ITMI20090977A1 - TURBINE SHOVEL - Google Patents
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Classifications
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
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- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“PALA DI TURBINA†"TURBINE BLADE"
La presente invenzione à ̈ relativa ad una pala di turbina. The present invention relates to a turbine blade.
Un tipo noto di una pala di turbina si estende lungo un asse longitudinale e comprende una porzione di ancoraggio, una piattaforma, solidalmente accoppiata alla porzione di ancoraggio, un corpo principale allungato, ed un circuito di raffreddamento nel quale fluisce un fluido di raffreddamento, generalmente aria. A known type of turbine blade extends along a longitudinal axis and comprises an anchoring portion, a platform, integrally coupled to the anchoring portion, an elongated main body, and a cooling circuit in which a cooling fluid flows, generally air.
Il flusso d’aria che fluisce nel circuito di raffreddamento asporta calore per convezione e abbassa la temperatura della pala. The air flow that flows in the cooling circuit removes heat by convection and lowers the blade temperature.
Il circuito di raffreddamento comprende una prima linea di raffreddamento di un bordo di uscita del corpo principale della pala, una seconda linea di raffreddamento di una porzione centrale del corpo principale della pala ed una terza linea di raffreddamento del bordo di ingresso del corpo principale della pala. The cooling circuit comprises a first cooling line of a trailing edge of the main body of the blade, a second cooling line of a central portion of the main body of the blade and a third cooling line of the leading edge of the main body of the blade. .
La prima linea di raffreddamento comprende una prima apertura di ingresso disposta su una faccia di base della porzione di ancoraggio della pala, un condotto di raffreddamento che si estende sostanzialmente per tutta la lunghezza della pala lungo il bordo di uscita del corpo principale della pala ed una pluralità di fessure di uscita disposte lungo il bordo di uscita della pala. The first cooling line comprises a first inlet opening disposed on a base face of the blade anchor portion, a cooling duct extending substantially the full length of the blade along the trailing edge of the blade main body and a plurality of exit slots arranged along the trailing edge of the blade.
Le pale di questo tipo comprendono, inoltre, una piastrina di calibrazione che viene disposta in corrispondenza della prima apertura di ingresso sulla faccia di base della porzione di ancoraggio della pala, in modo da regolare la portata di aria che circola nella prima linea di raffreddamento. The blades of this type also comprise a calibration plate which is arranged in correspondence with the first inlet opening on the base face of the anchoring portion of the blade, so as to regulate the flow of air circulating in the first cooling line.
Le piastrine di calibrazione di tipo noto sono provviste generalmente di tre fori dimensionati in modo da determinare il passaggio di una determinata portata di fluido di raffreddamento calcolata durante le fasi di progetto. Known calibration plates are generally provided with three holes sized so as to determine the passage of a determined flow rate of cooling fluid calculated during the design phases.
Tuttavia, capita spesso che la portata misurata dopo l’applicazione della piastrina di calibrazione non rientri comunque nei limiti previsti durante il progetto. Risulta, quindi, necessario asportare la piastrina di calibrazione e sostituirla con una avente fori dimensionati diversamente e, talvolta, à ̈ addirittura necessario modificare il condotto di raffreddamento ottenuto per microfusione quando i fori della piastrina di calibrazione non sono sufficienti a compensare i difetti di lavorazione del condotto di raffreddamento. However, it often happens that the flow rate measured after the application of the calibration plate does not fall within the limits foreseen during the project. It is therefore necessary to remove the calibration plate and replace it with one with differently sized holes and, sometimes, it is even necessary to modify the cooling duct obtained by casting when the holes in the calibration plate are not sufficient to compensate for manufacturing defects. of the cooling duct.
È uno scopo della presente invenzione quello di realizzare una pala di turbina che sia priva degli inconvenienti qui evidenziati dell’arte nota; in particolare, à ̈ uno scopo del trovato quello di realizzare una pala di turbina che consenta di superare gli inconvenienti sopra evidenziati in modo semplice ed economico, sia dal punto di vista funzionale, sia dal punto di vista costruttivo. It is an object of the present invention to provide a turbine blade which is free from the drawbacks of the known art highlighted here; in particular, it is an object of the invention to provide a turbine blade which allows to overcome the drawbacks highlighted above in a simple and economical way, both from the functional point of view and from the constructive point of view.
