BR112017008795B1

BR112017008795B1 - Setor para a montagem de um estágio de uma turbina e método para fabricar um estágio de uma turbina

Info

Publication number: BR112017008795B1
Application number: BR112017008795-2A
Authority: BR
Inventors: Giacomo BENCINI; Fabio FORNACIARI; Pierluigi Tozzi; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2022-11-08
Also published as: RU2017113724A; CN107208491A; BR112017008795A2; WO2016071224A1; US11008893B2; RU2017113724A3; PL3215715T3; EP3215715A1; CN107208491B; BR112017008795A8; RU2700313C2; EP3215715B1; US20170328237A1

Abstract

Setor (2) para a montagem de um estágio (1) de uma turbina, compreendendo uma porção central (2a) e uma porção periférica (2b); uma pluralidade de palhetas (6) ligadas entre as referidas porções central (2b) e periférica (2a); um primeiro lado (16) e um segundo lado (17) opostos entre si, estando o primeiro lado (16) configurado para se juntar com o segundo lado (17) de outro setor (2), em que o primeiro lado (16) é fornecido com uma primeira porção de ligação (18) e o segundo lado (17) é fornecido com uma segunda porção de ligação (19) configurada para acoplar-se com uma primeira porção de ligação (18) de um primeiro lado (16) de outro setor (2).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um setor para a montagem de um estágio de uma turbina. Em particular, uma realização da presente invenção refere-se a um setor para a montagem de um estágio de uma turbina a vapor. Especificamente, o estágio montado por estes setores possui palhetas ocas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Em turbinas, a condensação parcial do vapor ocorre no seu último estágio ou estágios.

[003] Em particular, a condensação ocorre na porção de aerofólio das palhetas do estator de um denominado “estágio de condensação”, tipicamente o último estágio da turbina.

[004] Se forem geradas gotículas como consequência da condensação, estas deixam as palhetas do estator estático e atingem as palhetas do rotor rotativo; portanto, danos às palhetas do rotor podem ocorrer.

[005] A fim de reduzir os danos causados pelas gotículas, a velocidade de rotação das palhetas do rotor pode ser reduzida. No entanto, desta forma a eficiência da turbina é também reduzida.

[006] De forma alternativa, a fim de reduzir qualquer dano nas palhetas do rotor, existem soluções para recolher a condensação antes da geração de gotículas.

[007] A mais típica destas soluções consiste em utilizar palhetas de estator ocas onde a condensação é provável de acontecer, proporcionando orifícios e / ou fendas através da porção de aerofólio das palhetas que se prolongam desde a superfície do aerofólio até à cavidade interna e sugam para a cavidade interna, de modo que qualquer condensação saia da superfície do aerofólio e entre na cavidade interna. Deste modo, a liberação de gotículas pode ser altamente reduzida.

[008] Um estágio de uma turbina é conhecido. Tal estágio é fabricado por um método, que compreende as etapas de usinagem de um anel interno e um anel externo, tendo cada um destes um canal respectivo. Cada um destes anéis possui uma superfície interna com uma pluralidade de orifícios em comunicação fluida com o canal. É fabricada uma pluralidade de palhetas de turbina, cada palheta possuindo uma respectiva abertura e uma cavidade oca em comunicação fluida com o ambiente externo através dessa abertura.

[009] As palhetas são então soldadas aos anéis. Especificamente, cada orifício em um único anel é colocado em comunicação fluida com a cavidade de uma palheta respectiva.

