ITMI20061064A1

ITMI20061064A1 - PALA ROTORICA DI UN PRIMO STADIO DI UNA TURBINA A VAèPORE CON PIEDE A FORCHETTA E NASTRO DI COPERTURA

Info

Publication number: ITMI20061064A1
Application number: IT001064A
Authority: IT
Inventors: Paolo Bendinelli; Carlo Cortese; Fabio Valeri; Vincenzo Vecchiarino
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-01
Also published as: JP2007321762A; CN101082287A; US20080044286A1; EP1862642A3; KR20070115704A; EP1862642A2

Description

-2- Barzanò & Zanardo

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

a nome: NUOVO PIGNONE S.p.A.

di nazionalità: italiana

con sede in: FIRENZE FI

Mi 29KAOO 1064

La presente invenzione si riferisce ad un rotore per macchine motrici quali le turbine e, più in particolare, ad un primo stadio, o stadio ad azione,

di un rotore di una turbina a vapore.

Una turbina a vapore è una macchina rotativa che sfrutta l'energia termica del vapore in pressione per convertirla in lavoro meccanico utile. Questa trasformazione di energia avviene con la trasformazione intermedia in energia cinetica.

Tutti gli stadi di una turbina a vapore sono costituiti da due organi essenziali: un distributore, in cui l'energia termica viene convertita, in tutto o in parte, in energia cinetica, e una girante, in cui l'energia termica residua contenuta nel vapore viene convertita in energia cinetica ed il tutto viene poi trasferito come energia meccanica utilizzabile all'albero.

Per aumentare l'efficienza complessiva, nelle turbine il vapore si espande solitamente attraversando diversi stadi in successione. Ogni 3 Barzanò & Zanardo

stadio è costituito da due schiere di pale: le pale statoriche (o ugelli) sono fisse e solidali alla cassa della turbina, mentre le pale rotoriche sono mobili e sono solidali all'albero. Nel loro insieme, le parti fisse a contatto con il vapore sono dette statore, mentre l'insieme costituito dall'albero e dalle parti ad esso solidali è detto rotore.

Gli stadi sono caratterizzati dalla modalità con cui il vapore cede la propria energia all'albero, ed in base a questo sono definiti "ad azione" o "a reazione". Per ottimizzare le prestazioni e i costi, in una singola turbina a vapore si possono trovare stadi ad azione ed a reazione.

In particolare, lo stadio ad azione è costituito da ugelli fissi che causano l'espansione del vapore, creando getti ad alta velocità ed energia cinetica, con direzione fortemente angolata rispetto all'asse della macchina. Quando i getti incontrano le pale del rotore, esse ne variano fortemente la direzione grazie all'apposito profilo concavo, ed il vapore cede parte della propria energia cinetica sotto forma di lavoro meccanico di rotazione all'albero.

Un inconveniente che si può verificare nelle turbine a vapore è la presenza di acqua nel vapore stesso. L'alimentazione con vapore umido o saturo può - 4 - Barzanò & Zanardo

infatti provocare, a causa della centrifugazione delle particelle di acqua nel rotore, la corrosione e l'erosione precoce delle pale rotoriche, in particolare in corrispondenza della superficie di contatto tra i tettucci di due pale adiacenti, cioè l'anello esterno del rotore.

Questo fenomeno può causare il mancato contatto tra pale adiacenti, e quindi eccessive vibrazioni consentite delle pale stesse, che possono in condizioni di risonanza determinare la fessurazione e la conseguente rottura delle pale.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di superare il suddetto inconveniente, realizzando un rotore per turbine a vapore che eviti o comunque riduca le rotture delle pale dovute all'utilizzo di vapore umido e, allo stesso tempo, che consenta una elevata efficienza aerodinamica.

Questo scopo secondo la presente invenzione, oltre ad altri che meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, viene raggiunto realizzando un rotore per una turbina a vapore come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni successive.

Le caratteristiche ed i vantaggi di un rotore -5- Barzanò & Zanaido

per turbina a vapore secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una vista in prospettiva di un pacchetto di pale assiemate su di un rotore per turbine a vapore secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in prospettiva di una singola pala prima della ribaditura del nastro di copertura del rotore di figura 1;

la figura 3 è una vista laterale di una singola pala prima della ribaditura del nastro di copertura del rotore di figura 1; e

la figura 4 è una vista in sezione trasversale di una singola pala del rotore di figura 1.

Con riferimento in particolare alla figura 1 dei disegni allegati, viene mostrato un settore di un rotore per turbine a vapore secondo la presente invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento 10.

Ciascun settore 10 comprende un numero variabile di pale 12 disposte circonferenzialmente sul rotore. Nell'esempio di realizzazione illustrato, le pale 12 sono raggruppate in settori 10 di quattro pale 12 ciascuno per formare un rotore dotato 6 Barzanò & Zanardo

complessivamente di centododici pale divise in ventotto settori.

In generale, il profilo o "foglia" di ciascuna pala 12 comprende una prima superficie 14 concava, che risulta in pressione per l'azione del vapore, ed una seconda superficie 16 convessa, che risulta invece in depressione e che è opposta alla prima superficie 14. Le due superfici concava 14 e convessa 16 sono continue e raccordate tra loro, ed insieme formano il profilo aerodinamico complessivo, o foglia, della pala 12 (figura 4).

