IT201700005808A1 - Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala - Google Patents

Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala

Info

Publication number
IT201700005808A1
IT201700005808A1 IT102017000005808A IT201700005808A IT201700005808A1 IT 201700005808 A1 IT201700005808 A1 IT 201700005808A1 IT 102017000005808 A IT102017000005808 A IT 102017000005808A IT 201700005808 A IT201700005808 A IT 201700005808A IT 201700005808 A1 IT201700005808 A1 IT 201700005808A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
face
appendix
blade
compressor
main body
Prior art date
Application number
IT102017000005808A
Other languages
English (en)
Inventor
Marco Tappani
Andrea Schneider
Original Assignee
Ansaldo Energia Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ansaldo Energia Spa filed Critical Ansaldo Energia Spa
Priority to IT102017000005808A priority Critical patent/IT201700005808A1/it
Priority to EP18152639.3A priority patent/EP3351726B1/en
Priority to CN201810053548.0A priority patent/CN108343637B/zh
Publication of IT201700005808A1 publication Critical patent/IT201700005808A1/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • F04D29/384Blades characterised by form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542Bladed diffusers
    • F04D29/544Blade shapes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/122Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/304Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/10Purpose of the control system to cope with, or avoid, compressor flow instabilities
    • F05D2270/101Compressor surge or stall

Description

“PALA PER UN COMPRESSORE E COMPRESSORE COMPRENDENTE DETTA PALA”
La presente invenzione è relativa ad una pala per un compressore e ad un compressore comprendente detta pala. In particolare la presente invenzione è relativa ad una pala per un compressore di un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica.
Normalmente, gli impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas comprendono un compressore, all’interno del quale scorre un flusso d’aria, una camera di combustione alimentata con combustibile e aria proveniente dal compressore, una turbina a gas all’interno della quale scorrono i gas provenienti dalla camera di combustione ed un generatore, meccanicamente connesso ad uno stesso albero della turbina a gas e del compressore e collegato ad una rete elettrica di distribuzione.
Il compressore e la turbina a gas si estendono lungo un asse longitudinale e definiscono rispettivamente un canale di compressione ed un canale di espansione lungo i quali si alternano schiere radiali di pale rotoriche, le quali ruotano attorno all’asse, e schiere radiali di pale statoriche.
Nel compressore può accadere che si verifichino condizioni di stallo in corrispondenza dei profili palari rotorici o statorici. Tali condizioni possono comportare l’insorgenza di fenomeni di instabilità fino ad arrivare al pompaggio dell’intero compressore.
Siccome il pompaggio del compressore comporta la fermata dell’impianto e il rischio di gravi danni strutturali al compressore stesso, il funzionamento dell’impianto viene normalmente limitato in modo da escludere l’innescarsi di tale fenomeno. Ad esempio, è prassi nota restringere il funzionamento del compressore limitando il valore di portata di aria minima del compressore ad un valore di sicurezza superiore ai valori minimi effettivamente affrontabili dal compressore stesso per garantirne il funzionamento. Tale soluzione ha evidenti impatti negativi sulla possibilità di sfruttamento delle potenzialità dell’impianto
È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare una pala per un compressore che sia priva degli inconvenienti qui evidenziati dell’arte nota; in particolare, è uno scopo del trovato quello di realizzare una pala per un compressore che consenta uno sfruttamento ottimale e in sicurezza delle potenzialità del compressore in modo semplice ed economico, sia dal punto di vista funzionale, sia dal punto di vista costruttivo.
In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad una pala per un compressore comprendente:
– un corpo principale provvisto di una faccia di base, di una faccia di sommità, disposta opposta rispetto alla faccia di base , e di una faccia esterna, la quale si estende tra la faccia di base e la faccia di sommità e definisce il profilo aerodinamico della pala ; il corpo principale essendo conformato in modo da definire lungo la faccia esterna un bordo d’ingresso, un bordo di uscita, una faccia concava e una faccia convessa;
– almeno una appendice disposta in prossimità del bordo d’uscita.
È un ulteriore scopo del trovato quello di fornire un compressore che sia affidabile e al contempo efficiente.
