25.- El motor de conformidad con la Reivindicación 22, caracterizado además porque adicionalmente dicho anillo de refuerzo permite rediseñar el motor para reducir el espacio vacío de punta de aspa en comparación con el espacio vacío de punta de aspa de dicho motor ausente de dicha aplicación de fuerza compresiva radíalmente.
26.- El motor de conformidad con la Reivindicación 22, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo permite que por lo menos uno de los siguientes sea reducido durante la operación de dicho motor: a) una salida de ronda de la carcasa de turbina; b) consumo de combustible específico; c) espacio vacío entre una superficie interior de dicha carcasa de turbina y las puntas de aspa de dicha turbina; d) temperatura del gas de extracción; e) contaminación del gas de extracción.
27.- El motor de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina tiene una segunda superficie circunferencial exterior, y en donde dicho motor comprende adicionalmente un segundo anillo de refuerzo que tiene una segunda superficie circunferencial interior adaptada para aplicar fuerzas compresivas radialmente a una segunda superficie circunferencial exterior de dicha carcasa de turbina, a lo largo de la circunferencia de dicha segunda superficie circunferencial interior.
28.- Un método, caracterizado porque comprende: (a) maquinar por lo menos una muesca en forma circunferencial en una ubicación previamente determinada en una superficie exterior de una carcasa de turbina de un motor de inyección de turbina de gas; y (b) asentar un anillo de refuerzo en cada una de por lo menos una muesca a través de una contracción de ajuste de interferencia; en donde dicho anillo de refuerzo aplica una fuerza circunferencial compresiva a dicha carcasa de turbina.
29.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque dicho asentamiento comprende adicionalmente; calentar dicho anillo de refuerzo para provocar que un primer diámetro interior de dicho anillo de refuerzo incremente a un segundo diámetro interior que es más grande que un diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca a una temperatura ambiente; colocar dicho anillo de refuerzo en dicha por lo menos una muesca; y permitir que dicho anillo de refuerzo se enfríe a dicha temperatura ambiente, provocando que dicho anillo de refuerzo disminuya desde dicho segundo diámetro interior hacia dicho primer diámetro interior, aunque sea resistido por dicho diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca, originando dicha contracción de ajuste de interferencia.
30.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque dicho asentamiento comprende adicionalmente: enfriar dicha carcasa de turbina para producir un primer diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca para disminuir a un segundo diámetro exterior que es más pequeño que un diámetro interior de dicho anillo de refuerzo a una temperatura ambiente; colocar dicho anillo de refuerzo en dicha por lo menos una muesca; y permitir que dicha carcasa de turbina se caliente hasta dicha temperatura ambiente, provocando que dicha por lo menos una muesca se incremente desde dicho segundo diámetro exterior hacia dicho primer diámetro exterior, aunque es resistido por dicho diámetro interior de dicho anillo de refuerzo, originando dicha contracción de ajuste de interferencia.
31.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque dicho asentamiento comprende adicionalmente: calentar dicho anillo de refuerzo para producir un primer diámetro interior de dicho anillo de refuerzo para incrementar a un segundo diámetro interior; enfriar dicha carcasa de turbina para provocar que dicho primer diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca para disminuir a un segundo diámetro exterior que es más pequeño que dicho segundo diámetro de dicho anillo de refuerzo; colocar dicho anillo de refuerzo en dicha por lo menos una muesca; permitir que dicho anillo de refuerzo se enfríe a dicha temperatura ambiente; y permitir que dicha carcasa de turbina se caliente hasta dicha temperatura ambiente; en donde dicho anillo de refuerzo disminuye desde dicho segundo diámetro interior hacía dicho primer diámetro interior, y dicha por lo menos una muesca aumenta desde dicho segundo diámetro exterior hacia dicho primer diámetro exterior, originando dicha contracción de ajuste de interferencia.
32.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque dicho maquinado comprende adicionalmente: maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente dentro de una superficie exterior de dicha carcasa de turbina en una ubicación que coincide con un sello de laberinto sobre dicha superficie interior de dicha carcasa de turbina.
33.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque dicho maquinado comprende adicionalmente: maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en una superficie exterior de dicha carcasa de turbina en una ubicación que coincide con un punto caliente de dicha carcasa de turbina.
