DIFUSOR PARA UNA TURBINA DE GAS Y TURBINA DE GAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA.

Turbina de gas (1) para la generación de energía, con un compresor axial dispuesto coaxialmente a un rotor (5) montado giratoriamente para comprimir un fluido (F) gaseoso aspirado,

que al menos parcialmente sirve en una cámara de combustión asociada para quemar un medio de combustión, formándose un medio de trabajo caliente (19), con un difusor anular (15) dispuesto entre el compresor axial y la cámara de combustión coaxialmente al rotor (5) para dividir y desviar el fluido (F), el cual está formado por una pared exterior (33) y una pared interior (31), en donde un elemento divisor anular (35) dispuesto coaxialmente al rotor (5) está apoyado en las paredes (31, 33) mediante varios elementos de apoyo (53, 55) nervados huecos, y en donde en el difusor (15) está prevista al menos una abertura vuelta hacia el flujo de fluido para desacoplar una corriente parcial (51) del fluido (F), caracterizada porque para desacoplar una corriente parcial (51) utilizable como fluido de refrigeración, la abertura está prevista sobre la arista de corriente de ataque (48) vuelta hacia el flujo del elemento divisor (35), como abertura de rendija anular (49), en la región central entre la pared exterior (33) y la pared interior (31)

La invención se refiere a una turbina de gas conforme al preámbulo de la reivindicación 1 y a un difusor conforme al preámbulo de la reivindicación 13.

Del documento DE 196 39 623 se conoce una turbina de gas para la generación de energía con un compresor y una cámara de combustión anular. Entre el compresor y la cámara de combustión anular está dispuesto un difusor, que desvía el aire comprimido, proporcionado por el compresor en la salida de compresor anular, en la dirección del quemador dispuesto en el lado frontal de la cámara de combustión anular. Para esto el difusor presenta contornos para el guiado del flujo así como una chapa desviadora con sección transversal en forma de C, la cual está fijada mediante una sujeción que cruza el canal de flujo. Aparte de esto están dispuestos coaxialmente respecto al rotor en el difusor, para extraer el aire de refrigeración, varios tubos de extracción fijos repartidos por el perímetro que extraen aire de refrigeración en la salida de compresor y conducen a las etapas de turbina de la turbina de gas.

La sujeción de la chapa desviadora en forma de C representa un bloqueo impeditivo del canal de flujo formado por el difusor. También la disposición de los tubos de extracción perturba el aire que fluye en el difusor y es guiado hasta los quemadores. Con ello pueden producirse pérdidas de flujo. Además de esto los tubos, que están repartidos por el perímetro, deben presentar un diámetro mínimo para proporcionar suficiente aire de refrigeración para las etapas de turbina, de tal modo que no sólo se extrae el aire comprimido que fluye hacia fuera del centro de la salida de compresor, sino también el situado sobre el borde de la salida de compresor.

Asimismo se conoce del documento FR 2 706 533 un difusor para una turbomáquina, en la que la extracción de de una corriente parcial en el difusor se produce para ajustar una presión de cabina, para deshelar un fuselaje de motor o para arrancar el motor de un grupo motopropulsor de un avión. En el canal de flujo que se ensancha del difusor está dispuesto un elemento divisor cuneiforme, el cual divide el flujo de aire final de compresor inicialmente en dos corrientes parciales. A continuación se extrae de la corriente parcial interior, a través de una abertura dispuesta detrás de la punta del elemento divisor, una tercera corriente parcial. Ésta es guiada hacia fuera mediante los nervios huecos, que apuntalan el elemento divisor sobre la pared exterior. La tercera corriente parcial así extraída se usa después para los fines citados anteriormente. En otra configuración, el difusor conocido del documento FR 2 706 533 presenta nervios interiores y exteriores, que apuntalan el elemento divisor. Los nervios interiores están dotados con ello para desacoplar el flujo parcial de una abertura, a través de la cual puede entrar el tercer flujo parcial a desacoplar en la cavidad del nervio.

Debido a que el flujo parcial así extraído se usa para deshelar o por ejemplo para ajustar la presión de cabina, los requisitos para el flujo de aire en cuanto a grado de suciedad, presión y temperatura son relativamente escasos.

Frente a esto, al aire de refrigeración para los álabes de turbina de una turbina de gas estacionaria se imponen unos requisitos relativamente elevados, para, por un lado, conseguir un grado de eficacia especialmente bueno y, por otro lado, para evitar

o reducir obstrucciones o estrechamientos de la sección transversal de aberturas de refrigeración por impacto o taladros de refrigeración de película causados por residuos de partículas.

