ES2640283T3

ES2640283T3 - Conjunto de sellado para turbinas

Info

Publication number: ES2640283T3
Application number: ES13151103.2T
Authority: ES
Inventors: André Werner; Franz Prieschl; Thomas Hess; Steffen Schlothauer
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2033-01-14
Also published as: EP2617949A3; DE102012200883B4; DE102012200883A1; EP2617949B1; EP2617949A2; US10385783B2; US20130189085A1

Abstract

Un conjunto de sellado para una turbina, en particular una turbina de gas, con una pluralidad de hileras, dispuestas en sucesión en la dirección axial (A), de conchas (1-3) conectas unas con las otras en la dirección circunferencial (U), en el que las conchas adyacentes en la dirección axial presentan secciones transversales abiertas en contra de la dirección de la circulación (A), caracterizado por que las conchas (1, 2) presentan un eje de enhebrado inclinado en contra de la dirección de la circulación.

Description

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DESCRIPCION

Conjunto de sellado para turbinas

La presente invencion se refiere a un conjunto de sellado para una turbina, en particular una turbina de gas, a una turbina con un conjunto de sellado de este tipo asf como a un procedimiento para la fabricacion de un conjunto de sellado de este tipo.

En turbinas, las corrientes de fuga perjudican el rendimiento a traves de intersticios radiales entre rotor y estator, por ejemplo entre las puntas o cintas de cubierta de palas de rodadura y la carcasa y/o entre las puntas o cintas de cubiertas de palas de grna y el rotor.

Para reducir tales corrientes de fuga, se utilizan normalmente juntas de estanqueidad de panal, como se describen, por ejemplo, en el documento WO 02/42610 A2. Tales juntas de estanqueidad de panal en simetna de espejo en la direccion axial son dignas de mejora.

Otras juntas de estanqueidad para turbinas se conocen a partir de las publicaciones US 2005/003172 A1, EP 1808 508 A1, DE 10 2012 106 175 A (publicada posteriormente), EP 0 702 130 A2 y US 2004/0265120 A1.

El problema de la presente invencion es proporcionar una turbina mejorada.

Este problema se soluciona por medio de un conjunto de sellado con las caractensticas de la reivindicacion 1. La reivindicacion 8 protege una turbina con un conjunto de sellado de acuerdo con la invencion, la reivindicacion 9 pone bajo proteccion un procedimiento para la fabricacion de un conjunto de sellado de acuerdo con la invencion. Las formas de realizacion ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Un conjunto de sellado de acuerdo con la invencion esta previsto para la disposicion en un rotor y/o estator de una turbina, en particular de una turbina de gas, con preferencia de un moto propulsor aereo. En particular, un conjunto de sellado de acuerdo con la invencion puede estar dispuesto en puntas o cintas de cubierta de palas de rodadura y/o en una carcasa opuesta y/o en punta o cintas de cubierta de palas de grna y/o en una superficie opuesta del

rotor de una o de varias fases del compresor y/o de la turbina de una turbina de gas, en particular de un moto

propulsor aereo.

Un conjunto de sellado de acuerdo con la invencion presenta una o varias hileras de conchas. Dos o mas conchas de una hilera estan conectadas entre sf en la direccion circunferencial, en particular estan configuradas integrales entre sf y en una forma de realizacion pasan unas dentro de las otras, en particular en un canto un radio.

Como conchas se designan en este caso una pared o bien un perfil, que se extiende esencialmente en la direccion

radial. En un desarrollo o bien una seccion con radio constante con respecto al eje de rotacion de la turbina, una

concha de este tipo presenta una seccion transversal abierta. Los puntos medios de la superficie de las secciones transversales superpuestas en la direccion radial definen un eje de enhebrado de las conchas.

