ITMI991209A1 - Dispositivo di connessione di un ugello - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento.

Notoriamente, le turbine a gas comprendono un compressore al quale viene alimentata aria dall'ambiente esterno per portarla in pressione. L'aria in pressione passa in una serie di camere di premiscelamento, terminanti con un ugello, in ognuna delle quali un iniettore alimenta del combustibile che si miscela all'aria per formare una miscela aria combustibile da bruciare. La miscela, passando attraverso l'ugello, entra in camera di combustione ove bruciando produce gas ad elevata entalpia che vengono fatti espandere in una turbina. La turbina trasforma l'entalpia dei gas in energia meccanica disponibile ad un utilizzatore.

La presente invenzione si riferisce in particolare agli ugelli che immettono la miscela formatasi nel premiscelatore all'interno della camera di combustione ed al dispositivo di connessione degli stessi ugelli ad una carcassa di una camera di premiscelamento. Tali ugelli sono costituiti da elementi generalmente convergenti e sono comunemente noti come "shroud".

Al fine di rendere evidenti i problemi tecnici affrontati con la presente invenzione, nel seguito viene sommariamente descritto un singolo gruppo di premiscelamento 10 con riferimento alla figura 1.

Il gruppo di premiscelamento 10 comprende una camera di premiscelamento 11 individuata da una carcassa 12 solidale ad un supporto a colonna 13. Il supporto a colonna 13 termina con una piastra 14 sulla quale sono realizzati dei fori passanti 15 per il fissaggio ad un corpo motore non mostrato, ed una coppia di fori passanti 16 che costituiscono le estremità di condotti 17, 18 di alimentazione del combustibile .

Un condotto 17 si apre in una camera anulare 19 dalla quale, attraverso dei fori passanti 20, una porzione del combustibile viene alimentata in un dispositivo agitatore dell'aria 21, generalmente indicato come swirler. Nello swirler 21 e nella camera di premiscelamento 11, si produce la miscela composta da aria ad elevata turbolenza in arrivo dal compressore ed una porzione di combustibile alimentata attraverso lo swirler 21.

Lo swirler 21 è generalmente realizzato in due elementi a palette concentrici separati; un elemento esterno 21a è provvisto di palette orientate in un verso mentre un elemento interno 21b, che è inserito su un elemento ogivale sagomato 22, è dotato di palette orientate in senso opposto.

Il diverso orientamento delle palette dei due elementi 2la e 2lb dello swirler 21 permette di ottenere a valle dello stesso swirler 21, in camera di premiscelamento 11, una turbolenza elevata che va a creare le condizioni ideali per ottenere una miscela aria - combustibile estremamente dispersa e, quindi, una combustione corretta. Naturalmente, come mostrato in figura 1, i fori passanti 20 immettono il combustibile nell'elemento esterno 21a dello swirler 21.

Il supporto a colonna 13 presenta un altro condotto 18 che alimenta una serie di condotti che, nelle realizzazioni tradizionali (non mostrate in figura 1), si aprono all'interno dell'ugello 23. Più in particolare, tali condotti si aprono in prossimità di una bocca dell'ugello 23 affacciata alla camera di combustione della turbina.

Le camere di premiscelamento, ed in particolare gli ugelli con i quali tali camere terminano e sono collegate alla camera di combustione, sono parti termicamente sollecitate delle turbine.

Poiché la fiamma in camera di combustione è mantenuta ancorata in prossimità dell'ugello, essa trasmette elevati carichi termici a tutti gli elementi del gruppo di premiscelamento, ed in particolare all'ugello che è l'elemento che gli è posto più in vicinanza .

Per quanto detto appare evidente che l'ugello, essendo l'elemento più sollecitato dal punto di vista meccanico e termico, e anche quello destinato ad usurarsi e danneggiarsi maggiormente.

Per questo motivo gli ugelli vengono generalmente realizzati in elementi separati dalla carcassa della camera di premiscelamento e vengono a questa connessi in modo amovibile o smontabile, in modo che ne sia permessa la manutenzione e, quando necessario, la sostituzione.

