Barrera de flujo, revestimiento y cámara de combustión.

Barrera de flujo (9, 10) para insertarse en una región de flujo (7) entre un primer

(3) y un segundo elemento de revestimiento (5) de un revestimiento (1) de una cámara de combustión, en donde la barrera de flujo (9, 10) presenta un cuerpo cerámico (19, 20) resistente a las altas temperaturas y un elemento elástico (21, 22), y el cuerpo cerámico (19, 20) resistente a las altas temperaturas y el elemento elástico (21, 22) presentan una extensión longitudinal (45), en donde el cuerpo cerámico (19, 20) está situado a lo largo de una superficie de apoyo sobre el elemento elástico (21, 22), y la superficie de apoyo está orientada a lo largo de la extensión longitudinal (45).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04001229.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HEILOS,ANDREAS, VONNEMANN,BERND, Deiss,Olga, Grote,Holger, TERTILT,MARC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ELABORACION DE PRODUCTOS DE COMBUSTION A ALTA PRESION... > F23R3/00 (Cámaras de combustión continua que emplean combustibles líquidos o gaseosos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ARMADURAS, REVESTIMIENTOS, PAREDES O PUERTAS ESPECIALMENTE... > Armaduras; Cubiertas; Paredes (construcción o soporte... > F23M5/04 (Soportes para las cubiertas)

PDF original: ES-2528177_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Barrera de flujo, revestimiento y cámara de combustión La invención se refiere a una barrera de flujo como suplemento en una región de flujo entre un primer y un segundo elemento de revestimiento de un revestimiento de una cámara de combustión. La invención se basa en un revestimiento y en una cámara de combustión.

Un espacio de combustión, en especial el espacio de combustión de una cámara de combustión de turbina de gas de una turbina de gas, está dotado habitualmente de un revestimiento para aislar y proteger las partes de carcasa de la carcasa que soporta la cámara de combustión, también llamada estructura de cámara de combustión. Las condiciones de cámara de combustión reinantes en el espacio de combustión, que en especial se caracterizan en especial por unas temperaturas muy fluctuantes y elevadas, presiones y efectos oxidantes del gas caliente, deben mantenerse alejadas de la carcasa. En especial debe protegerse una región de la carcasa a la que está aplicada la sujeción del revestimiento. En el espacio de combustión de una turbina de gas las cargas térmicas están situadas normalmente dentro de un margen de temperaturas de 1.350 º C o por encima y pueden estar sometidas además, por ejemplo en el marco de un cierre rápido, a fuertes fluctuaciones. Una carga de este tipo no debe ejercerse normalmente sobre la carcasa metálica. La carcasa y la sujeción deben protegerse de este modo también contra una fatiga de material que avanza con el tiempo, en donde la fatiga de material es tanto mayor cuanto más frecuentes y mayores fluctuaciones de temperatura y presión se produzcan en el espacio de combustión.

Por este motivo se ha aplicado un revestimiento a un lado interior de una parte de carcasa vuelto hacia el espacio de combustión. El revestimiento presenta normalmente varios elementos de revestimiento. Ha demostrado ser especialmente ventajoso un elemento de revestimiento formado por una cerámica, también llamado escudo de calor (Ceramic Heat Shield, CHS) . Otra posibilidad estriba en formar un elemento de revestimiento de una aleación metálica resistente a las altas temperaturas. Sobre un elemento de revestimiento metálico puede aplicarse un coating cerámico.

Para compensar diferentes coeficientes de dilatación térmica se ajusta una rendija, durante el montaje de un elemento de revestimiento, sobre todo el perímetro del elemento de revestimiento. Los elementos de revestimiento del revestimiento se montan por lo tanto con cierta separación. Esta separación proporciona una región entre un primer y un segundo elemento de revestimiento del revestimiento.

