ITTO981055A1

ITTO981055A1 - Dispositivo di trasferimento di fluido fra due stadi successivi di una turbomacchina centrifuga multistadio.

Info

Publication number: ITTO981055A1
Application number: IT001055A
Authority: IT
Inventors: Jean-Marie Duchemin; Philippe Geai; Duc Jean-Michel Nguyen
Original assignee: Snecma
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-18
Also published as: FR2772843B1; JPH11257272A; ITTO981055A0; JP2010031879A; CN1122760C; US6220816B1; JP4510167B2; CN1221078A; IT1303605B1; RU2216648C2; DE19858700A1; FR2772843A1

Description

Settore dell'invenzione

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di trasferimento di fluido tra due stadi successivi di una turbomacchina centrifuga multistadio, comprendente un insieme di statori che include una pluralità di canali di ritorno che captano lo scorrimento del fluido uscente ad elevata velocità da un rotore centrifugo dì uno stadio della turbomacchina per raddrizzare, rallentare e portare questo scorrimento all'ingresso di un altro rotore centrifugo di un altro stadio prossimo alla turbomacchina.

Stato dell'arte anteriore

Nella figura 3, è stato rappresentato un esempio di turbopompa multistadio che dota i motori a razzo criotecnici designati dalla denominazione Vulcain e che servono per l'alimentazione di idrogeno liquido di questi motori. La turbopompa della figura 3 comprende, all'interno di una copertura 301, 302, una pompa centrifuga a due stadi, ciascuno comprendente un rotore 3Ò5, 355 dotato di pale 306, 356 solidale ad un albero girevole centrale comune 322. Un induttore 331 che conferisce buone caratteristiche di aspirazione e che consente una velocità di rotazione elevata, dell'ordine di 35000 giri al minuto, è posizionato all'ingresso della pompa, sul condotto di alimentazione di fluido di lavoro. Alcuni elementi della turbina 323, 333 alimentati da un flusso di gas caldi introdotti tramite un toro 334, sono solidali all'albero centrale 322 per l'avviamento di quest'ultimo ed ai rotori 305, 355 e sono disposti dietro il secondo stadio della pompa.

L'albero centrale 322 è sostenuto da alcuni supporti a cuscinetto 323 e 324 disposti rispettivamente davanti e dietro l'insieme costituito dalla pompa a doppio stadio ed alla turbina. I riferimenti 310 e 304 indicano rispettivamente i condotti di collegamento tra l'uscita del primo stadio della pompa e l'ingresso del secondo stadio della pompa ed il condotto di mandata del fluido di lavoro all'uscita del secondo stadio della pompa, un diffusore 307 essendo disposto all'ingresso del condotto toroidale di mandata 304.

I condotti di collegamento 310 sono formati nella massa da uno statore interstadio e presentano una costituzione in tre parti, ossia un diffusore radiale 308 a pale consistenti, un gomito di rovesciamento 309 sprovvisto di pale ed un raddrizzatore centripeto 311 comprendente alcune pale di ritorno. Questa soluzione presenta buone funzionalità idrauliche, a condizione che il diffusore radiale 308 sia sufficientemente grande, il che porta ad un ingombro radiale notevole. Le perdite provocate dal cambiamento brusco di sezione all'uscita del diffusore radiale 308 e tramite incidenza all'ingresso del raddrizzatore centrìpeto 311 sono difficilmente controllabili. Affinché l'efficacia sia sufficiente, il diffusore 308 deve quindi presentare un'elevata lunghezza nel senso radiale della macchina. Il gomito sprovvisto di pale 309 non partecipa né alla riduzione tangenziale di velocità, né alla tenuta meccanica. Il raddrizzatore 311 implica, dal suo canto, di essere correttamente posizionato in incidenza. Ne consegue che la realizzazione di condotti di collegamento conformemente al modo di realizzazione della figura 3 si rivela relativamente complessa e non permette dì ottenere una compattezza ottimizzata.

Lo statore interstadio che capta il flusso uscente a grande velocità da un primo rotore cen-trifugo per raddrizzarlo, rallentarlo e portarlo all' ingresso di un secondo rotore, costituisce così uno degli elementi principali della struttura di una turbomacchina multistadio (pompa centrifuga o compressore centrifugo) e condiziona l'ingombro radiale ed assiale di questa turbomacchina.

