SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE PARA UN QUEMADOR DE TURBINA DE GAS.

Una turbina de gas que comprende un sistema de alimentación de los quemadores (1) en donde cada quemador (2) es servido por varias líneas de alimentación de combustible (4,

5, 6); comprendiendo cada línea de alimentación de combustible un colector anular (8, 10, 12) dispuesto exteriormente en una carcasa exterior de la turbina, una pluralidad de tuberías (13, 14, 15) de flexibilidad predeterminada, pero libres de segmentos rígidos, dispuestas como una corona exteriormente en la carcasa exterior (3) de la turbina, conectando cada tubería (13, 14, 15) uno de dichos colectores anulares con un acoplamiento al respectivo quemador (2), y un conducto de suministro de combustible (16, 18, 20) conectado al colector anular; caracterizada porque el colector anular (8, 10, 12) de cada línea de alimentación de combustible presenta una configuración circular y está soportado concéntricamente junto con los colectores anulares de todas las otras líneas de alimentación de combustible por medio de una pluralidad de ménsulas de acoplamiento (31, 32, 33) soportadas de forma saliente por la carcasa exterior (3) de la turbina y soportando cada una de ellas todos los colectores anulares (8, 10, 12) esencialmente en la misma posición de montaje axial sobre la carcasa exterior de la turbina, y elegidas con el fin de permitir que las tuberías (13, 14, 15) sean relativamente cortas

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06115859.

Solicitante: ANSALDO ENERGIA S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA NICOLA LORENZI 8 16152 GENOVA ITALIA.

Inventor/es: DOTTA,CLAUDIO, COMO,IVO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 22 de Junio de 2006.

Fecha Concesión Europea: 13 de Octubre de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D25/28 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 25/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios no cubiertos en los otros grupos o de un interés no tratado en los mismos. › Disposiciones para el soporte o el montaje, p. ej. para las carcasas de las turbinas.
  • F02C7/22C

Clasificación PCT:

  • F01D25/28 F01D 25/00 […] › Disposiciones para el soporte o el montaje, p. ej. para las carcasas de las turbinas.
  • F02C7/22 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Sistemas de alimentación del combustible.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE PARA UN QUEMADOR DE TURBINA DE GAS.

Fragmento de la descripción:

- 1

La presente invención se refiere a un sistema de alimentación para quemadores de turbinas de gas que utilizan tubos de una flexibilidad predeterminada capaces de conectar de manera fiable, dentro de la máquina, los respectivos acoplamientos de cada quemador a los respectivos colectores de alimentación anulares de un combustible fluido; el fluido puede consistir en gas metano, singas, aceite combustible y agua (este último utilizado para conseguir una reducción en las emisiones de NOx) u otros. [0002] Los quemadores de turbinas de gas se instalan, a través de una brida, en la carcasa exterior de la turbina, en una zona en donde las temperaturas alcanzan del orden de 400-450º C; esta zona queda sometida, durante la puesta en marcha de la máquina, a considerables expansiones térmicas tanto radiales como axiales y, en consecuencia, la conexión con las líneas de alimentación de combustible, que se encuentran a una temperatura operativa del orden de 20º C a 210º C (por tanto considerablemente más baja, también cuando están “calientes”) debe efectuarse con tuberías que tienen una rigidez limitada y adecuada para impedir un excesivo empuje sobre los acoplamientos de las tuberías, con la consecuente rotura. En US-A5261222 se describe una turbina de gas que tiene un sistema de alimentación del quemador con las características del preámbulo de la reivindicación 1. [0003] Actualmente, por ejemplo como se muestra en US-A-5168698 y US-A5261222, la conexión entre colectores y quemadores (estando presentes un elevado número de los mismos) en turbinas de gas anulares para la producción de energía eléctrica, se efectúa con tuberías de acero de pared rígida, las cuales no son rectas y realmente presentan un recorrido tortuoso con numerosas curvas, para limitar su rigidez con respecto al eje longitudinal de la turbina, dispuestas de un modo esencialmente horizontal en la práctica. [0004] Se utilizan tres colectores para turbinas de gas alimentadas con gas natural únicamente: gas experimental, gas de premezcla, gas de difusión, y las tuberías de pared rígida están conectadas de forma estanca al fluido a los colectores por medio de uniones ahusadas que efectúan un contacto de metal sobre metal. Los tres colectores tienen una configuración octogonal, dos de ellos son relativamente muy grandes (línea de gas de difusión y línea de gas de premezcla) en comparación con el tercero (línea de gas experimental) y se construyen empleando numerosas soldaduras entre segmentos rectos y segmentos curvados.

