ITCO20120046A1 - Assieme di palette di guida d'ingresso, turboespansore e metodo - Google Patents
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Description
INLET GUIDE VANE ASSEMBLY, TURBOEXPANDER, AND METHOD / ASSIEME DI PALETTE DI GUIDA D’INGRESSO, TURBOESPANSORE E METODO
ARTE NOTA CAMPO TECNICO
Le forme di realizzazione dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale a una turbomacchina e, nella fattispecie, alla porzione di un assieme di palette di guida d'ingresso per un turboespansore.
TRATTAZIONE DELL'ARTE NOTA
I turboespansori sono diffusamente utilizzati per la refrigerazione industriale, la lavorazione del petrolio e del gas e processi a basse temperature. I turboespansori si utilizzano, per esempio, per estrarre gas idrocarburi più pesanti quali etano (C2H6), propano (C3H8), butano comune (n-C4H10), isobutano (i-C4H10), pentani e persino idrocarburi di peso molecolare maggiore, denominati collettivamente gas naturali liquefatti (NGL), derivanti dal gas naturale. Generalmente una miscela di gas e liquidi, prodotta dall'espansione di un gas grezzo in un espansore, viene separata in un flusso gassoso e un flusso liquido. La maggior parte dei gas naturali liquefatti viene eliminata emettendo il flusso liquido separatamente dal flusso gassoso rimanente che, generalmente, viene compresso per essere inviato a utenti posti a valle.
La Figura 1 illustra un sistema turboespansore-compressore 100 convenzionale, nel quale un turboespansore 10 e un compressore 20 presentano giranti disposte su un comune albero 30. In genere il turboespansore 10 è un espansore di flusso centrifugo o assiale, al cui interno si espande un gas in ingresso 40. L'espansione del gas genera lavoro meccanico che causa la rotazione di una girante per espansore 50. Il gas espanso viene emesso come flusso gassoso 60. Il flusso gassoso 60 emesso dal turboespansore 10 può essere immesso nel compressore 20 (flusso gassoso 70). Poiché una girante per compressore 80 è montata sullo stesso albero 30 su cui è montata la girante per espansore 50, la rotazione della girante per espansore 50 provoca la rotazione della girante per compressore 80. In tal modo il lavoro meccanico prodotto nel turboespansore 10 viene trasferito al compressore 20. La girante per espansore 50, la girante per compressore 80 e l'albero 30 ruotano alla stessa velocità. Pertanto l'energia di rotazione della girante per compressore 80 viene utilizzata nel compressore 20 per comprimere il flusso gassoso 70 introdotto nel compressore 20. Il gas compresso può essere emesso come flusso gassoso 90, ad esempio, verso un altro elemento utilizzato nel processo.
Per ottimizzare questi processi, il flusso di gas in ingresso 40, diretto verso il turboespansore 10, si può controllare subordinatamente alle diverse condizioni ambientali o d'esercizio. La Figura 2 illustra una porzione di un assieme di palette di guida d'ingresso 200, che si può utilizzare per controllare il flusso di gas 40 in ingresso nel turboespansore 10.
In tal senso un assieme di palette di guida d'ingresso 200 comprende un anello di base 210 che definisce un ugello 260, attorno al quale palette di guida d'ingresso 220 sono montate in assetto girevole mediante perni girevoli 230. Ogni paletta può prevedere un foro 240 configurato in modo da contenere un perno attuatore (non raffigurato), a sua volta collegato a un anello di regolazione (non raffigurato). Durante il funzionamento è possibile azionare l'anello di regolazione in modo che i perni attuatori agiscano contro le palette 220. In tal modo le palette 220 possono ruotare in modo uniforme dentro o fuori l'ugello 260, insieme al flusso di gas in ingresso 40, controllandone così il flusso.