Oggetto e breve descrizione dell'invenzione La presente invenzione mira a rimediare agli inconvenienti precitati ed a permettere di realizzare un dispositivo di<' >trasferimento di fluido interstadio che assicura un controllo ottimizzato del flusso per tutto il suo percorso, presenta un ingombro limitato, in particolare nel senso radia-le e semplifica la costruzione, pur riducendo i vincoli meccanici.

Questi obiettivi vengono raggiunti per mezzo di un dispositivo di trasferimento di fluido tra due stadi successivi di una turbomacchina centrifuga multistadio, comprendente un insieme di statori che include una pluralità di canali di ritorno, che captano lo scorrimento del fluido uscente, tramite un rotore centrifugo di uno stadio della turbomacchina per raddrizzare, rallentare e portare questo flusso all'ingresso di un altro rotore centrifugo di un altro stadio prossimo alla turbomacchina,

caratterizzato dal fatto che ogni canale di ritorno è costituito da un elemento tubolare individuale profilato continuo, dal fatto che un primo, canale di ritorno continuo è definito da un insieme di sezioni evolutive definite da parametri e normali su una linea media posta su un piano predefinito (P1P2P3) comprendente l'asse della turbomacchina, la linea media presentando una prima parte rettilinea, una seconda parte curva a circonferenza di raggio RC02 ed una terza parte rettilinea e dal fatto che i vari canali di ritorno sono identici e si deducono gli uni dagli altri mediante una rotazione intorno all'asse della turbomacchina .

Preferibilmente, la linea media del primo canale di ritorno comprende inoltre una quarta parte presentante un grande raggio di curvatura Rcol orientato in un senso opposto a quello della seconda parte curva per riportare l'orientamento della linea media lungo l'asse della turbomacchina.

Un canale di ritorno continuo conforme all'invenzione permette di controllare il flusso lungo tutto il suo tragitto.

L'identificazione di una linea media contenuta su un piano consente di semplificare la concezione e la realizzazione di un canale permettendo una descrizione relativamente sémplice ed analitica delle forme del canale che garantiscono un ingombro minimo ed un funzionamento ottimizzato del canale, in particolare evitando cambiamenti di direzione brutali ed imponendo che la diffusione del flusso avvenga in maggior parte nelle parti rettilinee situate da un'estremità all'altra del gomito di deviazione.

In modo più particolare, la linea media del primo canale di ritorno è contenuta su un piano predefinito (P1P2P3) da un primo punto PI, un secondo punto P2 ed un terzo punto P3 tali che i primo e secondo punto PI, P2 sono contenuti su un piano normale all'asse della turbomacchina, i secondi e terzi punti P2, P3 sono contenuti su un piano contenente l'asse della turbomacchina, la posizione del primo punto PI è determinata per corrispondere ad una distanza imposta tra l'ingresso del primo canale e l'uscita del rotore centrifugo posto di fronte e gli orientamenti del vettore P1P2 definito dai secondi e terzi punti P2, P3 corrispondono rispettivamente all'orientamento della prima parte rettilinea e della terza parte rettilinea della linea media del primo canale di ritorno continuo.

In un dispositivo di trasferimento di fluido conforme all'invenzione, la parte terminale che termina assialmente dei canali di ritorno continui è sprovvista di pale.

Si evita così la formazione di flussi secondari parietali generatori di distorsioni nel flusso all'ingresso del secondo rotore.

Conformemente ad un aspetto particolare dell'invenzione, le sezioni normali alla linea del primo canale di ritorno continuo sono definite dalla loro area, da fattori di forma A, B e m e dall'angolo di orientamento a tra l'asse locale della sezione e la normale b al piano predefinito (P1P2P3).

A titolo di esempio, la forma delle sezioni normali alla linea media del primo canale di ritorno continuo è definita dalla formula Xm/Am Ym/Bm = 1, dove A, B e m sono parametri che rappresentano fattori di forma.

I canali di ritorno continui conformi all'invenzione sono adatti ad una descrizione parametrica.