34.- El método de conformidad con la Reivindicación 28, caracterizado además porque comprende adicionalmente: maquinar dicho anillo de refuerzo, en una forma previamente determinada para coincidir con una forma de dicha por lo menos una muesca.
35.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de muesca comprende maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en dicha ubicación previamente determinada en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina con un ahusamiento inverso; y en donde dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende el maquinado de dicho anillo de refuerzo sobre un diámetro interior para coincidir con dicho ahusamiento inverso de dicha por lo menos una muesca.
36.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de muesca comprende maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en dicha ubicación previamente determinada en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina con una forma de V; y en donde dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende maquinar dicho anillo de refuerzo sobre un diámetro interior para coincidir dicha forma de V con dicha por lo menos una muesca.
37.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende maquinar una superficie superior de dicho anillo de refuerzo de tal manera que cuando dicho anillo de refuerzo está asentado en dicha por lo menos una muesca, dicha superficie superior de dicho anillo de refuerzo está a ras con dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina.
38.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende maquinar dicho anillo de refuerzo a partir de una súper aleación con base en níquel.
39.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende maquinar dicho anillo de refuerzo a partir de un material que es diferente de un material de dicha carcasa de turbina, dicho material de dicho anillo de refuerzo tiene un coeficiente de expansión menor que dicho material de dicha carcasa de turbina.
40.- El método de conformidad con la Reivindicación 34, caracterizado además porque dicho maquinado de muesca comprende maquinar dicha por lo menos una muesca en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina en una primera dirección, en donde una pluralidad de ranuras son formadas y alineadas sobre dicha superficie exterior en dicha primera dirección; y en donde dicho maquinado de anillo de refuerzo comprende maquinar una superficie interior de dicho anillo de refuerzo en una segunda dirección, en donde una pluralidad de ranuras son formadas y alineadas en dicha superficie interior en dicha segunda dirección; en donde cuando dicha superficie exterior de dicha por lo menos una muesca y dicha superficie interior de dicho anillo de refuerzo son asentadas juntas, dicha pluralidad de ranuras sobre dicha superficie exterior de dicha por lo menos una muesca y dicha pluralidad de ranuras sobre dicha superficie interior de dicho anillo de refuerzo se alinean en una forma de compuerta transversal entre sí, incrementando las fuerzas de fricción entre dicha por lo menos una muesca y dicho anillo de refuerzo y reduciendo el potencial para embobinar dicho anillo de refuerzo dentro de dicha por lo menos una muesca.
41.- Un aparato para utilizar en un motor de inyección de turbina de gas, caracterizado porque el aparato comprende: una carcasa de turbina que tiene una superficie exterior, la cual define por lo menos una muesca maquinada en forma circunferencial dentro de dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina de dicho motor de inyección de turbina de gas en una ubicación previamente determinada; y un anillo de refuerzo asentado en cada una de dichas por lo menos una muesca a través de una compresión de ajuste de interferencia; en donde dicho anillo de refuerzo aplica fuerza circunferencial compresiva a dicha carcasa de turbina.
42.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un medio para calentar dicho anillo de refuerzo para producir un primer diámetro interior de dicho anillo de refuerzo se incremente a un segundo diámetro interior que es más grande que un diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca a una temperatura ambiente, en donde después de que dicho anillo de refuerzo es colocado en dicha por lo menos una muesca, se permite a dicho anillo de refuerzo enfriarse a dicha temperatura ambiente, provocando que dicho anillo de refuerzo disminuya desde dicho segundo diámetro interior hacia dicho primer diámetro interior, aunque es resistido por dicho diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca, originando dicha contracción de ajuste de interferencia.
43.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un medio para enfriar dicha carcasa de turbina para producir un primer diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca para disminuir a un segundo diámetro exterior que es más pequeño que un diámetro interior de dicho anillo de refuerzo a una temperatura ambiente, en donde después de que dicho anillo de refuerzo es colocado en dicha por lo menos una muesca, se permite a dicha carcasa de turbina calentarse hasta dicha temperatura ambiente, provocando que dicha por lo menos una muesca se incremente desde dicho segundo diámetro exterior hacia dicho primer diámetro exterior, aunque resistido por dicho diámetro interior de dicho anillo de refuerzo, originando dicha contracción de ajuste de interferencia.
