ITMI20101286A1 - DEVICE AND METHOD FOR CLEANING A SHOVEL OF A GAS TURBINE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
"DISPOSITIVO E METODO PER LA PULIZIA DI UNA PALA DI UNA TURBINA A GAS" "DEVICE AND METHOD FOR CLEANING A GAS TURBINE BLADE"
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la pulizia di una pala di turbina a gas. In particolare, la presente invenzione è relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la pulizia dei canali interni di una pala di turbina a gas. The present invention relates to a device and a method for cleaning a gas turbine blade. In particular, the present invention relates to a device and a method for cleaning the internal channels of a gas turbine blade.
Durante la realizzazione delle pale di turbina a gas, accade spesso che si accumulino dei residui di lavorazione all'interno dei canali interni delle pale. During the manufacture of gas turbine blades, it often happens that processing residues accumulate inside the internal channels of the blades.
Le pale di turbina a gas, infatti, sono provviste di canali interni per il passaggio di un fluido di raffreddamento. Tali canali si estendono all'interno della pala e sono collegati ad una pluralità di fori di raffreddamento in modo tale che il fluido di raffreddamento, generalmente aria, scorra all'interno dei canali interni e fuoriesca dai fori di raffreddamento lambendo la superficie esterna della pala. The blades of a gas turbine, in fact, are provided with internal channels for the passage of a cooling fluid. These channels extend inside the blade and are connected to a plurality of cooling holes in such a way that the cooling fluid, generally air, flows inside the internal channels and exits from the cooling holes, touching the external surface of the blade. .
Il documento WO 00/05002 a nome Siemens descrive un dispositivo ed un metodo di pulizia dei canali interni di una pala di una turbina a gas. Tuttavia, tale metodo non risulta essere particolarmente efficace, soprattutto nel caso in cui siano presenti all'interno dei canali dei residui di lavorazione di dimensioni tali da occludere i fori di raffreddamento e gli stretti passaggi dei canali interni delle pale. Document WO 00/05002 in the name of Siemens describes a device and a method for cleaning the internal channels of a blade of a gas turbine. However, this method is not particularly effective, especially in the case in which there are present inside the channels of processing residues of such dimensions as to occlude the cooling holes and the narrow passages of the internal channels of the blades.
È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un dispositivo per la pulizia dei canali interni di una pala di turbina a gas che sia privo degli inconvenienti evidenziati dall'arte nota. It is therefore an object of the present invention to provide a device for cleaning the internal channels of a gas turbine blade which is free from the drawbacks highlighted by the known art.
In particolare, è uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un dispositivo in grado di garantire un'ottimale ed efficace rimozione dei residui di lavorazione da tutta la pala. In particular, it is an object of the present invention to provide a device capable of guaranteeing optimal and effective removal of processing residues from the entire blade.
In accordo con tali scopi, la presente invenzione è relativa ad un dispositivo (20) per la pulizia di una pala di una turbina a gas; la pala estendendosi lungo un asse e comprendendo un corpo principale allungato, un elemento di ancoraggio accoppiato ad una estremità del corpo principale, ed almeno una cavità interna, la quale è provvista di almeno un'apertura di ingresso disposta sulla faccia di base dell'elemento di ancoraggio e di almeno un foro di uscita disposto lungo il corpo principale; In accordance with these purposes, the present invention relates to a device (20) for cleaning a blade of a gas turbine; the blade extending along an axis and comprising an elongated main body, an anchoring element coupled to one end of the main body, and at least one internal cavity, which is provided with at least one inlet opening arranged on the base face of the element anchorage and at least one outlet hole arranged along the main body;
il dispositivo comprendendo: the device including:
un recipiente atto a contenere un bagno di fluido di pulizia e provvisto di un collettore; la pala da pulire essendo accoppiabile al collettore in modo tale che il foro di uscita della cavità interna sia immerso nel bagno di fluido di pulizia e che l'apertura di ingresso della cavità interna sia fluidicamente connessa al collettore; a container adapted to contain a bath of cleaning fluid and provided with a manifold; the blade to be cleaned being coupled to the manifold in such a way that the outlet hole of the internal cavity is immersed in the bath of cleaning fluid and that the inlet opening of the internal cavity is fluidically connected to the manifold;
un serbatoio atto a contenere il fluido di pulizia; a tank adapted to contain the cleaning fluid;
una linea di mandata che collega il serbatoio al recipiente; a delivery line that connects the tank to the container;
una linea di ritorno che collega il collettore del recipiente al serbatoio; a return line connecting the vessel manifold to the tank;
una prima pompa disposta lungo la linea di mandata e configurata per prelevare il fluido di pulizia dal serbatoio ed inviarlo al recipiente ad una pressione tale da generare un flusso di fluido di pulizia che fluisce dal foro di uscita della cavità interna all'apertura di ingresso della cavità interna della pala. a first pump arranged along the delivery line and configured to withdraw the cleaning fluid from the tank and send it to the container at a pressure such as to generate a flow of cleaning fluid that flows from the outlet hole of the internal cavity to the inlet opening of the internal cavity of the blade.