Come si può intuire dalla Fig. 2, una superficie posteriore di ciascuna paletta di guida 220 può essere in contatto con scorrimento con la superficie anteriore 250 dell'anello di base 210 durante il funzionamento dell'anello di regolazione. Questo contatto con scorrimento può danneggiare l'assieme di palette di guida d'ingresso. Per esempio, il contatto con scorrimento tra le parti dell'assieme può essere causa di grippaggio, ad esempio, sulla superficie posteriore di una paletta di guida 200 o sulla superficie anteriore dell'anello di base 210. A titolo di ulteriore esempio, la forza di attrito tra le superfici può essere sufficiente da impedire il movimento di una o più delle palette di guida, condizione che può causare la deformazione o il blocco di un perno 230, rendendo così necessaria lo spegnimento e la riparazione della macchina.
Per favorire il movimento di scorrimento e proteggere le diverse parti dell'assieme di palette dal gas di processo potenzialmente corrosivo e dai contaminanti in esso contenuti, si possono utilizzare film lubrificanti secchi, come alcuni prodotti tra cui la grafite, nonché lubrificanti bagnati, quali grassi e oli. Tuttavia la necessità di applicare del lubrificante a intervalli di manutenzione regolari può tradursi in un aumento del costo d'esercizio del turboespansore. Inoltre le aree che possono beneficiare maggiormente dell'applicazione di lubrificante spesso sono difficilmente accessibili. Pertanto è possibile che il lubrificante non riesca a penetrare, ad esempio, fino alle superfici tra le palette 220 e l'anello di base 210. Ciò può abbreviare ulteriormente gli intervalli di manutenzione.
Di conseguenza l'esigenza è quella di fornire una soluzione che agevoli il contatto con scorrimento tra le palette di guida 220 e i componenti dell'assieme di palette di guida d'ingresso 200, che elimini o riduca l'esigenza di applicare lubrificante a protezione delle palette di guida contro gli effetti corrosivi potenziali del gas di processo e di eventuali contaminanti in esso contenuti, che allunghi il lasso di tempo necessario tra i diversi intervalli di manutenzione e che migliori in ogni caso le prestazioni e riduca i costi d'esercizio di un turboespansore.
RIEPILOGO
Secondo una forma di realizzazione esemplificativa un assieme di palette di guida d'ingresso comprende una porzione di pala e un rivestimento sulla porzione di pala, laddove il rivestimento comprende un componente bronzeo. Tra gli altri vantaggi un rivestimento di questo tipo elimina o riduce l'esigenza di applicare lubrificante a protezione delle palette guida contro gli effetti corrosivi potenziali del gas di processo ed eventuali contaminanti in esso contenuti, fatto che allunga il lasso di tempo necessario tra i diversi intervalli di manutenzione e che migliora in ogni caso le prestazioni e riduce i costi d'esercizio di un turboespansore.
Secondo un'ulteriore forma di realizzazione un turboespansore comprende un corpo di turboespansore e una girante di turboespansore in grado di ruotare in relazione al corpo del turboespansore. Il turboespansore comprende inoltre un assieme di palette di guida d'ingresso collegato al corpo del turboespansore, atto a controllare un flusso di gas di processo diretto nel corpo del turboespansore, laddove l'assieme di palette di guida d'ingresso comprende una porzione di pala e un rivestimento sulla porzione di pala, rivestimento che prevede un componente bronzeo.
Secondo un'ulteriore forma di realizzazione esemplificativa un metodo, atto a migliorare le prestazioni di un assieme di palette di guida d'ingresso per un turboespansore, prevede la realizzazione di una porzione di pala del assieme di palette di guida d'ingresso o con acciaio a bassa lega di carbonio o con acciaio inox e l'applicazione alla porzione di pala di un rivestimento comprendente un componente bronzeo.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
I disegni allegati alla descrizione dettagliata, e di cui costituiscono parte integrante, rappresentano una o più forme di realizzazione e, unitamente alla descrizione, illustrano tali forme di realizzazione. Nei disegni:
la Figura 1 è un diagramma schematico di un sistema di compressore per turboespansore convenzionale;
la Figura 2 rappresenta un assieme di palette di guida d'ingresso per un turboespansore;
la Figura 3 mostra una porzione di pala di un assieme di palette di guida d'ingresso secondo una forma di realizzazione esemplificativa;
la Figura 4 mostra una vista in sezione trasversale della porzione di pala rappresentata nella Fig. 3;
la figura 5 mostra il metodo secondo una forma di realizzazione esemplificativa.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni allegate. Le seguenti forme di realizzazione sono trattate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e alla struttura di sistemi di compressore per turboespansori. Tuttavia le forme di realizzazione che saranno successivamente trattate non si limitano a questi sistemi esemplificativi, ma si possono applicare ad altri sistemi.