In accordo con tali scopi, la presente invenzione è relativa ad un compressore per un impianto per la produzione di energia elettrica come rivendicato nella rivendicazione 16.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
– la figura 1 è una vista schematica in sezione, con parti asportate per chiarezza, di un impianto per la produzione di energia elettrica comprendente il compressore secondo la presente invenzione;
– la figura 2 è una vista ingrandita di un dettaglio del compressore di figura 1;
– la figura 3 è una vista schematica prospettica, con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio della pala secondo la presente invenzione;
– la figura 4 è una vista schematica dall’alto, con parti asportate per chiarezza, della pala di figura 3;
– la figura 5 è una vista in sezione lungo il piano V-V indicato in figura 3;
– la figura 6 è una vista schematica prospettica, con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio della pala secondo la presente invenzione in accordo ad una seconda forma di realizzazione;
– la figura 7 è una vista schematica prospettica, con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio della pala secondo la presente invenzione in accordo ad una terza forma di realizzazione;
– le figure 8A, 8B, 8C sono rappresentazioni schematiche e semplificate dell’andamento delle linee di flusso in prossimità di una pala per compressore secondo la presente invenzione.
In figura 1 è indicato con il numero di riferimento 1 un impianto per la produzione di energia elettrica a turbina a gas.
L’impianto 1 si estende lungo un asse A longitudinale e comprende una camera di combustione 2, uno statore 3 ed un rotore 4 rotante attorno all’asse A.
Lo statore 3 comprende una cassa statorica 5, la quale si estende attorno all’asse A per tutta la lunghezza del rotore 4 ed è statica, una pluralità di anelli statorici 6 centrati sull’asse A, supportati dalla cassa statorica 5 e disposti in successione lungo l’asse A, ed una pluralità di pale 7 statoriche, le quali si estendono sostanzialmente lungo rispettive direzioni radiali e sono fissate alla cassa statorica 5 e ai rispettivi anelli statorici 6.
Il rotore 4 comprende un albero 8 estendentesi lungo l’asse A, una pluralità di dischi rotorici 9, accoppiati tra loro in modo da definire un unico elemento rotante attorno all’asse A, ed una pluralità di pale 10 rotoriche suddivise in schiere e disposte radialmente rispetto all’asse A.
Gli anelli statorici 6 si estendono attorno ai dischi rotorici 9 e sono distanziati tra loro in modo tale che lungo l’asse A si alternino schiere radiali di pale 10 rotoriche e schiere radiali di pale 7 statoriche.
La pluralità di dischi rotorici 9, gli anelli statorici 6 e la cassa statorica 5 definiscono un canale di compressione 13a all’interno del quale fluisce l’aria da alimentare in compressione alla camera di combustione 2 ed un canale di espansione 14a all’interno del quale fluiscono i gas caldi provenienti dalla camera di combustione 2. Il canale di compressione 13, gli anelli statorici 6, i dischi rotorici 9 e la cassa statorica 5 che circondano il canale di compressione 13 definiscono il cosiddetto compressore 13a.
Il canale di espansione 14, gli anelli statorici 6, i dischi rotorici 9 e la cassa statorica 5 che circondano il canale di espansione 14 definiscono la cosiddetta turbina 14a.
La direzione del flusso d’aria è schematicamente rappresentata dalla freccia indicata con la lettera F.
Lungo il canale di compressione 13 si susseguono diversi stadi. Ciascuno stadio comprende una schiera di pale 7 statoriche ed una schiera di pale 10 rotoriche.
In figura 2 è rappresentata schematicamente una porzione di uno stadio del compressore 13b in cui non sono dettagliati, per semplicità, tutti gli aspetti della presente invenzione.
Ciascuna pala 7 statorica del compressore 13b comprende un corpo principale 15, provvisto di una faccia di base 16 accoppiata in uso al rispettivo anello statorico 6, di una faccia di sommità 17 opposta alla faccia di base 16 e accoppiata in uso alla cassa statorica 5, e di una faccia esterna 18, la quale si estende tra la faccia di base 16 e la faccia di sommità 17 e definisce il profilo aerodinamico della pala 7 statorica.