44.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un medio para calentar dicho anillo de refuerzo para provocar que un primer diámetro interior de dicho anillo de refuerzo se incremente a un segundo diámetro interior; y un medio para enfriar dicha carcasa de turbina para provocar que un primer diámetro exterior de dicha por lo menos una muesca disminuya a un segundo diámetro exterior que es más pequeño que dicho segundo diámetro de dicho anillo de refuerzo, en donde después que dicho anillo de refuerzo es colocado en dicha por lo menos una muesca, se permite a dicho anillo de refuerzo calentarse hasta dicha temperatura ambiente y dicha carcasa de turbina se le permite calentarse hasta dicha temperatura ambiente, provocando que dicho anillo de refuerzo disminuya de dicho segundo diámetro interior hacia dicho primer diámetro interior, y dicha por lo menos una muesca se incremente de dicho segundo diámetro exterior hacia dicho primer diámetro exterior, originado dicha contracción para ajuste por interferencia.
45.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicha ubicación previamente determinada para maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente dentro de dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina está en una ubicación que coincide con un sello de laberinto sobre una superficie interior de dicha carcasa de turbina.
46.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicha ubicación previamente determinada para maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina está en una ubicación que coincide con un punto caliente de dicha carcasa de turbina.
47.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo comprende adicionalmente una forma previamente determinada maquinada para coincidir con una forma de dicha por lo menos una muesca.
48.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicha muesca tiene un ahusamíento inverso maquinado en dicha por lo menos una muesca; y en donde dicho anillo de refuerzo tiene un ahusamiento inverso coincidente maquinado sobre un diámetro interior de dicho anillo de refuerzo.
49.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: una forma de V maquinada en dicha por lo menos una muesca; y maquinar en forma de V maquinado sobre un diámetro interior de dicho anillo de refuerzo.
50.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo comprende adicionalmente: una superficie superior de dicho anillo de refuerzo maquinado de tal manera que cuando dicho anillo de refuerzo es asentado en dicha por lo menos una muesca, dicha superficie superior de dicho anillo de refuerzo está a ras con dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina.
51.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo es maquinado a partir de una súper aleación basada en níquel.
52.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo está maquinado a partir de un material que es diferente de un material de dicha carcasa de turbina, dicho material tiene un coeficiente de expansión térmica menor que dicho material de dicha carcasa de turbina.
53.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 41 , caracterizado además porque adicionalmente dicha por lo menos una muesca de dicha carcasa de turbina tiene una superficie exterior maquinada, la cual define una pluralidad de ranuras alineadas en una primera dirección sobre dicha superficie exterior maquinada de dicha por lo menos una muesca; y en donde dicho anillo de refuerzo tiene una superficie interior maquinada, la cual define una pluralidad de ranuras alineadas en una segunda dirección sobre dicha superficie interior maquinada de dicho anillo de refuerzo; en donde dicha superficie exterior de dicha por lo menos una muesca y dicha superficie interior de dicho anillo de refuerzo son contraídas para ajuste de ¡nterferencia juntos, en donde dicha pluralidad de ranuras sobre dicha superficie exterior de dicha por lo menos una muesca y dicha pluralidad de ranuras sobre dicha superficie interior de dicho anillo de refuerzo se alinean en una forma de compuerta transversal entre sí, incrementando las fuerzas de fricción entre dicha por lo menos una muesca y dicho anillo de refuerzo y reduciendo el potencial para embobinado de dicho anillo de refuerzo dentro de dicha por lo menos una muesca.
54.- Un método, caracterizado porque comprende: (a) maquinar por lo menos una muesca circunferencialmente en una ubicación previamente determinada en una superficie exterior de una carcasa de turbina de un motor de inyección de turbina de gas; (b) asentar un anillo de refuerzo en cada una de por lo menos una muesca; teniendo dicho anillo de refuerzo un primer extremo y un segundo extremo; (c) conectar dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicho anillo de refuerzo a un activador; y (d) activar dicho activador para jalar dicho primer y segundo extremos de dicho anillo de refuerzo juntos; en donde dicho anillo de refuerzo aplica fuerza circunferencial compresiva a dicha carcasa de turbina.