Così, conformemente ad un modo particolare di realizzazione, la linea media di un canale di ritorno continuo contenuta nel piano predefinito (P1P2P3) è definita dai seguenti parametri:

RO = raggio medio del dispositivo di trasferimento di flusso sul collo di ingresso del canale di ritorno continuo,

βθ = angolo della linea media del canale al suddetto collo di ingresso rispetto alla tangente al cerchio definito dal raggio medio RO,

bO = larghezza del canale di ritorno continuo al suddetto collo di ingresso,

R2h = raggio del mozzo all'ingresso dell'altro rotore situato di fronte all'uscita del canale di ritorno continuo,

R2t = raggio della copertura all'ingresso dell'altro rotore,

le = lunghezza assiale del canale di ritorno continuo,

RC01 = raggio di curvatura della quarta parte curva della linea media,

RC02 = raggio di curvatura della seconda parte curva della linea media,

pm = angolo di inclinazione della linea me-dia del canale di ritorno continuo in un piano me-ridiano della turbomacchina,

lax = distanza assiale tra il centro di curvatura della quarta parte curva della linea media e l'uscita del canale di ritorno continuo.

Conformemente ad una caratteristica particolare dell'invenzione, per determinale la linea media del primo canale di ritorno continuo, si definisce un riferimento assoluto (Oxyz) , tale che Oz corrisponde all'asse della turbomacchina, Ox è parallelo. all'asse della prima parte rettilinea della suddetta linea media e l'origine 0 dell'asse Oz corrisponde al piano della copertura di ingresso del primo canale di ritorno continuo, si determinano le coordinate dei primi, secondi e terzi punti P1P2P3 che definiscono il piano predefinito (P1P2P3) e si determinano punti particolari L1, L2, L5, L6, L7 della linea media tale che il punto particolare Li corrisponde al collo di ingresso, il punto particolare L2 corrisponde alla transizione tra la prima parte rettilinea e la seconda parte curva, il punto particolare L5 corrisponde alla transizione tra la seconda parte curva e la terza parte rettilinea, il punto particolare L6 corrisponde alla fine della terza parte rettilinea e all'uscita del canale di ritorno continuo ed il punto particolare L7 corrisponde all'ingresso dell'altro rotore centrifugo nell'ambito di una zona comune delimitata da due superfici asimmetriche assiali costituite dal mozzo e dalla copertura all'ingresso dell'altro rotore.

Più particolarmente, l'area delle sezioni normali alla linea media del primo·canale di ritorno continuo è definita al punto particolare Li in funzione delle dimensioni del collo di ingresso del canale di ritorno continuo ed ai punti particolari L6 e L7 in funzione del suddetto raggio del mozzo R2h e del suddetto raggio della copertura R2t all'ingresso dell'altro rotore, l'area delle sezioni normali alla linea media nella seconda parte curva è costante ed approssimativamente uguale al doppio dell'area della sezione al punto particolare LI e nella prima parte rettilinea e nella terza parte rettilinea, l'area delle sezioni normali alla linea media presenta una evoluzione lineare lungo la linea media.

Conformemente ad un'altra caratteristica vantaggiosa, in ogni punto della linea media di un canale di ritorno continuo contenuta nel piano predefinito (P1P2P3), l'orientamento della sezione evolutiva è definita localmente dall'angolo a tra l'asse locale e della sezione e la normale b al piano predefinito (P1P2P3) contenente la linea media, l'angolo a presenta un valore compreso tra 30 e 35 gradi ai punti particolari L1 e L6 ed un valore nullo ai punti particolari L2 e L5 e l'angolo a evolve linearmente tra i punti particolari successivi L1 e L2, L2 e L5 e L5 e L6,

la sezione evolutiva di un canale di ritorno continuo è quasi rettangolare ai punti particolari L1 e L6 ed è ellittica ai punti particolari L2 e L6 .

Il dispositivo di trasferimento di fluido conforme all'invenzione può comprendere 8 - 15 canali di ritorno continui individuali.

Breve descrizione dei disegni

Altri vantaggi e caratteristiche dell'invenzione sono messi in evidenza dalla descrizione seguente di modi di realizzazione particolari, forniti a titolo di esempi, in riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- La figura 1 è una vista in semisezione assiale di un esempio di una turbopompa centrifuga di elevata potenza multistadio dotata di un dispositivo di statore interstadio di trasferimento di fluido conforme all'invenzione,

- La figura 2 è una vista in prospettiva di un insieme di canali di ritorno continui individuali di un dispositivo di statore di trasferimento di fluido conforme all'invenzione,

- La figura 3 è una vista in sezione assiale di una turbopompa centrifuga di elevata potenza multistadio dotata di un dispositivo di statore noto di trasferimento di fluido tra -due stadi della turbopompa,