In sostanza, in uso, la faccia di base 16 è disposta prossimale all’asse longitudinale A rispetto alla faccia di sommità 17 lungo la direzione radiale di estensione della pala 7 statorica.
Ciascuna pala 10 rotorica di compressore comprende un corpo principale 25, provvisto di una faccia di base 26 accoppiata in uso al rispettivo disco rotorico 9, di una faccia di sommità 27 libera ed opposta alla faccia di base 26, e di una faccia esterna 28, la quale si estende tra la faccia di base 26 e la faccia di sommità 27 e definisce il profilo aerodinamico della pala 10 rotorica. La faccia di sommità 27 è spesso definita “apice”.
In sostanza, in uso, la faccia di base 26 è disposta prossimale all’asse longitudinale A rispetto alla faccia di sommità 27 lungo la direzione radiale di estensione della pala 10 rotorica.
Nelle figure 3, 4, 5, 6 faremo riferimento, per pura semplicità di esposizione, ad una pala 7 statorica e al rispettivo corpo principale 15.
Resta inteso che le caratteristiche del corpo principale 15 e della pala 7 statorica descritte qui e nel seguito e rappresentate nelle figure 3, 4 e 5 possano ritenersi valide anche per ciascuna pala 10 rotorica del compressore 13b e per il rispettivo corpo principale 25.
In figura 3 e in figura 4 è rappresentata una porzione della pala 7 statorica secondo la presente invenzione.
La pala 7 comprende il corpo principale 15 appena descritto ed almeno una appendice 29.
Il corpo principale 15 è rappresentato per semplicità come un corpo pieno. Resta inteso che il corpo principale 15 possa essere anche cavo.
Più in dettaglio il corpo principale 15 è conformato in modo da definire lungo la faccia esterna 18 un bordo d’ingresso 30, comunemente detto “leading edge”, un bordo di uscita 31, comunemente detto “trailing edge”, una faccia concava 32 denominata ventre (comunemente detta “pressure side”) e una faccia convessa 33 denominata dorso (comunemente detta “suction side”).
Il corpo principale 15 ha una altezza radiale S (rappresentata in figura 3), generalmente definita nel settore come “span”, una lunghezza assiale C (rappresentata in figura 4), generalmente definita nel settore come “corda” o “chord”, ed una linea mediana M (tratteggiata in figura 4), generalmente definita nel settore come “linea di camber” o “camber line”.
L’appendice 29 è accoppiata al corpo principale 15 in prossimità del bordo di uscita 31. In altre parole, l’appendice 29 è disposta ad una distanza dal bordo di uscita 31 inferiore al 20% della lunghezza assiale C.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 è disposta proprio in corrispondenza del bordo di uscita 31 e pertanto in tale esempio la distanza dal bordo di uscita 31 è sostanzialmente nulla.
Per appendice qui e nel seguito si intende una protrusione del corpo, ad esempio conformata ad aletta, oppure una porzione del corpo stesso opportunamente ripiegata e/o conformata in modo da ottenere lo specifico effetto aerodinamico che descriveremo in dettaglio nel seguito.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 è disposta lungo la faccia concava 32 in prossimità della parete di sommità 17. In altre parole, l’appendice 29 è disposta ad una distanza dalla parete di sommità 17 inferiore al 30% dell’altezza radiale S.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 è disposta proprio in corrispondenza della parete di sommità 17 e pertanto in tale esempio la distanza dalla parete di sommità 17 è sostanzialmente nulla.
L’appendice 29 si estende lungo almeno una porzione del bordo d’uscita 31. Preferibilmente l’appendice 29 ha una altezza radiale S1 pari ad almeno il 2% dell’altezza radiale S del corpo principale 15.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 si rastrema verso il centro del corpo principale 15.
In figura 5 è illustrata una sezione assiale del corpo principale 15 in corrispondenza del piano V-V indicato in figura 3.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 ha una sezione assiale sostanzialmente trapezoidale.