In accordo con tali scopi, la presente invenzione à ̈ relativa ad una pala di turbina estendentesi lungo un asse longitudinale comprendente: In accordance with these purposes, the present invention relates to a turbine blade extending along a longitudinal axis comprising:
una porzione di ancoraggio provvista di una faccia di base; an anchoring portion provided with a base face;
una piattaforma solidalmente accoppiata alla porzione di ancoraggio; a platform integrally coupled to the anchoring portion;
un corpo principale allungato, il quale si protende dalla piattaforma dalla banda opposta rispetto alla porzione di ancoraggio, e comprende un bordo di uscita; an elongated main body, which protrudes from the platform from the opposite band with respect to the anchoring portion, and comprises a trailing edge;
un circuito di raffreddamento, il quale comprende una prima linea di raffreddamento del bordo di uscita provvista di una prima apertura di ingresso disposta sulla faccia di base della porzione di ancoraggio della pala; ed a cooling circuit, which comprises a first trailing edge cooling line provided with a first inlet opening arranged on the base face of the anchoring portion of the blade; and
una piastrina di calibrazione accoppiata alla faccia di base in corrispondenza della prima apertura di ingresso; a calibration plate coupled to the base face at the first inlet opening;
la pala essendo caratterizzata dal fatto che la piastrina di calibrazione comprende una prima porzione ed una seconda porzione accoppiabili una all’altra e conformate in modo tale da definire, insieme, una apertura a sezione variabile. the blade being characterized in that the calibration plate comprises a first portion and a second portion which can be coupled to each other and are shaped in such a way as to define, together, an opening with a variable section.
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: Further characteristics and advantages of the present invention will appear clear from the following description of a non-limiting example of its implementation, with reference to the figures of the annexed drawings, in which:
– la figura 1 à ̈ una vista prospettica di una pala di turbina secondo la presente invenzione; Figure 1 is a perspective view of a turbine blade according to the present invention;
– la figura 2 à ̈ una vista in pianta laterale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, della pala di turbina di figura 1; - figure 2 is a side plan view, with parts in section and parts removed for clarity, of the turbine blade of figure 1;
– la figura 3 à ̈ una vista in pianta dal basso di un elemento della pala di turbina di figura 1 in una prima configurazione; - figure 3 is a bottom plan view of an element of the turbine blade of figure 1 in a first configuration;
– la figura 4 à ̈ una vista in pianta dal basso di un elemento della pala di turbina di figura 1 in una seconda configurazione. - Figure 4 is a bottom plan view of an element of the turbine blade of Figure 1 in a second configuration.
In figura 1 Ã ̈ indicata con il numero di riferimento 1 una pala di una turbina (non illustrata nelle figure allegate), la quale si estende lungo un asse A e comprende una porzione di ancoraggio 4, una piattaforma 5, solidalmente accoppiata alla porzione di ancoraggio 4, un corpo principale 6 allungato, il quale si protende dalla piattaforma 5 dalla banda opposta rispetto alla porzione di ancoraggio 4, una piastrina di calibrazione 7, una piastrina di chiusura 8 ed un circuito di raffreddamento 9 (meglio visibile in figura 2). In figure 1 the reference number 1 indicates a blade of a turbine (not shown in the attached figures), which extends along an axis A and comprises an anchoring portion 4, a platform 5, integrally coupled to the anchor 4, an elongated main body 6, which protrudes from the platform 5 from the opposite band with respect to the anchoring portion 4, a calibration plate 7, a closing plate 8 and a cooling circuit 9 (better visible in figure 2) .