Nelle realizzazioni tradizionali l'ugello è direttamente connesso alla carcassa della camera di premiscelamento. Ciò implica che la rimozione del collegamento e la separazione dell'ugello dalla carcassa della camera di premiscelamento risultano alquanto lunghe e difficoltose. Inoltre, al fine di realizzare accoppiamenti a tenuta tra l'ugello e la carcassa, sono necessarie lavorazioni precise e sostanzialmente lunghe, difficoltose nonché costose.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati, realizzando un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento che permetta di realizzare connessioni rapide e semplici dell'ugello alla carcassa della camera di premiscelamento .

Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento che permetta di disconnettere in modo sostanzialmente rapido e semplice l'ugello dalla carcassa della camera di premiscelamento .

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento che permetta di effettuare la manutenzione ed una eventuale sostituzione dell'ugello del gruppo di miscelazione in modo sostanzialmente rapido e semplice.

Non ultimo scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento che sia sostanzialmente semplice, sicuro ed affidabile.

Questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti realizzando un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una flangia che abbraccia e trattiene detto ugello, detta flangia essendo connessa in modo smontabile a detta carcassa di detta camera di premiscelamento, in modo rendere solidale detto ugello a detta carcassa di detta camera di premiscelamento .

In una realizzazione preferita la flangia è realizzata mediante un elemento a bussola in cui è inserito l'ugello, con le estremità sono connesse in modo non smontabile da una parte all'ugello, e smontabile dall'altra alla camera di premiscelamento.

In un'altra realizzazione preferita l'ugello presenta una cavità anulare sulla quale è sovrapposto l'elemento a bussola. Tra la cavità anulare dell'ugello e l'elemento a bussola è individuata una camera di distribuzione che può essere alimentata di combustibile da un primo condotto, e dalla quale il combustibile fuoriesce immettendosi nella camera di combustione posta a valle dell'ugello attraverso secondi condotti.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo di connessione secondo l'invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni.

Vantaggiosamente, il dispositivo di connessione secondo la presente invenzione risulta economico non solamente per quanto riguarda la sua realizzazione, ma anche perché permette di effettuare interventi sull'ugello o sulla carcassa della camera di premiscelamento in maniera sostanzialmente più economica rispetto alla tecnica nota.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati, nei quali:

la figura 1 mostra una sezione in alzata laterale di un gruppo di premiscelamento, con un ugello montato su una carcassa di una camera di premiscelamento mediante un dispositivo di connessione secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra una vista in alzata frontale del gruppo di premiscelamento mostrato in figura 1; la figura 3 mostra una sezione in pianta del gruppo di miscelazione mostrato in figura 1;

la figura 4 mostra una sezione di un particolare del dispositivo di connessione secondo l'invenzione.

Con riferimento alle figure citate, viene mostrato un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento indicato complessivamente con il numero 31.

L'ugello 23 è associato frontalmente alla carcassa 12 della camera di combustione 11 ed è alloggiato in una sede anulare 32 ricavata all'estremità della carcassa 12 della camera di combustione 11.

Il dispositivo 31 è costituito sostanzialmente da una flangia 33 che da una parte abbraccia e trattiene in maniera inamovibile un ugello 23 e dall'altra è connessa in modo smontabile ad una carcassa 12 della camera di premiscelamento 11, in modo da rendere solidali l'ugello 23 alla carcassa 12.

La flangia 33 è realizzata mediante un elemento a bussola in cui è inserito l'ugello 23, con le estremità dell'elemento a bussola connesse da una parte all'ugello 23 e dall'altra alla carcassa 12.

Una estremità dell'elemento a bussola 33 è provvista di un bordo 34, sporgente verso l'interno dello stesso elemento a bussola 33, in modo da individuare uno spallamento contro il quale va a battuta una porzione in risalto 35 dell'ugello 23.

Il bordo 34 corre lungo tutta la periferia dell'elemento a bussola 33 ed è anch'esso anulare.

