ITCO20130067A1 - Girante con elementi di protezione e compressore centrifugo - Google Patents

Girante con elementi di protezione e compressore centrifugo

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ITCO20130067A1
ITCO20130067A1 IT000067A ITCO20130067A ITCO20130067A1 IT CO20130067 A1 ITCO20130067 A1 IT CO20130067A1 IT 000067 A IT000067 A IT 000067A IT CO20130067 A ITCO20130067 A IT CO20130067A IT CO20130067 A1 ITCO20130067 A1 IT CO20130067A1
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protective elements
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centrifugal compressor
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Michelangelo Bellacci
Massimo Giannozzi
Iacopo Giovannetti
Andrea Massini
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Nuovo Pignone Srl
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Description

TITOLO
Impeller with protection elements and centrifugai compressor/ Girante con elementi di protezione e compressore centrifugo
DESCRIZIONE CAMPO TECNICO
Le forme di realizzazione dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale a giranti con elementi di protezione e metodi per proteggere una girante, nonché a macchine e compressori centrifughi.
Questi componenti e sistemi sono stati concepiti e sono particolarmente utili nell'industria "petrolifera e del gas" in quanto sono protetti da, ad esempio, l'erosione da gocce di liquido.
ARTE NOTA
Come è noto, le giranti sono soggette a erosione; in alcuni casi o in alcune condizioni operative, l'erosione è dovuta, per esempio, a particelle solide (come granelli di sabbia) presenti all'ingresso della girante e che impattano contro le superfici della girante; in altri casi o altre condizioni operative, l'erosione è dovuta, per esempio, a gocce di liquido presenti all'ingresso della girante che impattano contro le superfici della girante; ovviamente, esistono altri tipi di erosione.
Un primo modo per ridurre l'erosione consiste nell'usare filtri e/o separatori connessi all'ingresso della girante, a monte della medesima.
Un secondo modo per ridurre l'erosione consiste nel selezionare il materiale della girante in modo che le sue superfici siano in grado di resistere agli impatti delle particelle solide e/o delle gocce di liquido.
RIEPILOGO
Filtri e separatori sono costosi, ingombranti e necessitano di manutenzione. I materiali che sono ideali per resistere all'erosione spesso non sono molto adatti in termini di proprietà meccaniche; pertanto il materiale della girante viene selezionato in base a un compromesso tra la resistenza all'erosione delle sue superfici e la resistenza meccanica del suo corpo.
Va tenuto presente che, in alcune applicazioni, una girante opera normalmente senza la presenza di particelle e di gocce a livello del suo ingresso e solo occasionalmente opera con la presenza di particelle e/o gocce a livello del suo ingresso.
Pertanto, si registra una generale esigenza di soluzioni al problema dell'erosione, in particolare all'erosione da parte di gocce di liquido in compressori centrifughi.
Disponendo elementi di protezione associati alle pale della girante a livello della parte anteriore della medesima questo problema viene, effettivamente, risolto. Ciò consente di utilizzare differenti materiali per il corpo principale della girante e per il corpo o corpi degli elementi di protezione.
Un primo aspetto della presente invenzione è dato da una girante.
Forme di realizzazione della girante comprendono un corpo principale con un piede, una calotta e una pluralità di pale che connettono la radice e la calotta; gli elementi di protezione sono associati alle pale e costituiscono almeno la parte anteriore delle pale.
Un secondo aspetto della presente invenzione è dato da un compressore centrifugo.
Forme di realizzazione del compressore centrifugo comprendono una girante, come descritto precedentemente.
Un terzo aspetto della presente invenzione è dato da una macchina compressore.
Forme di realizzazione della macchina per comprimere un fluido in entrata a livello del suo ingresso, comprende un compressore centrifugo come descritto precedentemente per comprimere il fluido in entrata.
Un quarto aspetto della presente invenzione è dato da un metodo di protezione.
Forme di realizzazione del metodo per proteggere il lato anteriore di una girante di un compressore centrifugo dagli impatti di gocce di liquido nel flusso di fluido in entrata, comprendono elementi di protezione disposti permanentemente a livello del lato anteriore della girante; gli elementi di protezione sono fatti di una lega a base di cobalto, una lega a base di nichel, una lega a base di titanio, un acciaio inox indurito a precipitazione, un acciaio inox martensitico.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
I disegni tecnici allegati alla descrizione, di cui costituiscono parte integrante, rappresentano forme di realizzazione esemplificative della presente invenzione, e unitamente alla descrizione dettagliata, spiegano tali forme di realizzazione. Nei disegni:
La fig. 1 mostra una vista in prospettiva di una girante centrifuga secondo l'arte nota,
la fig. 2 mostra una vista in prospettiva di un dettaglio della girante della fig.
