ITFI20120124A1 - "centrifugal compressor impeller cooling" - Google Patents

Description

“RAFFREDDAMENTO DI UNA GIRANTE DI COMPRESSORE CENTRIFUGOâ€

DESCRIZIONE

Campo dell’Invenzione

La presente descrizione riguarda il campo delle turbo-macchine ed in particolare il campo dei compressori centrifughi.

Descrizione dell’ Arte Anteriore

I compressori centrifughi sono ampiamente usati in molti settori industriali e sono usati per elaborare mezzi di lavoro di differente natura; in funzione del settore di applicazione, può essere raggiunta una elevata pressione di gas attraverso uno o più stadi di un compressore centrifugo. Alte pressioni comportano incremento di temperatura del mezzo di lavoro, il che può influire negativamente sulla vita utile del compressore.

In alcuni campi di applicazione può essere raggiunta una temperatura nell’intervallo di 650-700 °C o superiore nella girante del compressore. La resistenza alla deformazione a caldo della girante à ̈ critica ed à ̈ negativamente influenzata dall’alta temperatura del mezzo di lavoro.

Nessuno dei materiali di forgiatura o di metallurgia delle polveri attualmente usati per la produzione di giranti chiuse soddisfa il requisito di una resistenza a caldo di 60.000 ore. Le super leghe a base di nichel, quali la Inconel 738, soddisfano il requisito della resistenza a caldo, ma la manufatturabilità e la possibilità di riparazione delle giranti in Inconel sono critiche.

Gli intervalli di temperatura sopra menzionati, i materiali usati e i requisiti di resistenza alla deformazione a caldo sono illustrativi soltanto di una possibile applicazione, e non devono essere considerati come limitativi dell’ambito di applicazione della presente descrizione. Una tecnologia di raffreddamento come qui descritta può essere usata con vantaggio, ad esempio, anche in caso di intervalli di temperatura più bassi, soprattutto quando sono usati materiali differenti, meno performanti e più tradizionali.

Un compressore centrifugo multi-stadio utilizzante giranti chiuse secondo lo stato dell’arte à ̈ illustrato in Fig.1. Il compressore centrifugo 100 comprende una cassa 102, in cui à ̈ supportato un albero di rotore 104. Il compressore 100 comprende un ingresso di compressore 106, un’uscita di compressore 108 e una pluralità di stadi di compressore, ciascuno comprendente una girante 110A-110G. Le giranti sono disposte in serie. La pressione del mezzo di lavoro aumenta stadio per stadio dall’ingresso di compressore 106 all’uscita di compressore 108. Il mezzo di lavoro entra in ciascuna girante in una direzione sostanzialmente assiale ed à ̈ erogato radialmente attraverso un rispettivo diffusore 112 verso la girante successiva. La temperatura del mezzo di lavoro cresce da uno stadio all’altro e diventa significativa specialmente negli ultimi stadi del compressore.

Sommario dell’invenzione

Secondo alcune forme di realizzazione dell’oggetto qui descritto, viene previsto un complesso di compressore centrifugo, comprendente una girante chiusa, cioà ̈ una girante con un disco e un contro-disco, in cui un mezzo di refrigerazione à ̈ erogato all’occhio della girante, per rimuovere calore da questa area della girante. L’occhio della girante à ̈ una zona particolarmente critica della girante per quanto concerne la resistenza alla deformazione a caldo della girante.

Il mezzo di refrigerazione erogato nella zona dell’occhio della girante rimuove localmente calore e mantiene la temperatura dell’occhio della girante e della zona circostante al di sotto di un valore critico, così incrementando la resistenza alla deformazione a caldo.

Secondo alcune forme di realizzazione dell’oggetto qui descritto, viene previsto un compressore centrifugo, comprendente una cassa e una o più giranti supportate per ruotare nella cassa, ciascuna girante comprendendo un disco, un contro-disco e un occhio di girante. L’occhio di girante di ciascuna girante à ̈ provvisto di una disposizione di tenuta sull’occhio della girante. Almeno una luce per il mezzo di refrigerazione à ̈ associata alla disposizione di tenuta ed à ̈ configurata per alimentare un mezzo di refrigerazione attorno all’occhio della girante. Il mezzo di refrigerazione rimuove calore dall’occhio della girante e incrementa la resistenza alla deformazione a caldo della girante.

In forme di realizzazione preferite una pluralità di luci per il mezzo di refrigerazione sono disposte attorno all’occhio della girante. In alcune forme di realizzazione le luci del mezzo di refrigerazione sono distribuite uniformemente attorno all’asse di rotazione della girante.