- La figura 4 è un diagramma che illustra, in un riferimento dello spazio, una linea media di un canale di ritorno continuo di un dispositivo di trasferimento del fluido conforme all'invenzione, - La figura 5 è una vista illustrante il posizionamento nello spazio di ingressi di canali di ritorno di un dispositivo conforme all'invenzione, - La figura 6 è una vista illustrante un esempio di sezione di un canale di ritorno continuo di un dispositivo conforme all'invenzione, - Le figure 7, 8 e 9 sono proiezioni in vari piani dello spazio della linea media illustrata nella figura 4,

- La figura 10 è una vista della linea media della figura 4, sul piano contenente questa linea media,

- La figura 11 è un diagramma illustrante un esempio di evoluzione dell'area della sezione di un canale di ritorno continuo, lungo la linea media di questo canale,

- La figura 12 è un diagramma illustrante un esempio di evoluzione di un fattore di forma della sezione di un canale di ritorno continuo, lungo la linea media di questo canale, e

- La figura 13 è una vista schematica illustrante in prospettiva un esempio di evoluzione della sezione di un canale di ritorno continuo, lungo la linea media di questo canale.

Descrizione dettagliata di modi di realizzazione particolari

I canali di ritorno continui 11 a 20 illustrati in particolare nella figura 2 costituiscono un elemento di statore 10 per pompe centrifughe o compressori centrifughi multistadio.

Nella figura 1 è stata rappresentata a titolo di esempio una turbopompa centrifuga che può servire al pompaggio di un ergolo criogenico come l'idrogeno. Questa turbopompa a due stadi comprende un primo rotore centrifugo 5 dotato di pale 6 ed un secondo rotore centrifugo 55 dotato di pale 56. Un albero centrale 22 montato su supporti a cuscinetti 23, 24 è azionato in rotazione da due ruote di turbina 32, 33. L'albero centrale 22 avvia a sua volta in rotazione i primi e secondi rotori 5, 55.

La turbomacchina comprende elementi di copertura esterni 1, 2, un induttore 31 posto all'ingresso della turbomacchina sul passaggio del fluido da pompare, un toro 34 di aspirazione dei gas caldi di azionamento delle turbine 32, 33 ed un condotto toroidale 4 di mandata del fluido disposto all'uscita del secondo stadio della pompa. Il riferimento 10 indica lo statore interstadio comprendente un insieme di canali di ritorno continui 11 a 20 che captano il flusso uscente a grande velocità del primo rotore centrifugo 5 per raddrizzarlo, rallentarlo e portarlo all'ingresso del secondo rotore 55.

La trasformazione di pressione dinamica all'uscita del primo rotore 5 in pressione statica all'ingresso del secondo rotore 55 è misurata dal coefficiente di recupero di pressione statica Cp, che definito dalla seguente formula:

Cp = PSER2 - PSSR1 / 1/2P V2SR1

dove: PSSR1 = pressione statica all'uscita del primo rotore

PSER2 = pressione statica all'ingresso del secondo rotore

VSR1 = velocità in uscita del primo rotore p = densità del fluido

Alcuni canali di ritorno 11 a 20 conformi alla presente invenzione permettono di ottenere coefficienti di recupero di pressione statica Cp compresi tra 0,7 e 0,8, mentre alcuni<" >canali di ritorno come quelli rappresentati nella figura 3 relativa allo stato dell'arte anteriore permettono di ottenere soltanto valori dell'ordine di 0,6 per il coefficiente di recupero di pressione statica Cp.

Ora, si farà riferimento alle figure 4 - 13, che illustrano i vari parametri di definizione della forma tridimensionale di un canale di ritorno continuo conforme all'invenzione che permette di controllare lo scorrimento del fluido per tutto il suo percorso tra l'uscita del primo rotore 5 e l'ingresso del secondo rotore 55.

Si descriverà in dettaglio la configurazione di un primo canale di ritorno continuo 11 costituito sotto forma tubolare. Gli altri canali di ritorno 12 a 20 sono successivamente realizzati in modo identico al primo canale 11 e sono ripartiti in modo regolare intorno all'asse Oz della turbomacchina. Ogni canale di ritorno 12 - 20 si ottiene a partire da un primo canale 11 tramite una semplice rotazione intorno all'asse Oz.

Il numero di canali di ritorno può essere abbastanza elevato e compreso ad esempio tra 8 e 15. La costruzione è facilitata dalla realizzazione di un insieme di elementi tubolari individuali piuttosto che tramite la lavorazione dì un corpo massiccio. Peraltro, i canali di ritorno continui presentano sezioni evolutive di forma semplice adatti ad una costruzione tramite stampaggio. Infine, la presenza di tronconi rettilinei presso le estremità libere dei canali di ritorno facilita le ispezioni durante la costruzione.

