ITTO20011075A1

ITTO20011075A1 - Organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motoreaeronautico.

Info

Publication number: ITTO20011075A1
Application number: IT2001TO001075A
Authority: IT
Inventors: Sergio Salvano; Stefano Protto
Original assignee: Fiatavio Spa
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-16
Also published as: US20030118447A1; EP1312754A2; CA2411873A1; EP1312754A3

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per Invenzione Industriale

La presente invenzione è relativa ad un organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico, a cui la seguente trattazione fa esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità .

Com'è noto, in una turbina assiale a gas ciascuna paletta si estende sostanzialmente lungo una relativa direzione radiale rispetto all'asse della turbina stessa e presenta un profilo aerodinamico definito da una superficie in depressione e da una superficie in pressione, le quali sono raccordate tra loro lungo un bordo d'attacco e lungo un bordo di fuga. La forma del profilo aerodinamico e, quindi, l'andamento delle superfici di dorso e di ventre sono stabilite a progetto e variano in maniera continua lungo la suddetta direzione radiale.

In alcune turbine, in particolare nelle turbine cosiddette di bassa pressione, le palette presentano generalmente un'altezza in direzione radiale relativamente elevata e comprendono porzioni intermedie che sono relativamente sottili. A causa di tali caratteristiche geometriche costruttive, le palette di tipo noto sono soggette ad indesiderate vibrazioni dovute alle forti sollecitazioni dinamiche che si verificano in uso e, in particolare, a vibrazioni che sono associate ad un caratteristico modo di vibrare denominato comunemente con il termine "2 stripe", secondo il quale i bordi di attacco e di fuga del profilo aerodinamico tendono ad avvicinarsi e ad allontanarsi tra loro durante la vibrazione.

È sentita l'esigenza di limitare l'ampiezza di tali vibrazioni, alterando il meno possibile le condizioni di flusso del gas che fluisce tra i profili aerodinamici .

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico, il quale consenta di assolvere in maniera semplice ed economica all'esigenza sopra esposta.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico; l'organo a palette comprendendo almeno un profilo aerodinamico definito da un bordo d'attacco, da un bordo di fuga, da una superficie di dorso e da una superficie di ventre; le dette superfici di ventre e di dorso essendo raccordate tra loro lungo i detti bordi d'attacco e di fuga ed essendo atte a delimitare rispettivi ugelli per un flusso di fluido; caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, almeno una nervatura estendetesi a sbalzo da una tra la detta superficie di ventre e la detta superficie di dorso ed allungata lungo una direzione trasversale ai detti bordi d'attacco e di fuga .

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 illustra, in prospettiva, una preferita forma di attuazione dell'organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico, secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista laterale, in scala ingrandita, di un particolare dell'organo a palette della figura 1;

la figura 3 è una sezione secondo la linea III-III della figura 2; e

la figura 4 è una sezione, in scala ulteriormente ingrandita, secondo la linea IV-IV della figura 3.

Nella figura 1, con 1 è indicato un organo a palette definito da un settore di una schiera di palette costituente parte, in particolare, di uno statore per una turbina assiale a gas (non illustrata) di un motore aeronautico.

Il settore o organo 1 presenta un asse (non illustrato) coincidente con l'asse della turbina e comprende una piattaforma 3 esterna ed una piattaforma 4 interna, estendentisi in rispettive direzioni circonferenziali rispetto a tale asse ed una pluralità di profili 6 aerodinamici, i quali sono interposti tra le piattaforme 3,4 sono integrali alle piattaforme 3,4 stesse e si estendono sostanzialmente lungo rispettive direzioni radiali rispetto al suddetto asse.

Con riferimento alle figure allegate, ciascun profilo 6 separa circonferenzialmente tra loro due relativi ugelli 9 per il passaggio di un flusso di gas in espansione nella turbina, ed è definito da un relativo bordo 10 d'attacco, da un relativo bordo 11 di fuga, da una relativa superficie 13 di dorso, o superficie in depressione, convessa verso l'esterno e da una relativa superficie 14 di ventre, o superficie in pressione, concava verso l'esterno. Le superfici 13,14 sono raccordate tra loro lungo i bordi 10,11, i quali distano tra loro di una quantità denominata comunemente con il termine di corda rettilinea ed indicata con C in figura 3.