La porzione in risalto 35 è anch'essa anulare e presenta una brasatura 36 circonferenziale per il fissaggio dell'elemento a bussola 33 sull'ugello 23.

Una seconda estremità dell'elemento a bussola 33, invece, porta una estensione a piastra 37 sporgente verso l'esterno dell'elemento a bussola 33 e posta a battuta contro una porzione frontale della carcassa 12. Sopra tale estensione 37 sono ricavati tre fori passanti, allineati con altrettanti fori passanti ricavati sulla carcassa 12, in cui sono inserite delle viti 38, come elementi di bloccaggio filettati. Le viti 38 sono bloccate in una porzione filettata dei fori passanti realizzati sulla carcassa 12 della camera di premiscelamento 11, in modo da realizzare la connessione smontabile tra l'ugello 23 e la carcassa 12 della camera di premiscelamento 11. Due dei tre fori dell'elemento a bussola 33, e quindi anche della carcassa 12, sono realizzati in posizione simmetrica rispetto ad un asse di simmetria 39 del dispositivo 31 e del gruppo di premiscelamento 10, da una parte in cui la carcassa 12 è connessa ad un supporto a colonna 13 del gruppo di premiscelamento 10. Tali fori si aprono in incavi 40 realizzati in una porzione ingrossata 41 dell'estensione a piastra 37.

Il terzo foro è realizzato in linea con l'asse di simmetria 39 e, inoltre, da una parte opposta a quella in cui il supporto a colonna è connesso alla carcassa 12 della camera di premiscelamento 11, ove sono ricavati i primi due fori.

Lungo l'ugello 23 ed in corrispondenza della porzione in risalto 35 è ricavata una cavità anulare 42 sulla quale è sovrapposto l'elemento a bussola 33. La cavità anulare 42, chiusa dall'elemento a bussola 33, individua una camera di distribuzione 43 in comunicazione con un condotto 18 ricavato nel supporto a colonna 13 e con ulteriori condotti 44 realizzati all'interno del corpo dell'ugello 23. I condotti 44 si aprono nella camera di combustione su una porzione frontale del corpo dell'ugello 23.

Il condotto 18 alimenta combustibile all'interno della camera di distribuzione 43, da qui il combustibile viene erogato attraverso i condotti 44 nella camera di combustione, in modo da alimentare una fiamma pilota che, di solito, assume una configurazione anulare e circonda una fiamma principale formata dalla combustione del combustibile erogato dall'iniettore 22.

Nella forma di realizzazione mostrata, esemplificativa e non limitativa, i condotti 44 sono in numero di otto, sono realizzati all'interno del corpo dell'ugello 23 lungo una circonferenza e su questa sono tra loro equidistanziati.

Parallelamente alla cavità 42 che individua la camera di distribuzione 43 l'ugello 23 presenta una seconda porzione ingrossata anulare su cui è ricavata una seconda brasatura 45 per il fissaggio dell'elemento a bussola 33 sull'ugello 23. Sia la brasatura 36 che la brasatura 45, che connettono reciprocamente l'elemento a bussola 33 all'ugello 23, garantiscono la tenuta all'interno della camera di distribuzione 43.

La camera di distribuzione 43 è alimentata dal condotto 18. Il condotto 18 presenta due porzioni: una prima porzione 18a è ricavata nel supporto a colonna 13. La porzione 18a presenta ad una estremità un elemento di connessione 46 ad una tubatura esterna al gruppo di premiscelamento 10, l'estremità opposta, invece, termina con un allargamento che va a costituire una sede in cui alloggiare un "elicoflex" di tenuta 47 tra la prima porzione I8a del condotto 18 ed una seconda porzione 18b ricavata sull'elemento a bussola 33.

L' elicoflex è costituito da un corpo toroidale o a ciambella realizzato in materiale atto ad effettuare la tenuta, al cui interno è sistemato un elemento elastico. Quando l'elicoflex viene alloggiato nella sua sede, l'elemento elastico tende ad espandersi forzando le superiici di tenuta dell'elemento toroidale contro la sede. In questo modo viene garantita un ottima tenuta anche in condizioni estreme.

