ITMI20131115A1

ITMI20131115A1 - Piastrella per il rivestimento di camere di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, e camera di combustione comprendente detta piastrella

Info

Publication number: ITMI20131115A1
Application number: IT001115A
Authority: IT
Inventors: Flavio Bruzzone; Antonino Lutri; Maximiliano Oliva; Aldo Schiavi
Original assignee: Ansaldo Energia Spa
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-04
Also published as: EP3017252B1; CN105473943B; EP3017252A1; WO2015001517A1; CN105473943A

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“PIASTRELLA PER IL RIVESTIMENTO DI CAMERE DI COMBUSTIONE, IN PARTICOLARE DI IMPIANTI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA A TURBINA A GAS, E CAMERA DI COMBUSTIONE COMPRENDENTE DETTA PIASTRELLA”

La presente invenzione è relativa ad una piastrella per il rivestimento di camere di combustione, in particolare di turbine a gas, e ad una camera di combustione comprendente detta piastrella.

Come noto, le pareti interne delle camere di combustione delle turbine a gas per la produzione di energia elettrica richiedono una efficace protezione termica, in quanto, durante la combustione, sono esposte a gas caldi ad alta temperatura e talvolta anche altamente corrosivi.

A tale scopo, è noto utilizzare piastrelle in materiale ceramico ed applicarle, per esempio, sulle pareti di struttura della camera di combustione. In generale, i materiali ceramici sono potenzialmente idonei a questa applicazione, in quanto offrono una buona protezione termica e hanno bassa conduttività.

Le piastrelle sono generalmente fissate alla faccia interna della camera di combustione mediante elementi di aggancio, i quali sono configurati per trattenere le piastrelle lungo due facce laterali opposte.

Una piastrella di questo tipo è descritta nel documento EP 0558540.

Tuttavia, durante l’uso si evidenziano gravi danneggiamenti della faccia interna della camera di combustione (normalmente definita “Hub”) alla quale sono fissate le piastrelle. Tali danneggiamenti sono determinati da spostamenti non previsti delle piastrelle della camera di combustione, in particolar modo lungo la direzione del flusso (verso la turbina a gas).

Lo spostamento imprevisto delle piastrelle, infatti, espone estese porzioni della faccia interna comprese tra una piastrella e l’altra a temperature elevate provocando bruciature e formazioni di cricche.

Una soluzione a questo tipo di problema è descritta nel documento US 8104287.

Tuttavia, tale soluzione richiede la modifica della struttura della piastrella e l’ulteriore modifica della struttura degli elementi di aggancio. Ciò comporta la modifica sia degli stampi di realizzazione della piastrella che degli stampi e del tipo di lavorazione degli elementi di aggancio.

In particolare, la lavorazione degli elementi di aggancio è molto laboriosa, essendo questi generalmente realizzati in materiale metallico.

È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire una piastrella per il rivestimento di camere di combustione, in particolare di turbine a gas, in grado di evitare gli inconvenienti delle piastrelle dell’arte nota.

In particolare, è uno scopo del trovato quello di realizzare, in modo semplice ed economico, una piastrella che sia stabile durante l’uso e che non esponga porzioni della faccia interna della camera di combustione all’azione distruttiva delle alte temperature.

In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad una piastrella per il rivestimento di camere di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, comprendente un corpo base, il quale si estende lungo un asse longitudinale ed è provvisto di:

− una faccia principale, la quale è rivolta, in uso, verso l’interno della camera di combustione, − due facce laterali opposte, ciascuna delle quali è provvista di una scanalatura estendentesi sostanzialmente lungo l’asse longitudinale e atta ad essere impegnata da almeno un rispettivo elemento di aggancio configurato per fissare la piastrella ad una faccia interna della camera di combustione in modo bloccare movimenti della piastrella lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale;

− una faccia posteriore, atta, in uso, ad essere accoppiata alla faccia interna della camera di combustione; la faccia posteriore essendo provvista di un elemento di accoppiamento, il quale si protende dalla faccia posteriore ed è configurato per impegnare una rispettiva sede della faccia interna della camera di combustione in modo bloccare movimenti della piastrella lungo l’asse longitudinale.

È inoltre uno scopo della presente invenzione quello di realizzare una camera di combustione di un impianto per la produzione di energia elettrica a turbina a gas affidabile e in cui gli spostamenti delle piastrelle siano ridotti.

In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad una camera di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, Camera di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, provvista di una cassa, la quale definisce un’area destinata alla reazione di combustione; la cassa comprendendo una faccia interna, la quale è provvista di almeno una sede, e un rivestimento interno, il quale ricopre la faccia interna e comprende almeno una piastrella in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5.

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:

– la figura 1 è una vista schematica di un impianto per la produzione di energia elettrica a turbina a gas comprendente una camera di combustione in accordo alla presente invenzione;

– la figura 2 è una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza, della camera di combustione in accordo alla presente invenzione;

– la figura 3 è una prima vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, di una piastrella per il rivestimento di camere di combustione in accordo alla presente invenzione;

– la figura 4 è una seconda vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, della piastrella di figura 3;

– la figura 5 è una vista prospettica di un dettaglio della camera di combustione, con parti asportate per chiarezza, della camera di combustione in accordo alla presente invenzione.

