Cámara de combustión (1), en concreto para una turbina de gas,

con por lo menos una pared (3) de la cámara de combustión a través de la cual fluye fluido refrigerante, y por lo menos dos dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9), con frecuencias resonantes diferentes, que están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión de manera que el flujo de fluido refrigerante pasa a su través, en la que por lo menos uno de los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) tiene una frecuencia resonante tal que actúa como un resonador de alta frecuencia (9), caracterizada porque por lo menos uno de los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9), tiene una frecuencia resonante tal que actúa como un resonador (7, 8) de frecuencia media y porque el resonador (9) de alta frecuencia y los resonadores (7, 8) de frecuencia media están conectados en paralelo y en serie

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN 5

La presente invención trata de una turbina de gas, con por lo menos una cámara de combustión y por lo menos dos dispositivos resonadores para amortiguar las oscilaciones acústicas en la cámara de combustión.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Una central de turbina de gas incluye, por ejemplo, un compresor y una cámara de 10 combustión, así como una turbina. El compresor sirve para comprimir el aire de admisión con el que, a continuación, se mezcla un combustible. La combustión de la mezcla tiene lugar en la cámara de combustión, pasándose a la turbina los gases de escape de la combustión. Allí, se toma la energía térmica de los gases de escape de la combustión y se convierte en energía mecánica.

Sin embargo, las fluctuaciones en la calidad del combustible y otras perturbaciones térmicas 15 o acústicas, tienen como resultado fluctuaciones en la cantidad de calor liberado y, por lo tanto, en la eficiencia termodinámica de la central. En esa situación, existe una interacción de las perturbaciones acústicas y térmicas que puede incrementarlas mutuamente. Las oscilaciones termoacústicas de dicha naturaleza en las cámaras de combustión de las turbinas de gas (o asimismo, de las máquinas de combustión en general) presentan un problema en términos de diseño y funcionamiento de nuevas 20 cámaras de combustión, partes de cámaras de combustión y quemadores para turbinas de gas o máquinas de combustión. Los gases de escape producidos en el proceso de combustión están a una temperatura elevada. Por lo tanto, son diluidos con aire de refrigeración para reducir la temperatura a un nivel que sea sostenible para la pared de la cámara de combustión y los componentes de la turbina. El aire de refrigeración pasa a la cámara de combustión a través de aberturas para el aire de 25 refrigeración, en la pared de la cámara de combustión. Además, el denominado aire de sellado pasa a la cámara de combustión, es decir, el aire que sirve para impedir la entrada de gases calientes desde la cámara de combustión a las separaciones entre los elementos adyacentes de un revestimiento de protección térmica de la cámara de combustión. En este caso, el aire de sellado es soplado a través de las separaciones entre los elementos adyacentes del revestimiento de protección térmica, a la 30 cámara de combustión.

Sin embargo, diluir los gases de combustión con aire refrigerante y de sellado, tiene como resultado un nivel mayor de las emisiones contaminantes. Por lo tanto, para reducir las emisiones contaminantes de las turbinas de gas, los flujos de aire refrigerante y de sellado se mantienen bajos en las centrales modernas. Sin embargo, como resultado esto reduce asimismo el efecto de 35 amortiguación acústica, de manera que pueden incrementarse las oscilaciones termoacústicas. Esto puede implicar una interacción creciente mutuamente entre las perturbaciones térmicas y acústicas, que puede provocar niveles elevados de tensión y de carga para la cámara de combustión, y un incremento en las emisiones.

Por lo tanto, en el estado de la técnica, para los propósitos de reducir las oscilaciones 40 termoacústicas, se utilizan por ejemplo resonadores de Helmholtz para amortiguar las oscilaciones termoacústicas en las cámaras de combustión de las turbinas de gas, lo cual amortigua la amplitud de las oscilaciones.

Para poder amortiguar las oscilaciones termoacústicas en un rango mayor de frecuencias, en el documento DE 33 24 805 Al se propuso utilizar una serie de resonadores de Helmholtz que 45 involucren frecuencias resonantes diferentes, que están dispuestos lateralmente en el conducto de aire a la cámara de combustión. En ese caso, cada resonador de Helmholtz amortigua diferentes frecuencias de las oscilaciones acústicas. Se observará que es necesario utilizar adicionalmente aire refrigerante. Esto incrementa el consumo de aire refrigerante, o bien supone que hay menos aire refrigerante disponible para enfriar los gases de escape de la combustión, mediante lo que existe un 50 incremento en la proporción de contaminantes en los gases de escape de la combustión.

A partir del documento WO 2004/051063 se conoce también la utilización de un conjunto de resonadores de Helmholtz diferentes, situados en la pared de una cámara de combustión de una turbina. Existe la necesidad de una cámara de combustión y una turbina de gas en las que la disposición de los dispositivos de amortiguación diferentes sea tal que pueda mantenerse 55 relativamente bajo el requisito de aire refrigerante adicional.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Una cámara de combustión acorde con la invención, en concreto para una turbina de gas,

incluye por lo menos una pared de la cámara de combustión, a través de la cual fluye fluido refrigerante, en concreto aire refrigerante, y por lo menos un dispositivo resonador. A este respecto, el término dispositivo resonador se utiliza para referirse a un dispositivo de amortiguamiento para amortiguar oscilaciones acústicas, que incluye por lo menos un resonador de Helmholtz. La cámara de combustión acorde con la invención se distingue porque el dispositivo resonador está integrado en la 5 pared de la cámara de combustión, de tal forma que el flujo de fluido refrigerante lo atraviesa.