Una refrigerazione migliorata dell’occhio della girante viene ottenuta prevedendo una pluralità di fori che si estendono da una superficie esterna dell’occhio della girante ad una superficie interna dell’occhio della girante. Almeno una porzione del flusso di mezzo di refrigerazione in questo modo entra nei fori e viene erogata alla parte interna del contro-disco. L’estremità di uscita di ciascun foro, cioà ̈ l’apertura del foro sulla superficie interna del contro-disco, può essere disposta in prossimità di un bordo di ingresso di una corrispondente pala della girante. Disponendo l’uscita del foro in questa posizione si ottiene un raffreddamento particolarmente efficiente del bordo di ingresso della pala.

Può essere prevista una sorgente del mezzo di refrigerazione, per alimentare il mezzo di refrigerazione alla luce o alle luci del mezzo di refrigerazione previste in uno o più stadi di compressore. In alcune forme di realizzazione lo stesso mezzo di lavoro che fluisce attraverso il compressore può essere usato come mezzo di refrigerazione per una o più giranti del compressore. Una porzione del flusso del mezzo di refrigerazione può essere estratta dal flusso principale, raffreddata e/o espansa alla pressione richiesta e quindi erogata all’occhio della girante attraverso una o più luci del mezzo di refrigerazione. In questo modo non sono necessari mezzi di pompaggio separati per portare il mezzo di refrigerazione alla pressione richiesta. Inoltre, poiché il mezzo di refrigerazione à ̈ lo stesso mezzo di lavoro che fluisce attraverso il compressore, la composizione del flusso del mezzo di lavoro non verrà alterata dalla presenza del mezzo di refrigerazione.

Uno scambiatore di calore e una valvola di strozzamento possono essere disposti lungo un percorso di diramazione, attraverso il quale una porzione del flusso del mezzo di lavoro viene estratta dal flusso principale e fatta ritornare al compressore. Può essere usata una diversa disposizione di riduzione della pressione, come ad esempio un espantore, anziché una valvola di strozzamento.

Il compressore può comprendere più di uno stadio di compressore, ciascuno provvisto di una girante. Alcune delle giranti possono essere chiuse, cioà ̈ provviste di un contro-disco e di un occhio di girante. Una o più delle giranti chiuse possono essere combinate ad una disposizione di refrigerazione come sopra descritta, cioà ̈ con almeno una luce per il mezzo di refrigerazione che alimenta il mezzo di refrigerazione nella zona della disposizione di tenuta sull’occhio della girante. Usualmente, in un compressore multistadio, la temperatura del mezzo di lavoro diviene critica soltanto nel o negli ultimi stadi di compressore. In forme di realizzazione preferite, pertanto, la disposizione di refrigerazione dell’occhio della girante à ̈ prevista almeno negli ultimi stadi del compressore.

Secondo alcune forme di realizzazione, viene prevista una disposizione di refrigerazione ausiliaria per refrigerare il disco della girante. In alcune forme di realizzazione la disposizione di refrigerazione del disco della girante à ̈ combinata ad una disposizione di refrigerazione dell’occhio della girante. In altre forme di realizzazione, à ̈ prevista soltanto la disposizione di refrigerazione del disco della girante. Nel caso per ultimo menzionato, la girante potrebbe anche essere una girante aperta, cioà ̈ non provvista di contro-disco.

Secondo un ulteriore aspetto, l’oggetto qui descritto concerne anche un metodo per operare un compressore centrifugo comprendente una cassa ed almeno una girante chiusa supportata girevole nella cassa, detto metodo prevedendo l’iniezione di un mezzo di refrigerazione in uno spazio circondante l’occhio della girante allo scopo di rimuovere calore dalla zona dell’occhio della girante.

Secondo una forma di realizzazione, viene previsto un metodo per operare un compressore centrifugo, comprendente le fasi seguenti:

elaborare un mezzo di lavoro attraverso detta girante;

iniettare un mezzo di refrigerazione in uno spazio attorno all’occhio di detta girante e circolare detto mezzo di refrigerazione in detto spazio per refrigerare l’occhio della girante.

Lo spazio può essere formato fra l’occhio della girate e una disposizione di tenuta sull’occhio della girante.