El eje de enhebrado de una o varias, con preferencia de todas las conchas del conjunto de sellado esta inclinado en contra de la direccion de la circulacion. Un eje de enhebrado esta inclinado en particular en contra de la direccion de la circulacion cuando una seccion transversal de las conchas, que esta en la direccion radial mas cerca de un intersticio entre el rotor y el estator o bien de una superficie o bien superficie de estanqueidad libre del conjunto de sellado, frente a una seccion transversal de las conchas, que esta mas distanciada de un intersticio entre el rotor y el estator o bien una superficie o bien superficie de estanqueidad libre del conjunto de sellado, esta desplazada en contra de la direccion de la circulacion. Con otras palabras, una seccion transversal, que esta mas distanciada de un intersticio entre el rotor y el estator o bien una superficie o bien superficie de estanqueidad libre del conjunto de sellado, se encuentra en la direccion de la circulacion curso abajo de una seccion transversal, que esta mas cerca de un intersticio entre el rotor y el estator o bien una superficie o bien superficie de estanqueidad libre del conjunto de sellado. En un desarrollo, el eje de enhebrado esta inclinado adicionalmente en la direccion circunferencial, de la misma manera se puede encontrar tambien, al menos esencialmente, totalmente en una seccion meridiana o bien puede no estar inclinada en la direccion circunferencial.

Las indicaciones de la direccion, en particular direccion circunferencial, direccion radial y direccion axial se refieren en particular a un conjunto de sellado dispuesto en la turbina. Como direccion de la circulacion de designa especialmente la direccion de la circulacion (principal) de una corriente de fuga, que debe reducirse a traves del conjunto de sellado. Una direccion de la circulacion se puede definir en particular por un nivel de la presion mas elevado hacia un nivel de la presion mas bajo de la turbina y/o puede estar paralelo al eje de rotacion o bien a la direccion axial de la turbina.

De manera adicional o alternativa, dos o mas, con preferencia todas las conchas adyacentes en la direccion axial presentan secciones transversales abiertas en contra de la direccion de la circulacion. Una seccion transversal esta abierta especialmente en contra de la direccion de la circulacion cuando esta configurada concava en contra de la direccion de la circulacion y/o acumula una circulacion curso abajo en la direccion de la circulacion.

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Por medio de las conchas, que estan configuradas - a traves de la inclinacion de su eje de enhebrado - en la direccion radial y/o - a traves de las secciones transversales abiertas - en un desarrollo o bien en una seccion direccion circunferencial y en la direccion axial concavas en contra de la direccion de la circulacion se puede elevar de manera mas ventajosa la resistencia a la circulacion en contra de una corriente de fuga y de esta manera se puede reducir la corriente de fuga y se puede elevar el rendimiento de la turbina. La corriente de fuga, por decirlo asf, es “capturada” o bien “absorbida” por las conchas instaladas contra ella.

En una forma de realizacion preferida, algunas o todas las conchas adyacentes en la direccion circunferencial se comunican entre sf en la direccion circunferencial. Con otras palabras, un fluido puede circular en la direccion circunferencial entre hileras de conchas vecinas, el conjunto de sellado esta abierto en la direccion circunferencial o bien tangencialmente. En oposicion a los conjuntos de junta de estanqueidad conocidos con panales cerrados, se pueden tener en cuenta de esta manera las inhomogeneidades distribuidas sobre la periferia y/o una componente circunferencial de la corriente de fuga.

De la misma manera, algunas o todas las conchas adyacentes en la direccion circunferencial delimitan celdas cerradas en la direccion circunferencial. Con otras palabras, no es posible ninguna circulacion de fluido en la direccion circunferencial entre conchas vecinas. De esta manera se puede elevar especialmente la estabilidad del conjunto de sellado.

