ITPD970298A1 - Apparecchiatura e procedimento per bloccare pale in un rotore. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda rotori, come quelli impiegati in compressori, ventilatori e turbine.

Compressori, ventilatori, turbine e macchine analoghe impiegano rotori a cui sono fissate una pluralità di pale. Queste pale sono disposte in una o più file distanziate assialmente lungo il rotore, le pale in ciascuna fila essendo posizionate circonferenzialmente attorno alla periferia del rotore.

In conseguenza delle elevate forze stabili e vibratorie imposte sulle pale durante il funzionamento, il procedimento di fissare le pale all'albero del rotore richiede accurata approgettazione. Un procedimento di fissaggio impiega gole estendentisi approssimativamente assialmente formate nella periferia dell'albero del rotore. La sagoma delle gole può essere quella di un abete, semicircolare, T capovolta o qualche variante di questa. Ciascuna pala ha alla sua base una corrispondente porzione di radice che è rigorosamente profilata per adattarsi alla sagoma delle gole rotoriche. Ciascuna pala è ritenuta nel rotore facendo scorrere la radice della pala in una gola del rotore. Pale fissate al rotore in questo modo sono chiamate pale ad ingresso laterale. In conseguenza dello stretto adattamento di dimensioni a sagoma della radice della pala e della gola retorica, movimento della pala nelle direzioni tangenziale e radiale è rigorosamente limitato .

Durante il funzionamento a piena velocità, le pale sono sollecitate

assialmente in avanti dall'aumento di pressione attraverso la fila di pale. La forza centrifuga sulle pale è tuttavia estremamente elevata. Quindi nelle radici delle pale vi è resistenza d'attrito più che adeguata a impedire ad esse di scivolare in avanti. Tuttavia, quando una turbina a gas viene arrestata, al suo rotore non è consentito di arrestarsi immediatamente. Piuttosto, il rotore è solitamente fatto ruotare a bassa velocità finché esso non si raffredda sufficientemente ad impedire alla gravità di formare una spanciatura nel rotore caldo poiché una simile spanciatura avrebbe come conseguenza elevate vibrazioni durante il successivo avviamento. Tale operazione di raffreddamento a bassa velocità può proseguire per vari giorni, durante il quale tempo la pala del compressore può migrar fuori dalla sua gola. Conseguentemente, è necessario limitare il movimento delle pale del compressore nella direzione assiale, processo questo chiamato "bloccaggio".

Nel passato, il bloccaggio era realizzato mediante un perno radiale caricato da molla. In tale soluzione, ciascuna pala è installata disponendo dapprima una molla in un foro nel fondo della gola rotorica e comprimendo la molla forzando un perno nel foro sulla sommità della molla. La radice della pala è fatta scorrere nella gola ed è bloccata quando una fessura, lavorata nel fondo della radice, oltrepassa il perno, consentendo alla forza elastica di sospingere il perno parzialmente fuori dal foro e nella fessura. Pale sono rimosse applicando una forza assiale alla radice della pala sufficiente a tranciare il perno a metà, consentendo così l'estrazione della pala.

Sfortunatamente, questa soluzione risente di vari inconvenienti. In primo luogo, il dispositivo di bloccaggio è celato alla vista e la sua corretta installazione non può essere stabilita visivamente una volta che la pala sia stata inserita nella gola. Poiché vi possono essere ben più di mille pale in ciascun rotore, tale inconveniente rende l'ispezione del rotore per determinare il bloccaggio difficile e consumante tempo. Tuttavia, una singola pala di compressore sbloccata può determinare sostanziale danneggiamento alle pale ruotanti e alle palette stazionarie del compressore e rendere la turbina a gas indisponibile per l'impiego sino a che non viene riparata. Si deve notare che molti dei dispositivi di bloccaggio utilizzati nella tecnica nota risentono di un inconveniente similare.

In secondo luogo il perno di bloccaggio è sottoposto, in rare occasioni, al disimpegno, così da consentire alle pale del compressore di "camminare " o scorrere in avanti durante la rotazione di raffreddamento a bassa velocità in maniera da contattare una fila adiacente di palette stazionarie.

Più recentemente, pale sono state bloccate impiegando meccanismi di bloccaggio circonferenziali. Una simile soluzione è descritta nel brevetto statunitense No. 4.915.587 (Pisz e al). Tuttavia, questa soluzione richiede costose chiavette di bloccaggio lavorate meccanicamente e complessa lavorazione del rotore.