1 , specificamente questa figura mostra una sola pala nonché una porzione adiacente della radice e una porzione adiacente della calotta come se il resto della girante fosse stato asportato,
la fig. 3 mostra una vista in prospettiva di una girante centrifuga secondo una forma di realizzazione della presente invenzione,
la fig. 4 mostra un primo dettaglio della girante della fig. 3,
la fig. 5 mostra un secondo dettaglio della girante della fig. 3,
La fig. 6 mostra un componente, vale a dire un elemento di protezione, della girante della fig. 3,
la fig. 7 mostra un terzo dettaglio in vista ingrandita della girante della fig. 3, la fig. 8 mostra un quarto dettaglio in vista ingrandita della girante della fig.
3,
e
la fig. 9 mostra tre viste differenti (fig.9A = vista anteriore, fig.9B = vista laterale, fig.9C = vista in prospettiva anteriore) di un singolo corpo di protezione anulare secondo un'altra forma di realizzazione della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
La seguente descrizione delle forme d'esecuzione esemplificative fa riferimento ai disegni di accompagnamento.
La seguente descrizione non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni in appendice. In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una forma d'esecuzione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una forme d'esecuzione è inclusa in almeno una forma d'esecuzione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una forma d'esecuzione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima forma d'esecuzione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più forme d'esecuzione in qualsivoglia modalità appropriata.
La girante della fig. 1 (vedasi anche la fig.2) è una girante centrifuga del tipo chiuso e comprende un corpo principale con un piede 1 , una calotta 2 e una pluralità di pale 3; le pale 3 connettono il piede 1 e la calotta 2. Secondo questa soluzione, è presente un mozzo 4 separato dal piede 1 e connesso al piede 1 ; molto spesso essi formano un pezzo unico che è, generalmente, chiamato semplicemente “mozzo”. Il piede 1, la calotta 2 e la pluralità delle pale 3 definiscono una pluralità di canali per il flusso di fluido durante il funzionamento della girante. Il fluido entra in un canale seguendo una direzione sostanzialmente assiale come mostrato dalla freccia 5 nella fig.2, fluisce lungo il canale ed esce dal canale seguendo una direzione sostanzialmente radiale come mostrato dalla freccia 6 nella fig.2. Pertanto, considerando il flusso del fluido, una parte anteriore della girante è definita comprendente una parte anteriore del piede 7, una parte anteriore della calotta 8 e una parte anteriore di ciascuna pala che inizia dal bordo di entrata 9 della pala e termina a una certa distanza dal bordo di entrata 9 (vedasi linea tratteggiata nella fig.2); la parte anteriore della girante è la prima che viene a contatto con il fluido erogato a livello dell'ingresso della girante.
Una forma di realizzazione di una girante migliorata verrà descritta qui di seguito facendo riferimento alle figure da 3 a 8. Va tenuto presente che la forma, dimensione e superfici della girante della fig. 3 corrispondono alla forma, dimensione e superfici della girante della fig. 1 ; in particolare il suo piede è parte integrante di un mozzo; la differenza consiste nella sua costruzione meccanica e i suoi materiali.
Questa girante migliorata comprende elementi di protezione 10 che sono associati alle pale 3 e costituiscono almeno la parte anteriore delle pale 3. La fig.3 mostra globalmente una pluralità di elementi di protezione 10 associata a una corrispondente pluralità di pale; la fig.4 mostra in maggiore dettaglio una prima estremità (ossia, la “estremità calotta”) di alcuni elementi di protezione 10; la fig.5 mostra in maggiore dettaglio una seconda estremità (ossia, la “estremità piede”) di alcuni elementi di protezione 10.
La fig.6 mostra uno degli elementi di protezione 10 della girante della fig.3 rimosso dal corpo principale della girante; esso consiste in un corpo separato, ossia non è uno strato o un semplice rivestimento e pertanto è autoportante; in particolare è un corpo monopezzo. Esso comprende una porzione piede 12 (vedasi anche la fig.7), una porzione calotta 11 (vedasi anche la fig.8) e una porzione pala 13.
Gli elementi di protezione 10 costituiscono inoltre, almeno parzialmente, la parte anteriore della radice 1 ; questo è lo scopo delle porzioni piede 12 degli elementi 10 (vedasi ad es. fig. 8). La fig.8 mostra che, secondo la presente forma di realizzazione, le porzioni calotta 12 degli elementi consecutivi 10 sono distanti l'una dall'altra.
