ITMI20130848A1 - DISCHARGE CASE OF A TURBINE GROUP - Google Patents
DISCHARGE CASE OF A TURBINE GROUPInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“CASSA DI SCARICO DI UN GRUPPO TURBINA†⠀ œDRAIN BOX OF A TURBINE GROUPâ €
La presente invenzione à ̈ relativa a una cassa di scarico di un gruppo turbina. The present invention relates to an exhaust box of a turbine unit.
Come à ̈ noto, gruppi turbina a gas e turbine a vapore possono essere provvisti di diffusori assiali. As is known, gas turbine groups and steam turbines can be provided with axial diffusers.
Un gruppo turbina a gas comprende un compressore, una camera di combustione e una turbina a gas. Il compressore fornisce una portata d’aria alla camera di combustione, dove avviene il mescolamento con una quantità controllata di combustibile. La miscela aria-combustibile viene bruciata e inviata alla turbina a gas, dove una parte dell’energia termica e cinetica dei gas combusti viene convertita in lavoro meccanico. I gas elaborati dalla turbina a gas vengono poi espulsi attraverso un diffusore alloggiato in un condotto di scarico (o “exhaust casing†). Il condotto di scarico comprende generalmente una cassa esterna, che delimita radialmente una regione di flusso per i gas di scarico, e una cassa interna. La cassa interna à ̈ concentrica alla cassa esterna e alloggia un banco cuscinetti del rotore del gruppo turbina a gas. A gas turbine assembly comprises a compressor, a combustion chamber and a gas turbine. The compressor supplies a flow of air to the combustion chamber, where it is mixed with a controlled quantity of fuel. The air-fuel mixture is burned and sent to the gas turbine, where a part of the thermal and kinetic energy of the burnt gases is converted into mechanical work. The gases processed by the gas turbine are then expelled through a diffuser housed in an exhaust duct (or â € œexhaust casingâ €). The exhaust duct generally comprises an outer casing, which radially delimits a flow region for the exhaust gases, and an inner casing. The inner casing is concentric to the outer casing and houses a bearing bank of the rotor of the gas turbine unit.
La cassa esterna e la cassa esterna sono vincolate rigidamente e mantenute coassiali fra loro mediante una pluralità di razze che si estendono sostanzialmente in direzione radiale e presentano un profilo aerodinamico. Le razze sono infatti investite dal flusso dei gas di scarico che, all’uscita della turbina a gas e prima del passaggio nel diffusore, viaggiano ad alta velocità . È quindi opportuno che il profilo delle razze sia progettato in modo da offrire bassa resistenza aerodinamica. The outer casing and the outer casing are rigidly constrained and kept coaxial with each other by means of a plurality of spokes which extend substantially in a radial direction and have an aerodynamic profile. The spokes are in fact hit by the flow of exhaust gases which, at the exit of the gas turbine and before passing through the diffuser, travel at high speed. It is therefore advisable that the profile of the spokes be designed in such a way as to offer low aerodynamic resistance.
D’altra parte, le caratteristiche del flusso dei gas di scarico possono variare significativamente secondo le condizioni di funzionamento del gruppo turbina a gas, che possono essere molto diverse. Oltre alla velocità , anche l’angolo di incidenza del flusso sulle razze à ̈ influenzato dalle condizioni di funzionamento e quindi può presentare una gamma di valori relativamente ampia. On the other hand, the characteristics of the exhaust gas flow can vary significantly according to the operating conditions of the gas turbine unit, which can be very different. In addition to the speed, the angle of incidence of the flow on the spokes is also influenced by the operating conditions and therefore can have a relatively wide range of values.