Conformemente ad una caratteristica essenziale dell'invenzione, la geometria di un canale di ritorno continuo 11 a 20 è fornita da una linea media 140 contenuta in un piano predefinito P1P2P3. La linea media 140 è definita in modo da minimizzare l'ingombro nel senso radiale e da regolare l'ingombro assiale dell'elemento di statore interstadio 10 in funzione degli organi (supporto 23, giunto...) posti sul retro del primo rotore 5 (vedere figura 1).

La linea media 140 contenuta in un piano e definita per un primo canale individuale 11 permette di effettuare una descrizione relativamente semplice ed analitica delle forme del canale 11 nelle sue varie parti e di beneficiare dei risultati delle prove su configurazioni di base parziali (diffusori rettilinei, gomiti piani di varie forme) . La linea media 140 è peraltro definita in modo da evitare cambiamenti brutali di direzione ed assicurare una gestione dello scorrimento sia in zone di diffusione che in parti a gomito.

Il piano contenente la linea media 140 è predefinito per il primo canale 11 da punti PI, P2, P3 (fig. 4 e 7 a 10).

I punti PI e P2 sono contenuti in un piano normale all'asse Oz della turbomacchina . L'orientamento del vettore P1P2 fornisce la direzione media della prima parte 141 della linea media 140 che definisce un primo troncone di canale rettilineo 110 che assicura una diffusione. L'orientamento del vettore P1P2 dipende principalmente dallo scorrimento a monte del dispositivo di trasferimento del fluido interstadio. La posizione del punto PI è determinata imponendo la distanza tra l'ingresso 111 del canale 11 e l'uscita del rotore centrifugo 5.

I punti P2 e P3 sono contenuti in un piano contenente l'asse Oz della turbomacchina. L'orientamento del vettore P2P2 fornisce la direzione media della terza parte 143 della linea media 140 che definisce un terzo troncone di canale rettilineo 130 che assicura una diffusione, i primi e secondi tronconi di canale rettilinei 110, 130 essendo riuniti da un secondo troncone di canale 120 presentante una geometria di gomito ottimizzata corrispondente ad una seconda parte 142 della linea media 140 (figure 2 e 4)·.

Nel piano P1P2P3 definito come sopra illustrato, la linea media 140 di un primo canale di ritorno 11 è a sua volta definita da vari punti caratteristici Li a L7.

Il punto Li situa il collo di ingresso 111 del canale di ritorno 11. La linea media 140 è rettilinea nella sua parte 141 posta tra i punti LI e L2. La linea media 140 è costituita da una circonferenza di centro 02 e di raggio RC02 nella sua parte 142 posta tra i punti L2 e L5. Si possono inoltre definire punti intermedi L3 e L4 corrispondenti rispettivamente a punti a 40 e 90° di rotazione sulla circonferenza 142. La linea media 140 è rettilinea nella sua parte 143 situata tra il punto L5 e L6 che costituisce il collo di uscita 131 del canale 11 (figure 4, 7 - 10 e 13). Tra i punti L6 e L7, la linea media 140 descrive una circonferenza 144 nel piano (0, P2, P3) di raggio RCOl per diventare parallelo all'asse Oz della turbomacchina . Il punto L7 corrisponde all'ingresso del secondo rotore 55 e si situa nell'ambito di una zona comune delimitata da due superfici simmetriche assiali costituite dalla copertura e dal mozzo all'ingresso del secondo rotore 55.

Il raccordo assiale all'uscita del canale di ritorno 11 non è dotato di pale nella parte 144 della linea media 140, il che evita la formazione di flussi secondari parietali generatori di distorsioni nel flusso all'ingresso del secondo rotore 55.

Le sezioni del canale di rotore 11 normali alla linea media 140 sono evolutive e definite dalla loro area, tre fattori di forma A, B e rn e l'orientamento tra l'asse locale della sezione e la normale b al piano P1P2P3.

Le evoluzioni di sezione sono tali che i gradienti di pressione totale sono minimizzati. Le sezioni sono di forma semplice. Così, la sezione evolutiva del canale 11 può essere quasi rettangolare ai punti particolari LI e L6 e può essere ellittico ai punti particolari L2 e L5, la sezione evolvendo in modo progressivo tra i punti caratteristici successivi LI, L2, L5, L6.