È un ulteriore scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per la pulizia dei canali interni di una pala di turbina a gas semplice ed efficace. It is a further object of the present invention to provide a simple and effective method for cleaning the internal channels of a gas turbine blade.
In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un metodo per la pulizia di una pala di una turbina a gas; la pala estendendosi lungo un asse e comprendendo un corpo principale allungato, un elemento di ancoraggio accoppiato ad una estremità del corpo principale, ed almeno una cavità interna, la quale è provvista di almeno un'apertura di ingresso disposta sulla faccia di base dell'elemento di ancoraggio e di almeno un foro di uscita disposto lungo il corpo principale; In accordance with these purposes, the present invention relates to a method for cleaning a blade of a gas turbine; the blade extending along an axis and comprising an elongated main body, an anchoring element coupled to one end of the main body, and at least one internal cavity, which is provided with at least one inlet opening arranged on the base face of the element anchorage and at least one outlet hole arranged along the main body;
il metodo comprendendo le fasi di: the method including the steps of:
alloggiare la pala in un recipiente provvisto di un collettore in modo tale che l'apertura di ingresso della cavità interna sia fluidicamente connessa al collettore; housing the blade in a container provided with a manifold in such a way that the inlet opening of the internal cavity is fluidically connected to the manifold;
alimentare il fluido di pulizia al recipiente, mediante una linea di mandata, ad una pressione tale da generare un flusso di fluido di pulizia che fluisce dal foro di uscita della cavità interna all'apertura di ingresso della cavità interna della pala; supplying the cleaning fluid to the container, by means of a delivery line, at a pressure such as to generate a flow of cleaning fluid which flows from the outlet hole of the internal cavity to the inlet opening of the internal cavity of the blade;
alimentare il fluido di pulizia uscente dal collettore al serbatoio mediante una linea di ritorno. feed the cleaning fluid exiting the manifold to the tank by means of a return line.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will appear clear from the following description of a non-limiting example of its implementation, with reference to the figures of the annexed drawings, in which:
- la figura 1 è una vista schematica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza di una pala di una turbina a gas; Figure 1 is a schematic view, with parts in section and parts removed for clarity of a blade of a gas turbine;
- la figura 2 è una vista schematica di un dispositivo per la pulizia dei canali interni di una pala di una turbina a gas . Figure 2 is a schematic view of a device for cleaning the internal channels of a blade of a gas turbine.
In figura 1 è indicata con il numero di riferimento 1 una pala di una turbina a gas. In Figure 1, the reference number 1 indicates a blade of a gas turbine.
La pala 1 si estende lungo un asse A longitudinale e comprende un corpo principale 2 allungato ed una porzione di ancoraggio 3 solidalmente accoppiata ad una estremità 4 del corpo principale 2, ed un circuito di raffreddamento 5. The blade 1 extends along a longitudinal axis A and comprises an elongated main body 2 and an anchoring portion 3 integrally coupled to an end 4 of the main body 2, and a cooling circuit 5.
