ITMI20122104A1

ITMI20122104A1 - Struttura di supporto per piastrelle termoisolanti di camere di combustione di turbine a gas, modulo termoisolante e camera di combustione di turbina a gas

Info

Publication number: ITMI20122104A1
Application number: IT002104A
Authority: IT
Inventors: Gianluigi Bertino; Rocco Galella; Alessandro Vella
Original assignee: Ansaldo Energia Spa
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-11
Also published as: EP2741001B1; EP2741001A1

Description

DESCRIZIONE

â€œSTRUTTURA DI SUPPORTO PER PIASTRELLE TERMOISOLANTI DI CAMERE DI COMBUSTIONE DI TURBINE A GAS, MODULO TERMOISOLANTE E CAMERA DI COMBUSTIONE DI TURBINA A GASâ€

La presente invenzione Ã ̈ relativa a una struttura di supporto per piastrelle termoisolanti di camere di combustione di turbine a gas, a un modulo termoisolante e a una camera di combustione di turbina a gas.

Come Ã ̈ noto, la camera di combustione delle turbine a gas deve essere internamente provvista di un rivestimento termoisolante di materiale refrattario, a causa delle elevate temperature che si sviluppano durante il funzionamento della macchina. Il rivestimento termoisolante Ã ̈ generalmente formato da una pluralitÃ di piastrelle refrattarie disposte in file contigue sulle pareti interne della carcassa della camera di combustione, in modo da definire una superficie sostanzialmente continua. Nelle camere di combustione di tipo toroidale, le piastrelle refrattarie sono disposte su circonferenze attorno allâ€™asse del rotore.

Specialmente nelle camere di combustione toroidali, il montaggio delle piastrelle refrattarie prevede di inserire e far scorrere gli elementi di connessione lungo guide circonferenziali.

Normalmente, infatti, le piastrelle refrattarie presentano su fianchi opposti scanalature e sono fissate alla carcassa mediante elementi di connessione che si accoppiano a costole definite dalle scanalature. In genere, gli elementi di connessione per un fianco di una delle piastrelle refrattarie vengono inseriti in guide sulla carcassa e fatti scorrere fino alle rispettive posizioni di fissaggio. La piastrella refrattaria viene poi collocata in sede, con un fianco che impegna gli elementi di fissaggio. Ulteriori elementi di connessione vengono inseriti lungo le guide e fatti scorrere fino ad accoppiarsi con il fianco della piastrella ancora libero.

Lâ€™ultima piastrella di ogni fila richiede quindi particolari accorgimenti.

Secondo una soluzione nota, in ciascuna fila viene utilizzata una piastrella metallica, che presenta un foro passante e viene fissata alla carcassa per ultima mediante una vite microfusa inserita dallâ€™esterno e impegnata su un pacco di molle pre-installato. In questo modo non occorre far scorrere gli elementi di fissaggio e il montaggio puÃ² essere fatto in modo relativamente agevole. La piastrella metallica non Ã ̈ perÃ² in grado di garantire un isolamento paragonabile a quello delle piastrelle refrattarie e, inoltre, richiede un apposito sistema di raffreddamento.

Unâ€™altra soluzione nota utilizza piastrelle refrattarie forate, fissate alla carcassa con viti passanti metalliche, con un sistema analogo a quello appena descritto. Anche se le dispersioni termiche vengono parzialmente eliminate, resta tuttavia il problema del raffreddamento delle parti metalliche, in particolare della vite, che rimangono esposte a temperature elevate. Inoltre, Ã ̈ necessario utilizzare pochi esemplari di apposite piastrelle refrattarie forate, con un evidente aggravio di costi.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ quindi fornire una struttura di supporto per piastrelle termoisolanti di camere di combustione di turbine a gas, un modulo termoisolante per camere di combustione di turbine a gas e una camera di combustione di turbina a gas che permettano di superare le limitazioni descritte.

Secondo la presente invenzione, vengono realizzati una struttura di supporto per piastrelle termoisolanti di camere di combustione di turbine a gas, un modulo termoisolante per camere di combustione di turbine a gas e una camera di combustione di turbina a gas come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 10, e 14.