Secondo alcune forme di realizzazione, il metodo comprende la fase di refrigerare l’occhio della girante usando una porzione del mezzo di lavoro elaborato dal compressore. Ad esempio, una sufficiente quantità di mezzo di lavoro può essere estratta dal flusso principale del mezzo di lavoro compresso ed erogata ad una zona da refrigerare all’interno della cassa del compressore. Prima di essere reintrodotto nella cassa del compressore, il mezzo di lavoro può essere refrigerato ed espanso alla pressione richiesta e alla temperatura richiesta. Una frazione ad esempio di 0,5-5% e preferibilmente dall’1,0 al 2,5% del flusso complessivo di mezzo di lavoro può essere estratta a scopo di refrigerazione.

Secondo una forma di realizzazione migliorata, il metodo comprende inoltre la fase di iniettare o convogliare il mezzo di refrigerazione almeno parzialmente all’interno della girante, fra il contro-disco e il disco. A tale scopo, secondo alcune forme di realizzazione, il metodo comprende le fasi di:

prevedere almeno un foro che si estende da una superficie esterna dell’occhio della girante ad una superficie interna dell’occhio della girante, iniettare almeno una parte del mezzo di refrigerazione attraverso il foro.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente descrizione concerne anche un metodo per refrigerare il disco di una girante in combinazione con la refrigerazione dell’occhio della girante o indipendentemente da essa.

Secondo un ulteriore aspetto, l’oggetto qui descritto si riferisce ad una girante per un compressore centrifugo, comprendente un disco di girante e un contro-disco di girante formante un occhio di girante. L’occhio di girante comprende una superficie radialmente esterna ed una superficie radialmente interna. E’ previsto almeno un foro estendentesi dalla superficie esterna alla superficie interna, il foro essendo disposto per convogliare un flusso del mezzo di refrigerazione attraverso detto occhio della girante verso l’interno della girante chiusa.

Secondo ancora un ulteriore aspetto, la presente descrizione riguarda un compressore centrifugo comprendente: una cassa di compressore; almeno una girante supportata per ruotare in detta cassa, detta girante comprendendo un disco con una parete frontale provvista di una pluralità di pale di girante e una superficie tergale, estendentesi sostanzialmente radialmente; uno spazio fra la parete tergale della girante e la cassa del compressore; almeno una luce per un mezzo di refrigerazione, configurata e disposta per alimentare un mezzo di refrigerazione in detto spazio; detto spazio essendo in comunicazione di flusso con un diffusore del compressore all’uscita della girante di compressore; in cui un mezzo di refrigerazione alimentato nello spazio fra la cassa del compressore e la parete tergale della girante fluisce in detto diffusore. In forme di realizzazione preferite, il mezzo di refrigerazione à ̈ alimentato in uno spazio formato tra una disposizione di tenuta e un componente ruotante assiale, che ruota con la girante, ad esempio l’albero su cui la girante à ̈ impegnata torsionalmente, o un tamburo di bilanciamento disposto sul lato tergale della girante. La pressione del mezzo di refrigerazione e la disposizione di tenuta possono essere tali per cui il mezzo di refrigerazione fluisce dallo spazio formato dalla disposizione di tenuta e dal componente ruotante assiale, parzialmente nello spazio tra la parete tergale della girante e la cassa del compressore, e parzialmente nella direzione opposta, verso il retro della cassa del compressore.

La disposizione sopra descritta può essere usata per attuare un metodo per operare un compressore centrifugo, in cui il mezzo di refrigerazione à ̈ alimentato nello spazio fra la disposizione di tenuta e il componente ruotante assiale, ad esempio l’albero della girante o il tamburo di bilanciamento; e in cui il flusso di mezzo di refrigerazione à ̈ parzialmente alimentato nello spazio sul retro della girante e da qui nel diffusore, e parzialmente sul lato opposto della disposizione di tenuta, verso il retro del compressore. Anche in questo caso il mezzo di refrigerazione può essere una porzione o frazione del mezzo di lavoro elaborato dal compressore, che viene opportunamente raffreddato e parzialmente espanso, se richiesto, prima di essere alimentato nella disposizione di tenuta sul lato tergale della girante. In alcune forme di realizzazione circa dall’1,5 al 2,5 % in volume del flusso di mezzo di lavoro principale può essere deviato allo scopo di refrigerare il lato tergale della girante.

Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la

Fig.1 illustra una sezione longitudinale secondo un piano verticale di un compressore centrifugo multi-stadio dell’arte anteriore; la

Fig.2 mostra schematicamente un compressore con un sistema di refrigerazione in una prima forma di realizzazione dell’oggetto qui descritto; la Fig.3 illustra una rappresentazione schematica di una differente forma di realizzazione; la

Fig.4 illustra una sezione longitudinale di uno stadio di compressore con un sistema di refrigerazione dell’occhio della girante in combinazione con un sistema di refrigerazione del disco; la

Fig.5 illustra una vista prospettica di una girante chiusa per un compressore centrifugo; e le

Figg.6 e 7 illustrano viste prospettiche frammentarie di una porzione di una girante chiusa in una forma di realizzazione perfezionata dell’oggetto della presente descrizione.