Il corpo principale 2 si estende sostanzialmente lungo l'asse A e comprende una sezione di sommità 7, comunemente detta "tip", opposta all'estremità 4, un bordo di uscita 8, comunemente detto "trailing edge", un bordo d'ingresso 9, comunemente detto "leading edge". The main body 2 extends substantially along the axis A and comprises a top section 7, commonly called "tip", opposite the end 4, a trailing edge 8, commonly called "trailing edge", a leading edge 9, commonly known as "leading edge".
La porzione di ancoraggio 3 è configurata per essere inserita, in uso, in una rispettiva sede di un disco rotorico (non illustrato nelle figure allegate) della turbina in una direzione parallela all'asse del disco rotorico, sostanzialmente ortogonale all'asse A della pala 1. In particolare, la porzione di ancoraggio 3 presenta una forma, cosiddetta "ad abete rovesciato", sostanzialmente complementare alla forma della rispettiva sede del disco rotorico, ma presenta un'altezza radiale inferiore rispetto all'altezza radiale della sede in modo tale che, una volta impegnata la sede, la porzione di ancoraggio 3 e la sede del disco rotorico diano luogo ad un canale (non illustrato per semplicità) per il passaggio di un fluido di raffreddamento, preferibilmente aria spillata da un compressore (non illustrato) dell'impianto comprendente la turbina. The anchoring portion 3 is configured to be inserted, in use, in a respective seat of a rotor disc (not shown in the attached figures) of the turbine in a direction parallel to the axis of the rotor disc, substantially orthogonal to the axis A of the blade 1. In particular, the anchoring portion 3 has a shape, so-called "inverted fir", substantially complementary to the shape of the respective seat of the rotor disc, but has a radial height lower than the radial height of the seat so that , once the seat is engaged, the anchoring portion 3 and the seat of the rotor disc give rise to a channel (not shown for simplicity) for the passage of a cooling fluid, preferably air tapped by a compressor (not shown) of the plant comprising the turbine.
La porzione di ancoraggio 3 di ciascuna pala 1 è provvista di una faccia di base 11, la quale è atta ad essere affacciata, in uso, sul canale per il passaggio del fluido di raffreddamento sopra descritto. The anchoring portion 3 of each blade 1 is provided with a base face 11, which is adapted to face, in use, the channel for the passage of the cooling fluid described above.
Il circuito di raffreddamento 5 comprende una o più cavità interne 13 eventualmente collegate tra loro. Nell'esempio non limitativo illustrato in figura 1, le cavità interne 13 sono quattro e sono collegate tra loro. The cooling circuit 5 comprises one or more internal cavities 13 possibly connected to each other. In the non-limiting example illustrated in Figure 1, the internal cavities 13 are four and are connected to each other.
Ciascuna cavità interna 13 presenta almeno un'apertura di ingresso 15 disposta lungo la faccia di base 11 della porzione di ancoraggio 3 e almeno un foro d'uscita 16 disposto lungo il corpo principale 2. Each internal cavity 13 has at least one inlet opening 15 arranged along the base face 11 of the anchoring portion 3 and at least one outlet hole 16 arranged along the main body 2.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato le aperture di ingresso 15 sono quattro mentre i fori di uscita 16 sono numerosi e principalmente disposti lungo il bordo d'uscita 8 e la sezione di sommità 7. In the non-limiting example described and illustrated here, the inlet openings 15 are four while the outlet holes 16 are numerous and mainly arranged along the trailing edge 8 and the top section 7.
Le cavità interne 13 sono attraversate, in uso, da un fluido di raffreddamento (generalmente aria), il quale provvede al raffreddamento delle porzioni della pala maggiormente sottoposte a stress termico, come ad esempio il bordo d'uscita 8. The internal cavities 13 are crossed, in use, by a cooling fluid (generally air), which provides for the cooling of the portions of the blade most subjected to thermal stress, such as the trailing edge 8.