En una forma de realizacion preferida, una o varias, en particular todas las conchas presentan al menos esencialmente una seccion transversal constante a lo largo del eje de enhebrado. De la misma manera, la seccion transversal puede variar a lo largo del eje de enhebrado, con preferencia de manera congruente. En una forma de realizacion preferida, la seccion transversal esta configuradas al menos por secciones, con preferencia a lo largo de todo el eje de enhebrado, al menos esencialmente en forma de V o de U. Por una seccion transversal en forma de V se entiende en particular una seccion transversal en forma de flecha en contra de la direccion de la circulacion con dos brazos al menos esencialmente rectos, que se abren en contra de la direccion de la circulacion, se unen entre sf en un canto o un radio y estan alineados en un desarrollo preferido simetricamente a la direccion axial. Por una seccion transversal en forma de U se entiende en particular una seccion transversal abierta en contra de la direccion de la circulacion con dos brazos al menos esencialmente paralelos, que se unen entre sf en un arco o una recta perpendicular a los brazos curso abajo de la corriente.

En una forma de realizacion preferida, las secciones transversales de conchas dispuestas unas detras de las otras en la direccion axial estan alineadas en la direccion axial. Con ello se entiende especialmente que secciones transversales adyacentes en la direccion axial se unen entre sf en la direccion axial por medio de un simple desplazamiento y/o secciones transversales adyacentes en la direccion axial presentan el mismo plano meridiano de simetna. Por ejemplo, las secciones transversales en forma de V estan alineadas en el sentido de la presente invencion especialmente cuando sus puntas se encuentran en la misma seccion meridiana. Como seccion meridiana se designa especialmente una seccion, que contiene el eje de rotacion de la turbina.

En una forma de realizacion preferida, los ejes de enhebrado de dos o mas, en particular de todas las conchas se encuentran al menos esencialmente paralelos entre sf. Una o varias, en particular todos los ejes de enhebrado pueden ser rectos por secciones o sobre toda su longitud. De la misma manera, los ejes de enhebrado pueden estar curvados por secciones o sobre toda su longitud, en este caso para un angulo o bien una inclinacion del eje de enhebrado se toma como referencia la tangente de la superficie de enhebrado curvada. Un eje de enhebrado curvado esta inclinado de manera correspondiente en particular en contra de la direccion de la circulacion, cuando una o varias, en particular todas las tangentes al eje de enhebrado estan inclinadas en contra de la direccion de la circulacion.

En una forma de realizacion preferida, los ejes de enhebrado de dos o mas, en particular de todas las conchas estan inclinados en un angulo con relacion a la direccion radial, que tiene un importe de al menos 5°, en particular de al menos 10° y/o como maximo de 60°, en particular como maximo de 50°. Estos intervalos angulares se han rebelado como especialmente ventajosos desde el punto de vista de la tecnica de la circulacion y de la tecnica de la resistencia. En particular, corresponden a un angulo (complementario) con respecto a la direccion axial y/o la direccion de la circulacion de maximo 85°, en particular de maximo 80° y/o al menos 30°, en particular 40°.

En una forma de realizacion preferida, algunas, en particular todas las conchas del conjunto de sellado se fabrican por capas por medio de un procedimiento generativo. En este caso, en un desarrollo preferido se solidifica una capa de polvo o capa de fluido por secciones ffsicamente, en particular optica y/o termicamente, con preferencia por medio de un laser y/o de una mascara y/o qmmicamente, en particular por medio de al menos una tobera y se une en este caso con una capa subyacente. Este procedimiento es especialmente adecuado para la fabricacion de la disposicion concava de las conchas.

Otros desarrollos ventajosos de la presente invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes y de la descripcion siguiente de formas de realizacion preferidas. A tal fin se muestra en parte de forma esquematica lo siguiente:

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La figura 1 muestra una vista en planta superior sobre una parte de un conjunto de sellado de una turbina de gas de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion.

La figura 2 muestra una seccion meridiana a lo largo de la lmea II-II en las figuras 1 y 5.

La figura 3 muestra un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion en representacion correspondiente a la figura 1.

La figura 4 muestra una seccion meridiana a lo largo de la lmea IV-IV en las figuras 3 y 6.

La figura 5 muestra un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion en representacion correspondiente a la figura 1; y

La figura 6 muestra un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion en representacion correspondiente a la figura 3.