La porzione di ancoraggio 4 à ̈ inseribile in una rispettiva sede di un disco rotorico (non illustrato nelle figure allegate) in una direzione parallela all’asse del disco rotorico, sostanzialmente ortogonale all’asse A della pala 1. In particolare, la porzione di ancoraggio 4 presenta una forma, cosiddetta “ad abete rovesciato†, sostanzialmente complementare alla forma della rispettiva sede del disco rotorico, ma presenta un’altezza radiale inferiore rispetto all’altezza radiale della sede in modo tale che, una volta impegnata la sede, la porzione di ancoraggio 4 e la sede del disco rotorico diano luogo ad un canale (non illustrato per semplicità ) per il passaggio di un fluido di raffreddamento, preferibilmente aria spillata da un compressore (non illustrato) dell’impianto comprendente la turbina. The anchoring portion 4 can be inserted in a respective seat of a rotor disc (not shown in the attached figures) in a direction parallel to the axis of the rotor disc, substantially orthogonal to the A axis of the blade 1. In particular, the anchoring portion 4 has a shape, so-called â € œturned firâ €, substantially complementary to the shape of the respective seat of the rotor disc, but has a radial height lower than the radial height of the seat so that, once engaged the seat, the anchoring portion 4 and the seat of the rotor disc give rise to a channel (not shown for simplicity) for the passage of a cooling fluid, preferably air tapped from a compressor (not shown) of the system comprising the turbine.
La porzione di ancoraggio 4 di ciascuna pala 1 à ̈ provvista di una faccia di base 11, la quale à ̈ atta ad essere affacciata, in uso, sul canale per il passaggio del fluido di raffreddamento sopra descritto. The anchoring portion 4 of each blade 1 is provided with a base face 11, which is able to face, in use, the channel for the passage of the cooling fluid described above.
Il corpo principale 6 della pala 1 comprende una sezione di sommità 13, comunemente detta “tip†, opposta alla porzione di ancoraggio 4, un bordo d’ingresso 14, comunemente detto “leading edge†, un bordo di uscita 15, comunemente detto “trailing edge†, ed una porzione centrale 16. The main body 6 of the blade 1 comprises a top section 13, commonly called â € œtipâ €, opposite to the anchoring portion 4, a leading edge 14, commonly known as a leading edge, a trailing edge 15, commonly known as â € œtrailing edgeâ €, and a central portion 16.
Con riferimento alle figure 1 e 2, il circuito di raffreddamento 9 comprende una prima linea di raffreddamento 19 del bordo di uscita 15 del corpo principale 6 della pala 1, una seconda linea di raffreddamento 20 della porzione centrale 16 del corpo principale 6 della pala 1 ed una terza linea di raffreddamento 21 del bordo di ingresso 14 del corpo principale 6 della pala 1. With reference to Figures 1 and 2, the cooling circuit 9 comprises a first cooling line 19 of the trailing edge 15 of the main body 6 of the blade 1, a second cooling line 20 of the central portion 16 of the main body 6 of the blade 1 and a third cooling line 21 of the leading edge 14 of the main body 6 of the blade 1.
La prima linea di raffreddamento 19 comprende una prima apertura di ingresso 23 disposta sulla faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 della pala 1, un primo condotto di raffreddamento 24 che si estende sostanzialmente parallelo all’asse A per tutta la lunghezza della pala 1 lungo il bordo di uscita 15 del corpo principale 6 ed una pluralità di fessure di uscita 25 disposte lungo il bordo di uscita 15 della pala 1. The first cooling line 19 comprises a first inlet opening 23 arranged on the base face 11 of the anchoring portion 4 of the blade 1, a first cooling duct 24 which extends substantially parallel to the axis A for the entire length of the blade 1 along the trailing edge 15 of the main body 6 and a plurality of exit slots 25 arranged along the trailing edge 15 of the blade 1.
In corrispondenza della prima apertura di ingresso 23 Ã ̈ disposta la piastrina di calibrazione 7 per regolare la portata di aria che circola nella prima linea di raffreddamento 19. The calibration plate 7 is arranged in correspondence with the first inlet opening 23 to regulate the flow of air circulating in the first cooling line 19.