E' perciò desiderabile fornire un'apparecchiatura in un procedimento per bloccare pale in un rotore che siano economicamente vantaggiosi e che consentano ispezione del dispositivo di bloccaggio.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Perciò, lo scopo generale della presente invenzione è quello di fornire un'apparecchiatura ed un procedimento per bloccare pale in un rotore.

In breve, tale scopo, come pure altri scopi della presente invenzione, sono raggiunti in un complesso rotorico di turbomacchina comprendente (i) una pale avente una porzione di radice, una prima tacca formata nella radice, la prima tacca formando una porzione della periferia di un foro (ii) una gola per ritenere la radice della pala, una seconda tacca formata nella gola del rotore, la seconda tacca essendo disposta opposta alla prima tacca e formando la porzione rimanente della periferia del foro, (iii) un perno disposto nel foro formato dalla prima e seconda tacche, e (iv) mezzi per bloccare il perno nel foro. In una forma di realizzazione dell'invenzione, i mezzi per bloccare il perno comprendono una striscia avente linguette su ciascuna delle proprie estremità che sono disposte adiacenti a facce opposte del rotore.

La presente invenzione comprende pure un procedimento per installare una pala in un rotore di turbomacchina, comprendente le fasi di (i) far scorrere una porzione di radice della pala in una gola formata nel rotore, (ii) inserire un perno avente una prima fessura formata in esso in un foro formato da tacche coniugate, le tacche coniugate essendo formate in facce opposte della gola del rotore della radice della pala, (iii) far ruotare il perno in modo d'allineare la prima fessura con una seconda fessura formata nel rotore, (iv) far scorrere una striscia di ritegno attraverso la prima e seconda fessure, e (v) piegare una prima estremità della linguetta contro una prima faccia del rotore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 è una vista isometrica di una pala di compressore di una turbina a gas secondo la presente invenzione.

La figura 2 è una vista in pianta della pala di compressore rappresentata in figura 1 installata in un rotore di compressore.

La figura 3 è una sezione trasversale presa lungo la linea III-III rappresentata in figura 2.

La figura 4 è una vista in esploso dell'apparecchiatura di bloccaggio della pala secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DELLA FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA

Facendo riferimento ai disegni, in figura 1 è rappresentata una pala 1 di compressore a turbina a gas secondo la presente invenzione. Come è convenzionale, la pala 1 comprende una porzione aerodinamica 2 ed una porzione di radice 3. La radice 3 della pala ha preferibilmente una sagoma a coda di rondine come è rappresentato. Secondo l'importante aspetto dell'invenzione, una tacca 4 è formata in un lato della radice 3 della pala. La tacca 4 è orientata radialmente e, preferibilmente, ha una sezione trasversale semicircolare.

Le figure 2 e 3 mostrano la pala 1 installata nell'albero di un rotore 6 di compressore. Come è convenzionale, la pala 1 è fissata all’albero 6 del rotore mediante una gola 14 o scanalatura formata nella periferia del rotore. Come è pure convenzionale, la gola o scanalatura 14 ha una sagoma che corrisponde a quella della radice 3 della pala per cui le pareti della gola vincolano la radice della pala dal compiere movimento nelle direzioni circonferenziale e radiale. Secondo un importante aspetto della presente invenzione, la gola 14 del rotore ha una tacca 5 formata nella parete della gola che è rivolta alla parete di radice della pala in cui è formata la tacca 4. La tacca 5 è orientata radialmente e ha dimensioni ed una sagoma di sezione trasversale che si adattano a quelle della tacca 4. Pertanto, la tacca 5 ha preferibilmente una sezione trasversale semicircolare .

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, la gola 14 ha una fessura 16 che si estende lungo la lunghezza della gola e interseca la tacca 5. Come è meglio rappresentato in figura 4, la fessura 16 ha preferibilmente una sezione trasversale rettangolare.

Come è rappresentato in figura 2, le tacche 4 e 5 sono posizionate lungo la radice 3 della pala e la gola del rotore 14 in modo tale che esse sono allineate, la tacca 4 essendo rivolta opposta alla tacca 5. Pertanto, quando la radice 3 della pala viene installata nella gola 14 con le tacche 4 e 5 formano un foro cieco, la tacca 4 formando metà della periferia del foro e la tacca 5 formando l'altra metà della periferia.