Dicha técnica conocida no está libre de inconvenientes: a) los colectores se instalan dentro de la turbina de gas a una distancia relativamente alta respecto de los quemadores (aproximadamente 3 metros) para poder hacer tuberías de pared rígida, conectadas hacia los quemadores individuales, de acuerdo con un desplazamiento caracterizado por numerosas curvas, lo cual asegura una flexibilidad predeterminada y adecuada después del esfuerzo térmico; b) los colectores conocidos requieren, en su conjunto, el uso de grandes soportes de conexión a la carcasa exterior de la turbina de gas debido a que, además de su considerable peso, los dos colectores grandes tienen importantes dimensiones axiales y sería extremadamente complejo y costoso situarlos de manera concéntrica en el mismo plano; c) los puntos de conexión con las tuberías de pared rígidas que conectan con los quemadores no tienen una distribución circunferencial uniforme, debido a que los tubos de conexión a los quemadores requieren recorridos diversificados entre

tuberías con numerosos codos y deben evitar obstáculos dentro de la máquina. [0006] El hecho de reemplazar simplemente las tuberías de pared rígida con tuberías de pared flexible de material compuesto, por ejemplo como las producidas según la solicitud de Patente Italiana TO2003A000589 de 30 de Julio de 2003, si bien presenta ventajas, no resuelve los inconvenientes antes mencionados. [0007] Igualmente, la solución aportada en la Patente US-A-5.271.218 además de referirse a una sola línea de alimentación de combustible, haciendo uso de un colector anular de forma circular en lugar de un colector octogonal, y tuberías flexibles para conectar el colector con los quemadores, no permite solucionar los inconvenientes de la técnica conocida y en su lugar aumenta las dimensiones, debido a que el colector está soportado “fuera del motor”, es decir, mediante soportes independientes de la turbina y de su carcasa exterior, directamente conectados a las fundaciones del sistema de la turbina de gas; además, experimentalmente se comprobó que las tuberías flexibles de una longitud igual a o mayor de 3 metros requieren un soporte intermedio para limitar la deformación de las mismas bajo su propio peso, al tiempo que permitan su expansión térmica tanto axial como radial. Dicho soporte intermedio, además de hacer más complejo la disposición del sistema de alimentación de combustible, puede crear desgastes en las paredes de las tuberías flexibles como consecuencia del así llamado fenómeno de Fatiga por Desgaste. [0008] El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de alimentación de combustible para quemadores de turbinas de gas libre de los inconvenientes descritos y que, al mismo tiempo, está adaptado para trabajar en las condiciones operativas que exigen una demanda particular de las líneas de alimentación de combustible dentro de las turbinas de gas, cuya fiabilidad es al menos igual a la de los sistemas a base de tuberías de paredes rígidas empleados hasta ahora, y que no presenta riesgos de daños, mientras están funcionando, en las posibles partes flexibles constituidas de malla metálica, al tiempo que asegura un soporte correcto de las tuberías en caso de necesidad. [0009] Igualmente, el objeto de la invención consiste en proporcionar un sistema de alimentación de combustible para quemadores de turbinas de gas que es de tamaño pequeño, fácil de montar y desmontar, tanto durante su primera instalación in situ como durante las actividades de mantenimiento de la turbina de gas y que permite mantener en almacén únicamente una tubería flexible para cada línea de alimentación, siendo las tuberías flexibles recíprocamente las mismas para los veinticuatro quemadores. [0010] De acuerdo con la presente invención, se proporciona por tanto un sistema de alimentación para un quemador de turbina de gas de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1. [0011] En particular, de acuerdo con la invención, se emplean tuberías de pared flexible en combinación con una pluralidad de colectores anulares que tienen una configuración circular, que están soportados de manera concéntrica esencialmente en la misma posición de montaje axial, por medio de una pluralidad de ménsulas radiales soportadas integralmente por la carcasa exterior de la turbina. [0012] Cada línea de alimentación de combustible contempla un colector, una pluralidad de tuberías de pared flexible para la conexión hidráulica del colector a los quemadores y un conducto de suministro de combustible en el colector anular. [0013] Las tuberías de pared flexible presentan una longitud de aproximadamente 1,6 metros y el conducto de suministro de combustible en el respectivo colector de cada línea de alimentación de combustible está conectado hidráulicamente con una entrada del colector soportada por una porción inferior del colector y orientada de forma oblicua hacia abajo y en el lado opuesto de los quemadores con respecto a un eje esencialmente perpendicular a un eje esencialmente horizontal de la turbina; el conducto de suministro a los colectores está dispuesto transversalmente con respecto al eje esencialmente horizontal de la turbina y, con respecto a esta última, está inclinado hacia abajo en dirección de la respectiva entrada del colector a la cual está conectado. [0014] Las ventajas relacionadas con el sistema de alimentación descrito resultan evidentes. [0015] Las tuberías de conexión flexibles entre los quemadores y el colector de cada línea de alimentación de combustible son mucho más fáciles de manipular con respecto a las tuberías rígidas y tuberías flexibles de las soluciones conocidas, debido a que el sistema de alimentación objeto de esta invención permite construir dichas tuberías con una longitud corta (no superior a 1,6 metros); además, para cada línea de alimentación (Premezcla, Difusión, Experimental), las tuberías flexibles son recíprocamente las mismas para la totalidad de los veinticuatro quemadores. [0016] El uso de quemadores flexibles de una longitud corta de aproximadamente 1,6 metros también permite evitar el uso de resistores para su calentamiento...