In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una forma di realizzazione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una forma di realizzazione è inclusa in almeno una forma di realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto il ricorso all'espressione "in una forma di realizzazione" in diversi punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla stessa forma di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più forme di realizzazione in qualsivoglia modalità appropriata.
Una forma di realizzazione esemplificativa di una porzione di pala 314, per un assieme di palette di guida d'ingresso 200 di un turboespansore 100 secondo la presente invenzione, è rappresentata nelle Figure 3 e 4. La porzione di pala 314 può essere fornita di un rivestimento 326 contenente un componente bronzeo che, come sarà esposto in maggiore dettaglio a seguire, può produrre un effetto lubrificante potenziato, migliorando al contempo la resistenza all'usura e alla corrosione della porzione di pala 314.
Il rivestimento 326 può essere applicato sull'intera porzione di pala 314. In alternativa il rivestimento 326 può essere presente in aree selezionate della prima superficie 318, della seconda superficie 320, del primo bordo 322 e del secondo bordo 324 della porzione di pala 316. Ad esempio, il rivestimento 326 può essere fornito soltanto su aree in cui la porzione di pala 314 può essere soggetta a contatto con scorrimento con altre parti di un assieme di palette di guida d'ingresso. Ad esempio, il rivestimento 326 può essere fornito sulla prima e sulla seconda superficie 318 e 320.
La porzione di pala 314 può essere costruita in metallo, ad esempio un acciaio a bassa lega di carbonio o un acciaio inox. Il rivestimento 326 può essere applicato alla porzione di pala 316 mediante un processo termico a spruzzo, tala da assicurare un'aderenza ottimale del rivestimento 326 sulla porzione 314. Un esempio di processo idoneo all'uso per l'applicazione del rivestimento 326 alla porzione di pala 314 è descritto in US Patent No. 4,788,077, integrato nel presente mediante riferimento.
Il rivestimento 326 può consentire alla prima e alla seconda superficie 318 e 320 della porzione di pala 314 di scorre più agevolmente sulle superfici di un anello di base 210 e un anello attuatore di un assieme di palette di guida d'ingresso 200. L'effetto lubrificante, impartito dal materiale bronzeo relativamente leggero presente nel rivestimento 326, può agire congiuntamente a lubrificanti convenzionali secchi o bagnati, per potenziare il contatto con scorrimento tra la porzione di pala 314 e le parti dell'assieme di palette di guida d'ingresso. Inoltre il rivestimento può fornire una resistenza maggiore agli effetti corrosivi del gas di processo 40 e di eventuali contaminanti al suo interno. Pertanto l'intervallo di tempo per la manutenzione di un turboespansore con una porzione di pala 316 che presenti un rivestimento 326 comprendente un componente bronzeo, può essere considerevolmente aumentato, riducendo di conseguenza il costo dell'intervento.
Come esposto in precedenza, il rivestimento 326 può comprendere un componente bronzeo, ad esempio, un cosiddetto "bronzo W" fornito sotto forma di filo e prodotto con la denominazione AlBz9Fe BERCOWELD, integrato nel rivestimento 326. In alternativa il rivestimento 326 può essere interamente di bronzo. Il rivestimento 326, inoltre, può presentare uno spessore approssimativamente compreso tra 290 e 310 micron e, più specificatamente, uno spessore di circa 300 micron.
