IT9019629A1 - Tenute laminari - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo: "Tenute laminari"

RIASSUNTO

Un apparato per effettuare una tenuta fra due componenti strutturali di una macchina a turbina o simile dispositivo, comprende una tenuta laminare posizionata nello spazio tra i due componenti e una molla che spinge contìnuamente la tenuta laminare in posizione sigillante contro i componenti indipendentemente dalla differenza di pressione ai capi della tenuta laminare.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Questa invenzione riguarda tenute laminari per sigillare lo spazio tra due elementi di una macchina a turbina e, più particolarmente, una tenuta laminare contenente una molla che spinge la tenuta laminare in posizione chiusa o di tenuta rispetto ai due elementi in ogni momento, indipendentemente dalla differenza di pressione ai capi della tenuta laminare.

Le tenute laminari sono comunemente impiegate per effettuare una sigillatura sostanzialmente a tenuta di fluido tra componenti strutturali appoggiati in una macchina a turbina o altro apparato, nel quale una zona ad alta pressione è presente su un lato dei componenti strutturali e una zona a bassa pressione è presente sul loro lato opposto.

Le tenute laminari sono tecnicamente sezioni relativamente sottili e pieghevoli che sono formate con un foro adatto a scivolare lungo un perno fissato ad uno dei componenti strutturali appoggiati. Quando i componenti strutturali che devono essere sigillati sono di forma anulare, come in parecchi componenti di macchine a turbina, si impiegano tenute laminari segmentate, cioè, tenute laminari relativamente brevi sagomate ad arco che si appoggiano tra di loro per formare una tenuta anulare essenzialmente continua tra i componenti strutturali.

Indipendentemente dalla particolare forma dei componenti strutturali che devono essere sigillati, le tenute laminari sono mobili rispetto ad una posizione chiusa di tenuta in cui impegnano tutti i componenti strutturali e sigillano lo spazio tra i medesimi, e una posizione aperta nella quale almeno una porzione delle tenute laminari disimpegna un componente strutturale e consente il passaggio di gas tra tali componenti. Nella maggior parte delle applicazioni, il movimento delle tenute laminari lungo i perni verso una posizione chiusa è effettuata applicando una differenza di pressione ai capi della tenuta, cioè una pressione relativamente alta su un lato della tenuta e una pressione comparativamente bassa sull'altro suo lato opposto spinge la tenuta in una posizione chiusa e sigillata contro superfici dei componenti strutturali appoggiati per impedire passaggio di gas tra i medesimi.

Benché le tenute laminari abbiano trovato largo uso in macchine a turbina, la loro efficacia nel creare una sigillatura a tenuta di fluido è completamente dipendente dalla presenza di una sufficiente differenza di pressione tra un lato della tenuta e l'altro. Durante certi stadi operativi di una macchina a turbina, la differenza di pressione di fluido su lati opposti di tenute laminari è relativamente bassa. Sotto queste condizioni, è possibile alle tenute laminari di staccarsi dal loro impegno con i componenti strutturali appoggiati della macchina a turbina per consentire una perdita tra i medesimi.

Una differenza di pressione relativamente piccola ai capi di tenute laminari consente anche movimenti o vibrazioni delle tenute laminari rispetto ai componenti strutturali della macchina a turbina che toccano. Queste vibrazioni delle tenute laminari, che sono provocate dal funzionamento della macchina a turbina e da altre sorgenti, crea l'indesiderabile usura sia delle tenute laminari che delle superfici dei componenti strutturali contro le quali si appoggiano le tenute laminari. Tale usura non solo porta a perdita di gas tra le tenute laminari e i componenti strutturali della turbina, ma anche provoca guasto prematuro della medesima.

Perciò, c'è tra gli scopi di questa invenzione la realizzazione di una tenuta laminare da appoggiarsi o da aggiungersi a componenti strutturali di un apparato, come una macchina a turbina, per impedire la perdita di gas tra tali componenti, che crei una fidata sigillatura a tenuta di fluido nello spazio tra tali componenti strutturali, che resista a perdite di gas indipendentemente dalla differenza di pressione applicata alla tenuta laminare e che resista a vibrazioni o altri movimenti della tenuta laminare rispetto ai componenti strutturali che devono essere sigillati.

Questi scopi sono raggiunti in un apparato per sigillare lo spazio tra due componenti strutturali appoggiati o raggiunti, come i componenti di una macchina a turbina, che comprenda una tenuta laminare e una molla la quale spinga continuamente la tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata rispetto a componenti strutturali che devono essere sigillati.