 


Reivindicaciones:

1. -Una turbina de gas que comprende un sistema de alimentación de los quemadores (1) en donde cada quemador (2) es servido por varias líneas de alimentación de combustible (4, 5, 6); comprendiendo cada línea de alimentación de combustible un colector anular (8, 10, 12) dispuesto exteriormente en una carcasa exterior de la turbina, una pluralidad de tuberías (13, 14, 15) de flexibilidad predeterminada, pero libres de segmentos rígidos, dispuestas como una corona exteriormente en la carcasa exterior (3) de la turbina, conectando cada tubería (13, 14, 15) uno de dichos colectores anulares con un acoplamiento al respectivo quemador (2), y un conducto de suministro de combustible (16, 18, 20) conectado al colector anular; caracterizada porque el colector anular (8, 10, 12) de cada línea de alimentación de combustible presenta una configuración circular y está soportado concéntricamente junto con los colectores anulares de todas las otras líneas de alimentación de combustible por medio de una pluralidad de ménsulas de acoplamiento (31, 32, 33) soportadas de forma saliente por la carcasa exterior (3) de la turbina y soportando cada una de ellas todos los colectores anulares (8, 10, 12) esencialmente en la misma posición de montaje axial sobre la carcasa exterior de la turbina, y elegidas con el fin de permitir que las tuberías (13, 14, 15) sean relativamente cortas.

2. -Una turbina de gas según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende tres líneas de alimentación de combustible gaseoso (4, 5, 6), proporcionadas cada una de ellas con el respectivo colector, de gas de premezcla (8), gas experimental (10) y gas de difusión (12) respectivamente, montadas concéntricamente sobre la carcasa exterior de la turbina y en la misma posición axial; estando situado dicho colector de gas de difusión (12) radialmente en una posición más exterior con respecto a la carcasa exterior (3) de la turbina.