Descrizione Dettagliata di Forme di Realizzazione dell’Invenzione

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione à ̈ definito dalle rivendicazioni accluse.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione†o “la forma di realizzazione†o “alcune forme di realizzazione†significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione à ̈ compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione†o “nella forma di realizzazione†o “in alcune forme di realizzazione†in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

La Fig.2 mostra schematicamente un complesso di compressore secondo la presente descrizione. Nella rappresentazione schematica della Fig.2, un compressore centrifugo, indicato complessivamente con 1, à ̈ rappresentato schematicamente. Il compressore centrifugo 1 può comprendere uno o più stadi di compressore, ciascuno stadio comprendendo una girante analogamente al compressore 100 illustrato in Fig.1. Il mezzo di lavoro, ad esempio aria o qualunque altro mezzo gassoso, entra nel compressore 1 ad un ingresso 3 di compressore ed esce dal compressore 1 ad un’uscita 5 di compressore. Come schematicamente rappresentato in Fig.2, una porzione del mezzo di lavoro che fluisce attraverso l’uscita di compressore 5 viene estratta e deviata lungo un condotto 7 attraverso uno scambiatore di calore 9, in cui la porzione di mezzo di lavoro compresso deviata viene raffreddata. Lo scambiatore di calore 9 può essere uno scambiatore di calore gas/aria o gas/acqua, ad esempio. Il mezzo di lavoro raffreddato può poi fluire attraverso un organo di riduzione della pressione, ad esempio una valvola di strozzamento 11, ed essere reintrodotto nuovamente in uno o più stadi di compressore attraverso un condotto 13. In altre forme di realizzazione l’organo di riduzione della pressione può essere un espantore.

La pressione del mezzo di lavoro che fluisce attraverso la valvola di strozzamento 11 viene ridotta da un valore di pressione superiore P1 ad un valore di pressione inferiore P2. La caduta di pressione attraverso la valvola di strozzamento 11 dipende dalla pressione del fluido all’uscita del compressore e dalla pressione del fluido nel punto in cui il mezzo di lavoro raffreddato à ̈ re-iniettato nel compressore. In altre forme di realizzazione, non mostrate, il mezzo di lavoro può essere deviato dal flusso principale in una posizione differente lungo il percorso del mezzo di lavoro, ad esempio all’uscita di uno stadio di compressore intermedio.

In alcune possibili applicazioni il mezzo di lavoro à ̈ aria e la temperatura dell’aria all’uscita di compressore 5 può essere attorno a 650 °C, mentre la temperatura del mezzo di lavoro all’uscita dello scambiatore di calore 9 può essere attorno a 450 °C. Questi valori sono dati unicamente a titolo esemplificativo e non devono essere interpretati come limitativi dell’ambito della presente descrizione. Una ulteriore riduzione di temperatura può essere ottenuta quando il mezzo di lavoro fluisce attraverso la valvola di strozzamento 11. In alcune forme di realizzazione una refrigerazione sufficiente potrebbe essere raggiunta soltanto tramite strozzamento, o soltanto per scambio termico.

Una forma di realizzazione modificata del complesso di compressore à ̈ mostrata in Fig.3. Gli stessi numeri di riferimento indicano parti uguali od equivalenti a quelle della Fig.2. In questa forma di realizzazione, il mezzo di refrigerazione non à ̈ rappresentato da una parte del mezzo di lavoro deviata all’uscita del compressore, bensì à ̈ fornito da una sorgente separata, non mostrata. Un dispositivo di compressione 14 può essere previsto per pompare il mezzo di refrigerazione alla pressione richiesta, dipendente dalla pressione operativa del compressore in cui il mezzo di refrigerazione deve essere iniettato.

La forma di realizzazione della Fig.2 à ̈ attualmente preferita, poiché non richiede una separata disposizione di pompaggio, benché l’estrazione di una parte del mezzo di lavoro per scopi di refrigerazione riduca l’efficienza complessiva del compressore.

Le disposizioni schematiche mostrate nelle Figg.2 e 3 sono soltanto a titolo esemplificativo e si deve comprendere che possono essere previste diverse disposizioni, ad esempio per quanto concerne la sorgente di mezzo di refrigerazione, o per quanto concerne il raffreddamento del fluido e/o la sua espansione.