In modo generico/ la diffusione avviene in gran parte nei due tronconi rettilinei 110 e 130 del canale 11, il che è ottimale per le prestazioni .

La deviazione del flusso nel troncone 120 avviene in un gomito piano (parte 142 della linea media 140) . Il grande asse delle sezioni normali nel gomito è normale al piano P1P2P3. Per ottimizzare le prestazioni, si può vantaggiosamente scegliere per le sezioni normali ellittiche del troncone a gomito 120, un rapporto grande asse su piccolo asse = 2.

In seguito, verrà fornito un esempio di definizione della linea media 140 contenuta nel piano P1P2P3, in riferimento alle figure 4 a 13.

Si calcola innanzitutto con le condizioni di flusso in uscita della ruota centrifuga 5, i valori dei parametri R0, βθ e bO, dove

RO = raggio medio del dispositivo dio trasferimento di fluido 10 al collo di ingresso 111 del canale di ritorno continuo 11,

βθ = angolo media 140 del canale 111 rispetto alla tangente al cerchio definito dal raggio medio RO.

bO = larghezza del canale 11 al collo di ingresso 111.

Per una determinata macchina, i parametri R2h, R2t e le sono imposti, dove:

R2h = raggio del mozzo all'ingresso del rotore 55 situato di fronte all'uscita 131 del canale 11,

R2t = raggio della copertura all 'ingresso del rotore 55,

le = lunghezza assiale del cariale 11.

Tenuto conto dei vincoli di ingombro, si sceglie il valore più elevato possibile per i pa-rametri RC01 e RC02 già definiti precedentemente.

Peraltro, si regolano i parametri cpm e lax per soddisfare i vincoli di ingombro, consentendo nel contempo una capacità di diffusione tra il collo di ingresso 111 e l'inizio del gomito piano 120, con:

cpm = angolo di inclinazione della linea media 140 del canale di ritorno continuo 11 in un piano meridiano della turbomacchina,

lax = distanza assiale tra il centro di curvatura della quarta parte curva 144 della linea media 140 e l'uscita 131 del canale 11.

Una volta definito un riferimento assoluto nello spazio (Oxyz) tale che Oz corrisponda all'asse della turbomacchina, Ox sia parallelo all'asse della prima parte rettilinea 141 della linea media e l'origine 0 dell'asse Oz corrisponda al piano della copertura di ingresso del canale di ritorno 11, si possono determinare le coordinate dei punti PI, P2, P3 che definiscono il piano P1P2P3, nonché i punti particolari LI a L7 della linea media 140 definiti precedentemente.

La tangente i, la normale n e la normale b al piano P1P2P3 possono essere determinate in ciascuno dei punti della linea media 140 (vedere figure 6 e 10).

Le figure 11 a 13 e la figura 6 illustrano esempi di evoluzione delle sezioni normali 112 del canale 11 in vari punti della linea media 140.

Se si considerano le figure 11 e 13, è stata definita l'area delle sezioni normali 111 a 116 e 131 ai vari punti caratteristici LI a L6.

L'area SL1 della sezione di ingresso 111 al punto LI è definita dal collo di ingresso ed in particolare la sua larghezza bO.

Le aree SL2 a SL5 delle sezioni 112 a 115 ai punti L2 a L5 sono uguali e presentano un valore dell'ordine del doppio dell'area SL1 della sezione di ingresso 111. Le sezioni normali situate tra i punti LI e L2 presentano una evoluzione lineare.

L'area L6 della sezione di uscita 131 al punto L6 è definita a partire dai parametri R2t e R2h e presenta un valore anch'esso all'incirca del doppio dell'area delle sezioni normali situate tra i punti L2 e L5. Le sezioni normali quali 116 situate tra i punti L5 e L6 presentano una evoluzione lineare. L'area non evolve tra i punti L6 e L7 (figura 10).

La forma delle sezioni normali alla linea media 140 può essere definita da curve di Fermat dalla forma:

Xm/Am Ym/Bm = 1

dove A, B e m rappresentano fattori di forma .

Nella misura in cui l'area è imposta, restano solo due gradi di libertà.

La figura 12 illustra una evoluzione possibile del parametro m tra i punti LI e L6. In questo caso particolare, m varia linearmente da 8 a 12 tra LI e L2, resta costante ed uguale a 2 tra L2 e L5 e varia linearmente da 2 a 8tra L5 e L6.