Il profilo aerodinamico delle razze non può essere ottimizzato per tutte le possibili condizioni operative. In determinate condizioni si possono quindi verificare separazioni del flusso dal profilo delle razze. In pratica, può accadere che il flusso lambisca solo in parte il profilo, per poi distaccarsi per effetto della combinazione di velocità e direzione e della forma del profilo. A valle del punto di separazione si creano regioni di ricircolo che sono causa di un’importante dissipazione di energia. La separazione del flusso sulle razze riduce le prestazioni del diffusore di scarico e contrasta il recupero di energia cinetica e di pressione statica, impedendo la completa espansione in turbina. La separazione del flusso, che può interessare zone anche piuttosto estese, limita quindi il lavoro prodotto dal gruppo turbina a gas e determina un peggioramento generale delle prestazioni e dell’efficienza. The aerodynamic profile of the spokes cannot be optimized for all possible operating conditions. Under certain conditions, separations of the flow from the profile of the spokes can therefore occur. In practice, it may happen that the flow only partially laps the profile, and then detaches due to the effect of the combination of speed and direction and the shape of the profile. Downstream of the separation point, recirculation regions are created which are the cause of an important dissipation of energy. The separation of the flow on the spokes reduces the performance of the exhaust diffuser and counteracts the recovery of kinetic energy and static pressure, preventing complete expansion in the turbine. The separation of the flow, which can also involve quite large areas, therefore limits the work produced by the gas turbine unit and determines a general worsening of performance and efficiency.
Un problema simile si verifica anche nelle turbine a vapore. Una turbina a vapore può comprendere più sezioni che lavorano con diverse pressioni di vapore. Allo scarico della sezione di bassa pressione possono essere disposti una cassa di scarico e un diffusore che hanno struttura e funzioni non dissimili dai corrispondenti dispositivi utilizzati nei gruppi turbina a gas. Come nelle turbine a gas, così anche nelle turbine a vapore la velocità del fluido (vapore in questo caso) allo scarico à ̈ considerevole e quindi si possono verificare fenomeni di separazione del flusso che incidono negativamente sull’efficienza della macchina. A similar problem also occurs in steam turbines. A steam turbine can comprise several sections that work with different steam pressures. At the discharge of the low pressure section, a discharge box and a diffuser can be arranged which have a structure and functions not dissimilar to the corresponding devices used in the gas turbine units. As in gas turbines, so also in steam turbines the speed of the fluid (steam in this case) at the exhaust is considerable and therefore flow separation phenomena can occur which negatively affect the efficiency of the machine.
Scopo della presente invenzione à ̈ quindi fornire una cassa di scarico di un gruppo turbina che permetta di superare le limitazioni descritte e, in particolare, consenta di eliminare o almeno ridurre gli effetti del distacco del flusso dalla superficie aerodinamica delle razze. The object of the present invention is therefore to provide an exhaust box of a turbine unit which allows to overcome the limitations described and, in particular, allows to eliminate or at least reduce the effects of the detachment of the flow from the aerodynamic surface of the spokes.