Con riferimento alla figura 1, la piastrina di calibrazione 7 à ̈ definita da una prima porzione 26a e da una seconda porzione 26b, ciascuna delle quali à ̈ sagomata in modo tale che la prima porzione 26a e la seconda porzione 26b definiscano, insieme, un’apertura 27 a sezione variabile. With reference to Figure 1, the calibration plate 7 is defined by a first portion 26a and by a second portion 26b, each of which is shaped in such a way that the first portion 26a and the second portion 26b together define a € ™ opening 27 with variable section.
L’accoppiamento tra la prima porzione 26a e la seconda porzione 26b à ̈ di tipo geometrico e consente di accoppiare le prima porzione 26a e la seconda porzione 26b in una pluralità di posizioni per definire una apertura 27 avente sezione variabile. The coupling between the first portion 26a and the second portion 26b is of the geometric type and allows the first portion 26a and the second portion 26b to be coupled in a plurality of positions to define an opening 27 having a variable section.
In figura 3 à ̈ illustrata la piastrina di calibrazione 7 in una prima posizione in cui la sezione dell’apertura 27 à ̈ minima ed à ̈ pari a circa il 28% della sezione della prima apertura di ingresso 23. Figure 3 shows the calibration plate 7 in a first position in which the section of the opening 27 is minimum and is equal to approximately 28% of the section of the first inlet 23.
In figura 4 à ̈ illustrata la piastrina di calibrazione 7 in una seconda posizione in cui la sezione dell’apertura 27 à ̈ massima ed à ̈ pari a circa il 38% della sezione della prima apertura di ingresso 23. Figure 4 shows the calibration plate 7 in a second position in which the section of the opening 27 is maximum and is equal to about 38% of the section of the first inlet 23.
In uso, la piastrina di calibrazione 7 viene fissata alla faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 della pala 1 in una determinata posizione corrispondente ad una determinata sezione di passaggio dell’apertura 27. In use, the calibration plate 7 is fixed to the base face 11 of the anchoring portion 4 of the blade 1 in a determined position corresponding to a determined passage section of the opening 27.
La sezione di passaggio 27 viene calcolata dopo aver effettuato una misura sperimentale della portata di aria di raffreddamento che fluisce nella prima linea di raffreddamento 19 senza la piastrina di calibrazione 7. The passage section 27 is calculated after carrying out an experimental measurement of the flow rate of cooling air flowing in the first cooling line 19 without the calibration plate 7.
La piastrina di calibrazione 7, infatti, corregge l’errore tra la portata misurata sperimentalmente lungo la prima linea di raffreddamento 19 e la portata desiderata e calcolata durante le fasi di progetto. The calibration plate 7, in fact, corrects the error between the flow rate measured experimentally along the first cooling line 19 and the desired flow rate calculated during the design phases.
In sostanza, la piastrina di calibrazione 7 viene utilizzata principalmente per correggere gli errori di lavorazione che si generano durante la fase di formatura per microfusione della pala 1 e che determinano una variazione della portata di fluido di raffreddamento che fluisce nella prima linea di raffreddamento 19. Basically, the calibration plate 7 is mainly used to correct the machining errors which are generated during the micro-casting molding phase of the blade 1 and which determine a change in the flow rate of cooling fluid flowing in the first cooling line 19.
In uso, il fluido di raffreddamento, entra attraverso l’apertura 27 della piastrina di calibrazione 7 e la prima apertura di ingresso 23 nel primo condotto di raffreddamento 24 e fuoriesce attraverso la pluralità di fessure di uscita 25 disposte lungo il bordo di uscita 15 della pala 1. In use, the cooling fluid enters through the opening 27 of the calibration plate 7 and the first inlet opening 23 into the first cooling duct 24 and exits through the plurality of outlet slots 25 arranged along the trailing edge 15 of the blade 1.
Una variante non illustrata prevede che la piastrina di calibrazione 7 sia provvista di tacche di riferimento atte ad indicare la pluralità di posizioni che possono assumere la prima porzione 26a e la seconda porzione 26b per definire l’apertura 27. A variant not illustrated provides that the calibration plate 7 is provided with reference notches suitable to indicate the plurality of positions that the first portion 26a and the second portion 26b can assume to define the opening 27.