E' pure previsto un perno 8, che è preferibilmente cilindrico. Il perno 8 ha una prima fessura 18 formata nella sua porzione di corpo cilindrica ed una fessura 20 in una delle sue facce di estremità. Il diametro del perno 8 è preferibilmente leggermente inferiore al diametro del foro cieco formato dalle tacche coniugate 4 e 5.

E' pure prevista una striscia di ritegno 12. La striscia di ritegno ha preferibilmente una linguetta pre-piegata 22 su una delle sue estremità. La linguetta 22 è preferibilmente orientata con un angolo di 90° rispetto al corpo della striscia 12. L'estremità opposta della striscia di ritegno 12, che inizialmente non è piegata, forma una seconda linguetta 21. La striscia di ritegno è formata da un materiale e da uno spessore tale da consentire la spiegatura della linguetta 21 durante l'assemblaggio, come sarà discusso in seguito. In una forma di realizzazione dell'invenzione, la striscia di ritegno è formata da acciaio inossidabile 403 e ha una lunghezza di 0,89 cm (0,35 pollici) ed una larghezza di 0,19 cm (0,075 pollici) . La lunghezza della striscia di ritegno 12 deve essere leggermente superiore a quella della fessura 16 nella gola rotorica 14.

La figura 4 è una vista in esploso illustrante l'installazione dei vari componenti dell'apparecchiatura per bloccare la pala 1 del compressore nel rotore 6 in modo da impedire movimento nella direzione assiale, ossia in una direzione parallela all'asse della gola 14.

Durante l'assemblaggio, la radice 3 della pala è fatta scorrere nella gola rotorica 14 in modo tale che le tacche 4 e 5 abbiano a accoppiarsi, formando il foro cieco. Il perno radiale 8 è quindi inserito nel foro cieco impedendo così alla radice 3 della pala di compiere ulteriore movimento nella direzione assiale. Il perno 8 è quindi fatto ruotare in maniera tale che la fessura 18 nel corpo del perno sia allineata con la fessura 16 nella gola. Per facilitare questa rotazione, un cacciavite a testa piatta può essere inserito nella fessura 20 nella estremità del perno 8.

La striscia di ritegno 12 è quindi fatta scorrere nella fessura 16 nella gola rotorica in maniera tale che essa abbia ad estendersi attraverso la fessura 18 nel corpo del perno 8, impedendo così al perno di muoversi nella direzione radiale. Inserimento della striscia di ritegno 12 prosegue finché la linguetta prepiegata 22 non viene a poggiare contro la faccia posteriore del rotore 6 come è meglio rappresentato in figura 3. La linguetta 21 in corrispondenza dell'estremità opposta della striscia di ritegno 12 è quindi piegata verso l'alto contro la faccia anteriore del rotore 6, bloccando cosi la striscia di ritegno nella gola 14.

Alternativamente, la fessura 16 della gola potrebbe essere spostata radialmente verso l'esterno in maniera tale da installare la striscia di ritegno 12 al di sopra del perno 8. In questa forma di realizzazione, la fessura 18 del perno sarebbe eliminata poiché la testa del perno 8 impegnerebbe la striscia di ritegno 12. Inoltre, in questa forma di realizzazione, metà della testa fessurata del perno 8 potrebbe essere rimossa in modo tale che la metà rimanente della testa del perno abbia a sporgere al di sopra della striscia di ritegno, consentendo così agevole determinazione visiva del fatto che il perno è stato installato.

Come è inoltre meglio rappresentato in figura 3, sporgenze 10 e 11 si estendono dalle facce della radice 3 della pala e rotore 6, rispettivamente. Le sporgenze 10 e 11 e sporgono dalle linguette 21 e 22 e le proteggono da danneggiamento.

Come si può osservare, l'apparecchiatura consente alla pala 1 di essere bloccata saldamente nella gola rotorica 14 consentendo al tempo stesso agevole ispezione visiva per garantire che i perni 8 siano installati e bloccati in posizione mediante le strisce di ritegno 12.