En la cámara de combustión acorde con la invención, el hecho de que el dispositivo resonador esté integrado en la pared de cámara, de la cámara de combustión, y de que el flujo del fluido refrigerante fluya a su través, sirve para que el flujo del fluido refrigerante que se utiliza para refrigerar el dispositivo resonador siga asimismo disponible para refrigerar la pared de la cámara y/o 10 para cerrar espacios y/o para diluir los gases de escape de la combustión. De ese modo, el contenido de contaminantes en los gases de escape de la combustión puede mantenerse a un nivel bajo, y al mismo tiempo los efectos de las oscilaciones termoacústicas pueden ser reducidos eficazmente por medio del dispositivo resonador. La cámara de combustión tiene, por lo menos, los dispositivos resonadores con frecuencias resonantes diferentes. Por lo menos un dispositivo resonador es de la 15 forma de un dispositivo de amortiguación de alta frecuencia, y por lo menos un dispositivo resonador es de la forma de un dispositivo de amortiguación de frecuencia media.

En ese caso, de acuerdo con esta solicitud, el término alta frecuencia se utiliza para referirse al rango a partir de unos 250 Hz, en concreto desde unos 500 Hz. El término frecuencia media o rango de frecuencias medias, se utiliza para indicar el rango aproximado entre 300 y 750 Hz, en concreto 20 entre 50 y 500 Hz. Sin embargo, son posibles asimismo desviaciones de hasta el 50% de los rangos y valores especificados.

La división en dos bandas de frecuencia, en las que las oscilaciones en las diversas bandas de frecuencia son amortiguadas por los diferentes dispositivos resonadores, permiten una reducción eficaz en las oscilaciones que se producen. Las bandas de frecuencia pueden solaparse, en concreto 25 los bordes, pero no tienen por qué hacerlo. Además, es posible utilizar tres o más bandas de frecuencia diferentes, es decir tres o más dispositivos resonadores, que difieren entre sí respectivamente en relación con sus frecuencias resonantes.

Los dispositivos resonadores están, preferentemente, integrados en la pared de la cámara de combustión de manera que tienen flujos parciales del flujo del fluido refrigerante, pasando a su través. 30 En ese caso, los dispositivos resonadores pueden estar integrados en la pared de la cámara de combustión, de manera que forman trayectos de flujo paralelos para los flujos parciales del flujo del fluido refrigerante, o bien forman trayectos de flujo que están conectados en sucesión para los flujos parciales del flujo de fluido refrigerante, o bien forman tanto trayectos de flujo paralelos así como también trayectos de flujo que están conectados en sucesión, para los flujos parciales del flujo del 35 fluido refrigerante. Es así que las condiciones del flujo en los dispositivos resonadores individuales (y por lo tanto, las condiciones dominantes en los dispositivos resonadores) pueden ser ajustadas de manera específica y dirigida.

En regiones concretas, el flujo de fluido refrigerante puede tener presiones diferentes involucradas. En los dispositivos resonadores que pueden tener, por lo menos, una entrada a modo de 40 emisión de flujo y, por lo menos, una salida a modo de salida del flujo, las entradas y/o las salidas de...

1. Cámara de combustión (1), en concreto para una turbina de gas, con por lo menos una pared (3) de la cámara de combustión a través de la cual fluye fluido refrigerante, y por lo menos dos dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9), con frecuencias resonantes diferentes, que están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión de manera que el flujo de fluido refrigerante pasa a su 5 través, en la que por lo menos uno de los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) tiene una frecuencia resonante tal que actúa como un resonador de alta frecuencia (9), caracterizada porque por lo menos uno de los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9), tiene una frecuencia resonante tal que actúa como un resonador (7, 8) de frecuencia media y porque el resonador (9) de alta frecuencia y los resonadores (7, 8) de frecuencia media están conectados en paralelo y en serie. 10

2. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 1, caracterizada porque los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión de tal modo que tienen, cada uno, flujos parciales respectivos del flujo de fluido refrigerante que pasa a su través.

3. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 2, caracterizada porque los 15 dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión de tal modo que forman trayectos de flujo paralelos, para los flujos parciales del flujo de fluido refrigerante.

4. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 2, caracterizada porque los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión de 20 tal modo que forman trayectos de flujo que están conectados en sucesión, para los flujos parciales del flujo de fluido refrigerante.

5. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 2, caracterizada porque los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) están integrados en la pared (3) de la cámara de combustión, de tal modo que forman tanto trayectos de flujo paralelos como trayectos de flujo que están 25 conectados en sucesión, para los flujos parciales del flujo de fluido refrigerante.

6. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 1, caracterizada porque el flujo de fluido refrigerante tiene zonas que implican presiones diferentes, porque los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) tienen, cada uno, por lo menos una entrada (12, 21, 22) a modo de entrada de flujo, y por lo menos una salida (15, 16, 17, 21, 22) a modo de salida de flujo, y porque las entradas y/o salidas de 30 los dispositivos resonadores con una primera frecuencia resonante están conectados a un nivel de presión diferente que las entradas y/o salidas de los dispositivos resonadores con una segunda frecuencia resonante que es diferente de la primera frecuencia resonante.

7. La cámara de combustión (1) reivindicada en la reivindicación 1, caracterizada porque existe una válvula de entrada (25) para la admisión de un fluido en la cámara de combustión (1), y el flujo a 35 través de los dispositivos resonadores (5, 6, 7, 8, 9) está conectado en una relación en paralelo con el flujo a través de la válvula de entrada.

8. Una turbina de gas (2) que tiene, por lo menos, una cámara de combustión (1) tal como la definida en la reivindicación 1.

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