Questa invenzione è basata sul concetto di trattenere una tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata rispetto a componenti strutturali aggiunti o appoggiati mediante applicazione continua di una forza contro la tenuta laminare mediante una molla o altri mezzi di spinta. Indipendentemente dalla differenza di pressione ai capi della tenuta laminare, la molla o gli altri mezzi di spinta mantengono la tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata rispetto ai componenti strutturali aggiunti o appoggiati che devono essere sigillati. Addizionalmente, spingendo la tenuta lamire continuamente contro i componenti strutturali appoggiati, vibrazioni e altri movimenti relativi tra la tenuta laminare e tali componenti strutturali vengono ridotte, diminuendo perciò l'usura tra tali parti.

In una realizzazione presentemente preferita, uno dei componenti strutturali monta uno o più perni, ciascuno dei quali è adatto a sostenere una tenuta laminare. Un foro, o altra apertura, è formato nella tenuta laminare per infilarsi sopra tali perni di montaggio. Le tenute laminari sono mobili assialmente lungo tali perni di montaggio tra una posizione chiusa e sigillata nella quale una zona della tenuta laminare impegna un primo componente strutturale e un'altra zona della tenuta laminare impegna un secondo componente strutturale per chiudere lo spazio tra i medesimi, e una posizione aperta nella quale almeno una delle zone della tenuta laminare disimpegna un componente strutturale per consentire il passaggio di gas nello spazio tra i medesimi. Un mezzo di spinta.

preferibilmente nella forma di una molla, è montato su uno dei componenti strutturali e impegna la tenuta laminare in un punto intermedio tra le zone della tenuta laminare che toccano i componenti strutturali. La molla è capace di spingere la tenuta laminare contro ciascun componente strutturale in modo da mantemire la tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata in ogni momento. Se la differenza di pressione ai capi della tenuta laminare diminuisce durante il funzionamento della macchina a turbina, la molla tuttavia mantiene la tenuta laminare in posizione sigillata rispetto ai componenti strutturali per impedire ogni perdita di gas tra i medesimi. Inoltre, vibrazioni o altri movimenti relativi tra la tenuta laminare e i componenti strutturali vengono ridotti dalla forza elastica esercitata contro la tenuta laminare.

Una varietà di molle può essere utilizzata per spingere la tenuta laminare in impegno con i componenti che devono essere sigillati. In una realizzazione, la molla è sagomata a U, avendo bracci opposti che sono spinti lontano tra di loro. Un braccio della molla sagomata a. U è montato sul perno che porta la tenuta laminare e l'altro braccio impegna la tenuta laminare in un punto intermedio ai sui estremi in modo da spingere o forzare la tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata contro i componenti struttuali. In una realizzazione alternativa, il mezzo di spinta per la tenuta laminare è una molla elicoidale avente un centro aperto che è infilato sul perno montante ciascuna tenuta laminare. Un estremo della molla elicoidale impegna un componente strutturale e il suo estremo opposto impegna la tenuta laminare in un punto intermedio tra i suoi estremi. La molla elicoidale è inizialmente compressa posizionandola tra la tenuta laminare e un componente strutturale e quindi sporge per spingere la tenuta laminare in posizione chiusa e sigillata rispetto ai componenti strutturali.

In ancora un'ulteriore realizzazione, il mezzo di spinta è una molla a sagoma sinusoidale avente estremi opposti e una sezione arcuata tra i medesimi. Gli estremi della molla a sagoma sinusoidale sono montati fissamente ad uno dei componenti strutturali in modo che la sezione arcuata tra i medesimi impegna la tenuta laminare e la spinge in posizione chiusa e sigillata rispetto ai componenti strutturali che devono essere sigillati.

La struttura, il funzionamento e i pregi della realizzazione presentemente preferita di questa invenzione diventeranno ulteriormente evidenti per considerazione della seguente descrizione, presa assieme con gli allegati disegni, nei quali:

la figura 1 è una vista schematica parziale in sezione di una parte di una macchina a turbina illustrante una posizione nella quale la tenuta laminare e una molla di questa invenzione possono essere utilizzate;

la figura 2 è una vista in sezione ingrandita di una porzione di figura 1 qui illustrante una realizzazione della tenuta laminare e della molla; la figura 3 è una vista simile a quella di figura 2 mostrante una realizzazione alternativa della molla qui impiegata con la tenuta laminare;

la figura 4 è una vista simile a quella delle figure 2 e 3 mostrante ancora un'ulteriore realizzazione della combinazione di molla di tenuta laminare di questa invenzione;

la figura 5 è una vista in sezione presa generalmente lungo la linea 5-5 di figura 4.