Ciascun profilo 6 comprende una relativa porzione 16 radiale intermedia, la quale è relativamente sottile in sezione trasversale e porta una nervatura 17 di irrigidimento. La nervatura 17 sporge a sbalzo dalla superficie 14 ed è allungata in una direzione A curvilinea, la quale è trasversale ai bordi 10,11, parallela al senso di avanzamento del flusso di fluido nel relativo ugello 9, e giace sulla superficie 14 e su un piano P definente il piano mediano della nervatura 17.

La nervatura 17 ospitata in uno spazio definito dalla superficie 14 e da una superficie ideale congiungente tra loro i bordi 10,11 ed avente una traccia in figura 3 rappresentata dalla corda C e dista dalla piattaforma 4 di una distanza D (figura 2). Tale distanza D, ossia la posizione radiale della nervatura 17, è determinata in base alla zona in cui si riscontrano le massime ampiezze di vibrazione corrispondenti al cosiddetto modo di vibrare "2 stripe" ed è generalmente compresa tra una e due volte la corda C della porzione 16. La nervatura 17 è inclinata rispetto all'asse della turbina in modo da essere sostanzialmente parallela al senso di avanzamento del flusso di fluido nel relativo ugello 9.

La nervatura 17 presenta un apice 20 arrotondato e due superfici 21 laterali piane, le quali sono simmetriche tra loro rispetto al piano P, sono raccordate tra loro mediante l'apice 20 e alla superficie 14 mediante raggi di curvatura variabili lungo la direzione A, convergono verso l'apice 20 stesso e sono inclinate di un angolo compreso tra 10° e 15° rispetto al piano P.

Con riferimento alle figure 3 e 4, l'apice 20 è intersecato dal piano P lungo una linea di bordo, la quale è concava verso l'esterno (figura 3) e dista dalla superficie 14 di un'altezza H, misurata nel piano P (figura 4), variabile lungo la direzione A. In particolare, l'altezza H della nervatura 17 cresce progressivamente dalle due estremità opposte verso una zona 23 intermedia disposta in corrispondenza circa della metà della corda C, mentre lo spessore T della nervatura 17, misurato tra le superfici 21 ortogonalmente al piano P, risulta sostanzialmente costante lungo la direzione A.

In uso, è evidente che la nervatura 17 consente di limitare le vibrazioni che sono associate ad un caratteristico modo di vibrare denominato comunemente "2 stripe", secondo il quale i bordi 10,11 del profilo 6 tendono ad avvicinarsi e ad allontanarsi tra loro e le sezioni del profilo 6, come la sezione della figura 3, si deformano rimanendo idealmente piane durante le vibrazioni.

Quanto appena esposto è dovuto essenzialmente al fatto che nervatura 17 si estende in una direzione A trasversale ai bordi 10,11 e, quindi, tende ad irrigidire la porzione 16 aumentando le frequenze proprie di vibrazione, in particolare nei confronti di sollecitazioni dirette lungo tale direzione A.

Seppur in minor misura, la nervatura 17 tende a contrastare anche i modi torsionali di vibrare, secondo i quali le sezioni del profilo 6 tendono a ruotare attorno ad un asse perpendicolare al piano su cui sono ricavate le sezioni stesse.

Inoltre, la nervatura 17 presenta una forma ed un andamento tali da alterare relativamente poco il flusso di gas nel relativo ugello 9. In particolare, il fatto di realizzare la nervatura 17 sulla superficie 14 invece che sulla superficie 13, il fatto che la direzione A coincida sostanzialmente con la direzione di avanzamento del flusso nell'ugello 9, ed il fatto di prevedere un apice 20 arrotondato e raccordi tra le superfici 21 e 14 consentono, in uso, di limitare i rischi di formazione di zone vorticose.

Da quanto precede appare, infine, evidente che all'organo 1 a palette descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione.