La figura 1 muestra una vista en planta superior en contra de una direccion radial R (ver la figura 2) sobre una parte de un conjunto de sellado de una turbina de gas de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. Se reconocen seis hileras colocadas unas detras de las otras en la direccion axial A de tres conchas, respectivamente, dispuestas adyacentes en la direccion circunferencial U y unidas entre sf De estas se resalta en negrilla una concha 1 para la explicacion, una concha 3 adyacente a ella curso abajo de la corriente en la direccion axial asf como una concha 2 adyacente en la direccion circunferencial o bien en la direccion de la rotacion estan provistas con signos de referencia para facilitar el direccionamiento. El conjunto de sellado se extiende sobre al menos una seccion axial de una superficie envolvente dirigida hacia un intersticio radial de una punta de la pala de rodadura o de una cinta de cubierta de la pala de rodadura, de una punta de la pala de grna o de una cinta de cubierta de la pala de grna, y/o de una superficie envolvente opuesta de la carcasa o bien el rotor (no se representa en detalle).

En el ejemplo de realizacion, una direccion de la circulacion de una corriente de fuga desde un nivel mas elevado de la presion hacia un nivel mas bajo de la presion coincide con la direccion axial A (horizontal de izquierda a derecha en las figuras 1 a 6).

Las conchas del conjunto de sellado, en particular las conchas 1 a 3 mencionadas anteriormente, presentan todas sobre toda su longitud la misma seccion transversal constante en forma de V, que esta abierta hacia esta direccion de la circulacion A. Adicionalmente, el eje de enhebrado recto de las conchas, como se puede reconocer especialmente en la seccion meridiana de la figura 2, esta inclinado en contra de esta direccion de la circulacion y forma con la direccion radial R un angulo p de 45°, con la direccion de la circulacion y la direccion axial A que corresponde a un angulo complementario de 90° - p, es decir, igualmente 45°. El eje de enhebrado esta paralelo a los lados frontales de las conchas curso arriba de la corriente en la direccion de la circulacion visible en la figura 2 (a la izquierda en las figuras 1, 2).

De esta manera, las conchas concavas “capturan” la corriente de fuga y la conducen radialmente desde el intersticio radial hacia el canto curso abajo de la corriente de las conchas en forma de V. La resistencia a la circulacion elevada de esta manera reduce las perdidas de fuga y eleva de este modo el rendimiento de la turbina de gas.

La figura 5 muestra en una representacion que corresponde a la figura 1 un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion. Las caractensticas correspondientes entre sf se designan por medio de signos de referencia identicos, de manera que a continuacion se hace referencia solamente a las diferencias introducidas con respecto a la forma de realizacion de la figura 1 y, por lo demas, se remite a su descripcion.

En la forma de realizacion de la figura 5, las conchas presentan en lugar se secciones transversales en forma de V, secciones transversales en forma de U, de manera que las conchas 1, 2 adyacentes en la direccion axial presentan de la misma manera un eje de enhebrado inclinado en contra de la direccion de la circulacion A (ver la figura 2) asf como secciones transversales abiertas.

Como en la forma de realizacion de la figura 1, tambien en la forma de realizacion de la figura 5, las conchas 1,2 vecinas direccion circunferencial se comunican entre sf en la direccion circunferencial: el lfquido de fuga puede circular en contra de las juntas de estanqueidad de panal - entre los cantos de union de conchas 1,2 adyacentes en la direccion circunferencial y, por lo tanto, cantos de union alineados de conchas 3 adyacentes en la direccion circunferencial de una hilera adyacente en la direccion axial en circulacion circunferencial y de esta manera tienen en cuentas las inhomogeneidades asf como una componente circunferencial.

Las figuras 3, 4 muestran en representacion correspondiente a las figuras 1, 2 un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion. Las caractensticas correspondientes entre sf estan designadas por signos de referencia identicos, de manera que a continuacion se hace referencia solamente a las diferencias introducidas con respecto a la forma de realizacion de las figuras 1, 2 y, por lo demas, se remite a su descripcion.