Secondo la presente invenzione, viene fornita una cassa di scarico di un gruppo turbina come definita nella rivendicazione 1. According to the present invention, an exhaust case of a turbine unit as defined in claim 1 is provided.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting examples of embodiment, in which:
- la figura 1 Ã ̈ una vista laterale, sezionata secondo un piano longitudinale verticale, di un gruppo turbina a gas comprendente una cassa di scarico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 1 is a side view, sectioned along a vertical longitudinal plane, of a gas turbine unit comprising an exhaust box according to an embodiment of the present invention;
- la figura 2 Ã ̈ una vista frontale ingrandita di una cassa di scarico incorporata nel gruppo turbina a gas di figura 1, sezionata lungo il piano di traccia II-II di figura 1; Figure 2 is an enlarged front view of an exhaust box incorporated in the gas turbine unit of Figure 1, sectioned along the plane of line II-II of Figure 1;
- la figura 3 Ã ̈ una vista frontale della cassa di scarico di figura 2; - figure 3 is a front view of the unloading box of figure 2;
- la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza appartenente alla cassa di scarico di figura 2; - figure 4 is an enlarged perspective view of a spoke belonging to the unloading box of figure 2;
- la figura 5 Ã ̈ una vista laterale della razza di figura 4, con parti asportate per chiarezza; - figure 5 is a side view of the spoke of figure 4, with parts removed for clarity;
- la figura 6 mostra un grafico qualitativo della velocità di flusso in prossimità di una superficie del particolare di figura 4; figure 6 shows a qualitative graph of the flow velocity near a surface of the detail of figure 4;
- la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 7 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a different embodiment of the present invention;
- la figura 8 à ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 8 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a further embodiment of the present invention;
- la figura 9 Ã ̈ una vista prospettica ingrandita di una porzione della razza di figura 4; - figure 9 is an enlarged perspective view of a portion of the spoke of figure 4;
- la figura 10 Ã ̈ una vista in pianta schematica di un dettaglio della razza di figura 4; - figure 10 is a schematic plan view of a detail of the race of figure 4;
- la figura 11 à ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 11 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a further embodiment of the present invention;
- la figura 12 Ã ̈ una vista in pianta schematica di un dettaglio della razza di figura 11; - figure 12 is a schematic plan view of a detail of the race of figure 11;
- la figura 13 à ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; - figure 13 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a further embodiment of the present invention;
- la figura 14 à ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; - figure 14 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a further embodiment of the present invention;
- la figura 15 à ̈ una vista prospettica ingrandita di una razza di una cassa di scarico di un gruppo turbina a gas in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 15 is an enlarged perspective view of a spoke of an exhaust casing of a gas turbine unit according to a further embodiment of the present invention;
- la figura 16 Ã ̈ una vista laterale schematica di una porzione della razza di figura 4, che illustra in modo qualitativo perturbazioni in uno strato limite di flusso. - figure 16 is a schematic side view of a portion of the spoke of figure 4, which qualitatively illustrates perturbations in a flow boundary layer.
- la figura 17 Ã ̈ una vista laterale, sezionata secondo un piano longitudinale verticale, di un gruppo turbina a vapore in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione. - figure 17 is a side view, sectioned along a vertical longitudinal plane, of a steam turbine unit according to a different embodiment of the present invention.
Con riferimento alla figura 1, un gruppo turbina a gas, indicato nel suo complesso con il numero 1, comprende un compressore 2, una camera di combustione 3, una turbina a gas 4, una cassa di scarico 5 e un diffusore di scarico 7 assiale. With reference to Figure 1, a gas turbine unit, indicated as a whole with the number 1, comprises a compressor 2, a combustion chamber 3, a gas turbine 4, an exhaust box 5 and an axial exhaust diffuser 7 .
Il compressore 2 e la turbina a gas 4 sono montati su uno stesso albero 8, che à ̈ supportato da cuscinetti 10, 11, rispettivamente a una prima estremità , sul lato del compressore 2, e a una seconda estremità , nella regione della cassa di scarico 5. The compressor 2 and the gas turbine 4 are mounted on the same shaft 8, which is supported by bearings 10, 11, respectively at a first end, on the side of the compressor 2, and at a second end, in the region of the discharge box 5.
La cassa di scarico 5 Ã ̈ fluidicamente accoppiata alla turbina a gas 4, in modo da ricevere dalla stessa un flusso di gas di scarico che transita verso il diffusore di scarico 7. The exhaust box 5 is fluidically coupled to the gas turbine 4, so as to receive from it a flow of exhaust gas which passes towards the exhaust diffuser 7.
Il diffusore di scarico 7 in una forma di realizzazione ha forma sostanzialmente troncoconica e mette la cassa di scarico 5 in connessione fluidica con l’esterno attraverso un camino oppure, negli impianti a ciclo combinato, con un generatore di vapore (qui non mostrato). The exhaust diffuser 7 in one embodiment has a substantially truncated cone shape and places the exhaust casing 5 in fluidic connection with the outside through a chimney or, in combined cycle systems, with a steam generator (not shown here) .