Considerando ora la figura 1, una vista frammentaria in sezione di una macchina a trubina 10 è mostrata per lo scopo di illustrare un'ambiente nel quale si può impiegare la tenuta laminare 12 e la molla 15 di questa invenzione. La costruzione dettagliata della macchina a turbina 10 non forma parte di questa invenzione di per se stessa e quindi non viene qui trattata in dettaglio. Per una trattazione dettagliata della macchina a turbina 10, si dovrebbe fare riferimento alla domanda di brevetto USA NO.

4.126.405 ceduta al medesimo titolare della presente invenzione, la cui descrizione si considera qui incorporata per riferimento nella sua interezza.

Per gli scopi della presente trattazione, la macchina a turbina 10 contiene un combustore 15 e una turbina ad alta pressione 16. La turbina ad alta pressione 16 contiene un numero qualsiasi di stadi, ciascuno stadio consistendo di una fila di distributori 17 di turbina e una fila di pale di turbina 18 disposte alternativamente in modo noto nella tecnica.

La struttura di sostegno per la turbina ad alta pressione contiene, sul lato radialmente esterno, una carcassa di combustore 19, un anello esterno di turbina 21 e una carcassa di turbina 22 che sono fissati assieme mediante una pluralità di bulloni 23 distanziati circonferenzialmente. Sul lato radialmente interno della turbina, c'è una carcassa interna di combustore 24 fissata ad un anello interno 26 di turbina mediante una pluralità di bulloni 27. Sul lato posteriore dell'anello di turbina 26, una flangia 32 sporge radialmente all'esterno per agire come arresto di carico assiale per la guida posteriore interna 33 che sporge radialmente all'interno dalla fascia interna 34 per impegnare ad attrito la flangia 32. Una staffa 36 è anche collega all'anello interno di turbina 26 che, a sua volta, sostiene una tenuta esterna fissa 37. L'associato elemento interno rotante di tenuta 38 è sostenuto da una staffa 39 sporgente anteriormente dal disco di turbina 40.

Sul lato radialmente esterno del distributore di turbina 17, l'anello esterno di turbina 21 fornisce un sostegno mediante un arresto 41 sporgente assialmente e una flangia a U 42. La flangia a U 42 fornisce sostegno in direzione assiale impegnando la faccia posteriore della guida posteriore esterna 43 sporgente radialmente all'esterno dalla fascia esterna 44. Un arresto 46 sporgente assialmente impegna ad attrito un'aletta esterna 48 sporgente radialmente all'esterno della pala 17 per fornire sostegno in direzione circonferenziale .

Un raffreddamento dei componenti del sistemei sopra descritti crea zone di pressione maggiore e zone di pressione minore nel combustore 15 e nella turbina 16 che devono essere sigillate tra di loro. Convenzionalmente, dell'aria di raffreddamento a pressione relativamente alta è fatta circolare attorno al combustore anulare 15 tra la carcassa esterna di combustore 19 e la camicia esterna di combustore 49. Vedere le treccie di figura 1. Similmente, l'aria di raffreddamento è fatta circolare tra la carcassa interna di combustore 24 e la camicia interna di combustore 51. Una parte dell'aria di raffreddamento passa attraverso fori 52 nella camica di combustore per raffreddare le sue pareti interne, creando una zona di pressione relativamente bassa, mentre la maggior parte dell'aria scorre a valle per raffreddare i distributori e le fasce di turbina. E' necessario impedire perdita di aria tra il combustore e l'interfaccia degli stadi di pale allo scopo di ottenere il desiderato flusso di aria di raffreddamento ai componenti del sistema.

Considerando le figure 1 e 2, una realizzazione del dispositivo di tenuta di questa invenzione è posizionata nello spazio 60 tra la guida cisterna anteriore 61 di pala e la flangia posteriore di combustore 62, cioè tra i componenti strutturali della macchina a turbina 10 posizionati all'interfaccia tra gli stadi di combustore e di pale. Una tenuta laminare 64 è posizionata in tale spazio 60 ed ha un estremo interno 66 sostenuto entro uno scavo 67 formato nella guida esterna anteriore 61 e un estremo esterno 68 impegnabile con la flangia posteriore 62 di combustore. Questa tenuta laminare 64 è montata in modo scorrevole su un perno 70 collegato alla guida esterna anteriore di pala 61 mediante un dado 72. La tenuta laminare 64 è mobile tra una posizione chiusa e sigillata nella quale il suo estremo interno 66 e il suo estremo esterno 68 impegnano la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62, rispettivamente, come mostrato nelle figure 1 e 2, e una posizione aperta nella quale almeno uno degli estremi 66, 68 della tenuta laminare 64 disimpegna un componente strutturale .