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En la forma de realizacion de la figura 3, conchas adyacentes en la direccion circunferencial delimitan celulas cerradas en la direccion circunferencial, de manera que en la direccion circunferencial no es posible ninguna circulacion de fluido entre conchas adyacentes. A traves de las celdas cerradas se obtiene una estabilidad elevada del conjunto de sellado.

Por ultimo, la figura 6 muestra en representacion correspondiente a las figuras 3, 5 un conjunto de sellado de acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion. Las caractensticas correspondientes entre sf estan designadas por signos de referencia identicos, de manera que a continuacion solo de describen las diferencias con respecto a la forma de realizacion de las figuras 3 y 5 y, por lo demas, se remite a su descripcion.

Como en la forma de realizacion de la figura 3, tambien en la forma de realizacion de la figura 6 las conchas 1, 2 adyacentes en la direccion circunferencial delimitan celdas cerradas en la direccion circunferencial, de manar que no es posible en la direccion circunferencial ninguna circulacion de fluido entre conchas 1, 2 adyacentes. Como en la forma de realizacion de la figura 5, las conchas presentan secciones transversales en forma de U, de manera que conchas adyacentes en la direccion axial presentan de la misma manera un eje de enhebrado inclinado en contra de la direccion de la circulacion A (ver la figura 4) asf como secciones transversales abiertas.

Las conchas de las formas de realizacion de las figuras 1 a 6 se fabrican en cada caso integralmente por medio de un procedimiento de fabricacion generativo. A tal fin, se prepara - en el plano del dibujo de las figuras 1, 3, 5 o bien 6 - respectivamente, una capa fina de polvo o de fluido, se solidifican en esta por zonas o bien localmente - por ejemplo a traves de iluminacion con un laser o una mascara o a traves de la aplicacion de un producto qmmico a traves de una tobera de agujas - las secciones transversales de las conchas y en este caso se conectan con la capa subyacente, a continuacion se retira el polo o bien el fluido no solidificado y se prepara otra capa fina de polvo o de fluido, siendo repetidas estas etapas hasta que las conchas han sido formadas capa por capa de forma generativa en la direccion radial R. Puesto que las zonas a solidificar en cada capa nueva estan ajustadas o bien desplazadas en contra de la direccion de la circulacion A, se pueden forman originariamente las conchas concavas rebajadas integralmente entre sf.

Lista de: signos de referencia

1 -3: Conchas

A: Direccion axial

U: Direccion circunferencial

R: Direccion radial

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Un conjunto de sellado para una turbina, en particular una turbina de gas, con una pluralidad de hileras, dispuestas en sucesion en la direccion axial (A), de conchas (1-3) conectas unas con las otras en la direccion circunferencial (U), en el que las conchas adyacentes en la direccion axial presentan secciones transversales abiertas en contra de la direccion de la circulacion (A), caracterizado por que las conchas (1, 2) presentan un eje de enhebrado inclinado en contra de la direccion de la circulacion.
2. - Conjunto de sellado de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que conchas (1, 2) adyacentes en la direccion circunferencial se comunican entre sf en la direccion circunferencial.
3. - Conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que conchas (1, 2) adyacentes en la direccion circunferencial delimitan celdas cerradas en la direccion circunferencial.
4. - Conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las conchas presentan, al menos esencialmente, una seccion transversal en forma de V o en forma de U.
5. - Conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las secciones transversales de conchas (1, 3) dispuestas en sucesion en la direccion axial estan alineadas en la direccion axial.
6. - Conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un eje de enhebrado de una concha esta inclinado en un angulo con respecto a la junta de estanqueidad radial, que tiene al menos 5°, en particular al menos 10° y/o como maximo 60°, en particular como maximo 50°.
7. - Conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las conchas han sido fabricadas por capas por medio de un procedimiento generativo.
8. - Turbina, en particular turbina de gas, con un conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el conjunto de sellado esta dispuesto en un rotor y/o estator de la turbina.
9. - Procedimiento para la fabricacion de un conjunto de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las conchas del conjunto de sellado se fabrican por capas por medio de un procedimiento generativo.