ITTO20110728A1 - Segmento palettato statorico di una turbina a gas per motori aeronautici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SEGMENTO PALETTATO STATORICO DI UNA TURBINA A GAS PER MOTORI AERONAUTICIâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un segmento palettato statorico di una turbina a gas per motori aeronautici.

Nel campo delle turbine a gas per motori AERONAUTICI à ̈ nota da tempo l’esigenza di incrementare le prestazioni limitando quanto più possibili i pesi. Questo ha portato, nel tempo, alla realizzazione di settori palettati statorici, i quali, da un lato, sono sempre più sollecitati, ossia assoggettati ad elevati carichi palari e presentano, dall’altro, profili di spessore sempre più ridotto e quindi, inevitabilmente, di bassa rigidezza sia flessionale, che torsionale.

La ridotta rigidezza dei settori palettati, ha, inevitabilmente, portato alla realizzazione di turbine che si sono rivelate essere instabili in alcune condizioni funzionali.

Sperimentalmente si à ̈ potuto constatare che tale instabilità era imputabile ad una marcata sensibilità a fenomeni aeroelastici derivanti dalle interazioni aerodinamiche reciproche tra le palette di uno stadio, con il conseguente innesco di movimenti o stati vibratori che sollecitano la palettatura portando la stessa in condizioni di criticità strutturale oltre che generare emissioni acustiche.

A seguito di tali inconvenienti, i settori palettati statorici sono stati localmente rinforzati o irrigiditi a scapito però di un inevitabile incremento di peso e, comunque, accettando geometrie/configurazioni sempre di compromesso in termini di prestazioni aerodinamiche e, quindi, di efficienza.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un segmento palettato statorico, le cui caratteristiche realizzative permettano di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un segmento palettato statorico di una turbina a gas per motori AERONAUTICI, il segmento comprendendo una porzione interna, una porzione esterna ed una pluralità di palette radiali solidalmente collegate alla porzione interna ed alla porzione esterna per formare parti di un corpo realizzato in un sol pezzo; la detta pluralità di palette comprendendo almeno una serie di prime palette ed almeno una serie di seconde palette radiali; le prime palette presentando geometrie diverse dalle seconde palette o una distanza circonferenziale l’una dall’altra diversa dalla distanza circonferenziale tra le dette serie di palette.

Preferibilmente, nel segmento palettato sopra definito le dette prime e seconde palette presentano prime e, rispettivamente, seconde generatrici radiali fra loro diverse.

Convenientemente, le dette prime e seconde generatrici comprendono, ciascuna, almeno un primo e, rispettivamente, almeno un secondo tratto curvo intermedio; il primo ed il secondo tratto curvo presentano curvature fra loro diverse.

Convenientemente, inoltre, la prima e la seconda generatrice comprendono, inoltre, primi e, rispettivamente, secondi tratti sostanzialmente rettilinei disposti da parti opposte del rispettivo detto tratto curvo.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione, non limitativi, in cui:

la figura 1 illustra, schematicamente e sostanzialmente a blocchi, un organo palettato statorico di una turbina a gas provvisto di una pluralità di segmenti palettati realizzati secondo i dettami della presente invenzione;

le figure 2 e 3 illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo le linee III-III della figura 2 di una prima preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1;

le figure 3a e 3b sono figure analoghe alla figura 3 ed illustrano una sezione secondo le linee IIIa-IIIa e, rispettivamente, secondo le linee IIIb-IIIb della figura 2.

le figura 4 e 5 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo la linea V-V della figura 4 una seconda preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1;

le figura 6 e 7 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo la linea VII-VII della figura 6 una terza preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1;

le figura 8 e 9 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo la linea IX-IX della figura 8 una terza preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1;

le figura 10 e 11 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano una quarta preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1;

le figura 12 e 13 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo la linea XIII-XIII della figura 12 una quinta preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1; e

le figura 14 e 15 sono figure analoghe alle figure 2 e 3 ed illustrano, in scala fortemente ingrandita, una vista prospettica e, rispettivamente, una sezione secondo la linea XV-XV della figura 14 una sesta preferita forma di attuazione di un segmento palettato dell’organo palettato di figura 1.

