ITTO20110448A1 - Tenuta a labirinto, particolarmente per turbine a gas di motori aeronautici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“TENUTA A LABIRINTO, PARTICOLARMENTE PER TURBINE A GAS DI MOTORI AERONAUTICIâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una tenuta a labirinto, particolarmente per turbine a gas di motori aeronautici.

In particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad una tenuta a labirinto interposta tra un rotore palettato ed uno statore palettato, sui quali impatta, in uso, un flusso di gas operativo caldo.

La tenuta à ̈ del tipo comprendente un primo ed almeno un secondo labbro anulare a diverso diametro esterno portati dal rotore e disposti in posizioni assialmente distanziate l’uno dall’altro.

Ultimata una fase iniziale di “rodaggio†, ciascun labbro delimita con la relativa parete dello statore un passaggio assiale anulare, attraverso il quale fluisce o trafila, in uso, una parte di un flusso di gas operativo caldo attraversante la turbina. Quanto maggiore à ̈ la parte di gas caldo trafilato attraverso i citati passaggi, tanto minori sono le prestazioni del motore.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una tenuta a labirinto, le cui caratteristiche realizzative permettano, rispetto alle soluzioni note, di ridurre sensibilmente la parte di gas caldo persa per trafilamento e risulti nel contempo di semplice ed economica realizzazione e di elevata efficienza ed affidabilità funzionale.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una tenuta a labirinto, particolarmente per turbine a gas di motori aeronautici, atta ad essere interposta tra un organo palettato rotante ed un organo palettato fisso di detta turbina; la tenuta comprendendo almeno primo labbro anulare rotante portato dal detto organo palettato rotante e disposto coassialmente ad un asse di rotazione del detto organo palettato rotante; una prima superficie cilindrica fissa portata dal detto organo palettato fisso e circondante il detto primo labbro anulare per definire con il detto primo labbro anulare un primo passaggio anulare attraversato, in uso, da un gas operativo trafilato, ed essendo caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, una superficie anulare di rinvio del gas operativo trafilato disposta a valle del detto primo labbro in un senso di avanzamento del detto gas operativo trafilato in posizione affacciata al detto passaggio anulare; la detta superficie anulare di rinvio presentano in semisezione radiale una forma curva concava con concavità rivolta verso il detto primo labbro rotante.

Preferibilmente, nella tenuta sopra definita, la superficie anulare di rinvio presenta una prima porzione terminale disposta in posizione sostanzialmente tangente alla detta prima superficie cilindrica fissa, ed una seconda porzione di estremità opposta alla detta prima porzione terminale ed estendentesi verso il primo labbro.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento alle figure allegate, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui;

la figura 1 illustra, schematicamente e sostanzialmente a blocchi, una preferita forma di attuazione della tenuta realizzata secondo i dettami della presente invenzione; e la figura 2 Ã ̈ una figura analoga alla figura 1 ed illustra una variante di un particolare della figura 1.

Nelle figure 1 e 2, con 1 Ã ̈ indicata, nel suo complesso, uno stadio di una turbina a gas per un motore aeronautico, non illustrato.

Lo stadio 1 à ̈ attraversato, in uso, da un flusso di gas operativo caldo à ̈ comprende un organo palettato rotante 2 (parzialmente illustrato) girevole attorno ad un asse fisso 3, un organo palettato fisso 4 circondante l’organo palettato rotante 2 coassialmente all’asse 3, ed una tenuta 5 a labirinto interposta tra i due organi palettati 2 e 4.

La tenuta 5 a labirinto comprende due labbri di tenuta anulari, indicati con 7 e 8, i quali circondano l’organo palettato rotante 2 e sono solidalmente collegati (in modo noto) ad una periferia esterna dell’organo palettato rotante 2 stesso in posizioni assialmente distanziate l’uno dall’altro. I labbri 7 e 8 si estendono ortogonalmente all’asse 3, come indicato in figura 1, oppure sono inclinati rispetto allo stesso asse 3, come indicato in figura 2.

In entrambi i casi, il labbro 7 presenta un diametro esterno maggiore del diametro esterno dell’albero 8. Gli alberi 7 e 8 sono circondati da rispettive superfici anulari 7a e 8a, le quali delimitano internamente l’organo palettato rotante 2 e definiscono, unitamente ai relativi labbri 7, 8 rispettivi passaggi anulari assiali 12 e 13, attraverso i quali fluisce o trafila, in uso, una parte trafilata del citato gas operativo.

La superficie 8a presenta un diametro interno minore del diametro della superficie 7a e delimita internamente una flangia anulare 14, la quale si estende all’interno dell’organo palettato 4 a partire dalla superficie 7a ed à ̈ delimitata, dalla parte rivolta verso il labbro 7 da una parete assiale anulare 16, nel caso specifico descritto, piana ed ortogonale all’asse 3.

Sempre con riferimento alle figure allegate, la tenuta 5 comprende, inoltre, una parete anulare 18 di rinvio del gas operativo trafilato attraverso il passaggio 12.

La parete anulare 18 à ̈ disposta a valle del labbro 7 in un senso di avanzamento del gas operativo trafilato in posizione affacciata al passaggio anulare 12 ed à ̈ delimitata dalla parte rivolta verso il passaggio anulare 12 stesso e verso il labbro 7 da una superficie anulare 20 curva concava di rinvio.