La tarea de la presente invención consiste por ello en indicar un difusor compacto con una extracción de aire parcial y una turbina de gas con un difusor de este tipo, que haga posible una extracción mejorada en cuanto a técnica de flujo de un flujo parcial usado como fluido de refrigeración para álabes de turbina. Aparte de esto, el flujo parcial debe cumplir los requisitos para la utilización como fluido de refrigeración de una turbina de gas, en cuanto a grado de suciedad, presión y temperatura.

La tarea impuesta a la turbina de gas es resuelta mediante las particularidades de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se dispone de configuraciones ventajosas.

La solución prevé, con relación a la turbina de gas, que para desacoplar una corriente parcial utilizable como fluido de refrigeración, la abertura esté prevista sobre la arista de corriente de ataque vuelta hacia el flujo del elemento divisor (35), como abertura de rendija anular (49), en la región central entre la pared exterior y la pared interior. La división del fluido comprimido se realiza en un difusor que ahorra espacio, el cual permite una extracción favorable para el flujo, con pocos remolinos y pérdidas del fluido de refrigeración para etapas de turbina. Al mismo tiempo puede producirse un guiado ulterior favorable del fluido remanente en la dirección de las zonas de utilización subsiguientes, las paredes de al cámara de combustión anular. Los flujos de fluido divididos se cruzan con ello sin impedimentos importantes y sin generar perdidas de flujo, ya que los elementos de apoyo se perfilan en forma aerodinámica.

Usualmente se usa en lo posible un fluido de refrigeración especialmente limpio y fresco. Las partículas y el material en suspensión situados en el líquido de refrigeración pueden sedimentarse en las aberturas de refrigeración por impacto y en el peor de los casos cerrar las mismas, en el caso de piezas constructivas refrigerados por impacto como por ejemplo álabes de turbina, que están sometidas a un gas caliente.

A causa de la torsión que reina en la salida de compresor y en el canal de flujo anular, en el fluido el material en suspensión y las partículas que no hayan podido extraerse mecánicamente por filtrado, tienden a desplazarse hacia los bordes radialmente interior y exterior del canal de flujo. Del mismo modo sobre los bordes radialmente interior y exterior del canal de flujo reinan temperaturas más elevadas y una menor presión en el fluido que en el centro situado entremedio. La abertura anular está dispuesta por consiguiente exactamente en la posición en el difusor, en la que fluye el fluido más adecuado para la refrigeración de las etapas de turbina. Por medio de esto fluye el fluido más adecuado para la refrigeración hacia dentro del elemento divisor, formándose la presión de remanso, y de este modo se separa del restante fluido menos apropiado para la refrigeración de la turbina. El fluido restante y usado posteriormente para la combustión es más caliente que el fluido de refrigeración desacoplado y presenta una presión inferior.

A través de la abertura de rendija anular coaxial se produce, por todo el perímetro del elemento divisor anular, el desacoplamiento del fluido como fluido de refrigeración. La rendija anular puede estar configurada de forma correspondiente más estrecha que el diámetro de los tubos de extracción del estado de la técnica. De este modo sólo se desacopla el fluido más fresco, limpio y dotado de la mayor presión como fluido de refrigeración, detrás de la salida de compresor o de la entrada de difusor.

En una configuración ventajosa se refuerza y rigidiza el elemento divisor mediante nervios previstos en la rendija anular y que discurren en dirección axial, los cuales están repartidos por el perímetro de la rendija anular. Al mismo tiempo estos nervios sirven de elementos de guiado en el elemento divisor para el fluido de refrigeración ya desacoplado, de tal modo que es guiado en la dirección de los elementos de apoyo. Por ello es ventajoso que la abertura de rendija anular esté segmentada a lo largo del perímetro.

Las paredes que forman el canal de flujo divergen ya en el segmento del canal de flujo al que está preconectado el elemento divisor. De este modo se consigue un aumento de presión en el fluido que influye positivamente en la presión del fluido de refrigeración desacoplado.

Si el elemento divisor anular está configurado cuneiformemente mediante dos paredes y está dispuesto centralmente entre las dos paredes divergentes del difusor, de tal modo que forma un canal parcial anular para el fluido en cada caso con una pared y la pared opuesta a ésta del difusor, puede dividirse en dos corrientes parciales aproximadamente igual de grandes el fluido previsto para la combustión de un medio de combustión. La corriente parcial del fluido situada radialmente en el interior puede después utilizarse para refrigerar la pared de cámara de combustión...