Il mezzo di refrigerazione che fluisce attraverso il condotto 13 e che à ̈ iniettato nel compressore à ̈ usato per raffreddare alcune zone di una o più giranti del compressore 1, come verrà descritto più avanti, facendo riferimento in particolare alle Figg.4 a 7. Nella descrizione seguente della forma di realizzazione esemplificativa, si farà riferimento ad una implementazione secondo la Fig.2, cioà ̈ in cui una parte del mezzo di lavoro à ̈ usato come mezzo di refrigerazione, derivandolo dal flusso principale e reintroducendolo nel compressore ad una idonea temperatura e pressione. Tuttavia, come sopra notato, il mezzo di refrigerazione potrebbe essere fornito da una sorgente esterna.

Riferendosi alle Figg.4 a 7, si farà riferimento all’ultimo stadio di compressore di un compressore centrifugo multi-stadio. Si deve comprendere che le stesse caratteristiche che verranno descritte in connessione con la girante dell’ultimo stadio di compressore possono essere previste anche in ulteriori stadi di un compressore multi-stadio. Si deve inoltre comprendere che le caratteristiche qui descritte con riferimento ad un compressore multi-stadio possono essere implementate anche in un compressore a singolo stadio, se richiesto.

In Fig.4 à ̈ mostrata una porzione del compressore 1 in una sezione verticale lungo un piano contenente l’asse A-A del rotore del compressore. L’ultimo stadio del compressore comprende una girante 21 supportata da un albero ruotante 23. La girante à ̈ mostrata isolatamente in Fig.5. Nella forma di realizzazione qui descritta la girante 21 comprende un disco di girante 23 e un contro-disco di girante 25. Pale 27 si estendono radialmente fra il disco di girante 23 e il contro-disco di girante 25 formando vani di girante 29 tra di esse. Il contro-disco di girante 25 comprende un occhio di girante 31 che si estende attorno ad un ingresso di girante 33.

L’occhio di girante 31 può essere provvisto di denti anulari esterni 35, cooperanti con labbri di tenuta 37 di una disposizione di tenuta dell’occhio della girante 39 montata nella cassa 41 del compressore. La disposizione 39 di tenuta sull’occhio della girante fornisce una tenuta fra lo stadio di compressore contenente la girante 21 e lo stadio di compressore a monte (non mostrato).

Il mezzo di lavoro elaborato dalla girante 21 viene scaricato radialmen te dai vani 29 in un diffusore 43 formato nella cassa 41 ed entra in una voluta 45 che à ̈ in comunicazione di flusso con l’uscita 5 del compressore.

Un tamburo di bilanciamento 47 à ̈ disposto dietro il disco 23, cioà ̈ sul lato della girante 21 opposto all’occhio di girante 31. Il tamburo di bilanciamento 47 coopera con una disposizione di tenuta 49, che chiude a tenuta lo spazio in cui à ̈ alloggiata la girante 21 rispetto alla parte tergale del compressore. Nella sezione schematica di Fig.4 sono anche mostrate ulteriori disposizioni di tenuta 51 cooperanti con l’albero ruotante 22.

In alcune forme di realizzazione una o più luci 53 per il mezzo di refrigerazione sono disposte attorno all’occhio di girante 31. Le luci 53 del mezzo di refrigerazione sono in comunicazione di flusso con il condotto 13, attraverso il quale la porzione di mezzo di lavoro opportunamente raffreddato, estratto dall’uscita 5 principale del compressore, viene reintrodotto nella cassa del compressore, per refrigerare l’occhio di girante 31. In alcune forme di realizzazione una pluralità di luci 23 del mezzo di refrigerazione sono preferibilmente disposte in modo uniforme attorno allo sviluppo anulare della disposizione di tenuta 39 dell’occhio della girante. Ad esempio, possono essere previste da 2 a 20 luci 53. In alcune forme di realizzazione, possono essere previste da 8 a 15 e preferibilmente da 10 a 14 luci 53 del mezzo di refrigerazione. Attraverso le luci 53 del mezzo di refrigerazione una percentuale ad esempio attorno al 2% del flusso del mezzo di lavoro complessivo che esce dal compressore può essere reintrodotto nella cassa del compressore.