La superficie anulare 20 di rinvio presenta, in semisezione radiale, una forma sostanzialmente a C con concavità rivolta verso il labbro 7 e comprende una porzione intermedia concava 21, e due porzioni laterali 22 e 23, delle quali la porzione 22 à ̈ disposta in posizione sostanzialmente tangente alla superficie cilindrica fissa 7a, mentre la porzione 23 si estende verso il labbro 7 e, nel caso specifico, anche verso il passaggio 12. La porzione 23 à ̈ ruotata in senso orario nelle figure 1 e 2 rispetto alla porzione 22 di un angolo A variabile tra 135 e 225 gradi.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la flangia anulare interna 14 presenta una cavità anulare 24 aperta verso il dente 7 e la parete anulare 18 presenta la porzione intermedia 21 alloggiata in tale cavità 25 e le porzioni laterali 22 e 23 sporgenti a sbalzo all’esterno della stessa cavità 22 verso il passaggio 12.

Alternativamente, secondo quanto illustrato nella figura 2, la parete curva 18 si estende completamente all’esterno della flangia anulare 14 e, in particolare, in posizione tale per cui la porzione intermedia 21 à ̈ disposta in appoggio sulla superficie assiale 16.

Secondo una ulteriore variante non illustrata, la tenuta 5 à ̈ priva della parete 18 e la cavità anulare 25 aperta verso il dente à ̈ delimitata da una superficie interna concava uguale ad almeno un tratto della superficie 20.

In uso, partendo da una condizione di assenza di fluido tra i due denti 7 e 8, il gas che trafila attraverso il passaggio 12 avanza, inizialmente, verso la parete 18 o la cavità 25 mediante un moto sia assiale, che tangenziale dovuto al trascinamento delle parti in rotazione. Durante il suo avanzamento il flusso incontra la porzione 23 che suddivide il flusso in due parti, di cui una prosegue verso il dente 8, mentre la restante parte per effetto della curvatura della superficie 25 ruota in senso antiorario nelle figure allegate dirigendosi verso l’uscita 12 essendo il primo tratto della superficie 20 praticamente tangente alla superficie 7a. In questo modo, immediatamente a valle del passaggio 12 e, quindi, tra i due labbri 7 e 8, viene a crearsi una zona vorticosa causata sia dal cambio di direzione del gas trafilato, che dal contemporaneo spostamento tangenziale, che crea un forte ostacolo all’avanzamento del flusso di gas trafilato attraverso il passaggio 12.

In altre parole, la presenza della superficie di rinvio 25 provoca, immediatamente a valle del passaggio 12, una elevata perdita di pressione o di carico del gas trafilato che aumenta all’aumentare della quantità di gas trafilato in uscita dalla superficie 25 di rinvio e diretto verso il passaggio 12.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tenuta a labirinto, particolarmente per turbine a gas di motori aeronautici, atta ad essere interposta tra un organo palettato rotante ed un organo palettato fisso di detta turbina; la tenuta comprendendo almeno primo labbro anulare rotante portato dal detto organo palettato rotante e disposto coassialmente ad un asse di rotazione del detto organo palettato rotante; una prima superficie cilindrica fissa portata dal detto organo palettato fisso e circondante il detto primo labbro anulare per definire con il detto primo labbro anulare un primo passaggio anulare attraversato, in uso, da un gas operativo trafilato, ed essendo caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, una superficie anulare di rinvio del gas operativo trafilato disposta a valle del detto primo labbro in un senso di avanzamento del detto gas operativo trafilato in posizione affacciata al detto passaggio anulare; la detta superficie anulare di rinvio presentano in semisezione radiale una forma curva concava con concavità rivolta verso il detto primo labbro rotante.
2. 2. Tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la detta superficie anulare di rinvio presenta una prima porzione terminale disposta in posizione sostanzialmente tangente alla detta prima superficie cilindrica fissa.
3. 3. Tenuta secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che la detta superficie anulare di rinvio presenta una seconda porzione di estremità opposta alla detta prima porzione terminale ed estendentesi verso il detto primo labbro.
4. 4. Tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le dette prima e seconda porzione sono fra loro ruotate di un angolo variabile tra 135 e 225 gradi.
5. 5. Tenuta secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, una flangia anulare interna fissa portata dal detto organo rotante fisso ed estendentesi all’interno del detto organo palettato fisso oltre la detta prima superficie cilindrica fissa; la detta superficie di rinvio essendo disposta tra il detto primo dente e la detta flangia anulare fissa.
6. 6. Tenuta secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la detta superficie anulare di rinvio delimita una cavità anulare ricavata all’interno della detta flangia anulare fissa.
7. 7. Tenuta secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che la detta superficie anulare di rinvio delimita una parete curva portata dal detto organo palettato fisso.
8. 8. Tenuta secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la detta flangia anulare interna fissa presenta una cavità anulare aperta verso il detto dente e dal fatto che la detta parete curva à ̈ almeno parzialmente alloggiata in detta cavità.
9. 9. Tenuta secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la detta parete comprende porzioni terminali libere sporgenti a sbalzo dalla detta flangia interna fissa verso il detto primo labbro anulare.
10. 10. Tenuta secondo la rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto che la detta superficie anulare di rinvio si estende completamente all’esterno della detta flangia anulare fissa.
11. 11. Tenuta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, un secondo labbro anulare portato dal detto organo mobile in posizione assialmente distanziata dal detto primo labbro anulare; il detto secondo labbro presentando un diametro esterno diverso da quello del detto primo labbro; la detta superficie di rinvio essendo disposta nello spazio compreso tra i detti due labbri.