IT8922053A1 - Dispositivo per l'alimentazione di aria di raffreddamento per palette di rotore di turbine a gas. - Google Patents
Dispositivo per l'alimentazione di aria di raffreddamento per palette di rotore di turbine a gas. Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda un dispositivo per l'alimentazione di aria di raffreddamento per palette di rotore di turbine a gas, che sono ancorate ad accoppiamento di forma e di forza su un disco rotorico e i cui piedi di paletta formano con il disco rotorico camere di raffreddamento, ciascuna camera essendo in collegamento con canali di raffreddamento estendentisi attraverso la paletta.
Un dispositivo di tale tipo ? noto da DE-OS 1814 430, in cui dispositivi per il collegamento fra camera di raffreddamento e sorgente del fluido refrigerante
ruotano insieme, cos? che essi presentano grandi
masse rotanti sotto forma di distanziatori rotanti
ad accoppiamento geometrico fra le giranti consecutive. La corrente di aria di raffreddamento nella
camera di raffreddamento viene deviata mediante deflettori della corrente di raffreddamento ed elementi di tenuta, per cui molte superfici di tenuta
si appoggiano contemporaneamente su corpi diversi,
il che non garantisce una completa tenuta della
corrente d'aria di raffreddamento, a causa delle discontinuit? fra i corpi da superare.
Inoltre, ? noto da EP-0043 300 un dispositivo per l'alimentazione di aria di raffreddamento per palette rotoriche di turbine a gas, in cui una flangia collegata a tenuta assialmente e ad accoppiamento geometrico contro la girante, collega le camere di raffreddamento disposte inferiormente o lateralmente ai piedi delle palette di un rotore con la sorgente di aria di raffreddamento. Durante l'adduzione e l?attraversamento dell'aria di raffreddamento fra la flangia o disco di copertura, trascinata in rotazione, e il disco rotorico il gas di raffreddamento viene reso turbolento e subisce elevate perdite per attrito a causa, per esempio, dell?effetto di Coriolis e della formazione di strati di Ekman. In tal modo la caduta di pressione dell'aria di raffreddamento, che sarebbe convertibile in abbassamento di temperatura, viene pregiudizievolmente ridotta. Perci?, nei sistemi a disco di copertura l'abbassamento di temperatura dell'aria di raffreddamento ? limitato in modo pregiudizievolmente elevato.
Una alimentazione diretta, con poco contatto, dell'aria di raffreddamento dallo statore alle camere di raffreddamento rotanti nel piede delle palette, come noto da DE-OS 1942 346, richiede una tenuta a labirinto su grande diametro, che ? accompagnata ad un elevato dispendio in dispositivi sul lato statorico per adattare il labirinto ai diversi stati di funzionamento del propulsore.
Scopo dell'invenzione ? indicare un dispositivo del tipo suddetto, ch? presenti masse rotanti minime, un collegamento con poche perdite, senza tenute e senza contatti, fra la sorgente dell'aria di raffreddamento sul lato dello statore e la camera di raffreddamento sul lato retorico/ superando un vano a bassa pressione, che garantisca una elevata riduzione della temperatura dell'aria di raffreddamento e che dia luogo a una riduzione dei cost? sul lato di statore, riducendo il numero delle superfici di tenute necessarie nella camera di raffreddamento ed eliminando i dispositivi per l'adattamento di una tenuta a labirinto.
Questo scopo viene raggiunto per il fatto che in ciascuna camera di raffreddamento ? disposto un inserto, che ? collegato con il piede delle palette ad accoppiamento di forma ed ? chiuso verso il lato a bassa pressione del disco rotorico, e che sul lato ad alta pressione gli inserti sporgono in fuori oltre il disco rotorico e formano un'apertura di ammissione dell'aria anulare, fessurata verso il mozzo un ugello di mandata dell?aria di forma anulare, sul lato dello statore, essendo orientato sostanzialmente radiale verso l'esterno sull'apertura di ammissione dell'aria.
Con il dispositivo secondo l'invenzione la sorgente dell'aria di raffreddamento sul lato statorico ? collegata con un ugello di mandata dell'aria anulare sul lato statorico, che genera una corrente d'aria di raffreddamento orientata radialmente, sostanzialmente verso l'esterno, la quale forma un velo anulare omogeneo di aria di raffreddamento. Questo velo di aria di raffreddamento incide su una superficie di incidenza nella regione radialmente esterna del bordo del disco retorico e viene deviata verso l'apertura anulare rotante di ammissione dell'aria, che viene formata dai segmenti anulari, fessurati verso il mozzo, degli inserti delle camere di raffreddamento.
A questa corrente di aria di raffreddamento, per l'adattamento dei filetti fluidi dall'elemento strutturale statico dell'ugello di mandata dell'aria ai segmenti di anello rotanti dell'apertura di ammissione dell'aria viene impressa una componente circonferenziale mediante un altro dispositivo collegato a monte dell'ugello di mandata dell'aria, come per esempio un ugello per turbolenza.