Gli elementi di protezione 10 costituiscono, inoltre, almeno parzialmente la parte anteriore della calotta 2; questo è lo scopo delle porzioni calotta 11 degli elementi 10 (vedasi ad es. la fig. 7). La fig.7 mostra che, secondo questa forma di realizzazione, le porzioni calotta 11 di elementi consecutivi 10 sono perfettamente adiacenti l'una all'altra in modo che, internamente, la parte anteriore della calotta 2 è interamente composta dagli elementi 10. Nella forma di realizzazione della fig. 6, gli elementi di protezione costituiscono in parte sia il piede sia la calotta.
Nella forma di realizzazione della fig.3, il corpo principale della girante è fatto di metallo; può essere fatto di un acciaio al carbonio, un acciaio basso-legato, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico, una lega a base di titanio o una lega a base di nichel. Questi materiali hanno una buona resistenza meccanica.
Nella forma di realizzazione della fig.3, gli elementi di protezione 10 sono fatti di metallo; essi potrebbero essere fatti di una lega a base di cobalto, una lega a base di nichel, una lega a base di titanio, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico. Questi materiali hanno una buona resistenza all'erosione, in particolare resistenza all'erosione' -da gocce di liquido; conseguentemente, questi elementi assicurano la protezione contro l'impatto di gocce di liquido sia in quanto sono in grado di resistere a queste collisioni e anche per il resto della girante, ossia il corpo principale.
Se viene utilizzata una lega a base di cobalto, è vantaggioso fornire anche un contenuto di cromo superiore a 20%.
Se viene utilizzata una lega a base di nichel, è vantaggioso fornire anche un contenuto di cromo superiore a 12%.
Questi due tipi di materiali, specialmente quando contengono cromo, sono particolarmente utili per essere utilizzati in quelle applicazioni con un elevato rischio di funzionamento a umido e/o con un elevato tasso di umidità, sebbene momentaneo.
Tipicamente, il materiale degli elementi di protezione è diverso dal materiale del corpo principale della girante, ma sono entrambi materiali metallici.
Esistono due metodi vantaggiosi per produrre tali elementi di protezione: - produzione additiva,
- metallurgia delle polveri, in particolare pressione isostatica a caldo.
Questi processi di produzione, in particolare il secondo, possono essere utilizzati anche per produrre il corpo principale.
Gli elementi di protezione sono permanentemente fissati al corpo principale della girante; in fatti, poiché per la maggior parte del tempo operativo della girante non sono presenti (o sono presenti in misura minima) gocce o particelle a livello dell'ingresso della girante, un'appropriata selezione del materiale degli elementi di protezione è sufficiente per una durata estremamente lunga degli elementi di protezione e, pertanto, una durata estremamente lunga dell'intera girante.
Gli elementi di protezione potrebbero essere fissati alle pale e/o al piede e/o calotta del corpo principale della girante. Esistono varie possibilità per tale fissaggio: brasatura, saldatura, incollaggio, calettamento a caldo. Inoltre, più di una tecnica può essere utilizzata per la stessa girante; per esempio, la porzione pala degli elementi di protezione potrebbe essere fissata alle pale del corpo principale mediante calettamento a caldo; la porzione piede dell'elemento di protezione potrebbe essere fissato al piede del corpo principale mediante saldatura e la porzione calotta dell'elemento di protezione potrebbe essere fissato alla calotta del corpo principale mediante saldatura
Nella forma di realizzazione qui descritta, il corpo principale, in particolare le sue pale, comprende protrusioni per facilitare il fissaggio degli elementi di protezione, in particolare le loro porzioni pala, al corpo principale; la fig.7 mostra una sezione trasversale della porzione pala 13 di un elemento di protezione fissata a una pala del corpo principale grazie a una protrusione 14 del corpo principale e a un incavo dell'elemento di protezione. La situazione può essere invertita, ossia, protrusione degli elementi di protezione e incavi del corpo principale. Inoltre, potrebbe essere utilizzata una combinazione di queste due possibilità, per esempio in differenti porzioni degli elementi di protezione e del corpo principale.
Nella forma di realizzazione della fig.3 e della fig.6, ciascuno degli elementi di protezione 10 consiste in un corpo unico.
Alternativamente, è possibile che gli elementi di protezione possano essere raggruppati in un numero di corpi singoli; per esempio, se la girante comprende 24 pale, verranno utilizzati 24 elementi di protezione, e 12 corpi singoli se 2 elementi di protezione formano un corpo singolo o 8 corpi singoli, se 3 elementi di protezione formano un corpo singolo o 6 corpi singoli se 4 elementi di protezione formano un corpo singolo oppure ... . Nella forma di realizzazione della fig.9, tutti gli elementi di protezione formano un singolo corpo di protezione anulare 15. Il corpo 15 comprende una porzione piede, una porzione calotta e una pluralità di porzioni pala che connette la porzione piede e la porzione calotta.
Il corpo 15 è fissato al lato anteriore del corpo principale della girante.