In figura 1 è indicato con il numero di riferimento 1 un impianto per la produzione di energia elettrica comprendente un compressore 3, una camera di combustione 4, una turbina 5 a gas ed un generatore 7, il quale trasforma la potenza meccanica fornita dalla turbina 5 in potenza elettrica da alimentare ad una rete elettrica 8, collegata al generatore 7 mediante un interruttore 9.

Una variante non illustrata prevede che l’impianto 1 sia del tipo a ciclo combinato e che comprenda, oltre alla turbina 5 a gas ed al generatore 7, anche un turbogruppo a vapore.

La turbina 5 a gas si estende lungo un asse A longitudinale ed è provvista di un albero 13 (anch’esso estendentesi lungo l’asse A) a cui sono connessi anche il compressore 3 e il generatore 7.

Il compressore 3 è preferibilmente un compressore assiale multistadio. In particolare, il compressore 3 si estende lungo l’asse A e comprende una presa d’aria 14, normalmente chiamata “air intake” e uno stadio di ingresso 15 avente geometria variabile. Lo stadio di ingresso 15 comprende una pluralità di palette statoriche orientabili di ingresso 16 (schematicamente illustrate in figura 1), dette comunemente IGV (Inlet Guide Vane), la cui inclinazione può essere modificata per regolare una portata d’aria aspirata dal compressore 3 stesso.

Con riferimento alla figura 2, la camera di combustione 4 è provvista di una cassa 20, la quale definisce un’area destinata alla reazione di combustione. Preferibilmente, la camera di combustione 4 è di tipo anulare e presenta una forma sostanzialmente toroidale.

La cassa 20 ha una forma sostanzialmente anulare ed è provvista di un rivestimento interno 21, definito da una pluralità di piastrelle 22 di materiale refrattario disposte in colonne adiacenti.

Con riferimento alla figura 3, le piastrelle 22 comprendono un corpo base 23, il quale si estende lungo un asse longitudinale B e presenta preferibilmente una forma quadrangolare.

Il corpo base 23 è provvisto di una faccia principale 24, la quale è rivolta, in uso, verso l’interno della camera di combustione 4, due facce laterali opposte 25, le quali sono provviste rispettivamente di una scanalatura longitudinale 26, e di una faccia posteriore 27, la quale è atta ad essere accoppiata ad una rispettiva porzione di una faccia interna 28 della cassa 20 (figura 5). Le scanalature longitudinali 26 si estendono sostanzialmente lungo l’asse B e sono sostanzialmente conformate ad U.

Con riferimento alla figura 4, le piastrelle 22 sono fissate alla faccia interna 28 della cassa 20 (figura 5) mediante elementi di aggancio 29. Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, ciascuna piastrella 22 è fissata alla faccia interna 28 della cassa 20 mediante quattro elementi di aggancio 29.

Ciascun elemento di aggancio 29 è fissato alla faccia interna 28 della cassa 20 e alla rispettiva piastrella 22 in modo da bloccare movimenti della piastrella 22 lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale B.

In particolare, ciascun elemento di aggancio 29 è configurato per impegnare una rispettiva scanalatura 26 della piastrella 22.

Con riferimento alla figura 5, la faccia interna 28 della cassa 20 è provvista di due sedi 31, le quali si estendono parallelamente l’una all’altra e sono destinate all’alloggiamento degli elementi di aggancio 29. In particolare ciascuna sede 31 è destinata all’alloggiamento di due elementi di aggancio 29 configurati per impegnare scanalature 26 opposte della piastrella 22.

Le sedi 31 sono preferibilmente definite da una scanalatura longitudinale avente una sezione sostanzialmente conformata ad U.

Con riferimento alla figura 4, ciascun elemento di aggancio 29 comprende una piastra 32 provvista, ad una prima estremità, di un foro di fissaggio 33 per il fissaggio alla faccia interna 28 e, ad una seconda estremità, di una aletta 34 avente una sezione sostanzialmente conformata a U.

Ciascuna piastra 32 è fissata alla parete di fondo della rispettiva sede 31 della faccia interna 28 in modo tale che, in uso, l’aletta 34 sporga dalla rispettiva piastrella 22 e impegni la rispettiva scanalatura longitudinale 26 della piastrella 22.

Con riferimento alle figure 3, 4 e 5, la faccia posteriore 27 di ciascuna piastrella 22 è provvista di un elemento di accoppiamento 35, il quale si protende dalla faccia posteriore 27 ed è configurato per impegnare una delle sedi 31 realizzate lungo la faccia interna 28 della cassa 20.

In particolare, l’elemento di accoppiamento 35 è conformato in modo tale da impegnare una delle sedi 31 in modo tale da garantire che la piastrella 22 non si muova lungo il proprio asse longitudinale B.

Preferibilmente, l’elemento di accoppiamento 35 è sostanzialmente conformato a parallelepipedo e presenta un’altezza assiale, intesa come la lunghezza misurata lungo l’asse longitudinale B, tale da consentire l’inserimento nella sede 31 con il minimo gioco.