Nella realizzazione delle figure 1 e 2, una molla 74 sagomata a U ha un primo braccio 76 montato in modo fisso sul perno 70 mediante un dado 72 dietro la guida esterna 61 e un secondo braccio 78 portato sul perno 70 sul lato anteriore della guida esterna 61 in impegno con la tenuta laminare 74. I bracci 76, 78 sono allontanati tra di loro in modo che nella posizione mostrata in figura 2, il secondo braccio 78 della molla 74 spinge la tenuta laminare 64 in impegno con la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62 per sigillare lo spazio 60 tra le medesime. Di preferenza, il secondo braccio 78 tocca la tenuta laminare 64 in un punto intermedio tra il suo estremo interno 66 e il suo estremo esterno 68 in modo che tali estremi 66, 68 sono sigillati effettivamente contro la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62.

Considerando ora la figura 3, la molla 74 delle figure 1 e 2 è eliminata e sostituita con una molla elicoidale 80 per mantenere la tenuta laminare 64 in posizione contro la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62. La molla elicoidale 80 ha un centro aperto adatto a scivolare lungo il perno 70, un primo estremo 84 che impegna la faccia anteriore della molla esterna 61 e un secondo estremo 86 che impegna la tenuta laminare 64 in un punto intermedio tra i suoi estremi interni ed esterni rispettivamente 66 e 68. La molla elicoidale 80 è compressa inizialmente nel corso della sua collocazione tra la guida esterna 61 e la tenuta laminare 64, e quindi, si espande in modo che il secondo estremo 86 spinge la tenuta laminare 64 in avanti ed in impegno di tenuta con la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62. Un'ancora ulteriore realizzazione di questa invenzione è illustrata nelle figure 4 e 5, nelle quali una molla 88 di forma generalmente sinusoidale è usata al posto della molla elicoidale 80 o della molla sagomata a U 74. La molla 88 di forma sinusoidale ha degli estremi opposti 90 e 92 con una sezione centrale 94 formata a sagoma arcuata generalmente sinusoidale. La molla 88 è fissata a ciascuno estremo 90, 92 mediante perni 70 e dadi 72 in modo che la sezione arcuata centrale 94 impegni la tenuta laminare 64 in un punto intermedio rispetto ai suoi estremi 66, 68. La sezione centrale 94 della molla 88 è compressa quando viene posizionata tra la guida esterna 62 e la tenuta laminare 64 in modo da spingere entrambi gli estremi 66, 68 della tenuta laminare 64 in posizione di tenuta contro la guida esterna 61 e la flangia posteriore 62.

Benché l'invenzione sia stata descritta con riferimento ad una realizzazione preferita, si capirà da parte degli esperti nel ramo che vari cambiamenti possono essere fatti ed equivalenti possono essere sostituiti a suoi elementi senza allontanarsi dal campo dell'invenzione!. In aggiunta, parecchie modifiche possono essere fatte per adattare una particolare situazione o materiale agli insegnamenti dell'invenzione senza allontanarsi dal suo campo essenziale.

Per esempio, le disposizioni combinate di tenuta laminare e di molle illustrate nei disegni furono mostrate nell'ambiente di un distributare di turbina e di una macchina a turbina per creare una tenuta fra due elementi strutturali, cioè, la flangia posteriore di combustore e la guida esterna anteriore di pale. Si dovrebbe capire, tuttavia, che la tenuta laminare e le molle qui descritte potrebbero essere utilizzate in essenzialmente qualsiasi applicazione nella quale le tenute laminari sono di solito impiegate.

Inoltre, si considera che una varietà di differenti molle o altri mezzi di spinta potrebbe essere utilizzata per mantenere la tenuta laminare in posizione^ sigillata senza allontanarsi dal campo di questa invenzione. Perciò, si intende che l'invenzione non sia limitata alla particolare realizzazione esposta come modo migliore considerato per realizzare questa invenzione, ma che l'invenzione contenga tutte le realizzazioni che cadono entro il campo delle seguenti rivendicazioni .