La presente invenzione verrÃ ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di tre quarti dallâ€™alto di un modulo termoisolante incorporante strutture di supporto in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista in pianta dallâ€™alto del modulo termoisolante di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista frontale del modulo termoisolante di figura 1, sezionato lungo il piano di traccia III-III di figura 2;

- la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica di tre quarti dal basso di una delle strutture di supporto di figura 1;

- la figura 5 Ã ̈ una vista laterale, sezionata lungo un piano assiale verticale, di una camera di combustione per turbine a gas incorporante esemplari del modulo termoisolante di figura 1;

- la figura 6 Ã ̈ una vista frontale della camera di combustione di figura 5, sezionata lungo il piano di traccia VI-VI di figura 5 e con parti asportate per chiarezza;

- la figura 7 mostra un dettaglio ingrandito della camera di combustione di figura 5, parzialmente esplosa e con parti asportate per chiarezza;

- la figura 8 mostra un particolare ingrandito di figura 5; e

- la figura 9 Ã ̈ una vista prospettica parzialmente esplosa del particolare di figura 8.

Con riferimento alle figure 1-3, un modulo termoisolante di camere di combustione di turbine a gas, indicato nel suo complesso con il numero 1, comprende una piastrella termoisolante 2, di materiale refrattario, e strutture di supporto 3 per il fissaggio della piastrella termoisolante 2 alle pareti di una camera di combustione di una turbina a gas (qui non mostrata).

La piastrella termoisolante 2 Ã ̈ di forma quadrangolare e ha una faccia di lavoro 2a, in uso rivolta verso lâ€™interno della camera di combustione, sostanzialmente continua e uniforme. In particolare, la faccia di lavoro 2a della piastrella termoisolante 2 Ã ̈ priva di fori, cavitÃ e recessi passanti.

In una forma di realizzazione, opposti fianchi della piastrella termoisolante 2 presentano rispettive scanalature 4, che si estendono per tutta la loro lunghezza. Le scanalature 4 formano costole 2b che definiscono sedi di aggancio per lâ€™accoppiamento con le strutture di supporto 3. In alternativa, i fianchi della piastrella termoisolante 2 possono avere recessi separati definenti sedi di aggancio per le strutture di supporto 3.

In una forma di realizzazione, il modulo termoisolante 1 comprende due strutture di supporto 3 disposte parallele fra loro, ma si intende che queste potrebbero essere in diverso numero.

Ciascuna struttura di supporto 3, una delle quali Ã ̈ mostrata in figura 4, comprende un primo elemento di connessione 5, un secondo elemento di connessione 6, un dispositivo di serraggio 7 e un dispositivo di fissaggio 8.

Il primo elemento di connessione 5 e il secondo elemento di connessione 6 sono definiti da rispettive lamine metalliche elastiche e si estendono opposti lâ€™uno rispetto allâ€™altro dal dispositivo di serraggio 7.

Il primo elemento di connessione 5 e il secondo elemento di connessione 6 hanno rispettive prime estremitÃ 5a, 6a e seconde estremitÃ 5b, 6b. Le prime estremitÃ 5a, 6a sono accoppiate a rispettive sedi di aggancio, definite da porzioni delle costole 2b su opposti fianchi della piastrella termoisolante 2. In una forma di realizzazione, ad esempio, le prime estremitÃ 5a, 6a del primo elemento di connessione e del secondo elemento di connessione 6 sono ripiegate a C verso le rispettive seconde estremitÃ 5b, 6b, sul lato rivolto verso la piastrella termoisolante 2, e formano morsetti 13, 14 atti a ricevere porzioni di rispettive costole 2b della piastrella termoisolante 2.

Le seconde estremitÃ 5b, 6b del primo elemento di connessione 5 e del secondo elemento di connessione 6 sono serrate dal dispositivo di serraggio 7. Le seconde estremitÃ 5b, 6b a riposo sono inoltre ripiegate in modo che le prime estremitÃ 5a, 6a si protendano leggermente verso la piastrella termoisolante 2, una volta che il primo elemento di connessione 5 e il secondo elemento di connessione 6 sono stati accoppiati al dispositivo di serraggio.