Por un lado se guía, durante el funcionamiento de la cámara de combustión, un flujo de aire de refrigeración que discurre entre la parte de carcasa y el revestimiento. Éste se usa en especial para refrigerar la sujeción, que sujeta un elemento de revestimiento en el lado interior de la parte de carcasa vuelto hacia un espacio de combustión. El aire de refrigeración puede penetrar a través de la región de flujo en el espacio de combustión. Por otro lado deben protegerse las rendijas contra un arrastre de gas caliente que penetre en el lado del espacio de combustión. Para esto se guía el aire de refrigeración, desde la parte de carcasa y el lado trasero del revestimiento, en la dirección del espacio de combustión, para de este modo bloquear una rendija con el aire de refrigeración.

Los dos últimos flujos que se producen en la región de flujo, por un lado de aire de refrigeración y por otro lado de gas caliente, tienen una serie de consecuencias en las que puede influirse específica y ventajosamente mediante una barrera de flujo resistente a las altas temperaturas, insertada en la región de flujo. La barrera de flujo debe cumplir de este modo los requisitos más diferentes.

La barrera de flujo debería tener en cuenta por un lado una anchura de la región de flujo, que varía a causa de las variaciones térmicas y, por otro lado, debería ser resistente al calor.

De este modo se conocen del documento EP 1 302 723 A1, por ejemplo, unas juntas cerámicas porosas. Una junta porosa de este tipo, aunque es resistente a las altas temperaturas no debe entrar sin embargo en contacto directo con el gas caliente. Debido a que este contacto en la cámara de combustión sólo puede evitarse con dificultad, por una junta cerámica porosa de este tipo debe fluir aire de refrigeración, para refrigerar la propia junta y asimismo bloquear la región de flujo contra un arrastre de gas caliente. Aún así, en las juntas cerámicas porosas de la clase citada se han producido sobrecalentamientos. El motivo principal estriba en que sólo puede garantizarse difícilmente un flujo de aire de refrigeración a través de la junta cerámica porosa, suficiente en cualquier caso para un funcionamiento real de una cámara de combustión.

Asimismo la utilización antes citada de aire de refrigeración para bloquear la región de flujo y para refrigerar una barrera de flujo resistente a las altas temperaturas tiene el inconveniente de que el aire de refrigeración entra por las aristas del elemento de revestimiento en el espacio de combustión y, de este modo, se producen unos gradientes de temperatura muy considerables a lo largo de la extensión lateral de un elemento de revestimiento. De esta forma un elemento de revestimiento presenta sobre su arista, si se utiliza el concepto habitual aquí explicado, una temperatura bastante menor que en su centro vuelto hacia el espacio de combustión. Además de esto un elemento

de revestimiento configurado habitualmente en forma de placa presenta a lo largo de su extensión lateral, como consecuencia de su forma geométrica, una rigidez relativamente elevada. El elevado gradiente de temperatura a lo largo de la extensión lateral y la rigidez a lo largo de la extensión lateral conducen conjuntamente a unas tensiones muy considerables a lo largo de la extensión lateral del elemento de revestimiento. Éstas son bastante más graves que las tensiones por abombamiento del elemento de revestimiento, que se producen a causa de un gradiente de temperatura también sobre el grosor del elemento de revestimiento. Una posibilidad de tratar este problema se describe en la solicitud de patente europea no publicada EP-1508761-A. Este problema puede tratarse mediante una configuración de un elemento de revestimiento adaptada a la temperatura.

El documento US 5333443 A hace patente una barrera de flujo para insertarse en una región de flujo entre un primer y un segundo elemento de revestimiento de una cámara de combustión de una turbina de gas. La barrera de flujo está fijada a una estructura portante que soporte los elementos de revestimiento y comprende un tornillo y una pila de juntas de tipo láminas rectangulares apiladas unas sobre otras, las cuales se presionan contra los elementos de revestimiento mediante el tornillo y un muelle helicoidal que circunda el tornillo. Las juntas están mutuamente decaladas y dispuestas de forma múltiple, de tal modo que se obtiene una obturación de la región de flujo.

El documento US 6145452 A hace patente unos elementos de revestimiento hexagonales de una cámara de combustión, que están fijados a una estructura portante en un taladro central mediante un elemento de fijación en forma de tornillo fabricado con cerámica.