In figura 2 è indicato con il numero di riferimento 20 un dispositivo per la pulizia di una pala in accordo alla presente invenzione. In Figure 2, the reference number 20 indicates a device for cleaning a blade according to the present invention.
Il dispositivo 20 comprende un recipiente 21, un serbatoio 22, una linea di mandata 24, una linea di ritorno 25, una pompa 26, mezzi di filtraggio 27 e mezzi di riscaldamento 28. The device 20 comprises a container 21, a tank 22, a delivery line 24, a return line 25, a pump 26, filtering means 27 and heating means 28.
Il recipiente 21 comprende un bagno di fluido di pulizia ed è atto ad alloggiare la pala 1 da pulire. The container 21 comprises a bath of cleaning fluid and is adapted to house the blade 1 to be cleaned.
Il recipiente 21 è provvisto di un ingresso 29 e di un collettore 30 accoppiabile alla pala 1. In particolare, il collettore 30 è accoppiabile alla porzione di ancoraggio 3 della pala 1 in modo tale che l'apertura di ingresso 15 sia collegata fluidicamente al collettore 30 e i fori di uscita 16 siano immersi nel bagno di fluido di pulizia. The vessel 21 is provided with an inlet 29 and a manifold 30 which can be coupled to the blade 1. In particular, the manifold 30 can be coupled to the anchoring portion 3 of the blade 1 in such a way that the inlet 15 is fluidly connected to the manifold 30 and the outlet holes 16 are immersed in the bath of cleaning fluid.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il collettore 30 comprende quattro canali 31, uno per ogni apertura di ingresso 15 della porzione di ancoraggio 3. In the non-limiting example described and illustrated here, the manifold 30 comprises four channels 31, one for each inlet opening 15 of the anchoring portion 3.
Il recipiente 21 è un recipiente pressurizzato in grado di contenere un bagno di fluido di pulizia ad una pressione pari alla pressione di mandata della pompa 26. The container 21 is a pressurized container capable of containing a bath of cleaning fluid at a pressure equal to the delivery pressure of the pump 26.
Il serbatoio 22 contiene il fluido di pulizia da alimentare al recipiente 21. Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il fluido di pulizia è un fluido detergente a base acquosa. Resta inteso che il fluido di pulizia possa essere un qualsiasi altro fluido liquido, od eventualmente aeriforme. The tank 22 contains the cleaning fluid to be fed to the container 21. In the non-limiting example described and illustrated here, the cleaning fluid is a water-based cleaning fluid. It is understood that the cleaning fluid can be any other liquid, or possibly aeriform fluid.
Il serbatoio 22 comprende un contenitore fluido sporco 23a ed un contenitore fluido pulito 23b. The tank 22 comprises a dirty fluid container 23a and a clean fluid container 23b.
La linea di mandata 24 collega il contenitore fluido pulito 23b al recipiente 21 ed in particolare all'ingresso 29 del recipiente 21, mentre la linea di ritorno 25 collega il collettore 30 al contenitore fluido sporco 23a. Il contenitore fluido sporco 32b pertanto conterrà il fluido di pulizia contenente le impurità che erano presenti all'interno della pala 1 e che sono state rimosse. The delivery line 24 connects the clean fluid container 23b to the container 21 and in particular to the inlet 29 of the container 21, while the return line 25 connects the manifold 30 to the dirty fluid container 23a. The dirty fluid container 32b will therefore contain the cleaning fluid containing the impurities which were present inside the blade 1 and which have been removed.
Lungo la linea di mandata è disposta la pompa 26, la quale è configurata per prelevare il fluido di pulizia dal contenitore fluido pulito 23b e alimentarlo al recipiente 21 ad una pressione tale da determinare un flusso di fluido di pulizia che fluisce dai fori di uscita 16 all'apertura di ingresso 15 in grado di pulire la cavità interna 13 della pala 1. Preferibilmente, la pompa 26 è configurata per pompare il fluido di pulizia ad una pressione compresa tra circa 2 e circa 20 bar. The pump 26 is arranged along the delivery line, which is configured to take the cleaning fluid from the clean fluid container 23b and feed it to the container 21 at a pressure such as to cause a flow of cleaning fluid flowing from the outlet holes 16 to the inlet opening 15 capable of cleaning the internal cavity 13 of the blade 1. Preferably, the pump 26 is configured to pump the cleaning fluid at a pressure of between about 2 and about 20 bar.