Come mostrato nelle figure 2 e 3, la cassa di scarico 5 comprende una cassa esterna 5a, che delimita radialmente il passaggio per il flusso di gas di scarico, e una cassa interna 5b, nella quale sono alloggiati i cuscinetti 11 per l’albero 8. As shown in Figures 2 and 3, the exhaust box 5 comprises an outer box 5a, which radially delimits the passage for the flow of exhaust gases, and an inner box 5b, in which the bearings 11 for the shaft are housed 8.
La cassa esterna 5a ha forma divergente sostanzialmente troncoconica, si estende attorno a un asse A e raccorda l’uscita della turbina a gas 4 e il diffusore di scarico 7. The outer casing 5a has a substantially frusto-conical diverging shape, extends around an axis A and connects the outlet of the gas turbine 4 and the exhaust diffuser 7.
La cassa interna 5b à ̈ sostanzialmente cilindrica ed à ̈ coassiale alla cassa esterna 5a. The inner case 5b is substantially cylindrical and is coaxial with the outer case 5a.
La cassa esterna 5a e la cassa interna 5b sono rigidamente collegate fra loro e mantenute coassiali da una struttura di supporto comprendente una pluralità di razze (“struts†) 12 che si estendono sostanzialmente in direzione radiale. The outer casing 5a and the inner casing 5b are rigidly connected to each other and kept coaxial by a support structure comprising a plurality of spokes (â € œstrutsâ €) 12 which extend substantially in a radial direction.
Con riferimento alle figure 4 e 5, ciascuna razza 12 (una sola delle quali à ̈ qui illustrata per semplicità ) presenta un profilo aerodinamico e ha un bordo di attacco 15, un bordo di uscita 16 e una superficie 17 avente un ventre o intradosso e un dorso o estradosso. In una forma di realizzazione, ventre e dorso di ciascuna razza 12 sono simmetrici. With reference to Figures 4 and 5, each spoke 12 (only one of which is shown here for simplicity) has an aerodynamic profile and has a leading edge 15, a trailing edge 16 and a surface 17 having a belly or soffit and a back or extrados. In one embodiment, the belly and back of each spoke 12 are symmetrical.
Gli elementi che definiscono il profilo aerodinamico delle razze 12 possono avere essi stessi funzione strutturale di supporto oppure, in alternativa, possono avere funzione essenzialmente aerodinamica. In questo caso, ulteriori elementi strutturali (non mostrati) sono incorporati negli elementi che definiscono il profilo aerodinamico delle razze 12. Ulteriori elementi aerodinamici possono essere definiti da carenature 12’ che rivestono condotti 13 per l’alimentazione di lubrificante ai cuscinetti 11. Le carenature 12’ possono avere superfici aerodinamiche 17’ diverse rispetto alle superfici aerodinamiche 17 delle razze 12. The elements that define the aerodynamic profile of the spokes 12 can themselves have a structural support function or, alternatively, they can have an essentially aerodynamic function. In this case, further structural elements (not shown) are incorporated in the elements that define the aerodynamic profile of the spokes 12. Further aerodynamic elements can be defined by fairings 12â € ™ which cover ducts 13 for the supply of lubricant to the bearings 11. The 12â € ™ fairings may have 17â € ™ aerodynamic surfaces different from the 17 aerodynamic surfaces of the 12 spokes.