Nella figura 1, con 1 à ̈ indicato, nel suo complesso, una corona palettata statorica di uno stadio di una turbina a gas (non illustrata) per un motore aeronautico La corona 1 comprende una pluralità di segmenti palettati 2 statorici disposti fra loro accostati coassialmente ad un asse 1a della corona 1 e comprendenti, ciascuno, una porzione curva interna 3, una porzione curva esterna 4, e, nel caso specifico, una pluralità di palette radiali 5 intermedie solidalmente collegate alla porzione curva interna 3, da una parte, ed alla porzione curva esterna 4, dall’altra, per formare con le porzioni 3 e 4 parti di un corpo monolitico realizzato in un sol pezzo.

Con specifico riferimento alle figure 2 e 3, ciascun organo statorico 2 comprende due serie di palette 5 e, in particolare, tre palette 5a e tre palette 5b fra loro geometricamente e dimensionalmente diverse ed intercalate l’una all’altra. Alternativamente, secondo una variante non illustrata, ciascun settore palettato 2 comprende una sola paletta 5a ed una sola paletta 5b.

Ciascuna delle palette 5a, 5b presenta una propria generatrice radiale, indicata con 6a,6b. Nel particolare esempio illustrato in figura 2, le generatrici 6a e 6b sono almeno in parte curve e fra loro diverse. Alternativamente, secondo una variante non illustrata, le generatrici 6a,6b sono rettilinee o di curvatura diversa da quella indicata a titolo di esempio.

Sempre con riferimento alle figure 2 e 3,3a,3b, le palette 5 sono fra loro diverse e almeno in parte curve; nel particolare esempio descritto, presentano rispettivi tratti intermedi curvi, indicati con 7a e 7b ed aventi curvature fra loro diverse e rispettivi tratti terminali sostanzialmente rettilinei 8a e 8b disposti da parti opposte dei rispettivi tratti curvi ed estendentisi a partire dalle rispettive porzioni curve 3 e 4.

Con riferimento alle figure 3, le palette 5 presentano rispettive sezioni trasversali 9a e 9b diverse fra loro sia per forma o geometria che per estensione; le palette 5a presentano poi sezioni 9a di estensione sostanzialmente costante in direzione radiale, ossia procedendo dalla porzione 3 verso la porzione 4, mentre le palette 5b presentano sezioni 9b variabili, convenientemente in maniera continua, sempre in direzione radiale, come si rileva chiaramente dalle sezioni riportate nelle figure 3,3a e 3b. In particolare, le palette 5b presentano sezioni 9a di massima estensione in prossimità delle porzioni 3 e 4 (figura 3), una sezione 9a di minima estensione a circa metà estensione radiale (fig. 3b) e sezioni 9a intermedie nei restanti tratti (fig.3a). Ancora con riferimento alla figura 3, ciascuna delle le sezioni 9a di massima estensione presenta una dimensione D1 misurata lungo una linea circonferenziale 10 (figura 3) molto minore di una dimensione D2 delle sezioni 5d misurata nella stessa direzione 10 e, in particolare, pari o minore della metà della dimensione D2. Non solo, ma ciascuna delle sezioni 9a di massima estensione presenta un perimetro di geometria e dimensioni esterne tali da estendersi completamente all’interno del perimetro di ciascuna delle sezioni 9d. Inoltre, sempre con riferimento alla figura 3, le palette 5a presentano porzioni terminali opposte raccordate con raggi Ra di curvatura molto minori dei raggi Rb di curvatura delle porzioni terminali delle alette 5b, come chiaramente visibile dalla nella figura 3.

Le figure 4 e 5 illustrano un settore palettato 13, il quale à ̈ simile al settore palettato 2 e differisce dal settore palettato 2 unicamente per il fatto che le generatrici 6b presentano una maggiore curvatura delle generatrici 6a e per il fatto che le sezioni 9b di massima estensione presentano una superficie ed una estensione in direzione assiale minore di quella delle sezioni 9a.

Inoltre, le dimensioni D1 e D2 sono sostanzialmente confrontabili, come visibile dalla figura 5.

Le figure 6 e 7 illustrano un settore palettato 14, il quale differisce dal settore palettato 13 unicamente per il fatto che le generatrici 6a e 6b presentano una curvatura diversa e, in particolare, minore di quella delle generatrici 6a,6b del settore 13.

Le figure 8 e 9 illustrano un settore palettato 15, il quale differisce dal settore palettato 2 unicamente per il fatto di comprendere un diverso numero ed una diversa disposizione delle palette 5. In particolare, il settore 15 comprende due coppie B di palette 5a tra le quali coppie à ̈ interposta una paletta 5b, ed una ulteriore paletta 5b di estremità laterale. La sezione 9b delle palette 5b varia radialmente come descritto per il settore 2.