Il dispositivo di serraggio 7 comprende una prima piastra 10 e una seconda piastra 11, reciprocamente affacciate, e viti 12 di serraggio per alternativamente serrare la prima piastra 10 e la seconda piastra 11 lâ€™una contro lâ€™altra e allontanare la prima piastra 10 e la seconda piastra 11 lâ€™una dallâ€™altra. In una forma di realizzazione, la prima piastra 10 e la seconda piastra 11 hanno forma sostanzialmente rettangolare e il primo elemento di connessione 5 e il secondo elemento di connessione 6 si estendono dai lati minori, parallelamente ai lati maggiori della prima piastra 10 e della seconda piastra 11.

Le seconde estremitÃ 5b, 6b del primo elemento di connessione 5 e del secondo elemento di connessione 6 sono serrate fra la prima piastra 10 e la seconda piastra 11 del dispositivo di serraggio 7. Inoltre, le seconde estremitÃ 5b, 6b sono forate e le viti 12 sono disposte passanti attraverso di esse, evitando che gli elementi di connessione 5, 6 possano fuoriuscire dalle rispettive sedi. In una forma di realizzazione, le viti 12 sono del tipo a testa svasata e sono profilate in modo da consentire la dilatazione termica degli elementi di connessione 5, 6.

Il dispositivo di fissaggio 8 Ã ̈ disposto su un lato della struttura di supporto 3 in uso opposto alla piastrella termoisolante 2 e, in una forma di realizzazione, comprende un perno filettato 15 e un dado 16. Il perno filettato 15 si estende dalla prima piastra 10 del dispositivo di serraggio 7 sul lato in uso opposto alla piastrella termoisolante 2 e, nellâ€™esempio delle figure 1-4, Ã ̈ accoppiato a vite e madrevite con una sede filettata 18 nella seconda piastra 11 e nella prima piastra 10 con foro passante. In alternativa, il perno filettato 15 puÃ² essere realizzato di pezzo con la seconda piastra 11.

Le figure 5 e 6 illustrano una camera di combustione 20 di una turbina a gas (non mostrata per intero). La camera di combustione 20 comprende una carcassa 21 toroidale estendentesi attorno a un asse e avente un primo guscio 22, radialmente esterno, e un secondo guscio 23, radialmente interno. La camera di combustione 20 Ã ̈ provvista di un rivestimento termoisolante 25 che ricopre internamente il primo guscio 22 e il secondo guscio 23 e comprende una pluralitÃ di piastrelle termoisolanti 26 e una pluralitÃ di moduli termoisolanti 1. In una forma di realizzazione, le piastrelle termoisolanti 26 sono dello stesso tipo delle piastrelle termoisolanti 2 utilizzate nei moduli termoisolanti 1 e sono disposte in gruppi adiacenti lungo circonferenze attorno allâ€™asse A della camera di combustione 20. Ciascun gruppo comprende un rispettivo modulo termoisolante 1 (tranne eventualmente gruppi dove Ã ̈ realizzata unâ€™apertura di accesso alla camera di combustione 20).

Sul primo guscio 22 radialmente esterno (figura 7), le piastrelle termoisolanti 26 sono montate su guide 28 circonferenziali mediante elementi di connessione 30. Le guide 28 sono ricavate su una faccia interna 22a del primo guscio 22 e si estendono attorno allâ€™asse A. Gli elementi di connessione 30 sono sostanzialmente uguali agli elementi di connessione 5, 6 delle strutture di supporto 3 dei moduli termoisolanti 1 e sono fissati direttamente alla carcassa 21 della camera di combustione 20.

I moduli termoisolanti 1 sono fissati al primo guscio 22, come mostrato nelle figure 7 e 8. PiÃ¹ precisamente, il primo guscio 22 presenta fori passanti 31. I perni filettati 15 dei moduli termoisolanti 1 sono alloggiati in rispettivi fori passanti 31 e serrati mediante i rispettivi dadi 16. Le guide 28 presentano inoltre sedi 32 per accogliere i dispositivi di serraggio 7 (in particolare le prime piastre 10) dei rispettivi moduli termoisolanti 1. Anche grazie a questo accorgimento, i moduli termoisolanti 1 sono disposti in modo che le piastrelle termoisolanti 2 formino una superficie sostanzialmente continua e senza dislivelli con le piastrelle termoisolanti 26 dei rispettivi gruppi.