In particolare, l’appendice 29 presenta una faccia anteriore 40, una faccia posteriore 41 ed una faccia intermedia 42 compresa tra la faccia posteriore 41 e la faccia anteriore 40. La posizione della faccia anteriore 40 e della faccia posteriore 41 va intesa nel senso del flusso di aria evolvente nel canale di compressione 13. La faccia anteriore 40, infatti, è la faccia che per prima incontra il flusso di aria evolvente nel canale di compressione 13.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la faccia anteriore 40 è rettilea. Una variante prevede che la faccia anteriore sia curva.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la faccia anteriore 40 si protende dalla faccia concava 32 ed è disposta in modo tale che la tangente in almeno un punto della faccia anteriore 40 intersechi la linea mediana M (camber line) formando un angolo α maggiore di 10° .
Nell’esempio rappresentato in figura 5, in cui la faccia anteriore 40 è rettilinea, la tangente in almeno un punto della faccia anteriore 40 va intesa come il prolungamento della faccia anteriore 40 stessa.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la faccia posteriore 41 è rettilea. Una variante prevede che la faccia posteriore sia curva.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la faccia posteriore 41 si protende dal bordo di uscita 31 ed è disposta in modo tale che la tangente in almeno un punto della faccia posteriore 41 intersechi la linea mediana M (camber line) formando un angolo β superiore a 30°.
Nell’esempio rappresentato in figura 5, in cui la faccia posteriore 41 è rettilinea, la tangente in almeno un punto della faccia posteriore 41 va intesa come il prolungamento della faccia posteriore 41 stessa.
La faccia posteriore ha una larghezza L, intesa come la misura dell’estensione della faccia posteriore 41 lungo una direzione ortogonale alla linea mediana M rispetto al prolungamento della faccia concava 32, inferiore al 10% della lunghezza assiale C (corda).
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, l’angolo α è circa 80° e l’angolo β è circa 90°.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la faccia intermedia 42 è rettilea. Una variante prevede che la faccia intermedia sia curva.
Preferibilmente, il corpo principale 15 e l’appendice 29 sono realizzate di pezzo. In altre parole, il corpo principale 15 e l’appendice 29 sono un corpo monolitico.
Con riferimento alla figura 8A in cui le linee di flusso sono schematicamente rappresentate con linee tratteggiate, l’appendice 29 è conformata in modo da ottenere uno specifico effetto aerodinamico nel canale di compressione 13a: redistribuire la portata evolvente sulla pala spostando la portata in eccesso presente sulla sezione centrale del corpo principale 15 verso la sezione di estremità del corpo principale 15 prossima alla faccia di sommità 17. In questo modo viene evitato lo stallo anche in condizioni operative proibitive per le pale di tipo tradizionale.
In figura 6 è illustrata una pala 70 statorica in accordo ad una seconda forma di realizzazione della presente invenzione. In figura 6 vengono mantenuti gli stessi numeri utilizzati nelle precedenti figure 3-5 per indicare parti sostanzialmente identiche o simili.
In sostanza, la pala 70 differisce dalla pala 7 essenzialmente per il fatto di comprendere una appendice 79 disposta in prossimità della faccia di base 16, invece che in prossimità della faccia di sommità 17. In altre parole, l’appendice 79 è disposta ad una distanza dalla parete di base 16 inferiore al 30% dell’altezza radiale S.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 79 è disposta proprio in corrispondenza della parete di base 16 e pertanto in tale esempio la distanza dalla parete di base 16 è sostanzialmente nulla.
L’appendice 79 ha una altezza radiale S2 anche in questo caso pari ad almeno il 2% dell’altezza radiale S del corpo principale 15 ed ha sostanzialmente la stessa geometria dell’appendice 29.
Con riferimento alla figura 8B in cui le linee di flusso sono schematicamente rappresentate con linee tratteggiate, l’appendice 79 è conformata in modo da ottenere uno specifico effetto aerodinamico nel canale di compressione 13a: redistribuire la portata evolvente sulla pala spostando la portata in eccesso presente sulla sezione centrale del corpo principale 15 verso la sezione di estremità del corpo principale 15 prossima alla faccia di base 16. In questo modo viene evitato lo stallo anche in condizioni operative proibitive per le pale di tipo tradizionale.
In figura 7 è illustrata una pala 700 statorica in accordo ad una terza forma di realizzazione della presente invenzione. In figura 7 vengono mantenuti gli stessi numeri utilizzati nelle precedenti figure 3-5 per indicare parti sostanzialmente identiche o simili.