Le figure 10 e 11 illustrano un settore palettato 16, il quale comprende lo stesso numero di palette 5a,5b del settore 2 e differisce dal settore palettato 2 stesso per il fatto di presentare una diversa disposizione delle palette 5a,5b stesse. In particolare, il settore 16 comprende un blocco E intermedio di tre palette 5b consecutive, una paletta 5a di estremità ed una coppia di palette 5a di estremità opposta.

Le figure 12 e 13 illustrano un settore palettato 18, il quale differisce dai settori 2, 13-16 per il fatto di comprendere una terza serie di palette intercalate alle altre palette. In particolare, oltre alla palette 5a e 5b, il settore 18 comprende una coppia di palette 5c diverse sia geometricamente che dimensionalmente dalle palette 5a e 5b e anch’esse di sezione variabile in direzione radiale. Nello specifico le palette 5c presentano una sezione 9c di massima estensione avente una dimensione D3 misurata sempre nella direzione 10 minore della dimensione D2 e minore o uguale alla dimensione D1. Le palette 5c presentano, inoltre, una dimensione assiale minore sia di quelle delle palette 5a che delle palette 5b ed un perimetro di massima estensione tale da essere contenuto sia all’interno di quello delle palette 5b che all’interno delle palette 5a.

Ancora con riferimento alla figura 13, nel settore 18 le palette 5 sono raggruppate per formare due blocchi F di palette 5; ciascun blocco F comprende in successione, una paletta 5a, una paletta 5b ed una paletta 5c. In questo modo, il settore 18 termina ad una estremità con una paletta 5a e all’estremità opposta con una paletta 5c. Inoltre, nel settore 18, la curvatura delle generatrici 6a delle palette 5a à ̈ minore della curvatura delle generatrici 6b delle palette 5b e le generatrici 6b stesse presentano una curvatura che à ̈, a sua volta, minore della curvatura delle generatrici 6c delle palette 5c.

Le figure 14 e 15 illustrano un settore palettato 19, il quale differisce dai settori palettati 2, 13-16 e 18, per il fatto di comprendere tre coppie o serie G di palette 5a fra loro uguali. Le palette 5a di una stessa coppia G di palette sono disposte ad una distanza d una dall’altra misurata in una direzione parallela alla direzione 10 e le coppie G di palette 5a sono distanziate una dall’altra sempre in direzione parallela alla direzione 10 di una quantità d’ molto maggiore della dimensione d. Secondo una variante non illustrata, anche le palette 5a presentano sezioni ad estensione variabile in direzione radiale, come le palette 5b.

Sperimentalmente, si à ̈ potuto constatare che l’uso di serie diverse di palette su uno stesso settore palettato monolitico e, in particolare, l’uso di palette fra loro geometricamente e dimensionalmente diverse o disposte in posizioni relative diverse lungo le porzioni interna ed esterna permette di realizzare un settore palettato aeroelasticamente stabile in qualsiasi condizione funzionale o di carico e, nel contempo, di peso estremamente contenuto.

Quanto precede à ̈ conseguente al fatto che, nei segmenti statorici 2-19 descritti, ciascuna delle palette dello stesso settore, proprio per il fatto di presentare una generatrice, una sezione e, in generale, una geometria diversa dalla altre palette del settore e/o per essere disposta in una determinata posizione rispetto alle altre palette, si deforma elasticamente e vibra o fluttua in modo proprio e con frequenze proprie che sono diverse dai modi propri di vibrazione o di fluttuazione di alcune altre palette che costituiscono parte dello stesso settore.

In fase progettuale, la geometria e la disposizione relativa delle palette di uno stesso settore vengono, in particolare, determinate in modo tale per cui le interazioni aerodinamiche tra le diverse palette si riducono fino al limite ad annullarsi reciprocamente rendendo il relativo settore stabile. In altre parole, le geometrie e le disposizioni relative vengono determinate in modo da “desintonizzare†le frequenze dei modi critici di vibrazione di ciascuna paletta, ossia in modo tale da ridurre le iterazioni aerodinamiche causate dalle palette adiacenti.