Durante lo smontaggio, la linguetta 21 viene raddrizzata in modo tale che la striscia di ritegno 12 può essere estratta e gettata via. Il perno 8 è quindi estratto dal foro formato mediante le tacche coniugate 4 e 5 in maniera tale che la lama 1 può essere fatta scorrere fuori dalla gola rotorica 14. Pertanto, è facilmente realizzata rimozione delle pale individuali 1.

Benché l'invenzione aia stata descritta facendo riferimento al bloccaggio di una pala di compressore nel rotore di una turbina gas, l'invenzione può pur essere applicata ad altri tipi di pale in altri tipi di turbomacchine . Perciò, la presente invenzione può essere realizzata in altre forme specifiche senza allontanarsi dallo spirito o dagli attributi essenziali di essa e, perciò, per definire l'ambito protettivo dell'invenzione deve essere fatto riferimento alle rivendicazioni accluse piuttosto che alla descrizione precedente.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Complesso di rotore di turbomacchina comprendente: a) una pala avente una porzione di radice, una prima tacca formata etto rotore, detta tacca formando una porzione della periferia di ro; b) un'albero avente una gola per ritenere detta radice della pala, seconda tacca formata in detta gola, detta seconda tacca essendo sta opposta a detta prima tacca e formando la porzione rimanente tta periferia di detto foro; c) un perno di bloccaggio disposto in detto foro formato da dette e seconda tacche; e d) mezzi per ritenere detto perno in dette prima e seconda tacche.
2. 2. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 1 , in cui detti di ritegno comprendono una striscia.
3. 3. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 2, in cui detta cia ha una prima e seconda estremità ed una porzione di corpo tra esdetta prima estremità formando una prima linguetta orientata con un angolo rispetto a detta porzione di corpo.
4. 4. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 3, in cui detta linguetta impegna una prima faccia di detto albero.
5. 5. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 4, in cui una one di detto albero si estende su detta prima linguetta.
6. 6. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 3, in cui detta da estremità di detta striscia forma una seconda linguetta, detta selinguetta essendo piegata con un certo angolo rispetto a detta porzione a striscia di detta linguetta.
7. 7 . Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 2, in cui detta gola ha una prima fessura formata in essa, detta striscia di ritegno essendo disposta in detta fessura.
8. 8. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 7, in cui detta fessura si estende lungo la lunghezza di detta gola di detto albero.
9. 9. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 2, in cui detto perno ha una prima fessura formata in esso, detta striscia di ritegno estendendosi attraverso detta fessura.
10. 10. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 9, in cui detta gola ha una seconda fessura formata in essa, detta striscia di ritegno estendendosi pure attraverso detta seconda fessura.
11. 11. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 9, in cui detto perno ha una prima e seconda estremità ed una porzione di corpo estendentesi tra esse, detta prima fessura di detto perno essendo formata in detta porzione di corpo di detto perno, una seconda fessura essendo formata in detta prima estremità di detto perno.
12. 12. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 1, in cui detto perno ha una sagoma, e in cui dette prima e seconda tacca hanno sagome che corrispondono a porzioni di detta sagoma di detto perno.
13. 13. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 12, in cui detto perno ha una sezione trasversale circolare e in cui detta prima e seconda tacche hanno ciascuna una sezione trasversale semicircolare.
14. 14. Rotore di turbomacchina secondo la rivendicazione 1, in cui detto perno è orientato radialmente.
15. 15. Procedimento per installare una pala in un albero di un rotore di una turbomacchina comprendente le fasi di: a) far scorrere una porzione di radice di detta pala in una gola formata in detto albero; b) inserire un perno avente una prima fessura formata in esso in· un foro formato da tacche coniugate, dette prime e seconda tacche essendo formate in una prima e seconda faccia opposte di detta gola di detto rotore e detta radice di detta pala rispettivamente c) far ruotare detto perno in modo da allineare detta prima fessura con una seconda fessura formata in detto rotore; d) far scorrere una striscia di ritegno attraverso dette prime e seconda fessure; e e) piegare una prima estremità di detta striscia di ritegno.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui detta striscia ha una seconda estremità, una linguetta orientata con un certo angolo rispetto a detta striscia formata su detta seconda estremità, e in cui la fase di far scorrere detta striscia di ritegno attraverso dette prima e seconda fessure comprende il far scorrere detta striscia di ritegno affinchè detta linguetta non viene disposta adiacentemente ad una faccia di detto rotore .