Su una porzione di base 18, comunemente chiamata "piede", delle pale 12 è quindi previsto un raccordo di collegamento 20 con il suddetto profilo aerodinamico di ciascuna pala 12, tale porzione di base 18 essendo formata in un solo pezzo con le pale 12 ed essendo atta ad essere fissata al corpo principale o disco 22 del rotore di una turbina a vapore .

Sulla porzione delle pale 12 opposta rispetto ai rispettivi piedi 18 è altresì previsto un nastro di copertura 24, denominato anche "tettuccio" delle pale 12, che forma un anello esterno per il rotore.

In pratica, i getti di vapore provenienti dagli ugelli fissi (non mostrati) vengono indirizzati sulla - 7 - Barzanò & Zanardo

superficie concava 14 delle pale 12, tra la porzione di base 18 e il nastro di copertura 24, per mettere in movimento il rotore.

Vantaggiosamente, le pale 12 e il nastro di copertura 24 sono accoppiati mediante ribaditura e, più in particolare, ciascuna pala 12 presenta, sulla sua porzione di contatto con il nastro di copertura 24, uno o più perni 26 (figura 2) che si inseriscono in corrispondenti fori praticati sul nastro di copertura 24 stesso, detti perni 26 essendo poi ribattuti in seguito all'inserimento nei suddetti fori per realizzare l'accoppiamento definitivo tra il nastro di copertura 24 e le pale 12.

In aggiunta, l'accoppiamento tra la porzione di base 18 delle pale 12 e il disco 22 del rotore è realizzato mediante innesto "a forchetta" nella direzione radiale del rotore stesso.

Più in particolare, sulla circonferenza del disco 22 è realizzata una pluralità di scanalature all'interno delle quali si va ad inserire una pluralità di "rebbi" 28 corrispondenti, ottenuti sulla porzione di base 18 delle pale 12. Il bloccaggio in posizione delle pale 12 sul disco 22 si ottiene quindi mediante una pluralità di spine 30 che si introducono in appositi fori passanti praticati -8- Barzanò & Zanardo

sui rebbi 28 e sul disco 22 stesso, in direzione parallela all' asse della macchina.

In base a studi teorici, si è riscontrato che la contemporanea applicazione del nastro di copertura 24 mediante ribaditura, insieme al particolare innesto radiale "a forchetta" delle pale 12 sul disco 22 del rotore, riduce notevolmente i rischi di rottura, dovuti all'insorgere di vibrazioni ad una frequenza prossima a quella di risonanza, delle pale 12 in presenza di vapore saturo.

Si è così visto che il rotore di un primo stadio di una turbina a vapore secondo la presente invenzione realizza lo scopo, in precedenza evidenziato, di ridurre le rotture delle pale, dovute in particolare all'utilizzo di vapore umido, mediante una serie di accorgimenti che al tempo stesso non pregiudicano l'efficienza aerodinamica della turbina nel suo complesso.

Il rotore di un primo stadio di una turbina a vapore della presente invenzione così concepito è suscettibile in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo.

Inoltre, in pratica i materiali utilizzati, nonché le loro dimensioni ed i componenti, potranno - 9 - Barzanò & Zanardo essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Barzanò & Zanardo Milano S.p.A.

Claims

- 10 - Barzanò & Zanardo RIVENDICAZIONI 1. Rotore per macchine motrici, in particolare di un primo stadio di una turbina a vapore, comprendente una pluralità di pale (12) disposte circonferenzialmente su detto rotore tramite l'interposizione di una porzione di base (18) formata in un solo pezzo con dette pale (12), sulla porzione di dette pale (12) opposta rispetto a detta porzione di base (18) essendo altresì previsti uno o più nastri di copertura (24) che raggruppano le pale (12) di detto rotore a pacchetti, caratterizzato dal fatto che dette pale (12) e detti uno o più nastri di copertura (24) sono accoppiati mediante ribaditura, e che l'accoppiamento tra detta porzione di base (18) delle pale (12) e il corpo principale o disco (22) di detto rotore è realizzato mediante innesto a forchetta nella direzione radiale di detto rotore.
2. Rotore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette pale (12) presenta, sulla sua porzione di contatto con detti uno o più nastri di copertura (24), uno o più perni (26) che si inseriscono in corrispondenti fori praticati su detti uno o più nastri di copertura (24).
3. Rotore secondo la rivendicazione 2, - 11 Barzanò & Zanardo caratterizzato dal fatto che detti perni (26) vengono ribattuti in seguito all'<'>inserimento in detti fori per realizzare l'accoppiamento definitivo tra detti uno o più nastri di copertura (24) e dette pale (12).
4. Rotore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sulla circonferenza di detto disco (22) sono realizzate una o più scanalature all'interno delle quali si vanno ad inserire uno o più rebbi (28) corrispondenti ottenuti su detta porzione di base (18) delle pale (12).
5. Rotore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il bloccaggio in posizione di dette pale (12) su detto disco (22) si ottiene mediante una pluralità di spine (30) che si introducono in appositi fori passanti praticati su detti rebbi (28) e su detto disco (22), in direzione parallela all' asse del rotore.
6. Rotore per macchine motrici, in particolare di un primo stadio di una turbina a vapore, come in precedenza descritto e come illustrato e per gli