55.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque dicho maquinado comprende adicionalmente maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente dentro de una superficie exterior de dicha carcasa de turbina en una ubicación que coincide con un sello de laberinto sobre una superficie interior de dicha carcasa de turbina.
56.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque dicho maquinado comprende adicionalmente maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en una superficie exterior de dicha carcasa de turbina en una ubicación que coincide con un punto caliente de dicha carcasa de turbina.
57.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque comprende adicionalmente maquinar dicho anillo de refuerzo en una forma previamente determinada para coincidir con una forma de dicha por lo menos una muesca.
58.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque comprende adicionalmente maquinar dicho anillo de refuerzo a partir de una súper aleación basada en níquel.
59.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque comprende adicionalmente maquinar dicho anillo de refuerzo a partir de un material que es diferente de un material de dicha carcasa de turbina, dicho material de dicho anillo de refuerzo tiene un coeficiente de expansión térmica menor que dicho material de dicha carcasa de turbina.
60.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque comprende adicionalmente: conectar un controlador a dicho activador a través de una conexión eléctrica; recibir en dicho controlador una pluralidad de lecturas de temperatura desde una pluralidad de sensores de temperatura localizados cerca de dicho anillo de refuerzo; y procesar mediante dicho controlador dicha pluralidad de lecturas de temperatura para determinar cuánto jalar dichos primer y segundo extremos de dicho anillo de refuerzo juntos mediante dicho activador para ejercer una fuerza circunferencial compresiva previamente determinada sobre dicha carcasa de turbina.
61.- El método de conformidad con la Reivindicación 54, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo es uno de un anillo en forma de c, una cadena similar a un anillo segmentado múltiple y una banda de material no metálico.
62.- Un aparato para utilizar en un motor de inyección de turbina de gas, caracterizado porque el aparato comprende: una carcasa de turbina que tiene una superficie exterior la cual define por lo menos una muesca maquinada circunferencialmente en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina del motor de inyección de turbina de gas en una ubicación previamente determinada; un anillo de refuerzo asentado en cada una de dicha por lo menos una muesca, dicho anillo de refuerzo tiene un primer extremo y un segundo extremo; y un activador, en donde dichos primer y segundo extremos están enlazados a dicho activador y dicho activador cuando es activado está adaptado para jalar dichos primer y segundo extremos juntos; en donde dicho anillo de refuerzo aplica una fuerza circunferencial compresiva a dicha carcasa de turbina.
63.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina tiene una superficie interior y un sello de laberinto sobre dicha superficie interior y en donde dicha ubicación previamente determinada para maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina está en una ubicación que coincide con dicho sello de laberinto sobre dicha superficie interior de dicha carcasa de turbina.
64.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicha carcasa de turbina tiene un punto caliente y en donde dicha ubicación previamente determinada para maquinar dicha por lo menos una muesca circunferencialmente en dicha superficie exterior de dicha carcasa de turbina está en una ubicación que coincide con dicho punto caliente de dicha carcasa de turbina.
65.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo comprende adicionalmente una forma previamente determinada para coincidir con una forma de dicha por lo menos una muesca.
66.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo está maquinado a partir de una súper aleación basada en níquel.
67.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo está maquinado a partir de un material que es diferente de un material de dicha carcasa de turbina, dicho material de dicho anillo de refuerzo tiene un coeficiente menor de expansión térmica que dicho material de dicha carcasa de turbina.
68.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque comprende adicionalmente: un controlador conectado a dicho activador a través de una conexión eléctrica; y una pluralidad de sensores de temperatura localizados cerca de dicho anillo de refuerzo, en donde dicho controlador está adaptado para recibir una pluralidad de lecturas de temperatura de dicha pluralidad de sensores de temperatura; en donde dicho controlador está adaptado para procesar dicha pluralidad de lecturas de temperatura para determinar cuánto jalar dichos primer y segundo extremos de dicho anillo de refuerzo juntos mediante dicho activador para ejercer una fuerza circunferencial comprensiva previamente determinada sobre dicha carcasa de turbina.
69.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 62, caracterizado además porque dicho anillo de refuerzo es uno de un anillo con forma de c, un anillo segmentado en forma múltiple similar a cadena y una banda de material no metálico.
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