Le razze 12 sono provviste di rispettivi generatori di vortici (“vortex generators†) 20 disposti sulla superficie 17 aerodinamica. I generatori di vortici 20 possono essere definiti da qualsiasi superficie, irregolarità superficiale, rugosità o oggetto sulla superficie 17 delle razze 12 che sia capace di generare un campo di moto confinato entro una distanza dalle superfici aerodinamiche 17 o 17’ pari a circa 2 volte lo strato limite di quantità di moto del flusso. Preferibilmente, il campo di moto vorticoso à ̈ confinato entro lo strato limite di quantità di moto. Con riferimento alla figura 6, per strato limite di quantità di moto (o più semplicemente strato limite) SL si intende lo strato di fluido nelle immediate vicinanze della superficie lambita (ossia della superficie 17 delle razze 12) entro il quale la velocità varia da zero (a contatto con la superficie lambita) fino alla velocità V0del flusso indisturbato. In una forma di realizzazione, i generatori di vortici 20 sono configurati in modo che il campo di moto vorticoso sia confinato entro lo strato limite SL corrispondente alla minima velocità del flusso per cui si verifica il distacco dalla superficie 17 delle razze 12. Lo spessore dello strato limite SL può essere determinato in funzione delle condizioni del flusso (in particolare, velocità e angolo di incidenza) una volta definita la forma della superficie 17 delle razze 12. The spokes 12 are equipped with respective vortex generators 20 arranged on the aerodynamic surface 17. The vortex generators 20 can be defined by any surface, surface irregularity, roughness or object on the surface 17 of the spokes 12 which is capable of generating a field of motion confined within a distance from the aerodynamic surfaces 17 or 17â € ™ equal to approximately 2 times the flow momentum boundary layer. Preferably, the vortex field is confined within the momentum boundary layer. With reference to Figure 6, by momentum boundary layer (or more simply boundary layer) SL is meant the fluid layer in the immediate vicinity of the lapped surface (i.e. the surface 17 of the spokes 12) within which the velocity varies from zero (in contact with the lapped surface) up to the speed V0 of the undisturbed flow. In one embodiment, the vortex generators 20 are configured so that the swirling field is confined within the boundary layer SL corresponding to the minimum velocity of the flow for which the detachment from the surface 17 of the spokes 12 occurs. boundary layer SL can be determined as a function of flow conditions (in particular, speed and angle of incidence) once the shape of the surface 17 of the spokes 12 has been defined.
Nella forma di realizzazione delle figure 4 e 5, i generatori di vortici 20 sono disposti sia sul dorso, sia sul ventre delle razze 12, in una porzione anteriore (ossia più vicina al bordo di attacco 15) della superficie 17, e sono ad esempio allineati in prossimità del bordo di attacco 15. In alternativa, i generatori di vortici 20 possono trovarsi solo sul dorso (figura 7) o solo sul ventre (figura 8). In una forma di realizzazione, in particolare, i generatori di vortici 20 si trovano sul terzo anteriore delle rispettive razze 12. In una forma di realizzazione, i generatori di vortici 20 sono disposti anteriormente a una linea L che definisce i punti di distacco del flusso dalla superficie 17 nelle condizioni più critiche prevedibili in base alla velocità e all’angolo di incidenza del flusso nelle diverse possibili condizioni di funzionamento del gruppo turbina a gas 1. In altre parole, i generatori di vortici 20 sono disposti in modo da trovarsi a monte del punto di distacco del flusso dalla superficie 17 in qualsiasi condizione di funzionamento del gruppo turbina a gas 1. In the embodiment of Figures 4 and 5, the vortex generators 20 are arranged both on the back and on the belly of the spokes 12, in an anterior portion (i.e. closer to the leading edge 15) of the surface 17, and are for example aligned near the leading edge 15. Alternatively, the vortex generators 20 may be located only on the back (Figure 7) or only on the belly (Figure 8). In one embodiment, in particular, the vortex generators 20 are located on the front third of the respective spokes 12. In one embodiment, the vortex generators 20 are arranged in front of a line L which defines the flow shedding points from the surface 17 in the most critical conditions foreseeable on the basis of the velocity and angle of incidence of the flow in the various possible operating conditions of the gas turbine unit 1. In other words, the vortex generators 20 are arranged so as to be at upstream of the point of detachment of the flow from the surface 17 in any operating condition of the gas turbine unit 1.