[010] Como resultado, no estágio montado a água condensada pode ser extraída através da abertura de uma palheta, fluindo assim para dentro da cavidade e depois para dentro do canal de um dos dois anéis.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] Uma primeira realização da presente invenção está, portanto, relacionada com um setor para a montagem de um estágio de uma turbina. Este setor compreende uma porção central e uma porção periférica. Uma pluralidade de palhetas está ligada entre as porções central e periférica. O setor possui também um primeiro e um segundo lado, opostos um ao outro. O primeiro lado está configurado para se juntar com o segundo lado de outro setor. Especificamente, o primeiro lado é fornecido com uma primeira porção de ligação, enquanto que o segundo lado é fornecido com uma segunda porção de ligação. A segunda porção de ligação está configurada para acoplar-se com uma primeira porção de ligação de um setor diferente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] Detalhes adicionais e realizações específicas irão se referir aos desenhos anexos, nos quais: - a Figura 1 é uma vista frontal de um estágio de uma turbina montada a partir de uma pluralidade de setores de acordo com uma realização da presente invenção; - a Figura 2 é uma vista posterior de um detalhe do estágio de uma turbina da Figura 1; - a Figura 3 é uma vista em perspectiva de um setor para a montagem de um estágio de uma turbina, de acordo com uma realização da presente invenção; - a Figura 3a é uma vista em corte de um detalhe do setor da Figura 3; e - as Figuras 4a, 4b, 5a e 5b são, cada uma, uma vista de um respectivo detalhe do setor da Figura 3.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[013] A descrição a seguir, de realizações, refere-se aos desenhos anexos. Os mesmos números de referência em desenhos diferentes identificam os mesmos elementos ou elementos semelhantes. A descrição detalhada que se segue não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[014] Referência ao longo de todo o relatório descritivo a “uma realização” significa que uma realização, estrutura ou característica particular, descrita em conexão com uma realização, está incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Assim, o aparecimento da expressão “em uma realização” em vários locais ao longo do relatório descritivo não se refere necessariamente à mesma realização. Além disso, as realizações, estruturas ou características particulares podem ser combinadas de qualquer forma adequada em uma ou mais realizações.

[015] Por conseguinte, um setor para a montagem de um estágio de uma turbina será descrito em detalhes, com referência aos desenhos anexos, onde este será indicado com o número 2. O estágio da turbina será indicado com o número 1. O estágio 1 é em particular um estágio de uma turbina a vapor. No entanto, em uma realização diferente da presente invenção, não ilustrada nos desenhos, a mesma solução técnica pode ser aplicada a um estágio de uma turbina a gás.

[016] O estágio 1 possui um eixo central “A”. O estágio possui uma zona central 1a e uma zona periférica 1b em relação ao eixo central “A”. Em outras palavras, a zona central 1a pode ser considerada uma parte interna do estágio 1, enquanto que a zona periférica 1b pode ser entendida como uma parte externa do estágio 1, em relação ao eixo central “A”. O fluxo de fluido gás no caso de uma turbina a gás, vapor no caso da turbina a vapor dentro da turbina é dirigido substancialmente ao longo do eixo central “A”. A partir do eixo central “A” o estágio 1 desenvolve-se para fora, principalmente em um plano de referência perpendicular ao eixo central “A”. Neste plano de referência pode ser definida uma pluralidade de direções radiais “R”, cada uma situada no plano de referência e atravessando o eixo central “A” do estágio 1. Estas direções radiais “R” serão utilizadas como referência em uma parte seguinte da presente descrição.

[017] O estágio 1 é fornecido com uma pluralidade de palhetas 6. Cada palheta 6 projeta-se radialmente a partir da zona central 1a para a zona periférica 1b. Adicionalmente, cada palheta 6 possui uma superfície externa 7, a qual é definida por um aerofólio, cujos parâmetros geométricos são escolhidos dependendo da aplicação específica.

[018] Pelo menos uma das palhetas 6, de preferência várias palhetas 6 e mais preferencialmente todas elas, possuem uma abertura 8 na superfície externa 7. Estas aberturas 8 compreendem uma pluralidade de fendas 25, cada uma orientada radialmente ao longo da palheta 6 de modo que, em funcionamento, elas são transversais em relação ao fluxo de fluido. De fato, as palhetas 6 são também providas com uma cavidade 9 localizada em uma zona interna. Em outras palavras, as palhetas 6 são ocas.

[019] Em detalhe, a cavidade 9 estende-se ao longo de pelo menos uma porção do comprimento radial da palheta 6, de preferência ao longo de todo o comprimento radial da palheta 6. Cada abertura 8 estende-se igualmente ao longo de pelo menos uma porção do comprimento radial da palheta 6. No contexto da presente descrição, por “comprimento radial” entende- se o comprimento da palheta 6 ao longo de uma direção radial, isto é, uma direção perpendicular ao eixo central “A” do estágio 1 e que se projeta a partir da mesma. A abertura 8 está configurada de modo a colocar a cavidade 9 em comunicação fluida com um volume fora da palheta 6.