3. -Una turbina de gas según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque cada uno de dichos colectores de configuración circular (8, 10, 12) consiste en al menos dos segmentos de tubería (40, 41, 42, 43, 44, 45) curvados como un arco de círculo con radio adecuado y conectados de manera recíproca y estanca al fluido, cabeza con cabeza, en extremos opuestos (46, 47) de los mismos.

4. -Una turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichas tuberías (13, 14, 15) que tienen una flexibilidad predeterminada son tuberías delimitadas por múltiples paredes laterales flexibles que presentan una longitud máxima de aproximadamente 1,6 metros.

5. - Una turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho conducto de suministro de combustible (16, 18, 20) conectado al respectivo colector de cada línea de alimentación de combustible está conectado hidráulicamente a una entrada de colector (50, 52, 54) portada por una porción inferior del colector y orientada oblicuamente hacia abajo y en el lado opuesto de dichos quemadores con respecto a un eje perpendicular a un eje esencialmente horizontal (A) de dicha turbina; estando dispuesto dicho conducto de suministro transversalmente con respecto a la turbina y, con respecto a esta última, estando inclinado hacia abajo en el lado enfrentado a la respectiva entrada del colector a la cual está conectado.

6. - Una turbina de gas según la reivindicación 5, caracterizada porque cada conducto de suministro (16, 18, 20) está provisto de una porción de codo dispuesta en posición más baja que el resto del conducto, es decir, más alejada hacia abajo respecto de dicho eje esencialmente horizontal (A), y está provisto de una válvula de drenaje de la condensación (70).

7. - Una turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha carcasa exterior (3) de la turbina soporta exterior y directamente dichos colectores en una posición axial y radialmente concéntrica y a la misma distancia axial predeterminada respecto de los quemadores por medio de una primera ménsula (31) portada integralmente en la parte inferior por la carcasa exterior de la turbina, por medio de una segunda ménsula (32) portada íntegramente en la parte superior por la carcasa exterior de la turbina, y por medio de una pluralidad de ménsulas laterales (33) separadas circunferencialmente entre la primera y segunda ménsulas, en ambos lados opuestos de la turbina.

8. -Una turbina de gas según la reivindicación 7, caracterizada porque dicha primera ménsula (31) tiene esencialmente forma de herradura, presentando una base radial, axial e integralmente asegurada en la carcasa exterior de la turbina, y un par de brazos laterales salientes opuestos (82, 83) que se extienden de manera recíproca hacia los respectivos extremos libres, proporcionados cada uno de ellos con medios de acoplamiento esencialmente rígidos (84) para las correspondientes porciones inferiores de dichos colectores.

9. -Una turbina de gas según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque dicha segunda ménsula (32) está definida por un elemento lateral (85) axial, radial e integralmente asegurado en dicha carcasa exterior de la turbina y por una pluralidad de correderas (89) portadas de manera deslizante a lo largo de dicho elemento lateral, con el fin de poder variar su posición radial con respecto a la carcasa exterior de la turbina, estando provista cada corredera de medios de acoplamiento esencialmente rígidos (89) para las correspondientes porciones superiores del respectivo colector.

10 10. -Una turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizada porque comprende al menos cuatro ménsulas laterales (33), dos en cada lado de la turbina, cada una de las cuales está definida por un par de elementos laterales recíprocamente paralelos (91) axial, radial e integralmente asegurados en dicha carcasa exterior de la turbina, estando introducidos dichos colectores con huelgo entre dicho par de elementos laterales (91) con el fin de limitar el posible movimiento axial relativo de dichos colectores con respecto a la carcasa exterior de la turbina por medio de los elementos laterales, dejando al mismo tiempo que los colectores queden libres para poderse expansionar radialmente.

Siguen 5 hojas de dibujos.


 

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