Il mezzo di refrigerazione che fluisce attraverso ciascuna luce 53 del mezzo di refrigerazione entra nello spazio fra i labbri di tenuta 37 della disposizione di tenuta 39 dell’occhio della girante e l’occhio della girante 31. Il mezzo di refrigerazione alimentato attraverso le luci 53 del mezzo di refrigerazione ha una pressione che à ̈ superiore rispetto alla pressione di ingresso del rispettivo stadio di compressore. Ad esempio, se la pressione del mezzo di lavoro all’ingresso della girante à ̈ attorno a 55 Bar, il mezzo di refrigerazione può essere alimentato attorno a 60 Bar attraverso le luci 53 del mezzo di refrigerazione. Conseguentemente, il mezzo di refrigerazione sarà forzato a fuoriuscire dallo spazio fra i labbri 37 e l’occhio della girante 31. Una frazione del mezzo di refrigerazione uscirà dallo spazio secondo la freccia fA e un’altra parte del flusso del mezzo di refrigerazione uscirà dallo spazio secondo la freccia fB. La prima parte del mezzo di refrigerazione, ad esempio circa da 1,2 a 1,3 % del mezzo di lavoro complessivo che fluisce attraverso il compressore, uscirà secondo la freccia fA ed entrerà nello stadio di compressore a monte, mentre la parte rimanente fluirà lungo la superficie esterna del contro-disco 25 della girante 21 lungo uno spazio 57 tra la cassa 41 del compressore e il contro-disco 25 della girante, entrando infine nel diffusore 43.

Il flusso di mezzo di refrigerazione raffredda la superficie esterna dell’occhio 31 della girante. La temperatura della regione dell’occhio della girante, che à ̈ soggetto a sollecitazioni meccaniche particolarmente elevate, verrà pertanto ridotta, così incrementando la resistenza alla deformazione a caldo della girante.

Secondo un ulteriore perfezionamento dell’oggetto qui descritto, l’occhio 31 della girante à ̈ provvisto di una pluralità di fori 61. In forme di realizzazione preferite à ̈ previsto almeno un foro per ciascuna pala 27. Una illustrazione chiara di uno di tali fori à ̈ fornita dalle Figg.6 e 7. Queste figure mostrano una sezione trasversale di una porzione della girante 21. In queste figure sono mostrati un frammento dell’occhio 31 della girante, del disco 23 e del contro-disco 25, così come un frammento delle pale 27. Ciascun foro 61 si estende da un ingresso sulla superficie esterna dell’occhio 31 della girante ad un’uscita sulla superficie interna dell’occhio 31 della girante. In alcune forme di realizzazione, come mostrato nelle Figg.6 e 7, il foro 61 si apre sulla superficie interna dell’occhio 61 della girante approssimativamente di fronte al bordo di ingresso 27A della corrispondente pala 27.

Con questa disposizione almeno una parte del mezzo di refrigerazione alimentato attraverso le luci 53 del mezzo di refrigerazione entra nei fori 61. Ciascun foro 61 genera un flusso di mezzo di refrigerazione, che fluisce lungo entrambi i lati della rispettiva pala 27. Il flusso di mezzo di refrigerazione rimuove calore dal bordo di ingresso della pala e dall’area in cui la pala 27 à ̈ collegata all’occhio 31 della girante. Questa area à ̈ soggetta a elevate sollecitazioni termiche e meccaniche. La rimozione di calore da quest’area riduce la temperatura e allevia il problema della deformazione a caldo, così ulteriormente incrementando la resistenza alla deformazione a caldo della girante.

In alcune forme di realizzazione, una ulteriore riduzione del sovrariscaldamento e dei problemi di deformazione a caldo può essere ottenuta prevedendo un flusso di mezzo di refrigerazione anche nell’area del disco 23. Questo à ̈ schematicamente mostrato in Fig.4. Una o più luci ausiliarie 71 possono essere previste, le quali collegano il condotto 13 alla disposizione di tenuta 49. Una frazione del mezzo di lavoro, estratta dall’uscita 5 del compressore, raffreddata nello scambiatore di calore 9 ed espansa nella valvola di strozzamento 11, fluisce attraverso le luci 71 nello spazio fra la disposizione di tenuta 49 e il tamburo di bilanciamento 47. Questo flusso di mezzo di refrigerazione fuoriesce dallo spazio fra la disposizione di tenuta 49 e il tamburo di bilanciamento 47 e almeno una parte di detto flusso entra nello spazio tra le parti stazionarie della cassa 41 del compressore e la parete tergale della girante 21 secondo la freccia fC. Questa parte del flusso di mezzo di refrigerazione entrerà infine nel diffusore 67. In alcune forme di realizzazione il mezzo di refrigerazione alimentato nello spazio fra la disposizione di tenuta 49 e il tamburo di bilanciamento 47 può essere circa il 2,0-2,2 % del flusso in uscita complessivo del compressore e circa 1/3 di questo flusso di mezzo di refrigerazione entrerà nello spazio dietro alla girante 23 e infine raggiungerà il diffusore 57, mentre la parte rimanente uscirà dallo spazio fra la disposizione di tenuta 49 e il tamburo di bilanciamento 47 sul lato opposto.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