[020] Mais particularmente, de modo que a cavidade 9 dentro da palheta 6 possua uma superfície interna 10. A forma da superfície interna 10 pode ser definida de qualquer maneira conhecida por um técnico no assunto, é transversal à palheta 6. Deve-se notar que, de acordo com uma realização preferencial da invenção, as palhetas 6, a porção central 2b e a porção periférica 2a são construídas como um único bloco de material. Em outras palavras, o setor 2 pode ser construído como um único bloco de material. No contexto da presente descrição, produzir o setor 2 “como um único bloco” compreende também qualquer tipo de fabricação de aditivos, em que pequenas partículas de material são fundidas em conjunto para definir o setor 2.

[021] O estágio 1 é fornecido com pelo menos um canal 5, que pode estar localizado na zona periférica 1a e / ou na zona central 1b do estágio 1. Com detalhe adicional, o canal 5 pode ser colocado em ligação fluida com uma zona interna da turbina, onde o estágio 1 está instalado. Mais particularmente, o canal 5 é colocado em comunicação fluida com as cavidades 9 das palhetas 6.

[022] O próprio canal 5 pode ser colocado em ligação fluida com uma zona de baixa pressão não ilustrada fora da turbina. Deste modo, parte do fluxo dentro da turbina pode ser sugado através das aberturas 8, para dentro das cavidades 9 e depois para dentro do canal 5, removendo desta forma o líquido condensado da superfície externa 7 das palhetas 6.

[023] De acordo com uma realização da invenção, o estágio 1 compreende uma pluralidade de setores 2. Em particular, cada setor 2 é geometricamente um setor circular, ou seja, um setor de um círculo ou, mais precisamente, de um anel circular. Cada setor 2 compreende uma porção central 2b e uma porção periférica 2a, assim como uma pluralidade das palhetas 6 acima mencionadas. Cada palheta 6 está ligada à porção central 2b e à porção periférica 2a.

[024] Com detalhe adicional, o setor 2 é fornecido com um alojamento 24, ilustrado nas Figuras 5a e 5b. O alojamento 24 desenvolve-se ao longo de uma direção circular. Além disso, o alojamento 24 é colocado na porção central 2b do setor 2 de tal modo que este fique voltado para o eixo central “A”. Como é ilustrado na Figura 5b, o canal 5 envolve parcialmente o alojamento 24. O alojamento 24 possui a finalidade de conter as vedações para um rotor da turbina, no qual o estágio 1 pode ser instalado. Tanto o vedante como o rotor não são ilustrados nos desenhos anexos, uma vez que estes não fazem parte da invenção.

[025] Com referência à Figura 3, o setor 2 possui um primeiro lado 16 e um segundo lado 17. Estes lados 16 e 17 são opostos um ao outro. O primeiro lado 16 e o segundo lado 17 definem, cada um deles, um respectivo plano de interface. Cada plano de interface é definido por uma respectiva direção radial “R”, ilustrada na Figura 3, e o eixo central “A” do setor 2. O primeiro lado 16 está configurado para se juntar com o segundo lado 17 de um setor 1 diferente.

[026] Especificamente, o primeiro lado 16 é fornecido com uma primeira porção de ligação 18. O segundo lado 17 é fornecido com uma segunda porção de ligação 19, a qual está configurada para acoplar-se com uma primeira porção de ligação 18 de um primeiro lado 16 de outro setor 1. Em outras palavras, a primeira porção de ligação 18 e segunda porção de ligação 19 possuem uma forma complementar. De fato, as porções de ligação 18 e 19 são de preferência projetadas de tal modo que elas possam se encaixar uma na outra, evitando assim a necessidade de soldar os setores 2. A primeira porção de ligação 18 e segunda porção de ligação 19 estão localizadas, em particular, na porção central 2b do setor 2.

[027] Com mais detalhe, a segunda porção de ligação 19 possui uma protrusão 22 que se prolonga a partir do plano radial do segundo lado 17. Conforme ilustrado na Figura 5a, a protrusão 22 possui forma de cunha, de modo que a parte dianteira da segunda porção de ligação 19 pode ser considerada como um “corte” do estágio 1 ao longo de um plano radial, enquanto que o lado de trás, que define a protrusão 22, pode ser considerado um “corte” ao longo de um plano que intersecta o plano radial em um ângulo. O ângulo de interseção é definido considerando a geometria e a orientação das palhetas 6, de modo que o “corte” não intersecte as palhetas 6.

[028] A primeira porção de ligação 18 possui um recesso 21 que se prolonga para dentro a partir do plano radial do primeiro lado 16. Como pode ser visto nas Figuras 5a e 5b, o recesso 21 é moldado de forma complementar em relação à protrusão 22.