La linea di ritorno 25 comprende uno o più rami 33 di collegamento con il collettore 30. In particolare, la linea di ritorno 25 comprende un ramo 33 per ogni canale 31 del collettore 30. The return line 25 comprises one or more branches 33 for connection with the collector 30. In particular, the return line 25 comprises a branch 33 for each channel 31 of the collector 30.
Ciascun ramo 33 è provvisto di una rispettiva valvola di intercettazione 35. Le valvole di intercettazione 35 possono essere selettivamente chiuse o aperte per definire un percorso di flusso del fluido di pulizia all'interno delle cavità 13 della pala 1. Each branch 33 is provided with a respective shut-off valve 35. The shut-off valves 35 can be selectively closed or open to define a flow path for the cleaning fluid inside the cavities 13 of the blade 1.
Il dispositivo 20 per la pulizia di una pala 1 comprende preferibilmente un gruppo filtrante 27, il quale è configurato per prelevare il liquido di pulizia dal contenitore fluido sporco 23b, filtrarlo e inviarlo al contenitore fluido pulito 23a. The device 20 for cleaning a blade 1 preferably comprises a filtering assembly 27, which is configured to take the cleaning liquid from the dirty fluid container 23b, filter it and send it to the clean fluid container 23a.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il gruppo filtrante 27 comprende due filtri 36 disposti in parallelo ed una pompa ausiliaria di filtrazione 39 che preleva il fluido di pulizia dal contenitore fluido sporco 32b. In the non-limiting example described and illustrated here, the filtering assembly 27 comprises two filters 36 arranged in parallel and an auxiliary filtration pump 39 which draws the cleaning fluid from the dirty fluid container 32b.
Preferibilmente, i filtri 36 sono filtri a cartuccia aventi un grado di filtrazione compreso tra circa 30 pm e circa 50 pm, in modo da impedire il passaggio di tutti i residui di lavorazione meccanica (trucioli di fresatura, sfridi di rettifica, residui di lavorazione generati da macchine ad elettroerosione). Preferably, the filters 36 are cartridge filters having a filtration degree between about 30 pm and about 50 pm, so as to prevent the passage of all mechanical processing residues (milling shavings, grinding scraps, processing residues generated from EDM machines).
I mezzi di riscaldamento 28 sono configurati per riscaldare il fluido di pulizia prima che venga messo in circolo dalla pompa 26. The heating means 28 is configured to heat the cleaning fluid before it is circulated by the pump 26.
Preferibilmente, i mezzi di riscaldamento 28 sono disposti a valle del gruppo filtrante 27 e sono configurati per riscaldare il fluido di pulizia ad una temperatura di circa 60÷70°C. Preferably, the heating means 28 are arranged downstream of the filtering assembly 27 and are configured to heat the cleaning fluid to a temperature of about 60 ÷ 70 ° C.
L'aumento della temperatura del fluido di pulizia determina un aumento del potere sgrassante del fluido; in questo modo, il fluido riscaldato è in grado di rimuovere dalle superfici della cavità interna 13 della pala 1 tutti i residui di oli e grassi che tendono ad aggregarsi ai residui di lavorazione meccanica (trucioli di fresatura, sfridi di rettifica, residui di lavorazione generati da macchine ad elettro-erosione). The increase in the temperature of the cleaning fluid causes an increase in the degreasing power of the fluid; in this way, the heated fluid is able to remove from the surfaces of the internal cavity 13 of the blade 1 all the residues of oils and greases that tend to aggregate with the mechanical processing residues (milling shavings, grinding scraps, processing residues generated from electro-erosion machines).