Da quanto precede appare evidente che ai segmenti palettati statorici descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo definito dalle rivendicazioni indipendenti. In particolare, le generatrici 6a,6b possono assumere andamenti diversi da quelli descritti a titolo di esempio, così come tutti o parte dei segmenti palettati possono comprendere un numero di palette 5 diverso da quello descritto. In particolare, uno o più dei settori descritti potrebbe comprendere una sola coppia di palette 5a,5b e in tal caso ciascuna delle serie citate comprenderà una sola paletta 5. In aggiunta, il numero di serie di palette che compongono il segmento può essere maggiore di due, fino al limite ad eguagliare il numero totale di palette che compongono il segmento stesso, realizzando, in tal caso, un segmento caratterizzato dalla totalità di palette con geometrie ineguali.

Infine, le generatrici 6a,6b, quando rettilinee potrebbero presentare inclinazioni radiali fra loro diverse.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Segmento palettato statorico di una turbina a gas per motori AERONAUTICI, il segmento comprendendo una porzione anulare interna, una porzione anulare esterna ed una pluralità di palette radiali solidalmente collegate alla porzione anulare interna ed alla porzione anulare esterna per formare parti di un corpo realizzato in un sol pezzo; la detta pluralità di palette comprendendo almeno una serie di prime palette ed almeno una serie di seconde palette radiali; le prime palette presentando geometrie diverse dalle seconde palette o una distanza circonferenziale l’una dall’altra diversa dalla distanza circonferenziale tra le dette serie di palette.
2. 2. Segmento palettato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dette prime e seconde palette presentano prime e, rispettivamente, seconde generatrici radiali fra loro diverse.
3. 3. Segmento statorico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le dette prime e seconde generatrici comprendono, ciascuna, almeno un primo e, rispettivamente, almeno un secondo tratto curvo; il primo ed il secondo tratto curvo presentando curvature fra loro diverse.
4. 4. Segmento statorico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i detti primo e secondo tratto curvo sono tratti intermedi.
5. 5. Segmento statorico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le dette prima e seconda generatrice comprendono, inoltre, primi e, rispettivamente, secondi tratti sostanzialmente rettilinei disposti da parti opposte del rispettivo detto tratto curvo.
6. 6. Segmento statorico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i detti primi e secondi tratti rettilinei si estendono a partire dalle dette porzioni anulare interna ed esterna.
7. 7. Segmento statorico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette prime e seconde palette presentano rispettivamente prime e seconde sezioni trasversale fra loro geometricamente o dimensionalmente diverse.
8. 8. Segmento statorico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le dette prime e seconde sezioni trasversali presentano rispettive dimensioni misurate lungo una comune direzione circonferenziale fra loro diverse.
9. 9. Segmento statorico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno le dette seconde palette presentano sezioni variabili in direzione radiale.
10. 10. Segmento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che almeno le dette seconde palette presentano sezioni di massima estensione in prossimità delle dette porzioni interna ed esterna.
11. 11. Segmento statorico secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che il perimetro di ciascuna delle dette prime sezioni à ̈ tale da poter essere inscritto in un corrispondente perimetro di ciascuna delle dette seconde sezioni.
12. 12. Segmento statorico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette prima e seconda serie di palette comprendono almeno una coppia di prime palette e, rispettivamente, almeno una coppia di dette seconde palette.
13. 13. Settore palettato secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che una seconda paletta à ̈ disposta tra due coppie di prime palette e l’altra seconda paletta à ̈ disposta all’estremità del detto settore palettato.
14. 14. Settore secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che le dette prime e seconde palette sono fra loro intercalate.
15. 15. Settore secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di comprendere tre di dette seconde palette consecutive in direzione circonferenziale interposte tra una prima paletta di estremità ed una coppia di prime palette di estremità opposta.
16. 16. Settore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una ulteriore serie di palette; la detta ulteriore serie di palette comprendendo almeno una terza paletta geometricamente o dimensionalmente diversa dalle dette prima e seconda paletta.
17. 17. Settore secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una coppia di dette terze palette; le dette prime, seconde e terze palette essendo raggruppate per formare due blocchi accostati di palette; ciascun blocco comprendendo, in successione, una prima, una seconda ed una terza paletta.
18. 18. Settore secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che la detta seconda paletta à ̈ interposta tra le dette prima e terza paletta e presenta una propria sezione trasversale maggiore delle corrispondenti sezioni trasversali delle dette prima e terza sezione trasversale.
19. 19. Settore statorico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dette prime palette presentando una distanza circonferenziale l’una dall’altra che à ̈ minore della detta distanza circonferenziale tra le dette serie di palette.