Come illustrato nella Fig. 5, un metodo esemplificativo 1000 atto a incrementare la vita utile di una paletta di guida d'ingresso 314 per un turboespansore, può prevedere la realizzazione 1002 di una porzione di pala 314, comprendente un acciaio a bassa lega di carbonio o un acciaio inox e l'applicazione 1004 alla porzione dì pala 314 di un rivestimento comprendente un componente bronzeo.
Le forme di realizzazione precedentemente descritte sono intese a illustrare a tutti gli effetti, ma non in senso restrittivo, la presente invenzione. Tutte le variazioni e modifiche in oggetto devono essere considerate incluse nel ambito di applicazione e nello spirito della presente invenzione, come definito nelle seguenti rivendicazioni. Nessun elemento, atto o nessuna istruzione adottati nella descrizione della presente applicazione dovranno essere interpretati come cruciali o fondamentali per l'invenzione, se non sono esplicitamente descritti come tali. Inoltre nell'accezione del presente è sottinteso che la forma singolare di un'espressione designa altresì il plurale.
Claims (10)
- CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Assieme di palette di guida d'ingresso comprendente: una porzione di pala e un rivestimento della suddetta porzione di pala, laddove detto rivestimento comprende un componente bronzeo. 2. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detto rivestimento consiste esclusivamente in bronzo. 3. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detto rivestimento comprende "bronzo W" (AlBz9Fe). 4. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detta porzione di pala è realizzata in un acciaio a bassa lega di carbonio. 5. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detta porzione di pala è realizzata in un acciaio inox. 6. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detto rivestimento è applicato mediante processo termico a spruzzo. 7. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detto rivestimento presenta uno spessore compreso tra 290 e 310 micron. 8. Assieme di palette di guida d'ingresso della rivendicazione 1 , nel quale detto rivestimento presenta uno spessore di 300 micron. 9. Turboespansore comprendente: un corpo di turboespansore; una girante per turboespansore in grado di ruotare in relazione a detto corpo di turboespansore; un assieme di palette di guida d'ingresso collegato a detto corpo di turboespansore, atto a controllare il flusso del gas di processo che entra in detto corpo di turboespansore, laddove detto assieme di palette di guida d'ingresso comprende una porzione di pala e un rivestimento della suddetta porzione di pala, laddove detto rivestimento comprende un componente bronzeo. 10. Metodo atto a migliorare le prestazioni di un assieme di palette di guida d'ingresso per turboespansore comprendente: la realizzazione di una porzione di pala dell'assieme di palette di guida d'ingresso o con acciaio a bassa lega di carbonio o con acciaio inox e l'applicazione alla porzione di pala di un rivestimento comprendente un componente bronzeo. CLIAMS / RIVENDICAZIONI 1. An inlet guide vane assembly, comprising: a blade portion; and a coating on said blade portion, said coating including a bronze component.
- 2. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said coating consists of bronze only.
- 3. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said coating includes W-bronze (AlBz9Fe).
- 4. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said blade portion is made of carbon-low alloy steel.
- 5. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said blade portion is made of stainless steel.
- 6. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said coating is applied by thermal spray.
- 7. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said coating has a thickness between 290 and 310 microns.
- 8. The inlet guide vane assembly of claim 1 , wherein said coating has a thickness of 300 microns.
- 9. A turboexpander, comprising: a turboexpander body; a turboexpander impeller rotatable relative to said turboexpander body; an inlet guide vane assembly connected to said turboexpander body for controlling a flow of process gas into said turboexpander body, said inlet guide assembly including, a blade portion; and a coating on said blade portion, said coating including a bronze component.
- 10. A method for enhancing the performance of an inlet guide vane assembly for a turboexpander, comprising: forming a blade portion of said inlet guide vane assembly with at least one of low carbon alloy steel and stainless steel; and, applying a coating including a bronze component to said blade portion.
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