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per effettuare una sigillatura di uno spazio tra un primo elemento e un secondo elemento, comprendente: una tenuta laminare posizionata nello spazio fra un primo elemento e il secondo elemento, detta tenuta laminare essendo mobile verso una posizione di sigillatura nella quale detta tenuta laminare impegna detto primo elemento e detto secondo elemento per sigillare lo spazio tra i medesimi; mezzi di spinta collegati tra uno di detti primi e secondi elementi e detta tenuta laminare per spingere continuamente detta tenuta laminartiverso detta posizione di tenuta.
2. 2. L'apparato di rivendicazione 1, nel quale detto mezzo di spinta è una molla sagomata a U avente un primo braccio e un secondo braccio che sono spinti lontano tra di loro, detto primo braccio essendo montato in modo fisso ad uno di detti primi e secondi elementi e detto secondo braccio impegnando detta tenuta laminare per spingere la medesima verso detta posizione di sigillatura contro detti primi e secondi elementi.
3. 3. L'apparato di rivendicazione 1, nel (quale detto sistema di spinta è una molla elicoidale avente un primo estremo e un secondo estremo, detta molla elicoidale essendo montata tra uno di detti primi e secondi estremi e detta tenuta laminare per spingere detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura.
4. 4. L'apparato di rivendicazione 1, nel quale detto sistema di spinta è una molla di forma sinusoidale avente estremi opposti e una porzione sagomata ad arco tra detti estremi, detta molla sagomata sinusoidale essendo montata su uno dei detti primi e secondi elementi in modo che detta porzione sagomata ad arco impegna e spinge detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura.
5. 5. Apparato per effettuare una sigillatura di uno spazio tra un primo elemento e un secondo elemento, comprendente: una tenuta laminare; mezzi di sostegno per montare detta tenuta laminare rispetto allo spazio tra il primo e il secondo elemento in modo che detta tenuta laminare sia mobile verso una posizione di impegno contro detto primo e secondo elemento per impedire sostanzialmente il passaggio di gas attraverso lo spazio tra i medesimi; mezzi di spinta portati da detti mezzi di sostegno per spingere continuamente detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura.
6. 6. L'apparato di rivendicazione 5, nel quale detto sistema di sostegno è un perno montato a detto primo elemento, detta tenuta laminare essendo montata su detto perno e scorrevole assialmente lungo il medesimo verso detta posizione di tenuta rispetto a detto primo e secondo elemento.
7. 7. L'apparato di rivendicazione 6, nel quale detti mezzi di spinta comprendono una molla sagomata a U avente un primo e secondo braccio che sono spinti lontano fra di loro, detto primo braccio essendo montato in modo fisso a detto perno e detto secondo braccio essendo portato su detto perno in una posizione per impegnare detta tenuta laminare, detto primo e secondo braccio essendo deflessi inizialmente in avvicinamento reciproco e quindi liberati in modo che detto secondo braccio spinga detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura contro detto primo e secondo elemento.
8. 8. L'apparato di rivendicazione 6, nel quale;detti mezzi di spinta comprendono una molla elicoidale avente un centro aperto ed estremi opposti, detto centro aperto di detta molla elicoidale ricevendo detto perno in modo che un estremo di detta molla elicoidale tocchi detto primo elemento e detto altro estremo di detta molla elicoidale impegni detta tenuta laminare, detta molla elicoidale essendo inizialmente compressa tra detto primo elemento e detta tenuta laminare e quindi liberata per spingere detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura.
9. 9. L'apparato di rivendicazione 6, nel cjuale detto sistema di spinta comprende una molla di forma sinusoidale avente estremo opposto e una porzione a forma di arco tra detti estremi, detti estremi opposti di detta molla sinusoidale essendo montati in modo fisso rispetto a detto primo elemento in modo che detta porzione a forma di arco impegni detta tenuta laminare e spinga detta tenuta laminare verso detta posizione di tenuta.
10. 10. Apparato per effettuare una sigillatura di uno spazio tra un primo elemento e un secondo elemento comprendente : una tenuta laminare avente una prima porzione impegnabile con detto primo elemento e una seconda porzione impegnabile con detto secondo elemento, detta prima e seconda porzione di detta tenuta laminare essendo distanziate tra di loro; mezzi di sostegno per montare detta tenuta laminare rispetto allo spazio tra detti primi e secondi elementi in modo che detta molla a lamina sia mobile verso una posizione di tenuta nella quale detta sua prima parte impegna detto primo elemento e detta sua seconda parte impegna detto secondo elemento per impedire sostanzialmente il passaggio di fluido attraverso lo spazio tra detto primo e secondo elemento; mezzi di spinta portati da detti mezzi di sostegno per applicare una forza a detta tenuta laminare in un punto tra detta sua prima e seconda parte per spingere detta tenuta laminare in detta posizione di sigillatura.