Questo dispositivo ha il vantaggio di creare un collegamento completamente senza contatti fra la sorgente dell'aria di raffreddamento sul lato statorico e 1'utilizzatore sul lato retorico, e di non dover prevedere alcun dispositivo per la regolazione dell'intercapedine di tenuta. Le masse rotanti sotto forma di dischi di copertura massicci o distanziatori vengono limitate a inserti di piccolo volume nelle camere di raffreddamento, i quali con una opportuna scelta del materiale rappresentano un peso addizionale minimo.
Con particolare vantaggio questo inserto viene preferibilmente eseguito in una struttura di un sol pezzo.
L'inserto, in una opportuna forma di realizzazione dell'invenzione, ? collegato con una singola sede anulare di accoppiamento e di tenuta al piede delle palette, ad accoppiamento di forma. Questa sede di tenuta dell'inserto garantisce vantaggiosamente una completa tenuta della corrente dell'aria di raffreddamento nella camera di raffreddamento, perch? essa si appoggia contro un singolo elemento strutturale e non deve superare alcun giunto fra corpi diversi.
Una particolare forma di realizzazione consiste nell'eseguire l'inserto come elemento strutturale solidale con il piede di paletta mediante saldatura con o senza materiale di apporto, incollatura o sinterizzazione, ottenendo in tal modo vantaggi osamente un montaggio semplificato, un numero di pezzi di elementi strutturali minore e una eliminazione completa delle superfici di tenuta.
Mediante una conformazione aerodinamica dell'inserto nella regione della corrente d'aria di raffreddamento, quest'ultima viene deviata con poche perdire con rigenerazione della pressione d'aria di raffreddamento e addotta ai canali di raffreddamento nelle palette del rotore. In tal modo diviene possibile un abbassamento della temperatura del gas di raffreddamento, che per effetto della adduzione con poche perdite ? maggiore di quella delle soluzioni note allo stato della tecnica.
Le componenti dell'aria di raffreddamento affette da perdite, come per esempio le componenti turbolente, vengono inoltre separate nella transizione dall'ugello di mandata dell'aria all'apertura di ammissione dell'aria mediante una superficie di incidenza investita sotto un angolo tra 20? e 50?, preferibilmente di 33?, nella regione del bordo del disco rotorico. Questa corrente di dispersione separata ha lo stesso ordine di grandezza delle correnti di dispersione delle usuali tenute a labirinto.
L'estensione assiale della superficie di incidenza anulare nella regione dei bordi del disco rotorico ? preferibilmente maggiore degli spostamenti assiali provocati dal funzionamento durante l'ugello di mandata dell'aria sul lato statorico e il disco rotorico, affinch? la corrente dell'aria di raffreddamento dopo l'uscita dall'ugello di mandata dell'aria incida dapprima sulla superficie di incidenza in tutti gli stati di funzionamento e poi venga deviata verso l'apertura di ammissione dell'aria. Ci? ha il vantaggio che l'apertura di ammissione dell'aria viene investita dai filetti fluidi ottimalmente in tutte le condizioni di funzionamento .
Per ottimizzare la corrente d'aria separata a monte dell'ugello di mandata dell'aria, l'apertura di ammissione dell'aria viene preferibilmente eseguita pi? stretta dell'ugello di mandata dell'aria. Questa disposizione ha il vantaggio che si ottiene un aumento di pressione con minori perdite nell'inserto della camera di raffreddamento.
In modo particolarmente semplice l'inserto ? eseguibile come corpo di metallo sinterizzato o di metallo fuso. Come materiali base vengono impiegati preferibilmente materiali delle palette a base di nichel o cobalto, in modo da presentare un andamento della dilatazione termica adatto ai piedi delle palette .
Un'altra forma di realizzazione dell'invenzione consiste nel fabbricare gli inserti preferibilmente con materiali ossiceramici o ceramici sinterizzati, perch? questi materiali mantengono piccole le masse rotanti, con economia di peso.
Le Figure mostrano esempi di realizzazione dell 'invenzione .
La Figura 1 mostra schematicamente un dispositivo secondo l'invenzione per l'alimentazione dell'aria di raffreddamento per palette di rotore di turbine a gas, in sezione trasversale.
La Figura 2 mostra, dall'esempio di realizzazione di Figura 1, un inserto in una camera di raffreddamento sotto il piede di una paletta, in sezione trasversale.
La Figura 3 mostra un particolare di una vista frontale dell'esempio di realizzazione di Figura 1.