[029] Além disso, a fim de travar as porções de ligação 18 e 19 juntas, a segunda porção de ligação 19 possui um encaixe 29, enquanto a primeira porção de ligação possui uma trava 28 que está configurada para ser inserida no encaixe 29.

[030] Com referência às Figuras 5a e 5b, a porção central 2b do setor 2 possui uma parede 30, radialmente externa, na qual as palhetas 6 estão diretamente ligadas. Esta parede 30 também define parcialmente o canal 5 acima descrito. A trava 28 e o encaixe 29 encontram-se ambos localizados na parede 30. Especificamente, o encaixe fica voltado radialmente para fora, enquanto a trava 28 projeta-se radialmente para dentro, a partir da parede 30. A trava 28 e o encaixe 29 são conformados de forma complementar em relação um ao outro.

[031] A primeira porção de ligação 18 compreende uma ranhura 26 que envolve, pelo menos em parte, o canal 5. De modo semelhante, a segunda porção de ligação 19 compreende uma lingueta 27 que envolve, pelo menos em parte, o canal 5. De fato, tal como ilustrado nas Figuras 5a e 5b, a lingueta 27 e a ranhura 26 traçam um perímetro do canal 5. A lingueta 27 é configurada para ser inserida na ranhura 26 de outro setor 2. Um material de vedação, de preferência uma pasta de vedação e, mais preferencialmente, silicone, pode ser colocado entre a lingueta 27 e a ranhura 26 durante a montagem, de modo a unir os dois canais 5 dos respectivos setores 2, de modo que estanque os fluidos. Vantajosamente, isto permite evitar a soldagem dos setores 2.

[032] Em uma realização alternativa, não ilustrada, a lingueta 27 pode ser colocada na primeira porção de ligação 18, enquanto a ranhura 26 é colocada na segunda porção de ligação 19.

[033] Com referência às Figuras 4a e 4b, o setor 2 também compreende uma ranhura 31 adicional, colocada no primeiro lado 16, e uma lingueta 32 adicional colocada no segundo lado 17. Estes são colocados na porção periférica 2a. A ranhura 31 adicional e a lingueta 32 adicional cercam o canal 5 na porção periférica 2a, da mesma maneira que a lingueta 27 e a ranhura 26 previamente discutidas cercam o canal 5 na porção central 2b.

[034] Dois orifícios 33 são colocados nos lados 16 e 17 do setor 2, em particular na porção periférica 2a. Os orifícios são configurados para serem alinhados cada um com um respectivo orifício 33 de outro setor 2. Deste modo, um elemento de ligação não ilustrado nos desenhos, de preferência um parafuso, pode ser inserido nos orifícios 33 de modo a juntar os setores 2 adjacentes.

[035] Deve-se notar que de acordo com uma realização preferida da presente invenção, o estágio 1 compreende quatro setores 2, cada um tendo uma abertura angular de 90° em relação ao eixo central “A”. Outras realizações são possíveis, compreendendo números diferentes de setores 2 que possuem aberturas angulares diferentes.

[036] Outra realização da presente invenção refere-se a um método para fabricar um estágio 1 de uma turbina. Este método compreende as etapas de proporcionar uma pluralidade de setores 2, conforme descrito acima. Os setores 2 são então unidos entre si de modo a definir dois meio-estágios 20.

[037] Em particular, a etapa de unir os setores 2 compreende a etapa de acoplar uma segunda porção de ligação 19 no segundo lado 17 de pelo menos um setor a uma primeira porção de ligação 18 no primeiro lado 16 de um setor 2 adjacente. Preferencialmente, todos os setores que definem um único meio-estágio 20 são ligados deste modo.

[038] Além disso, a lingueta 27 na segunda porção de ligação 19 é inserida na ranhura 26 na primeira porção de ligação 18. De modo semelhante, a lingueta 32 adicional é inserida na ranhura 31 adicional. Ao executar esta etapa, o material de vedação é colocado entre a lingueta 27 e a ranhura 26 e entre a lingueta 32 adicional e a ranhura 31 adicional. Deste modo, as porções dos canais 5 dos respectivos setores 2 podem ser unidas de um modo que estanque os fluidos sem soldagem.

[039] Juntando dois meio-estágios 20, o estágio 1 acima descrito pode ser montado.