Le piastrelle termoisolanti 26 vengono montate in modo convenzionale. Una volta che gli elementi di connessione 30 per un fianco di una piastrella termoisolante 26 sono stati alloggiati nelle guide 28 e fissati alla carcassa 21, la piastrella termoisolante 26 viene disposta in sede e vengono introdotti gli elementi di connessione 30 per lâ€™altro fianco della piastrella termoisolante 26. Il procedimento viene ripetuto fino a completare un gruppo di piastrelle termoisolanti 26 lungo una circonferenza, salvo che per un elemento. Come ultimo elemento del gruppo viene utilizzato un modulo termoisolante 1. Questo viene preassemblato e quindi fissato al primo guscio 22 della carcassa 21.

Durante il preassemblaggio, le prime estremitÃ 5a, 6a degli elementi di connessione 5, 6 delle strutture di supporto 3 vengono accoppiate alle costole 2b sui fianchi della piastrella termoisolante 2 e le seconde estremitÃ 5b, 6b vengono adagiate sulla seconda piastra 11. La prima piastra 10 viene quindi unita alla seconda piastra 11 e serrata mediante le viti 12. Questa operazione fa sÃ¬ che il primo elemento di connessione 5 e il secondo elemento di connessione 6, che sono elastici, vengano precaricati.

Il modulo termoisolante 1 preassemblato viene inserito nellâ€™unico spazio ancora vuoto del rispettivo gruppo e fissato al primo guscio 22 della carcassa 21. I perni filettati 15 delle strutture di supporto 3 vengono introdotti in rispettivi fori passanti 31 e fissati mediante i dadi 16.

La struttura di supporto descritta permette quindi di completare il rivestimento termoisolante di una camera di combustione toroidale di turbina a gas utilizzando piastrelle termoisolanti di uno stesso tipo. Da ciÃ² derivano molteplici vantaggi.

In primo luogo, il rivestimento Ã ̈ uniformemente realizzato in materiale termoisolante, senza piastrelle o inserti metallici. Dato che la conducibilitÃ termica del materiale refrattario delle piastrelle termoisolanti Ã ̈ notevolmente piÃ¹ basso di quello dei metalli, lâ€™isolamento Ã ̈ realizzato in modo piÃ¹ efficace e le perdite di energia termica sono ridotte.

Inoltre, anche il fissaggio alla carcassa non richiede componenti metallici esposti alle alte temperature della camera di combustione. Di conseguenza, le condizioni di lavoro essendo le medesime, il sistema di raffreddamento delle parti metalliche (elementi di connessione) giÃ presente per le altre piastrelle termoisolanti Ã ̈ adeguato anche per i moduli termoisolanti.

Il fatto che non sia necessario utilizzare piastrelle termoisolanti speciali per il completamento del rivestimento Ã ̈ vantaggioso anche dal punto di vista economico, poichÃ© si evita di realizzare pochi esemplari speciali con costi elevati. Il montaggio dei moduli termoisolanti Ã ̈ inoltre semplice e rapido da eseguire.