Le sezioni normali 111 e 131 ai punti LI e L6 sono quasi rettangolari.

Le sezioni normali 112 a 115 sono ellittiche, con un rapporto tra il semiasse piccolo A ed il semiasse grande B uguale a 12. In modo più generico, il semiasse grande B evolve linearmente tra i diversi punti caratteristici LI a L6 ed il semiasse A è calcolato in funzione dell'area e del valore m.

Nella figura 6 è stato rappresentato un esempio di sezione normale che può corrispondere alla sezione di ingresso 111. L’orientamento di ogni sezione normale è definita dall'angolo a tra l'asse locale e, della sezione e la normale B al piano P1P2P3 contenente la linea media 140 (figure 6, 10 e 13).

In modo preferenziale, l'angolo a presenta un valore compreso tra 30 e 35° ai punti particolari Li e L6 ed un valore nullo ai punti particolari successivi LI e L2, L2 e L5 e L5 e L6.

Nelle figure 7 a 9, che completano le figure 4 e 10 e sono proiezioni rispettivamente in piani Oxy, Oxz e OP2P3, la proiezione della linea media 140 in questi piani è contrassegnata rispettivamente dai riferimenti 140A, 140B e 140C.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di trasferimento di fluido tra due stadi successivi di una turbomacchina centrifuga multistadio, comprendente un insieme di statori che include una pluralità di canali di ritorno (11 a 20), che captano lo scorrimento del fluido uscente, tramite un rotore centrifugo (5) di uno stadio della turbomacchina pér raddrizzare, rallentare e portare questo flusso all'ingresso di un altro rotore centrifugo (55) di un altro stadio prossimo alla turbomacchina, caratterizzato dal fatto che ogni canale di ritorno (11 a 20) è costituito da un elemento tubolare individuale profilato continuo, dal fatto che un primo canale di ritorno continuo (11) è definito da un insieme di sezioni evolutive (111 a 115, 131) definite da parametri e normali su una linea media posta su un piano predefinito (P1P2P3) comprendente l'asse (Oz) della turbomacchina, la linea media (140) presentando una prima parte rettilinea (141), una seconda parte curva a circonferenza (142)di raggio RC02 ed una terza parte rettilinea (143) e dal fatto che i vari canali di ritorno (11 a 20) sono identici e si deducono gli uni dagli altri mediante una rotazione intorno all'asse della turbomacchina.
2. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la linea inedia (140) del primo canale di ritorno (11) comprende inoltre una quarta parte (144) presentante un grande raggio di curvatura Rcol orientato in un senso opposto a quello della seconda parte curva (142) per riportare l'orientamento della linea media (140) lungo l'asse (Oz) della turbomacchina.
3. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la linea media del primo canale di ritorno continuo (11) è contenuta su un piano predefinito (P1P2P3) da un primo punto PI, un secondo punto P2 ed un terzo punto P3 tali che i primo e secondo punto PI, P2 sono contenuti su un piano normale all'asse (Oz) della turbomacchina, i secondi e terzi punti P2, P3 sono contenuti su un piano contenente l'asse (Oz) della turbomacchina, la posizione del primo punto PI è determinata per corrispondere ad una distanza imposta tra l'ingresso del primo canale (11) e l'uscita del rotore centrifugo (5) posto di fronte e gli orientamenti del vettore P1P2 definito dai secondi e terzi punti P2, P3 corrispondono rispettivamente all'orientamento della prima parte rettilinea (141) e della terza parte rettilinea (143) della linea media (140) del primo canale di ritorno continuo (11).
4. Dispositivo conforme alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la parte terminale che termina assialmente dei canali di ritorno continui (11 a 20) è sprovvista di pale.
5. Dispositivo conforme ad una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che le sezioni normali (111 a 115, 131) alla linea media (140) del primo canale di ritorno continuo (11).sono definite dalla loro area, da fattori di forma A, B e rn e dall'angolo di orientamento a tra l'asse locale della sezione e la normale b al piano predefinito (P1P2P3).
6. Dispositivo conforme alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la forma delle sezioni (111 a 115, 131) normali alla linea media del primo canale di ritorno continuo è definita dalla formula Xm/Am Ym/Bm = 1, dove A, B e m sono parametri che rappresentano fattori di forma.