In questo modo, gli elementi di aggancio 29 bloccano i movimenti della piastrella 22 lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale B, mentre l’elemento di accoppiamento 35, impegnando la rispettiva sede 31, blocca i movimenti della piastrella 22 lungo la direzione parallela all’asse longitudinale B.

Pertanto la presenza dell’elemento di accoppiamento 35 contribuisce a ridurre gli spostamenti lungo l’asse B e quindi a ridurre le porzioni della faccia interna 28 comprese tra una piastrella 22 e l’altra che vengono esposte a temperature elevate provocando bruciature e formazioni di cricche.

Resta inteso che l’elemento di accoppiamento 35 possa avere una qualsiasi forma diversa in grado di garantire il bloccaggio dei movimenti della piastrella 22 lungo la direzione parallela all’asse longitudinale B.

Considerando la configurazione dell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, in cui le piastrelle 22 sono montate lungo la faccia interna 28 della cassa 20 di una camera di combustione 4 del tipo anulare, la presenza degli elementi di aggancio 29 blocca gli spostamenti delle piastrelle 22 lungo una direzione circonferenziale attorno all’asse A dell’impianto 1, mentre la presenza degli elementi di accoppiamento 35 blocca gli spostamenti delle piastrelle 22 lungo la direzione del flusso di gas combusti che lambisce le piastrelle 22.

Vantaggiosamente, la piastrella 22 secondo la presente invenzione risolve il problema legato agli spostamenti assiali incontrollati in modo semplice e con il minimo impatto economico.

Grazie alla presente invenzione, infatti, vengono ridotte le attività di manutenzione straordinaria su macro componenti della camera di combustione 4 con un risparmio notevole in termini di mano d’opera e di tempo di riparazione durante le manutenzioni programmate.

La riduzione dei tempi di intervento è di fondamentale importanza per il gestore dell’impianto, il quale vedrà ridursi, grazie alla presente invenzione, il tempo complessivo di fermata dell’impianto 1.

Oltretutto, la riduzione di cricche e bruciature determina una riduzione dei consumi dei pezzi di ricambio con evidenti vantaggi in termini economici.

Infine, le piastrelle 22 realizzate secondo la presente invenzione possono essere applicate a camere di combustione già esistenti senza richiedere alcun intervento di adeguamento. L’elemento di accoppiamento 35, infatti, impegna una sede 31 già presente in tutti gli impianti in cui sia previsto l’impiego degli elementi di aggancio 29 per il fissaggio delle piastrelle 22.

Risulta infine evidente d’aggancio che alla piastrella e alla camera di combustione qui descritte possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Piastrella per il rivestimento di camere di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, comprendente un corpo base (23), il quale si estende lungo un asse longitudinale (B) ed è provvisto di: − una faccia principale (24), la quale è rivolta, in uso, verso l’interno della camera di combustione (4), − due facce laterali opposte (25), ciascuna delle quali è provvista di una scanalatura (26) estendentesi sostanzialmente lungo l’asse longitudinale (B) e atta ad essere impegnata da almeno un rispettivo elemento di aggancio (29) configurato per fissare la piastrella (22) ad una faccia interna (28) della camera di combustione (4) in modo bloccare movimenti della piastrella (22) lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale (B); − una faccia posteriore (27), atta, in uso, ad essere accoppiata ad una faccia interna (28) della camera di combustione (4); la faccia posteriore (27) essendo provvista di un elemento di accoppiamento (35), il quale si protende dalla faccia posteriore (27) ed è configurato per impegnare una rispettiva sede (31) della faccia interna (28) della camera di combustione (4) in modo bloccare movimenti della piastrella (22) lungo l’asse longitudinale (B).
2. Piastrella secondo la rivendicazione 1, in cui il corpo base (23) è realizzato in materiale ceramico, per esempio in allumina, preferibilmente, in un sistema bifasico allumina-mullite.
3. Piastrella secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’elemento di accoppiamento (35) è sostanzialmente conformato a parallelepipedo.
4. Camera di combustione, in particolare di impianti per la produzione di energia elettrica a turbina a gas, provvista di una cassa (20), la quale definisce un’area destinata alla reazione di combustione; la cassa (20) comprendendo una faccia interna (28), la quale è provvista di almeno una sede (31), e un rivestimento interno (21), il quale ricopre la faccia interna (28) e comprende almeno una piastrella (22) in accordo ad una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
5. Camera di combustione secondo la rivendicazione 4, comprendente una pluralità di elementi di aggancio (29) configurati per fissare le piastrelle (22) alla faccia interna (28) della camera di combustione (4) in modo da bloccare movimenti delle piastrelle (22) lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale (B).
6. Camera di combustione secondo la rivendicazione 5, in cui gli elementi di aggancio (29) comprendono una prima estremità, la quale è fissata alla sede (31) della faccia interna (28), ed una seconda estremità, la quale impegna la rispettiva scanalatura (26) della rispettiva piastrella (22).
7. Camera di combustione secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui l’elemento di accoppiamento (35) ha un’altezza assiale tale da consentire l’inserimento dell’elemento di accoppiamento (35) nella sede (31) con un gioco minimo.