Risulta infine evidente che alla struttura di supporto, al modulo termoisolante e alla camera di combustione descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dallâ€™ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Struttura di supporto per piastrelle termoisolanti di camere di combustione di turbine a gas, comprendente: un primo elemento di connessione (5) e un secondo elemento di connessione (6) aventi rispettive prime estremitÃ (5a, 6a), conformate in modo da accoppiarsi a fianchi di una piastrella termoisolante (2) di una camera di combustione (20) di una turbina a gas, e rispettive seconde estremitÃ (5b, 6b); e un dispositivo di serraggio (7); in cui il primo elemento di connessione (5) e il secondo elemento di connessione (6) hanno le rispettive seconde estremitÃ (5b, 6b) serrate dal dispositivo di serraggio (7) e si estendono opposti lâ€™uno rispetto allâ€™altro dal dispositivo di serraggio (7).
2. Struttura di supporto secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di serraggio (7) comprende una prima piastra (10) e una seconda piastra (11), reciprocamente affacciate, e mezzi di serraggio a vite (12) per alternativamente serrare la prima piastra (10) e la seconda piastra (11) lâ€™una contro lâ€™altra e allontanare la prima piastra (10) e la seconda piastra (11) lâ€™una dallâ€™altra; e in cui le seconde estremitÃ (5b, 6b) del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6) sono serrate fra la prima piastra (10) e la seconda piastra
3. Struttura di supporto secondo la rivendicazione 2, in cui la prima piastra (10) e la seconda piastra (11) sono sostanzialmente rettangolari.
4. Struttura di supporto secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui le seconde estremitÃ (5b, 6b) del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6) sono forate e i mezzi di serraggio a vite (12) comprendono una prima e una seconda vite disposte passanti attraverso le seconde estremitÃ (5b, 6b) rispettivamente del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6).
5. Struttura di supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo elemento di connessione (5) e il secondo elemento di connessione (6) comprendono rispettive lamine elastiche.
6. Struttura di supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le prime estremitÃ (5a, 6a) del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6) formano sedi (13, 14) per alloggiare porzioni di rispettivi fianchi della piastrella termoisolante (2).
7. Struttura di supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le prime estremitÃ (5a, 6a) del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6) sono ripiegate verso le rispettive seconde estremitÃ (5b, 6b), su un lato in uso rivolto verso la piastrella termoisolante (2).
8. Struttura di supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un dispositivo di fissaggio (8) su un lato in uso opposto alla piastrella termoisolante (2).
9. Struttura di supporto secondo la rivendicazione 8, in cui il dispositivo di fissaggio (8) comprende un perno filettato (15), estendentesi dal dispositivo di serraggio (7) sul lato in uso opposto alla piastrella termoisolante (2), e un dado (16).
10. Modulo termoisolante per camere di combustione di turbine a gas, comprendente una piastrella termoisolante (2) e almeno una struttura di supporto (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, accoppiata alla piastrella termoisolante (2).
11. Modulo termoisolante secondo la rivendicazione 10, in cui la piastrella termoisolante (2) presenta sedi di aggancio (2b) su opposti fianchi e le prime estremitÃ (5a, 5b) del primo elemento di connessione (5) e del secondo elemento di connessione (6) sono accoppiate a rispettive sedi di aggancio (2b) della piastrella termoisolante (2).
12. Modulo termoisolante secondo la rivendicazione 10 o 11, comprendente una pluralitÃ di strutture di supporto (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, accoppiate alla piastrella termoisolante (2) e disposte parallele fra loro.
13. Modulo termoisolante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui la piastrella termoisolante (2) ha una faccia di lavoro sostanzialmente continua e uniforme.
14. Camera di combustione di turbina a gas, comprendente un rivestimento termoisolante (25) avente almeno un modulo termoisolante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 13.
15. Camera di combustione secondo la rivendicazione 14, comprendente una carcassa (21) toroidale estendentesi attorno a un asse (A) e avente un primo guscio (22), radialmente esterno, e un secondo guscio (23), radialmente interno; e in cui il modulo termoisolante (1) Ã ̈ fissato al primo guscio (22).
16. Camera di combustione secondo la rivendicazione 15 dipendente dalla rivendicazione 9, in cui il perno filettato (15) Ã ̈ disposto attraverso un foro (31) nel primo guscio (22) Ã ̈ il dado (16) Ã ̈ accoppiato al perno filettato (15) dallâ€™esterno del primo guscio (22).
17. Camera di combustione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 16, in cui il rivestimento termoisolante (25) comprende una pluralitÃ di ulteriori piastrelle termoisolanti (26) portate dal primo guscio (22) lungo una circonferenza attorno allâ€™asse (A); e in cui il modulo termoisolante (1) forma con le ulteriori piastrelle termoisolanti (26) una superficie sostanzialmente continua.
18. Camera di combustione secondo la rivendicazione 17, in cui una superficie interna (22a) del primo guscio presenta guide circonferenziali (28) per lâ€™alloggiamento di elementi di connessione (30) delle ulteriori piastrelle termoisolanti (28) e una sede (32) in cui Ã ̈ alloggiato il dispositivo di serraggio (7) del modulo termoisolante (1).