7. Dispositivo conforme alle rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che la linea media (140) di un canale di ritorno continuo (11) contenuta nel piano predefinito (P1P2P3) è definita dai seguenti parametri: RO = raggio medio del dispositivo di trasferimento di flusso sul collo di ingresso (111) del canale di ritorno continuo (11), βθ = angolo della linea media (140) del canale al suddetto collo di ingresso (111) rispetto alla tangente al cerchio definito dal raggio medio RO, bO = larghezza dal canale di ritorno continuo (11) al suddetto collo di ingresso (111), R2h = raggio del mozzo all'ingresso dell'altro rotore (55) situato di fronte all'uscita (131) del canale di ritorno continuo, R2t = raggio della copertura all'ingresso dell'altro rotore (55), le = lunghezza assiale del canale di ritorno continuo (11), RC01 = raggio di curvatura della quarta parte curva (144) della linea media (140), RC02 = raggio di curvatura della seconda parte curva (142) della linea media (140), φιη = angolo di inclinazione della linea media (140) del canale di ritorno continuo (11) in un piano meridiano della turbomacchina, lax = distanza assiale tra il centro di curvatura della quarta parte curva (144) della linea media (140) e l'uscita (131) del canale di ritorno continuo (11) .
8. Dispositivo conforme alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per determinare la linea media (140) del primo canale di ritorno continuo (11), si definisce un riferimento assoluto (Oxyz), tale che Oz corrisponde all'asse della turbomacchina, Ox è parallelo all'asse della prima parte rettilinea (141) della suddetta linea media (140) e l'origine 0 dell'asse Oz corrisponde al piano della copertura di ingresso del primo canale di ritorno continuo (11)/ si determinano le coordinate dei primi, secondi e terzi punti P1P2P3 che definiscono il piano predefinito (P1P2P3) e si determinano punti particolari LI, L2, L5, L6, L7 della linea media (140) tale che il punto particolare LI corrisponde al collo di ingresso (111), il punto particolare L2 corrisponde alla transizione tra la prima parte rettilinea (141) e la seconda parte curva (142), il punto particolare L5 corrisponde alla transizione tra la seconda parte curva (142) e la terza parte rettilinea (143), il punto particolare L6 corrisponde alla fine della terza parte rettilinea (143) e all'uscita (131) del canale di ritorno continuo ed il punto particolare L7 corrisponde all'ingresso dell'altro rotore centrifugo nell'ambito di una zona comune delimitata da due superfici asimmetriche assiali costituite dal mozzo e dalla copertura all'ingresso dell'altro rotore {55).
9. Dispositivo conforme alle rivendicazioni 7 e 8, caratterizzato dal fatto che l'area delle sezioni (111, 131) normali alla linea media (140) del primo canale·di ritorno continuò (11) è definita al punto particolare LI in funzione delle dimensioni del collo di ingresso (111) del canale di ritorno continuo ed ai.punti particolari L6 e L7 in funzione del suddetto raggio del mozzo R2h e del suddetto raggio della copertura R2t all'ingresso dell'altro rotore (55), l'area delle sezioni (113, 114) normali alla linea media (140) nella seconda parte curva (142) è costante ed approssimativamente uguale al doppio dell'area della sezione (111) al punto particolare LI e nella prima parte rettilinea (143) e nella terza parte rettilinea, l'area delle sezioni normali alla linea media (140) presenta una evoluzione lineare lungo la linea media (140’).
10. Dispositivo conforme alla rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che in ogni punto della linea media (140) di un canale di ritorno continuo (11) contenuta nel piano predefinito (P1P2P3), l'orientamento della sezione evolutiva (111 a 115, 131) è definita localmente dall'angolo OLtra l'asse locale e della sezione e la normale b al piano predefinito (P1P2P3) contenente la linea media (140), l'angolo a presenta un valore compreso tra 30 e 35 gradi ai punti particolari LI e L6 ed un valore nullo ai punti particolari L2 e L5 e l'angolo a evolve linearmente tra i punti particolari successivi LI e L2, L2 e L5 e L5 e L6.
11 . Dispositivo conforme ad una qualsiasi delle rivendicazioni 8 a 10, caratterizzato dal fatto che la sezione evolutiva di un canale di ritorno continuo (11) è quasi rettangolare ai punti particolari LI e L6 ed è ellittica ai punti particolari L2 e L6.
12 . Dispositivo conforme ad una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11, caratterizzato dal fatto che comprende 8 - 15 canali di ritorno continui ( 11 a 20 ) .