I generatori di vortici 20 possono essere definiti da qualsiasi superficie, irregolarità superficiale, rugosità o oggetto sulla superficie 17 delle razze 12 capace di generare un campo di moto vorticoso confinato entro lo strato limite SL del flusso che lambisce la superficie 17 delle razze 12. In una forma di realizzazione, a cui si riferisce la figura 9, i generatori di vortici 20 sono definiti da coppie di lamine 21 adiacenti, ad esempio quadrangolari, le quali si estendono a sbalzo dalla superficie 17 e formano passaggi divergenti. In pratica, le estremità anteriori (ossia più vicine al bordo di attacco 15) delle lamine 21 di ciascun generatore di vortici 20 sono più vicine delle rispettive estremità posteriori (ossia più vicine al bordo di uscita 16). Ad esempio, le lamine 21 sono disposte in modo da formare rispettivi angoli α’, α†simmetrici e compresi fra 15° e -15° rispetto a una direzione di flusso incidente D (in pratica, l’orientazione delle lamine 21 à ̈ determinata dalla direzione di flusso incidente D, che à ̈ un dato di progetto della cassa di scarico 5). The vortex generators 20 can be defined by any surface, surface irregularity, roughness or object on the surface 17 of the spokes 12 capable of generating a vortex motion field confined within the boundary layer SL of the flow which laps the surface 17 of the spokes 12. In an embodiment, to which Figure 9 refers, the vortex generators 20 are defined by pairs of adjacent foils 21, for example quadrangular, which protrude from the surface 17 and form divergent passages. In practice, the front ends (ie closer to the leading edge 15) of the foils 21 of each vortex generator 20 are closer than the respective rear ends (ie closer to the trailing edge 16). For example, the plates 21 are arranged so as to form respective angles Î ± â € ™, Î ± â € symmetrical and included between 15 ° and -15 ° with respect to an incident flow direction D (in practice, the orientation of the laminae 21 is determined by the incident flow direction D, which is a design datum of the discharge tank 5).
Le lamine 21 hanno inoltre rispettivi bordi anteriori di lunghezza minore dei corrispondenti bordi posteriori. The laminae 21 also have respective front edges of shorter length than the corresponding rear edges.
In una forma di realizzazione non illustrata, le lamine possono essere triangolari. In an embodiment not shown, the laminae can be triangular.
In un’altra forma di realizzazione, illustrata in figura 10, le razze 12 sono provviste di generatori di vortici 120, i quali sono definiti da singole lamine quadrangolari parallele, allineate in una schiera e disposte a formare un angolo β compreso fra 15° e -15° rispetto alla direzione del flusso incidente. Nella forma di realizzazione illustrata in figura 11, i generatori di vortici 220 sono allineati in più schiere disposte sfalsate, in modo che i generatori di vortici 220 di una schiera disposta a valle non siano coperti dai generatori di vortici 220 di una schiera disposta a monte. In another embodiment, illustrated in Figure 10, the spokes 12 are provided with vortex generators 120, which are defined by single parallel quadrangular sheets, aligned in an array and arranged to form an angle β comprised between 15 ° and -15 ° with respect to the direction of the incident flow. In the embodiment illustrated in Figure 11, the vortex generators 220 are aligned in several staggered arrays, so that the vortex generators 220 of a downstream array are not covered by the vortex generators 220 of an upstream array .
In una forma di realizzazione (figura 12), generatori di vortici 320 comprendono rispettive lamine rettangolari che si proiettano anteriormente dal bordo di attacco 15 di ciascuna razza 12. In one embodiment (Figure 12), vortex generators 320 comprise respective rectangular foils projecting forward from the leading edge 15 of each spoke 12.
In un’ulteriore forma di realizzazione (figura 13), le razze 12 sono provviste di generatori di vortici 420 di forma prismatica, aventi una faccia trapezoidale o triangolare rivolta contro il flusso e con la base minore (o, rispettivamente, il vertice) verso valle. In a further embodiment (Figure 13), the spokes 12 are provided with prismatic vortex generators 420, having a trapezoidal or triangular face facing the flow and with the smaller base (or, respectively, the vertex) downstream.