Claims

1. SETOR (2) PARA A MONTAGEM DE UM ESTÁGIO (1) DE UMA TURBINA, compreendendo uma porção central (2b) e uma porção periférica (2a); uma pluralidade de palhetas (6) ligadas entre as porções central (2b) e periférica (2a); um primeiro lado (16) e um segundo lado (17) opostos entre si, estando o primeiro lado (16) configurado para se juntar com o segundo lado (17) de outro setor (2), em que o primeiro lado (16) é fornecido com uma primeira porção de ligação (18) e o segundo lado (17) é fornecido com uma segunda porção de ligação (19) configurada para acoplar-se com uma primeira porção de ligação (18) de um primeiro lado (16) de outro setor (2); caracterizado por pelo menos uma das palhetas (6) possuir uma abertura (8) em uma respectiva superfície externa (7), a palheta (6) possuindo uma cavidade interna (9) em comunicação fluida com a abertura (8), o setor (2) possuindo um canal (5) em comunicação fluida com a cavidade interna (9), o canal (5) estando localizado dentro de pelo menos uma dentre a porção central (2b) e a porção periférica (2a); em que o canal (5) é configurado para ser unido na segunda porção de ligação (19) em comunicação fluida com um canal (5) de outro setor (2) em sua primeira porção de ligação (18).

2. SETOR (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira porção de ligação (18) e segunda porção de ligação (19) estarem localizadas na porção central (2b).

3. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelos primeiro lado (16) e segundo lado (17) definirem, cada um deles, um respectivo plano de interface, cada plano de interface também sendo definido por uma direção radial (R) e por um eixo central (A) do setor (2).

4. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela segunda porção de ligação (19) possuir uma protrusão (22) que se prolonga a partir do plano de interface do segundo lado (17), a primeira porção de ligação (18) possuindo um recesso (21) que se estende para dentro a partir do plano de interface do primeiro lado (16).

5. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela primeira porção de ligação (18) compreender uma ranhura (26) que envolve, pelo menos em parte, o canal (5); a segunda porção de ligação (19) compreendendo uma lingueta (27) que envolve, pelo menos em parte, o canal (5), a lingueta (27) estando configurada para ser inserida na ranhura (26) de outro setor (2).

6. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela segunda porção de ligação (19) possuir um encaixe (29), a primeira porção de ligação possuindo uma trava (28) configurada para ser inserida no encaixe (29) para travar as primeira porção de ligação (18) e segunda porção de ligação (19).

7. SETOR (2), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela trava (28) e o encaixe (29) estarem localizados em uma parede (30) radialmente externa do canal (5).

8. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelas palhetas (6), a porção central (2b) e a porção periférica (2a) serem construídas como um único bloco de material.

9. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender ainda uma ranhura (31) adicional, colocada no primeiro lado (16); uma lingueta (32) adicional, colocada no segundo lado (17).

10. SETOR (2), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela ranhura (31) adicional e a lingueta (32) adicional serem colocadas na porção periférica (2a).

11. SETOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado por compreender ainda orifícios (33) colocados no primeiro lado (16) e no segundo lado (17) na porção periférica (2a), os orifícios (33) sendo cada um configurado para ser alinhado com orifícios (33) de outro setor (2), para receber um elemento de ligação.

12. MÉTODO PARA FABRICAR UM ESTÁGIO (1) DE UMA TURBINA, caracterizado por compreender as etapas de proporcionar uma pluralidade de setores (2), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, unir os setores (2) para definir dois meio-estágios (20), unindo os meio-estágios (20) para montar um estágio (1) de uma turbina; em que a etapa de unir os setores (2) compreende a etapa de acoplamento de uma segunda porção de ligação (19) no segundo lado (17) de pelo menos um setor (2) a uma primeira porção de ligação (18) no primeiro lado (16) de um setor adjacente (2) e, desse modo, unir em comunicação fluida o canal (5) de um setor (2) com o canal (5) do setor (2) adjacente.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela etapa de acoplamento compreender a etapa de inserir uma lingueta (27) na segunda porção de ligação (19) em uma ranhura (26) na primeira porção de ligação (18).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela etapa de acoplamento compreender a etapa de inserção de um material de vedação entre a lingueta (27) e a ranhura (26) para unir dois canais (5) dos respectivos setores (2), de modo que estanque os fluidos.