Claims (29)

1. “RAFFREDDAMENTO DI UNA GIRANTE DI COMPRESSORE CENTRIFUGO†Rivendicazioni 1) Un compressore centrifugo comprendente: una cassa; almeno una girante supportata per ruotare in detta cassa, detta girante comprendendo un disco, un contro-disco e un occhio di girante; una disposizione di tenuta dell’occhio di girante, per fare tenuta sulla girante nella zona di detto occhio della girante; almeno una luce per un mezzo di refrigerazione disposta in detta disposizione di tenuta sull’occhio della girante, disposta per alimentare un mezzo di refrigerazione attorno a detto occhio della girante.
2. 2) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 1, in cui detto occhio della girante à ̈ provvisto di una pluralità di fori che si estendono da una superficie esterna di detto occhio della girante ad una superficie interna di detto occhio della girante.
3. 3) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 2, comprendente almeno un foro per ciascuna di una pluralità di pale previste fra detto disco e detto contro-disco.
4. 4) Il compressore centrifugo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta almeno una luce per il mezzo di refrigerazione à ̈ in comunicazione di flusso con un condotto di alimentazione di detto compressore, attraverso il quale un flusso principale di un mezzo di lavoro viene fatto fluire, una porzione di detto mezzo di lavoro essendo estratta da detto flusso principale in detto condotto di alimentazione e deviato verso detta almeno una luce del mezzo di refrigerazione.
5. 5) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 4, comprendente uno scambiatore di calore, attraverso il quale detta porzione di detto fluido di lavoro viene raffreddata prima di essere deviata verso detta porta del mezzo di refrigerazione.
6. 6) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 4 o 5, comprendente una disposizione di riduzione della pressione, per ridurre una pressione di detta porzione di detto mezzo di lavoro, prima di essere alimentato a detta porta del mezzo di refrigerazione.
7. 7) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, comprendente una pluralità di stadi di compressore disposti in serie, ciascuno stadio di compressore comprendendo una rispettiva girante, almeno una di dette giranti essendo combinata con detta disposizione di tenuta dell’occhio della girante e con detta almeno una luce per il mezzo di refrigerazione.
8. 8) Il compressore centrifugo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno una luce ausiliaria per il mezzo di refrigerazione disposta per alimentare un flusso di mezzo di refrigerazione ausiliario dietro il disco di detta almeno una girante.
9. 9) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 8, comprendente un albero ruotante supportante detta almeno una girante e un tamburo di bilanciamento, detto tamburo di bilanciamento cooperando con una disposizione di tenuta del tamburo di bilanciamento, ed in cui detta almeno una luce ausiliaria del mezzo di refrigerazione à ̈ disposta per alimentare detto flusso ausiliario del mezzo di refrigerazione fra detto tamburo di bilanciamento e detta disposizione di tenuta del tamburo di bilanciamento.
10. 10) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detta luce ausiliaria del mezzo di refrigerazione à ̈ in comunicazione di fluido con un condotto di alimentazione di detto compressore, attraverso il quale viene fatto fluire un flusso principale di fluido di lavoro, una porzione di detto fluido di lavoro venendo estratta da detto flusso principale in detto condotto di alimentazione e deviato verso detta almeno una luce ausiliaria del mezzo di refrigerazione.
11. 11) Un metodo per operare un compressore centrifugo comprendente una cassa ed almeno una girante disposta girevole in detta cassa, detta girante comprendendo un disco di girante, un contro-disco di girante e un occhio di girante; detto metodo comprendendo le fasi di: elaborare un mezzo di lavoro attraverso detta girante; iniettare un mezzo di refrigerazione in uno spazio attorno a detto occhio della girante e far circolare detto mezzo di refrigerazione in detto spazio, per rimuovere calore da detto occhio della girante.
12. 12) Il metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detto spazio à ̈ formato fra detto occhio della girante e una disposizione di tenuta dell’occhio della girante.
13. 13) Il metodo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui detto mezzo di refrigerazione à ̈ una porzione di detto mezzo di lavoro.
14. 14) Il metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente le fasi di: estrarre una porzione di detto mezzo di lavoro come mezzo di refrigerazione; iniettare detto mezzo di refrigerazione in detto spazio.