I generatori di vortici, in una qualsiasi delle possibili configurazioni, tra cui quelle descritte, sviluppano un campo di moto vorticoso all’interno dello strato limite SL (come mostrato ad esempio nella figura 16 per i generatori di vortici 20). Il moto vorticoso nello strato limite ha l’effetto di impedire o almeno di allontanare dal bordo di attacco il punto di distacco del fluido dalla superficie delle razze. I vortici si sviluppano esclusivamente all’interno dello strato limite SL e non interferiscono con il campo di moto all’interno della cassa di scarico casing a distanza maggiore dello strato limite SL stesso. The vortex generators, in any of the possible configurations, including those described, develop a vortex field inside the boundary layer SL (as shown for example in Figure 16 for the vortex generators 20). The eddy motion in the boundary layer has the effect of preventing or at least moving away from the leading edge the point of detachment of the fluid from the surface of the spokes. The vortices develop exclusively inside the boundary layer SL and do not interfere with the flow field inside the casing at a greater distance than the boundary layer SL itself.
L’impiego dei generatori permette quindi di eliminare o ridurre gli effetti avversi del distacco del flusso di gas di scarico dalla superficie delle razze della cassa di scarico. Di conseguenza, si ottengono una maggiore efficienza del diffusore di scarico e un maggior recupero di energia cinetica da parte della turbina a gas. In pratica, i generatori di vortice rendono disponibile un maggior salto di pressione e quindi il gruppo turbina a gas à ̈ in grado di generare maggiore potenza. Inoltre, la migliore efficienza complessiva conduce a un risparmio di combustibile. The use of generators therefore allows to eliminate or reduce the adverse effects of the detachment of the exhaust gas flow from the surface of the spokes of the exhaust box. As a result, greater efficiency of the exhaust diffuser and greater recovery of kinetic energy by the gas turbine are obtained. In practice, the vortex generators make a greater pressure jump available and therefore the gas turbine unit is able to generate more power. In addition, the improved overall efficiency leads to fuel savings.
La figura 17 mostra una diversa forma di realizzazione dell’invenzione, in particolare applicata allo scarico di un gruppo turbina a vapore 100. Il gruppo turbina a vapore comprende uno stadio di alta pressione, non mostrato, uno stadio di bassa pressione 101, una cassa di scarico 105 e un diffusore di scarico 107 assiale. Figure 17 shows a different embodiment of the invention, in particular applied to the exhaust of a steam turbine assembly 100. The steam turbine assembly comprises a high pressure stage, not shown, a low pressure stage 101, a exhaust box 105 and an axial exhaust diffuser 107.
Un rotore 108 della turbina a vapore 100 à ̈ supportato da cuscinetti non illustrati a una prima estremità e da cuscinetti 111 a una seconda estremità , nella regione della cassa di scarico 105. A rotor 108 of the steam turbine 100 is supported by bearings not shown at a first end and by bearings 111 at a second end, in the region of the exhaust casing 105.
La cassa di scarico 105 Ã ̈ fluidicamente accoppiata allo stadio di medio-bassa pressione 101 della turbina a vapore 100, in modo da ricevere un flusso di gas di scarico che transita verso il diffusore di scarico 107. The exhaust casing 105 is fluidically coupled to the medium-low pressure stage 101 of the steam turbine 100, so as to receive a flow of exhaust gas which passes towards the exhaust diffuser 107.
Il diffusore di scarico 107 in una forma di realizzazione ha forma sostanzialmente troncoconica e mette la cassa di scarico 105 in connessione fluidica con l’esterno attraverso un camino. The exhaust diffuser 107 in one embodiment has a substantially frusto-conical shape and places the exhaust casing 105 in fluidic connection with the outside through a chimney.