Il condotto 18b è ricavato nella porzione ingrossata 41 dell'estensione a piastra 37 compresa tra la coppia di fori passanti simmetrici rispetto all'asse 39. Il condotto 18b è costituito da un foro passante, preferibilmente obliquo, che presenta una prima bocca sulla parete dell'estensione a piastra 37 in corrispondenza del condotto 18a, ed una seconda bocca in corrispondenza della cavità 42.

Il montaggio e lo smontaggio di un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento secondo l'invenzione sono estremamente semplici e rapidi e, in particolare si svolgono come di seguito descritto.

Il montaggio si effettua alloggiando l'ugello 23, solidale alla bussola 31, nella propria sede 32 della carcassa 12 della camera di premiscelamento 11 dopo aver preventivamente posizionato l'elicoflex 47. Si inseriscono, quindi, le viti 38 all'interno dei rispettivi fori dell'estensione a piastra 37 e si bloccano all'interno dei fori filettati della carcassa 12. Successivamente si provvede ad assicurare i collegamenti effettuati per impedire la rotazione delle viti.

Lo smontaggio avviene rimuovendo le viti 38 e, successivamente, disinserendo l'elemento a bussola 33, solidale all'ugello 23, per la manutenzione e/o la sostituzione, a seconda delle necessità.

Durante il funzionamento di una turbina a gas che porta il dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento secondo l'invenzione, in modo noto attraverso il con-, dotto 17 del combustibile viene fornito all'elemento esterno 2la dello swirler 21. Il combustibile passa nella camera di premiscelamento 11 in cui si forma una miscela di aria e combustibile. La formazione della miscela e favorita dalla turbolenza dell'aria provocata dallo swirler 21. In seguito, la miscela attraversa l'ugello 23 e passa in camera di combustione ove brucia. L'elemento a bussola 33 secondo l'invenzione compensa tutte le sollecitazioni che vengono esercitate sull'ugello 23 e lo mantiene bloccato in maniera salda e sicura alla carcassa 12 della camera di premiscelamento 11.

Inoltre, attraverso il condotto 18, viene alimentato combustibile all'interno della camera di distribuzione 43. Da qui, attraverso i condotti 44 il combustibile passa in camera di combustione dove alimenta la fiamma pilota. La tenuta tra le porzioni 18a e 18b del condotto 18 è garantita dall'elicoflex 47. Inoltre, la tenuta della camera di distribuzione 43 è garantita dalle brasature 36, 45 interposti tra l'ugello 23 e l'elemento a bussola 33.

Modifiche e varianti sono naturalmente possibili, così, l'elemento a bussola 33 può essere realizzato di pezzo con l'ugello 23 per microfusione, evitando in questo modo di realizzare le brasature 36, 45. Inoltre, il bloccaggio dell'elemento a bussola 33 sulla carcassa 12 della camera di premiscelamento 11 può essere effettuato con un numero qualsiasi di viti 38 a seconda delle esigenze progettuali contingenti e, in diverse realizzazioni, si può effettuare mediante bulloni o altri elementi facilmente smontabili.

La realizzazione descritta è relativa ad una turbina alimentata con combustibile gassoso, naturalmente il dispositivo di connessione secondo la presente invenzione può essere vantaggiosamente adoperato anche con una turbina alimentata con combustibile liquido. In tale realizzazione l'elemento ogivale sagomato 22 è un iniettore.

Si è in pratica constatato come un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento secondo l'invenzione risulti particolarmente vantaggioso perché permette di semplificare notevolmente le operazioni di manutenzione della turbina e, inoltre, permette di effettuare una eventuale sostituzione dell'ugello del gruppo di premiscelamento in modo sostanzialmente semplice e rapido.

Inoltre, il condotto che alimenta la camera di distribuzione, pur essendo realizzato in due porzioni distinte, presenta ottime caratteristiche di tenuta. Ciò si ottiene utilizzando l'anello elicoflex che garantisce, pur nelle condizioni gravose nelle quali si trova a lavorare, una elevata affidabilità.