15. 15) Il metodo secondo la rivendicazione 14, comprendente la fase di rimuovere calore da detta porzione di detto mezzo di lavoro prima di iniettarlo in detto spazio.
16. 16) Il metodo secondo la rivendicazione 14 o 15, comprendente la fase di ridurre la pressione di detta porzione di mezzo di lavoro prima di iniettarlo in detto spazio.
17. 17) Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 14 a 16, in cui una percentuale da circa lo 0,5 a circa il 4 % in volume, e preferibilmente da 1 a 2 % in volume di detto mezzo di lavoro viene estratta per refrigerare l’occhio della girante.
18. 18) Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 a 16, comprendente la fase di alimentare detto mezzo di refrigerazione almeno parzialmente fra detto contro-disco della girante e detto disco della girante.
19. 19) Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 a 18, comprendente le fasi di: prevedere almeno un foro estendentesi da una superficie esterna di detto occhio della girante ad una superficie interna di detto occhio della girante, alimentare almeno una parte di detto mezzo di refrigerazione attraverso detto almeno un foro verso detta superficie interna.
20. 20) Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 a 19, comprendente inoltre la fase di refrigerare detto disco della girante alimentando il mezzo di refrigerazione dietro detto disco della girante.
21. 21) Il metodo secondo la rivendicazione 20, comprendente le fasi di: estrarre una porzione di detto mezzo di lavoro come mezzo di refrigerazione; iniettare una prima frazione di detta porzione di mezzo di lavoro indetto spazio attorno all’occhio della girante per refrigerare detto contro-disco della girante; iniettare una seconda frazione di detta porzione di mezzo di lavoro dietro detto disco della girante per refrigerare detto disco della girante.
22. 22) Il metodo secondo la rivendicazione 21, in cui una percentuale dallo 0,5 al 4 % in volume, e preferibilmente tra l’1 e il 2 % in volume di detto mezzo di lavoro viene estratta per raffreddare detto disco.
23. 23) Una girante per un compressore centrifugo comprendente un disco di girante e un contro-disco di girante formante un occhio di girante, detto occhio di girante avendo una superficie radialmente esterna ed una superficie radialmente interna, in cui à ̈ previsto almeno un foro estendentesi da detta superficie esterna a detta superficie interna, detto foro essendo disposto per convogliare un flusso di un mezzo di refrigerazione attraverso detto occhio della girante.
24. 24) La girante secondo la rivendicazione 23, in cui detto occhio della girante comprende una pluralità di detti fori.
25. 25) La girante secondo la rivendicazione 23 o 24, in cui detto occhio della girante comprende almeno un foro per ciascuna di una pluralità di pale disposte fra il contro-disco della girante e il disco della girante.
26. 26) La girante secondo la rivendicazione 25, in cui ciascun foro ha un’uscita del foro su detta superficie interna disposta sostanzialmente di fronte ad un bordo di ingresso della rispettiva pala.
27. 27) Un compressore centrifugo comprendente: una cassa di compressore; almeno una girante supportata per ruotare in detta cassa, detta girante comprendendo un disco con una parete frontale provvista di una pluralità di pale di girante, ed una parete tergale estendentesi prevalentemente in modo radiale; uno spazio tra la parete tergale della girante e la cassa del compressore; almeno una luce per un mezzo di refrigerazione, configurata ed esposta per alimentare un mezzo di refrigerazione in detto spazio; detto spazio essendo in comunicazione di flusso con un diffusore del compressore sull’uscita della girante del compressore; in cui un mezzo di refrigerazione alimentato nello spazio fra la cassa del compressore e la parete tergale della girante fluisce in detto diffusore.
28. 28) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 27, in cui detta luce del mezzo di refrigerazione à ̈ disposta per alimentare il mezzo di refrigerazione in uno spazio formato fra una disposizione di tenuta e un componente ruotante assiale, che ruota con la girante, ed in cui la pressione di detto mezzo di refrigerazione e detta disposizione di tenuta sono tali per cui il mezzo di refrigerazione fluisce dallo spazio formato dalla disposizione di tenuta e dal componente ruotante assiale, parzialmente nello spazio fra la parete tergale della girante e la cassa del compressore, e parzialmente in direzione opposta, verso la parte tergale della cassa del compressore.
29. 29) Il compressore centrifugo secondo la rivendicazione 27, in cui detto componente ruotante assiale à ̈ un tamburo di bilanciamento disposto sulla parte tergale della girante.