La Figura 1 mostra schematicamente un dispositivo secondo l'invenzione con un ugello anulare di mandata dell'aria 1 sul lato statorico, che genera in direzione della freccia una corrente di aria di raffreddamento 2 omogenea, senza contatti, orientata radialmente verso l'esterno. A questa corrente d'aria di raffreddamento 2 viene impartita una componente circonferenziale mediante un ugello per turbolenza 3, che ? disposto fra due bigastre di copertura 4 e 5 a forma di disco. L'ugello di mandata dell'aria 1 dirige la corrente dell?aria di raffreddamento 2 attraverso una intercapedine anulare 13 fra statore 6 e rotore 7 su una superficie di incidenza 23 nella regione del bordo del disco retorico 7. La superficie di incidenza 23 deflette la corrente d'aria di raffreddamento verso un'apertura di ammissione dell'aria 8 di un inserto 9 di una camera dell'aria di raffreddamento 10 sotto il piede 11 di una paletta 22. L?inserto 9 devia la corrente d'aria di raffreddamento 2, dopo che essa ha sorpassato l?apertura di ammissione dell'aria 8, (vedere le frecce), e la conduce nei canali dell?aria di raffreddamento 12, 20 e 21 nel piede 11 della paletta.
La Figura 2 mostra, dall'esempio di realizzazione della Figura 1, un inserto 9 in una camera di raffreddamento 10 sotto un piede di paletta 11, in sezione trasversale. L'inserto 9 deflette la corrente d'aria di raffreddamento 2 orientata radialmente, che attraverso l'intercapedine anulare 13 fra statore 6 e disco rotorico 7, dopo la deviazione da parte della superficie di incidenza 23, giunge nell'apertura di ammissione dell'aria 8 dell'inserto 9, nei canali dell'aria di raffreddamento 12, 20 e 21 del piede 11 della paletta. L'aria di raffreddamento attraversa il vano di deflessione 19 conformato in modo aerodinamicamente vantaggioso. L'inserto 9 ? chiuso a tenuta di gas da una appendice di centratura 14 circondante anularmente il piede 11 della paletta, collegato ad accoppiamento di forma con il piede d? paletta 11 e chiuso a tenuta di gas mediante la sede di tenuta 15. La paletta e l'inserto vengono assicurati contro spostamenti assiali dal disco di assicurazione 16 e dall'inserto di assicurazione 17 di forma anulare.
La Figura 3 mostra un particolare di una vista frontale dell'esempio di realizzazione secondo Figura 1, in cui vengono raffigurate soltanto tre posizioni di paletta di un disco rotorico 7. I relativi inserti sporgono in fuori oltre il bordo del disco rotorico 7 e formano una apertura di ammissione dell'aria 8 che ? contrapposta, sostanzialmente in senso radiale verso l'esterno, all'ugello di mandata dell'aria 1 sul lato statorico. Nell'intercapedine anulare fra l'apertura di ammissione dell'aria 8 e l'ugello di mandata dell'aria 1 ? disposta la superficie di incidenza 23 nella regione del bordo del disco rotorico 7.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per l'alimentazione di aria di raffreddamento per palette di rotore di turbine a gas, che sono ancorate ad accoppiamento di forma e di forza su un disco retorico e i cui piedi di paletta formano con il disco rotorico camere di raffreddamento, ciascuna camera di raffreddamento essendo in collegamento con canali di raffreddamento estendentisi attraverso le palette, caratterizzato dal fatto che in ciascuna camera di raffreddamento (10) ? disposto un inserto (9), che ? collegato con accoppiamento di forma al piede di paletta (11) ed ? chiuso verso il lato a bassa pressione del disco rotorico (7), e che sul lato ad alta pressione gli inserti (9) sporgono in fuori oltre il disco rotorico (7) e formano un'apertura di ammissione dell'aria (8) anulare, fessurata verso il mozzo, un ugello anulare di mandata dell'aria (1) sul lato statorico essendo orientato sostanzialmente in senso radiale verso l'esterno sull'apertura di ammissione dell?aria (8).
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'inserto (9) ? di un sol pezzo.
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'inserto (9) ? un corpo di metallo sinterizzato o di metallo fuso, fatto di una lega a base di nichel o di cobalto.
- 4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 2, caratterizzato dal fatto che l'inserto (9) ? un corpo sinterizzato di ceramica.
- 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che l'inserto (9) presenta una appendice di centratura (14) rispetto al piede di paletta (11) con una singola sede di tenuta (15).
- 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il piede di paletta e l'inserto formano un elemento strutturale solidale.
- 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che la corrente d'aria di raffreddamento (2) dell'ugello di mandata dell'aria (1) ? orientata secondo un angolo tra 20? e 50?, preferibilmente di 33?, su una superficie di Incidenza anulare (23) nella regione del bordo del disco rotorico (7), per uno sfaldamento di strati superficiali turbolenti della corrente d'aria di raffreddamento (2).
- 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che l'estensione assiale della superficie di incidenza (23) ? maggiore degli spostamenti assiali che intervengono nelle condizioni di funzionamento fra ugello di mandata dell'aria sul lato statorico (1) e disco rotorico (7).
- 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che l'apertura anulare di ammissione dell'aria (8) presenta una fessura pi? sottile dell'ugello di mandata dell'aria (1).
- 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che a monte dell'ugello anulare di mandata dell'aria (1) ? collegato un dispositivo per la generazione di una componente dei filetti fluidi in direzione circonferenziale .
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