In particolare, l'organo 1 potrebbe essere definito da una paletta comprendente un solo profilo aerodinamico, e/o potrebbe costituire parte di un compressore anziché di una turbina.

Inoltre, la nervatura 17 potrebbe essere prevista in una palettatura rotorica, anziché statorica. In questo caso, le porzioni del profilo aerodinamico più soggette al suddetto modo di vibrare "2 stripe" sono normalmente adiacenti alla piattaforma esterna anziché a quella interna, per cui la distanza D è misurata a partire da tale piattaforma esterna.

Inoltre, potrebbe essere prevista più di una nervatura su ciascun profilo 6, la nervatura stessa potrebbe avere una geometria diversa da quella illustrata e descritta a titolo d'esempio e/o potrebbe essere disposta in una posizione diversa da quella indicata rispetto alle piattaforme 3,4, in funzione della forma modale del profilo aerodinamico su cui è realizzata .

Claims

R IV E N D ICA Z I O N I 1.- Organo a palette (1), in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico; l'organo a palette comprendendo almeno un profilo aerodinamico (6) definito da un bordo d'attacco (10), da un bordo di fuga (11), da una superficie di dorso (13) e da una superficie di ventre (14); le dette superfici di ventre e di dorso (14)(13) essendo raccordate tra loro lungo i detti bordi d'attacco e di fuga (10)(11) ed essendo atte a delimitare rispettivi ugelli (9) per un flusso di fluido; caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, almeno una nervatura (17) estendetesi a sbalzo da una (14) tra la detta superfìcie di ventre e la detta superficie dì dorso ed allungata lungo una direzione (A) trasversale ai detti bordi d'attacco e di fuga (10)(11). 2.- Organo a palette secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta nervatura (17) si estende a sbalzo dalla detta superficie di ventre (14). 3.- Organo a palette secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta direzione (A) è parallela al senso di avanzamento del detto flusso di fluido nel relativo detto ugello (9). 4.- Organo a palette secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la detta nervatura (17) è alloggiata in uno spazio definito dalla detta superficie di ventre (14) e da una superficie ideale di unione tra i detti bordi d'attacco e di fuga (10)(11). 5.- Organo a palette secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che la detta direzione (A) giace su un piano definente un piano mediano (P) della detta nervatura (17); la detta nervatura (17) presentando due superfici laterali (21) estendentisi da parti opposte del detto piano mediano (P) ed un apice (20) arrotondato di raccordo delle dette superfici laterali (21) tra loro. 6.- Organo a palette secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le dette superfici laterali (21) sono piane e simmetriche tra loro rispetto al detto piano mediano (P). 7.- Organo a palette secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le dette superfici laterali (21) convergono verso il detto apice (20) e formano, ciascuna, con il detto piano mediano (P) un angolo compreso tra 10° e 15°. 8.- Organo a palette secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che lo spessore (T) della detta nervatura, misurato tra le dette superfici laterali (21) ortogonalmente al detto piano mediano (P), è costante lungo la detta direzione (A). 9.- Organo a palette secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che il detto piano mediano (P) interseca il detto apice (20) lungo una linea di bordo concava. 10.- Organo a palette secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che l'altezza (H) della detta nervatura (17) misurata nel detto piano mediano (P) rispetto alla detta superficie di ventre (14) è progressivamente crescente lungo la detta direzione (A) a partire dalle estremità della detta nervatura (17) verso una zona intermedia (23). 11.- Organo a palette secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, due piattaforme (3)(4) di supporto del detto profilo aerodinamico (6), disposte da parti opposte del detto profilo aerodinamico (6); la distanza (D) tra la detta nervatura (17) ed una tra le dette piattaforme (4) essendo compresa tra una e due volte la corda (C) del detto profilo aerodinamico (6). 12.- Organo a palette secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di detti profili aerodinamici (6) e, per ciascun detto profilo aerodinamico (6), una relativa detta nervatura (17). 13.- Organo a palette, in particolare per una turbina assiale di un motore aeronautico sostanzialmente come descritta ed illustrata nelle figure allegate.