1. Turbina de gas (1) para la generación de energía, con un compresor axial dispuesto coaxialmente a un rotor (5) montado giratoriamente para comprimir un fluido (F) gaseoso aspirado, que al menos parcialmente sirve en una cámara de combustión asociada para quemar un medio de combustión, formándose un medio de trabajo caliente (19), con un difusor anular (15) dispuesto entre el compresor axial y la cámara de combustión coaxialmente al rotor (5) para dividir y desviar el fluido (F), el cual está formado por una pared exterior (33) y una pared interior (31), en donde un elemento divisor anular (35) dispuesto coaxialmente al rotor (5) está apoyado en las paredes (31, 33) mediante varios elementos de apoyo (53, 55) nervados huecos, y en donde en el difusor (15) está prevista al menos una abertura vuelta hacia el flujo de fluido para desacoplar una corriente parcial (51) del fluido (F), caracterizada porque para desacoplar una corriente parcial (51) utilizable como fluido de refrigeración, la abertura está prevista sobre la arista de corriente de ataque (48) vuelta hacia el flujo del elemento divisor (35), como abertura de rendija anular (49), en la región central entre la pared exterior (33) y la pared interior (31).

2. Turbina de gas (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la abertura de rendija anular (49) está segmentada a lo largo del perímetro.

3. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el segmento del canal de flujo (29), preconectado al elemento divisor (35) en el difusor (15), según se mira en la dirección de flujo del fluido (F), diverge.

4. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el elemento divisor anular (35) está configurado cuneiformemente mediante dos paredes (37, 39) de tipo ala y está dispuesto centralmente entre las dos paredes divergentes (31, 33) del difusor (15), de tal modo que forma en cada caso con una pared (37, 39) y la pared (31, 33) opuesta a la misma del difusor (15) un canal parcial anular (45, 47) para el fluido.

5. Turbina de gas (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque los dos canales parciales (45, 47) presentan a lo largo de su flujo una sección transversal fundamentalmente constante.

6. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los elementos de apoyo (55) que guían en el interior el fluido de refrigeración están apoyados en la pared interior (31) situada radialmente en el interior.

7. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la corriente parcial (51) desacoplada puede guiarse a través de los elementos de apoyo (55) en la dirección del rotor (5).

8. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la cavidad del elemento de apoyo (55) se comunica con un canal anular (57) situado radialmente más en el interior.

9. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el fluido es aire comprimido.

10. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque a través de la cavidad de los elementos de apoyo exteriores (53) discurre un tubo (59) con una tobera (63), cuya tobera (63) desemboca detrás de la abertura según se mira en la dirección de flujo y a través de la cual puede introducirse por tobera un líquido para generar frío de evaporación en la corriente de fluido de refrigeración.

11. Turbina de gas (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque a través de la cavidad de los elementos de apoyo exteriores (53) se extiende un tubo (61), el cual desemboca en un canal dispuesto en el elemento divisor (35) y que está unido por flujo a un canal parcial (45) situado radialmente en el interior, en donde el canal parcial está formado entre la pared interior (31) y una pared (37) opuesta a la pared interior (31) del elemento divisor, de tal modo que puede introducirse un medio de combustión (B) en el canal parcial (45).

12. Turbina de gas (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque el líquido es agua (H2O).

13. Difusor (15) para una turbina de gas (1) para la generación de energía, con una entrada de difusor (27), a la que sigue en la dirección de flujo del fluido (F) una salida de difusor y entre las cuales se extiende divergiendo, formándose un canal de flujo, radialmente en el interior una pared interior (31) y radialmente en el exterior una pared exterior (33), así como entre las mismas se apoya (1) en las paredes (31, 33) un elemento divisor anular (35) mediante varios elementos de apoyo (53, 55) huecos nervados, y en donde el elemento divisor (35) puede disponerse coaxialmente al rotor (5) de la turbina de gas, con al menos una abertura dispuesta en el difusor (15), vuelta hacia el flujo de fluido, para desacoplar una corriente parcial (51) del fluido (F), caracterizado porque para desacoplar una corriente parcial (51) utilizable como fluido de refrigeración, la abertura está prevista como abertura de rendija anular (49), sobre la arista de corriente de ataque del elemento divisor (35) vuelta hacia el flujo, en la región central entre la pared exterior (33) y la pared interior (31).

Siguen tres hojas de dibujos.