In sostanza, la pala 700 differisce dalla pala 7 essenzialmente per il fatto di comprendere una ulteriore appendice 779 disposta in prossimità della faccia di base 16.
In altre parole, l’appendice 29 è disposta ad una distanza dalla parete di sommità 17 inferiore al 30% dell’altezza radiale S, mentre l’appendice 779 è disposta ad una distanza dalla parete di base 16 inferiore al 30% dell’altezza radiale S.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’appendice 29 è disposta proprio in corrispondenza della parete di sommità 17 e pertanto in tale esempio la distanza dalla parete di sommità 17 è sostanzialmente nulla e l’appendice 779 è disposta proprio in corrispondenza della parete di base 16 e pertanto in tale esempio la distanza dell’appendice 779 dalla parete di base 16 è sostanzialmente nulla.
L’appendice 779 ha una altezza radiale S2 anche in questo caso pari ad almeno il 2% dell’altezza radiale S del corpo principale 15 ed ha sostanzialmente la stessa geometria dell’appendice 29.
Una variante non illustrata prevede che l’appendice 29 e l’appendice 779 abbiano geometrie diverse in modo da determinare effetti di deviazione del flusso differenti e mirati.
Con riferimento alla figura 8C in cui le linee di flusso sono schematicamente rappresentate con linee tratteggiate, le appendici 29 e 779 sono conformate in modo da ottenere uno specifico effetto aerodinamico nel canale di compressione 13a: redistribuire la portata evolvente sulla pala spostando la portata in eccesso presente sulla sezione centrale del corpo principale 15 verso le sezione di estremità del corpo principale 15 prossime alla faccia di sommità 17 e alla faccia di base 16. In questo modo viene evitato lo stallo anche in condizioni operative proibitive per le pale di tipo tradizionale.
Come già ribadito in precedenza, le caratteristiche della pala 7, 70, 700 descritte con riferimento alle figure da 4 a 7 possono essere considerate applicabili anche alle pale 10 rotoriche.
Le pale 7, 10, 70, 700 secondo la presente invenzione sono in grado di aumentare considerevolmente la capacità di deflessione del flusso in prossimità di una o di entrambe le estremità del corpo principale 15 25. In questo modo viene evitata lo stallo anche in condizioni operative proibitive per le pale di tipo tradizionale. Come già ribadito in precedenza con riferimento alle figure 8A, 8B, 8C, le appendici 29, 79, 779 sono in grado di redistribuire la portata evolvente sulla pala 7, 10, 70, 700, spostando la portata in eccesso presente sulla sezione centrale verso una o più sezioni di estremità del corpo principale 15 25.
È in corrispondenza delle estremità, infatti, che aumenta il rischio di stallo. I profili aerodinamici delle pale di un compressore lavorano in condizioni diverse nella porzione centrale del profilo e alle due estremità radiali. Se nelle suddette zone di estremità le pale non riescono a generare una deflessione del flusso sufficiente a fare in modo che il flusso sia aderente al profilo, la funzione di tutta la pala risulta compromessa.
L’aderenza o meno del flusso al profilo di una pala dipende dalla forma del profilo palare, dalla velocità del flusso e dalla presenza di attriti viscosi, vortici e altri fenomeni aerodinamici di disturbo.
Nelle zone di estremità di una pala, si hanno elevate perdite viscose. Quando le portate di aria evolvente sono basse (ad esempio quando l’impianto viene operato a carico minimo) le zone di estremità sono le più soggette alla separazione di flusso e, quindi, al rischio di stallo.
Grazie alla presente invenzione, quindi, viene ridotta la tendenza allo stallo delle sezioni di estremità della pala 7, 10, 70, 700 e di conseguenza viene aumentato il range operativo utile del compressore 13b, con evidenti vantaggi in termini di prestazioni dell’intero impianto 1.
Vantaggiosamente, nelle pale 7, 10, 70, 700 secondo la presente invenzione il profilo aerodinamico (i.e. la faccia esterna 18, 28 del corpo principale 15,25) non viene modificato in termini di curvatura, di dimensioni assiali, o radiali.