La cassa di scarico 105 comprende una cassa esterna 105a, che delimita radialmente il passaggio per il flusso di gas di scarico, e una cassa interna 105b, nella quale sono alloggiati i cuscinetti 111 per il rotore 108. The exhaust casing 105 comprises an outer casing 105a, which radially delimits the passage for the flow of exhaust gases, and an inner casing 105b, in which the bearings 111 for the rotor 108 are housed.
La cassa esterna 105a ha forma divergente sostanzialmente troncoconica, si estende attorno a un asse A’ e raccorda l’uscita della turbina a vapore 100 e il diffusore di scarico 107. The outer casing 105a has a substantially truncated conical diverging shape, extends around an axis Aâ € ™ and connects the outlet of the steam turbine 100 and the exhaust diffuser 107.
La cassa interna 105b à ̈ sostanzialmente cilindrica ed à ̈ coassiale alla cassa esterna 105a. The inner case 105b is substantially cylindrical and is coaxial with the outer case 105a.
La cassa esterna 105a e la cassa interna 105b sono rigidamente collegate fra loro e mantenute coassiali da una struttura di supporto comprendente una pluralità di razze 112 che si estendono sostanzialmente in direzione radiale. In figura 17 sono visibili, nella parte superiore, una razza 112 sezionata longitudinalmente e, nella parte inferiore un’ulteriore razza 112, non sezionata. The outer casing 105a and the inner casing 105b are rigidly connected to each other and kept coaxial by a support structure comprising a plurality of spokes 112 extending substantially in a radial direction. Figure 17 shows, in the upper part, a longitudinally sectioned race 112 and, in the lower part, a further non-sectioned race 112.
Le razze 12, che presentano profilo aerodinamico, sono provviste di rispettivi generatori di vortici 120 definiti da irregolarità superficiali che provocano perturbazioni nel flusso lambente entro lo strato limite di quantità di moto del flusso stesso. I generatori di vortici 120 possono essere realizzati ad esempio come descritto con riferimento alle figure 9-15. The spokes 12, which have an aerodynamic profile, are provided with respective vortex generators 120 defined by surface irregularities which cause perturbations in the flowing flow within the limit layer of momentum of the flow itself. The vortex generators 120 can be made for example as described with reference to Figures 9-15.
Risulta infine evidente che alla cassa di scarico descritta possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the unloading box described, without departing from the scope of the present invention, as defined in the attached claims.
In particolare, sono state descritte solo alcune delle possibili configurazioni e disposizioni dei generatori di vortici. Si intende infatti che qualunque altra configurazione o disposizione di generatori di vortici capace di produrre un campo di moto vorticoso confinato entro due volte lo strato limite, e preferibilmente entro lo strato limite, Ã ̈ ugualmente adatta a spostare a valle il punto di distacco o, eventualmente, a impedire del tutto il distacco del flusso dalla superficie delle razze. Tali configurazioni e disposizioni sono dunque utilizzabili in luogo di quelle descritte a puro titolo di esempio non limitativo. In particular, only some of the possible configurations and arrangements of the vortex generators have been described. In fact, it is understood that any other configuration or arrangement of vortex generators capable of producing a vortex field confined within twice the boundary layer, and preferably within the boundary layer, is equally suitable for moving the detachment point downstream or, possibly, to completely prevent the detachment of the flow from the surface of the spokes. These configurations and arrangements can therefore be used in place of those described purely by way of non-limiting example.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000848A ITMI20130848A1 (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | DISCHARGE CASE OF A TURBINE GROUP |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| IT000848A ITMI20130848A1 (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | DISCHARGE CASE OF A TURBINE GROUP |
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|---|---|
| ITMI20130848A1 true ITMI20130848A1 (en) | 2014-11-25 |
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ID=48951498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000848A ITMI20130848A1 (en) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | DISCHARGE CASE OF A TURBINE GROUP |
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