Los planteamientos de solución citados no han demostrado ser ventajosos desde ningún punto de vista y en último término son relativamente complejos y con ello costosos. Sería deseable una barrera de flujo que trate los problemas mencionados de la resistencia al calor, la forma de la región de flujo que varía con la temperatura así como los problemas producidos por el aire de refrigeración, y que esté configurada de forma especialmente sencilla.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Barrera de flujo (9, 10) para insertarse en una región de flujo (7) entre un primer (3) y un segundo elemento de revestimiento (5) de un revestimiento (1) de una cámara de combustión, en donde la barrera de flujo (9, 10) presenta un cuerpo cerámico (19, 20) resistente a las altas temperaturas y un elemento elástico (21, 22) , y el cuerpo cerámico (19, 20) resistente a las altas temperaturas y el elemento elástico (21, 22) presentan una extensión longitudinal (45) , en donde el cuerpo cerámico (19, 20) está situado a lo largo de una superficie de apoyo sobre el elemento elástico (21, 22) , y la superficie de apoyo está orientada a lo largo de la extensión longitudinal (45) .

2. Barrera de flujo (9, 10) según la reivindicación 1, caracterizada porque la barrera de flujo (9, 10) puede fijarse de tal modo entre el primer (3) y el segundo elemento de revestimiento (5) , que la barrera de flujo (9, 10) engrana en un ensanchamiento de la región de flujo (7) , en donde el ensanchamiento de la región de flujo está formado por una primera ranura en el primer elemento de revestimiento y una segunda ranura en el segundo elemento de revestimiento.

3. Barrera de flujo (9, 10) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la superficie de apoyo está abombada hacia el elemento elástico (21, 22) .

4. Barrera de flujo (9, 10) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el elemento elástico (21, 22) presenta un medio de sujeción (47) , que asegura la posición del cuerpo cerámico (19, 20) resistente a las altas temperaturas a lo largo de la extensión longitudinal (45) .

5. Barrera de flujo (9) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el elemento elástico (21) está configurado, al menos a lo largo de una parte de la extensión longitudinal (45) , en forma de un muelle sometido a una presión según el principio activo de un muelle de platillo.

6. Barrera de flujo (9) según la reivindicación 5, caracterizada porque el elemento elástico (21) está configurado a lo largo de otra parte de la extensión longitudinal (45) en forma de un mero apoyo.

7. Barrera de flujo (10) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el elemento elástico (22) está configurado, al menos a lo largo de una parte de la extensión longitudinal (45) , en forma de un cuerpo macizo sometido a presión y que es flexible elásticamente.

8. Revestimiento (1) para una cámara de combustión con varios elementos de revestimiento, en donde entre un primer (3) y un segundo elemento de revestimiento (5) está formada una región de flujo (7) , en la que se ha insertado una barrera de flujo (9, 10) según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Revestimiento (1) según la reivindicación 8, caracterizado porque se han insertado una o varias barreras de flujo (9, 10) en la región de flujo (7) , de tal manera que la región de flujo (7) está obturada por completo mediante la una o varias barreras de flujo (9, 10) .

10. Revestimiento (1) según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque en todas las regiones de flujo (7) que discurren a lo largo de un perímetro de un elemento de revestimiento (3, 5) se han insertado una o varias barreras de flujo (9, 10) .

11. Cámara de combustión con un revestimiento (1) , que presenta varios elementos de revestimiento (3, 5) , en donde entre un primer (3) y un segundo elemento de revestimiento (5) está formada una región de flujo (7) en la que se ha insertado una barrera de flujo (9, 10) según una de las reivindicaciones 1 a 7.

12. Cámara de combustión según la reivindicación 11, caracterizada porque se ha aplicado

- un elemento de revestimiento (3, 5) en el lado interior de una parte de carcasa (4) vuelto hacia un espacio de combustión (11) mediante una sujeción (12) , y -se han insertado una o varias barreras de flujo (9, 10) en la región de flujo (7) , de tal manera que la región de flujo (7) está obturada por completo mediante la una o varias barreras de flujo (9, 10) , y -se ha desviado un flujo de aire de refrigeración (6) , que discurre entre la parte de carcasa (4) y el revestimiento (1) , mediante una o varias de las barreras de flujo (9, 10) a lo largo de una extensión (48) de la región de flujo (7) para refrigerar la sujeción (12) .