Ciò evita interventi onerosi e complessi dal punto di vista progettuale e costruttivo.
La semplice aggiunta di una o più appendici determina un incremento della capacità della pala di redistribuire la portata dalle sezioni centrali a quelle di estremità a parità di superficie. Ciò è determinato da un considerevole incremento di portanza sulle sezioni di estremità a fronte di un basso incremento di resistenza.
Laddove è presente l’appendice, infatti, la pala si comporta come se la sua lunghezza assiale (corda) fosse più lunga. Le stime effettuate indicano che l’appendice generi una portanza palare simile a quella di una pala avente superfice maggiorata del 20%.
In conclusione, grazie alla pala secondo la presente invenzione, il campo operativo del compressore 13b viene ampliato senza richiedere interventi strutturali importanti.
Le ridotte dimensioni delle appendici 29, 79, 779 rendono la presente invenzione di facile ed economica realizzazione.
Risulta infine evidente che alla pala e al compressore qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Pala per un compressore comprendente: – un corpo principale (15; 25) provvisto di una faccia di base (16; 26), di una faccia di sommità (17; 27), disposta opposta rispetto alla faccia di base (16; 26), e di una faccia esterna (18; 28), la quale si estende tra la faccia di base (16; 26) e la faccia di sommità (17; 27) e definisce il profilo aerodinamico della pala (7; 10; 70; 700) ; il corpo principale (15; 25) essendo conformato in modo da definire lungo la faccia esterna (18; 28) un bordo d’ingresso (30), un bordo di uscita (31), una faccia concava (32) e una faccia convessa (33); – almeno una appendice (29; 79; 779) disposta in prossimità del bordo d’uscita (31).
  2. 2. Pala secondo la rivendicazione 1, disposta, in uso, lungo una direzione radiale rispetto all’asse di estensione (A) del compressore (13b); il corpo principale (15; 25) avendo una altezza radiale (S) ed una lunghezza assiale (C).
  3. 3. Pala secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’appendice (29; 79; 779) è disposta lungo la faccia concava (32).
  4. 4. Pala secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’appendice (29; 79; 779) si estende lungo almeno una porzione del bordo d’uscita (31).
  5. 5. Pala secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’appendice (79; 779) è disposta in prossimità della faccia di base (16; 26).
  6. 6. Pala secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’appendice (29) è disposta in prossimità della faccia di sommità (17; 27).
  7. 7. Pala secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’appendice (29; 79; 779) si rastrema verso il centro del corpo principale (15; 25).
  8. 8. Pala secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 7, in cui l’appendice (29; 79; 779) ha una altezza radiale (S1; S2; S1, S2) pari ad almeno il 2% dell’altezza radiale (S) del corpo principale.
  9. 9. Pala secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 8, in cui l’appendice (29; 79; 779) ha una sezione assiale sostanzialmente trapezoidale.
  10. 10. Pala secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, in cui l’appendice (29; 79; 779) presenta una faccia anteriore (40), una faccia posteriore (41) ed una faccia intermedia (42) compresa tra la faccia posteriore (41) e la faccia anteriore (40).
  11. 11. Pala secondo la rivendicazione 10, in cui la faccia anteriore (40) è disposta in modo tale che la tangente in almeno un punto della faccia anteriore (40) intersechi una linea mediana (M) formando un primo angolo (α) superiore a 10°.
  12. 12. Pala secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui la faccia posteriore (41) è disposta in modo tale che la tangente in almeno un punto della faccia posteriore (41) intersechi una linea mediana (M) formando un secondo angolo (β) superiore a 30°.
  13. 13. Pala secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui la faccia posteriore (41) ha una larghezza (L), intesa come la misura dell’estensione della faccia posteriore (41) lungo una direzione ortogonale alla linea mediana (M) rispetto alla faccia concava (32), inferiore al 10% della lunghezza assiale (C).
  14. 14. Pala secondo la rivendicazione 5, comprendente un ulteriore appendice (29) estendentesi lungo una ulteriore porzione del bordo d’uscita (31) in prossimità della faccia di sommità (17).