A ciò si devono aggiungere, inoltre, la notevole economicità ed affidabilità.

Un dispositivo di connessione di un ugello di una camera di premiscelamento di una turbina a gas ad una carcassa della camera di premiscelamento così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1.Dispositivo di connessione (31) di un ugello (23) di una camera di premiscelamento (11) di una turbina a gas ad una carcassa (12) della camera di premiscelamento (11), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una flangia (33) che abbraccia e trattiene detto ugello (23), detta flangia (33) essendo connessa in modo smontabile a detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11), in modo da rendere solidale detto ugello (23) a detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11).
2. 2. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta flangia (33) è realizzata mediante un elemento a bussola in cui è inserito detto ugello (23), le estremità di detto elemento a bussola essendo connesse in modo inamovibile da una parte a detto ugello (23), e dall'altra in modo smontabile a detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11).
3. 3. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento a bussola (33) presenta una prima estremità provvista di un bordo sporgente (34) verso l'interno in modo da individuare uno spallamento che va a battuta contro una porzione in risalto (35) di detto ugello (23), una seconda estremità di detto elemento a bussola (33) presentando, invece, una estensione a piastra (37) sporgente verso l'esterno e provvista di fori passanti, detto elemento a bussola (33) essendo posto con detta estensione a piastra (37) a battuta di una porzione frontale di detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (il) con detti fori passanti allineati con fori di detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11), in detti fori passanti di detto elemento a bussola (33) e di detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11) essendo inseriti elementi di bloccaggio filettati (38), in modo da realizzare detta connessione amovibile o smontabile tra detto ugello (23) e detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11).
4. 4. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta porzione in risalto (35) di detto ugello (23) è sostanzialmente anulare.
5. 5. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti fori passanti di detto elemento a bussola (33) sono in numero di tre, una coppia di detti fori essendo realizzata in posizione simmetrica rispetto ad un asse di simmetria (39) da una parte in cui un supporto a colonna (13) è connesso a detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11), un terzo foro essendo realizzato in linea con detto asse di simmetria (39) di detto elemento a bussola (33) e da una parte opposta a quella in cui dettò supporto a colonna (13) è connesso a detta carcassa (12) di detta camera di premiscelamento (11).
6. 6.Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto ugello (23) presenta una cavità anulare (42) sulla quale è sovrapposta detto elemento a bussola (33), tra detta cavità (42) di detto ugello (23) e detto elemento a bussola (33) essendo individuata una camera di distribuzione (43) la quale può essere alimentata di combustibile da almeno un primo condotto (18), e dalla quale detto combustibile fuoriesce immettendosi in una camera di combustione posta a valle di detto ugello (23) attraverso secondi condotti (44).
7. 7. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, interposte tra detto ugello (23) e detto elemento a bussola (33) e sostanzialmente lungo ognuno dei due lati di detta camera di distribuzione (43), è posta una saldatura o brasatura (36, 45) alloggiato in una propria sede.
8. 8. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto elemento a bussola (33) presenta una porzione ingrossata (41) compresa tra detta coppia di fori passanti, detta porzione ingrossata (41) presentando un foro passante che individua una porzione terminale (18b) di detto condotto di alimentazione (18) di detta camera di distribuzione (43).
9. 9.Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto foro passante individuante detta porzione terminale (18b) di detto condotto (18) di alimentazione di detta camera di distribuzione (43) è connesso ad una seconda porzione (18a) di detto condotto (18) di alimentazione di detta camera di distribuzione (43) contenuto in detta supporto a colonna (13), tra detto foro individuante detta porzione terminale (I8b) di detto condotto (18) e detta seconda porzione (18a) di detto condotto (18) la tenuta essendo garantita da un elicoflex (47) alloggiato in una propria sede.
10. 10. Dispositivo di connessione (31) secondo la rivendicazione 6 , caratterizzato dal fatto che detti secondi condotti (44) sono realizzati all'interno di un corpo di detto ugello (23) e si aprono in detta