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato i mezzi di riscaldamento 28 comprendono una resistenza elettrica 37 disposta nel contenitore fluido pulito 23a. In the non-limiting example described and illustrated here, the heating means 28 comprise an electric resistance 37 arranged in the clean fluid container 23a.
Durante l'uso, la pala 1 da pulire viene alloggiata nel recipiente 21 (inizialmente aperto), il recipiente 21 viene chiuso, e la pompa 26 viene attivata per riempire il recipiente 21 con un bagno di fluido e pressurizzare adeguatamente il fluido di pulizia all'interno del recipiente 21 in modo da generare un flusso di fluido di pulizia che fluisce dai fori di uscita 16 della cavità interna 13 all'apertura di ingresso 15 della cavità interna 13 della pala 1. During use, the blade 1 to be cleaned is housed in the container 21 (initially open), the container 21 is closed, and the pump 26 is activated to fill the container 21 with a bath of fluid and adequately pressurize the cleaning fluid to the interior of the container 21 so as to generate a flow of cleaning fluid which flows from the outlet holes 16 of the internal cavity 13 to the inlet opening 15 of the internal cavity 13 of the blade 1.
Vantaggiosamente, il flusso forzato di liquido di pulizia dai fori di uscita 16 della cavità interna 13 all'apertura di ingresso 15 della cavità interna 13 facilita la rimozione dei residui di lavorazione presenti all'interno delle cavità interna 13 della pala. Advantageously, the forced flow of cleaning liquid from the outlet holes 16 of the internal cavity 13 to the inlet opening 15 of the internal cavity 13 facilitates the removal of processing residues present inside the internal cavity 13 of the blade.
Con i dispositivi di pulizia tradizionali, in cui il flusso di fluido di pulizia è forzato nel verso opposto (dall'apertura di ingresso 15 ai fori di uscita 16), la completa rimozione di residui di lavorazione è praticamente impossibile, in quanto i residui aventi dimensioni maggiori del diametro dei fori di uscita 16 non vengono eliminati e rimangono intrappolati all'interno della cavità interna 13 della pala 1. With traditional cleaning devices, in which the flow of cleaning fluid is forced in the opposite direction (from the inlet 15 to the outlet 16), the complete removal of processing residues is practically impossible, as residues having dimensions greater than the diameter of the outlet holes 16 are not eliminated and remain trapped inside the internal cavity 13 of the blade 1.
Grazie al metodo e al dispositivo di pulizia 20 secondo la presente invenzione è possibile rimuovere qualsiasi tipologia di residuo di lavorazione (oli, grassi, trucioli e sfridi di lavorazione, residui di lavorazione generati da macchine ad elettro-erosione, residui generati dalle operazioni di aggiustaggio e lucidatura, etc.) depositatisi sulle superfici delle cavità interne 13, dei fori di uscita 16 e delle aperture di ingresso 15 della pala . Thanks to the method and to the cleaning device 20 according to the present invention, it is possible to remove any type of processing residue (oils, greases, shavings and processing scraps, processing residues generated by electro-erosion machines, residues generated by adjustment operations and polishing, etc.) deposited on the surfaces of the internal cavities 13, of the outlet holes 16 and of the inlet openings 15 of the blade.
Vantaggiosamente, grazie al metodo e al dispositivo di pulizia 20 secondo la presente invenzione, la pulizia delle cavità interne 13 può essere eseguita una sola volta al completamento delle operazioni di lavorazione con una conseguente riduzione dei tempi globali necessari per ottenere la pulizia finale della pala 1. Advantageously, thanks to the method and to the cleaning device 20 according to the present invention, the cleaning of the internal cavities 13 can be performed only once at the completion of the working operations with a consequent reduction of the overall times necessary to obtain the final cleaning of the blade 1 .
Risulta infine evidente che al dispositivo 20 e al metodo per la pulizia di una pala 1 qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni allegate. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the device 20 and to the method for cleaning a blade 1 described here without departing from the scope of the attached claims.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2407254A1 (en) | 2012-01-18 |
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