  15. 15. Compressore per un impianto per la produzione di energia elettrica a turbina a gas estendentesi lungo un asse longitudinale (A) e provvisto di una pluralità di pale rotoriche (10) e di una pluralità di pale statoriche (7); almeno una delle pale della pluralità di pale rotoriche (10) e di una pluralità di pale statoriche (7) essendo del tipo rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
IT102017000005808A 2017-01-19 2017-01-19 Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala IT201700005808A1 (it)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102017000005808A IT201700005808A1 (it) 2017-01-19 2017-01-19 Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala
EP18152639.3A EP3351726B1 (en) 2017-01-19 2018-01-19 Blade or vane for a compressor and compressor comprising said blade or vane
CN201810053548.0A CN108343637B (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于压缩机的叶片或导叶及包括所述叶片或导叶的压缩机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102017000005808A IT201700005808A1 (it) 2017-01-19 2017-01-19 Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT201700005808A1 true IT201700005808A1 (it) 2018-07-19

Family

ID=58737740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102017000005808A IT201700005808A1 (it) 2017-01-19 2017-01-19 Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3351726B1 (it)
CN (1) CN108343637B (it)
IT (1) IT201700005808A1 (it)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0615903A1 (en) * 1993-03-13 1994-09-21 Westland Helicopters Limited Rotary blades
EP0833060A2 (en) * 1996-09-30 1998-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Blade for axial fluid machine
EP1112928A2 (de) * 1999-12-31 2001-07-04 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flügelprofil mit leistungs-steigernder Hinterkante
EP2336492A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Guide vane with a winglet for an energy converting machine and machine for converting energy comprising the guide vane
US20160348694A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine stator with winglets

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105756975B (zh) * 2016-04-26 2018-02-27 浙江理工大学 一种叶片前缘带凹槽结构和叶根吹气的轴流风机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0615903A1 (en) * 1993-03-13 1994-09-21 Westland Helicopters Limited Rotary blades
EP0833060A2 (en) * 1996-09-30 1998-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Blade for axial fluid machine
EP1112928A2 (de) * 1999-12-31 2001-07-04 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flügelprofil mit leistungs-steigernder Hinterkante
EP2336492A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Guide vane with a winglet for an energy converting machine and machine for converting energy comprising the guide vane
US20160348694A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine stator with winglets

Also Published As

Publication number Publication date
EP3351726A1 (en) 2018-07-25
CN108343637B (zh) 2022-11-08
CN108343637A (zh) 2018-07-31
EP3351726B1 (en) 2020-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8647054B2 (en) Axial turbo engine with low gap losses
US9404368B2 (en) Blade cascade and turbomachine
US10480531B2 (en) Axial flow compressor, gas turbine including the same, and stator blade of axial flow compressor
RU2711204C2 (ru) Узел спрямления воздушного потока газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такой узел
US2844001A (en) Flow straightening vanes for diffuser passages
US9359900B2 (en) Exhaust diffuser
US9051839B2 (en) Supersonic turbine moving blade and axial-flow turbine
US20080199306A1 (en) Turbomachine casing with treatment, a compressor, and a turbomachine including such a casing
JP2009121468A (ja) 蒸気タービン
JP2009511811A (ja) ターボ機械用翼
US1749528A (en) Blading for reaction turbines
EP3192983B1 (en) Exhaust hood and its flow guide for steam turbine
US2846137A (en) Construction for axial-flow turbomachinery
CA2848153A1 (en) Method for profiling a replacement blade as a replacement part for an old blade for an axial-flow turbomachine
US10301970B2 (en) Axial turbine
US20180030835A1 (en) Turbine and gas turbine
US9316107B2 (en) Static vane assembly for an axial flow turbine
IT201700005808A1 (it) Pala per un compressore e compressore comprendente detta pala
US9435221B2 (en) Turbomachine airfoil positioning
US9121285B2 (en) Turbine and method for reducing shock losses in a turbine
JP6215154B2 (ja) 回転機械
JP6970756B2 (ja) 蒸気タービン
US20140227102A1 (en) Rotor blade for a compressor of a turbomachine, compressor, and turbomachine
KR101902693B1 (ko) 터빈 장치
ITTO20111009A1 (it) Profilo aerodinamico di una turbina