Tale fissaggio è preferibilmente permanente (ossia, non amovibile o sostituibile) per il motivo già esposto.
Tale fissaggio potrebbe essere realizzato come già descritto. Tuttavia, nel caso di un singolo corpo di protezione anulare, potrebbe essere utilizzato un fissaggio con dadi e bulloni; in. questo caso, per esempio, dadi e bulloni possono essere utilizzati per fissare la porzione calotta del corpo di protezione alla porzione calotta del corpo principale della girante e/o la porzione piede del corpo di protezione alla porzione piede del corpo principale della girante.
Le giranti con elementi di protezione vengono tipicamente utilizzate per i compressori centrifughi.
A causa dello scopo degli elementi di protezione, se il compressore comprende una pluralità di giranti a cascata, gli elementi di protezione vengono vantaggiosamente utilizzati almeno o soltanto per la prima girante, dove è più probabile che si verifichi l'erosione.
Al fine di ottenere una buona protezione, gli elementi di protezione sono preferibilmente sagomati e disposti in modo da ricevere tutto il flusso di fluido in entrata dall'ingresso del compressore.
Un simile compressore viene utilizzato in una macchina per comprimere un fluido in entrata a livello del suo ingresso.
Grazie agli elementi di protezione, l'ingresso della macchina può essere connesso direttamente all'ingresso del compressore; in altre parole, filtri e separatori possono essere vantaggiosamente evitati nella macchina.
In base alle forme di realizzazione appena descritte, un metodo per proteggere il lato anteriore di una girante di un compressore centrifugo dagli impatti di gocce di liquido nel flusso di fluido in entrata, comprende disporre permanentemente elementi di protezione a livello del lato anteriore della girante. Tipicamente, come si è detto, gli elementi di protezione sono fatti di una lega a base di cobalto, una lega a base di nichel, una lega a base di titanio, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Una girante comprendente un corpo principale con un piede (1), una calotta (3) e una pluralità di pale (3) che connettono il piede e la calotta, laddove gli elementi di protezione (10) sono associati alle pale (3) e costituiscono almeno la parte anteriore delle pale (3).
  2. 2. La girante della rivendicazione 1 , laddove detti elementi di protezione (10) costituiscono, inoltre, almeno parzialmente la parte anteriore del piede (1)·
  3. 3. La girante della rivendicazione 1 o 2, laddove detti elementi di protezione (10) costituiscono, inoltre, almeno parzialmente la parte anteriore della calotta (2).
  4. 4. La girante della rivendicazione 1 , laddove detto corpo principale è fatto di metallo, in particolare un acciaio al carbonio, un acciaio basso-legato, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico, una lega a base di titanio o una lega a base di nichel.
  5. 5. La girante della rivendicazione 1, laddove detti elementi di protezione (10) sono fatti di metallo, in particolare una lega a base di cobalto, una lega a base di nichel, una lega a base di titanio, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico.
  6. 6. La girante della rivendicazione 1 , laddove detti elementi di protezione vengono prodotti mediante produzione additiva.
  7. 7. La girante della rivendicazione 1, laddove almeno detti elementi di protezione vengono prodotti mediante metallurgia delle polveri, in particolare pressatura isostatica a caldo.
  8. 8. La girante della rivendicazione 1 , laddove tutti detti elementi di protezione formano un singolo corpo di protezione anulare (15).
  9. 9. La girante della rivendicazione 1 , laddove detti elementi di protezione sono permanentemente fissati a detto corpo principale.
  10. 10. Un compressore centrifugo comprendente una girante secondo qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9.
  11. 11. Il compressore centrifugo della rivendicazione 10, comprendente una pluralità di giranti a cascata laddove almeno o solo la prima girante è conforme a qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9.
  12. 12. Il compressore centrifugo della rivendicazione 10 o 11 , laddove detti elementi di protezione si estendono almeno in misura tale da ricevere tutto il flusso di fluido in entrata dall'ingresso del compressore.
  13. 13. Una macchina per comprimere un fluido in entrata a livello del suo ingresso, comprendente un compressore centrifugo secondo qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti da 10 a 12 per comprimere il fluido in entrata.
  14. 14. La macchina della rivendicazione 13, laddove il suo ingresso è direttamente connesso all'ingresso del compressore centrifugo. 15. un metodo per proteggere il lato anteriore di una girante di un compressore centrifugo dagli impatti di gocce di liquido nel flusso di fluido in entrata, comprendente disporre permanentemente elementi di protezione (10) a livello del lato anteriore della girante, laddove detti elementi di protezione (10) sono fatti di una lega a base di cobalto, una lega a base di nichel, una lega a base di titanio, un acciaio inox temprato a precipitazione, un acciaio inox martensitico.
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