Con riferimento alla figura 2, la seconda linea di raffreddamento 20 comprende una seconda apertura di ingresso 30 disposta sulla faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 della pala 1, un secondo condotto di raffreddamento 31 disposto a serpentina e definito sostanzialmente da tre tratti 32a, 32b, 32c paralleli all’asse A ed una pluralità di fori di uscita 33 disposti lungo la porzione centrale 16 del corpo principale 6 della pala 1 (alcuni dei fori di uscita 33 sono visibili in figura 1). With reference to Figure 2, the second cooling line 20 comprises a second inlet opening 30 arranged on the base face 11 of the anchoring portion 4 of the blade 1, a second cooling duct 31 arranged in a coil and substantially defined by three portions 32a , 32b, 32c parallel to axis A and a plurality of outlet holes 33 arranged along the central portion 16 of the main body 6 of the blade 1 (some of the outlet holes 33 are visible in Figure 1).
In uso, il fluido di raffreddamento, entra attraverso la seconda apertura di ingresso 30 nel secondo condotto di raffreddamento 31 e fuoriesce attraverso fori di uscita 33 disposti lungo la porzione centrale 16 del corpo principale 6 della pala 1. In use, the cooling fluid enters through the second inlet opening 30 into the second cooling duct 31 and exits through outlet holes 33 arranged along the central portion 16 of the main body 6 of the blade 1.
La terza linea di raffreddamento 21 comprende una terza apertura di ingresso 35 disposta sulla faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 della pala 1, un terzo condotto di raffreddamento 36 sostanzialmente parallelo all’asse A ed una pluralità di fori di raffreddamento a velo di fluido 37 disposti lungo il bordo di ingresso 14 del corpo principale 6 della pala 1, detti generalmente fori di “film cooling†. The third cooling line 21 comprises a third inlet opening 35 arranged on the base face 11 of the anchoring portion 4 of the blade 1, a third cooling duct 36 substantially parallel to the axis A and a plurality of icing cooling holes of fluid 37 arranged along the inlet edge 14 of the main body 6 of the blade 1, generally called â € œfilm coolingâ € holes.
In uso, il fluido di raffreddamento, entra attraverso la terza apertura di ingresso 35 nel terzo condotto di raffreddamento 36 e fuoriesce attraverso i fori di raffreddamento a velo di fluido 37 disposti lungo il bordo di ingresso 14 del corpo principale 6 della pala 1. In use, the cooling fluid enters through the third inlet opening 35 into the third cooling duct 36 and exits through the fluid film cooling holes 37 arranged along the inlet edge 14 of the main body 6 of the blade 1.
Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la prima apertura di ingresso 23, la seconda apertura di ingresso 30 e la terza apertura di ingresso 35 sono asole definite da due fianchi rettilinei e paralleli e da due fianchi sostanzialmente circolari che uniscono i due fianchi rettilinei. In the non-limiting example described and illustrated here, the first inlet opening 23, the second inlet opening 30 and the third inlet opening 35 are slots defined by two straight and parallel sides and by two substantially circular sides that join the two sides straights.
La faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 à ̈ inoltre provvista di un foro di servizio 40, il quale à ̈ chiuso dalla piastrina di chiusura 8 e non à ̈ utilizzato per il raffreddamento della pala 1. The base face 11 of the anchoring portion 4 is also provided with a service hole 40, which is closed by the closing plate 8 and is not used for cooling the blade 1.
Il foro di servizio 40 Ã ̈, infatti, atto ad alloggiare un elemento di supporto (non illustrato) della pala 1 durante il processo di formatura della pala, preferibilmente per microfusione. The service hole 40 is, in fact, able to house a support element (not shown) of the blade 1 during the blade shaping process, preferably by casting.
Il foro di servizio 40, la prima apertura di ingresso 23, la seconda apertura di ingresso 30 e la terza apertura di ingresso 35 sono allineati lungo la faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 4 della pala 1. The service hole 40, the first inlet opening 23, the second inlet opening 30 and the third inlet opening 35 are aligned along the base face 11 of the anchoring portion 4 of the blade 1.
Risulta infine evidente che alla pala di turbina qui descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the turbine blade described here without departing from the scope of the attached claims.
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