Pantalla térmica.

Elemento de pantalla térmica (15) con un lado caliente (17) dirigido hacia un medio caliente,

con un lado frío (19) enfrentado al lado caliente (17), y con lados periféricos (21) que conectan el lado caliente (17) con el lado frío (19), en donde en, al menos, un lado periférico (21) se conforma una ranura (23) que presenta, al menos, una sección de contacto, en donde la sección de material entre la ranura (23) y el lado frío (19) conforma una barra de sujeción (25), caracterizado porque la barra de sujeción (25) presenta una entalladura (26) en la zona de la sección de contacto que abre la ranura (23) hacia el lado frío (19) .

Pantalla térmica La presente invención hace referencia a una pantalla térmica en una estructura de soporte con un número de elementos de pantalla térmica que se encuentran fijados en la estructura de soporte de manera que cubren su superficie dejando aberturas entre los elementos de pantalla térmica adyacentes, con un número de elementos de sujeción con los cuales se sujetan los elementos de pantalla térmica en la estructura de soporte y que presentan una sección de apriete que engancha en los elementos de pantalla térmica, y con un sistema de refrigeración para refrigerar los elementos de sujeción. Además, la presente invención hace referencia a un elemento de pantalla térmica, así como a un elemento de sujeción para sujetar un elemento de pantalla térmica en una estructura de soporte.

Las pantallas térmicas se utilizan, por ejemplo, en cámaras de combustión o en tubos de llamas que pueden formar parte de un horno de calcinación, de un conducto de gas caliente o de una turbina de gas, en los cuales se genera o se conduce un medio caliente. Por lo tanto, se revisten con una pantalla térmica, por ejemplo, las cámaras de combustión de turbinas de gas sometidas a grandes cargas térmicas, para la protección ante los esfuerzos térmicos excesivos. La pantalla térmica comprende convencionalmente un número de elementos de pantalla térmica dispuestos en una estructura de soporte de manera que cubra una superficie, los cuales protegen las paredes de la cámara de combustión contra el gas de escape caliente de la combustión. Para no dificultar la dilatación térmica de los elementos de pantalla térmica ante el contacto con los gases de escape calientes de la combustión, dichos elementos se fijan en la estructura de soporte dejando aberturas entre los elementos de pantalla térmica adyacentes.

La patente EP 1 126 221 A1 revela un elemento de pantalla térmica para el revestimiento de una pared de una cámara de combustión de una turbina de gas. El elemento de pantalla térmica comprende un lado caliente y un lado frío, en donde un lado periférico que une el lado caliente con el lado frío, presenta una ranura con una sección de contacto, en donde la sección de material entre la ranura y el lado frío conforma una barra de sujeción. En la ranura engancha un elemento de sujeción para sujetar la pantalla térmica en una estructura de soporte con una cabeza de sujeción y una sección de fijación.

Una pantalla térmica de esta clase en una estructura de soporte se describe, por ejemplo, en la patente EP 0 558 540 B1. En dicha pantalla térmica los elementos de pantalla térmica cerámicos presentan un lado caliente dirigido hacia el gas de escape caliente, un lado frío enfrentado al lado caliente, así como cuatro lados periféricos que unen el lado caliente con el lado frío. Dos lados periféricos opuestos entre sí presentan además ranuras en las que pueden enganchar secciones de apriete de un elemento de sujeción. Los elementos de sujeción presentan una sección de fijación para fijar en la estructura de soporte, así como una cabeza de sujeción con la sección de apriete. Para fijar los elementos de pantalla térmica en la estructura de soporte, las secciones de fijación se fijan en la estructura de soporte, y las secciones de apriete de las cabezas de sujeción se enganchan con las ranuras de los elementos de pantalla térmica.

Los elementos de sujeción se fabrican de metal y presentan propiedades elásticas. Las propiedades elásticas permiten una elasticidad de la cabeza de sujeción ante una dilatación térmica condicionada de los elementos de pantalla térmica, y evita de esta manera la formación de fisuras en los elementos de pantalla térmica o bien, una ruptura de los elementos de sujeción. Además, el efecto de elasticidad permite dentro de ciertos límites una movilidad de los elementos de pantalla térmica en relación con la estructura de soporte.

Para que la dilatación térmica y/o la movilidad de los elementos de pantalla térmica no sean perjudicadas por los elementos de pantalla térmica adyacentes, en la patente EP 0 558 540 B1 se encuentran dispuestos dejando aberturas en relación con los elementos de pantalla térmica adyacentes. Sin embargo, a través de las aberturas puede penetrar gas caliente en dirección hacia los elementos de sujeción metálicos en la pantalla térmica. Dado que los elementos de sujeción metálicos generalmente no se pueden someter a una carga térmica elevada en comparación con los elementos de pantalla térmica cerámicos, las ranuras se barren con aire de refrigeración para evitar una penetración del gas caliente en las ranuras. Dicho barrido conduce a un flujo másico de aire que entra en la cámara de combustión a través de las aberturas, y bloquea de esta manera las aberturas contra la penetración de los gases calientes. Para la refrigeración, a cada elemento de sujeción se asocia un conducto para suministrar un fluido refrigerante. Sin embargo, el bloqueo de las aberturas entre los elementos de pantalla térmica no se realiza de manera uniforme, por lo que se requiere más aire de refrigeración para un bloqueo seguro que el teóricamente necesario para un bloqueo de las ranuras.

El flujo másico de aire necesario para el bloqueo de las ranuras no se encuentra disponible para la combustión, y conduce a una degradación del potencial de minimización NOx. Además, debido a la geometría y a la disposición de los elementos de sujeción, se dificulta una refrigeración efectiva de las cabezas de sujeción sometidas al gas caliente.

En comparación con dicho estado del arte, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar una pantalla térmica en una estructura de soporte, en la cual se pueda realizar una refrigeración ventajosa de los elementos de sujeción que sujetan los elementos de la pantalla térmica.

Otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar en una estructura de soporte un elemento de sujeción ventajoso para sujetar un elemento de pantalla térmica que presenta, al menos, una ranura.

Además, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un elemento de pantalla térmica que permita de manera ventajosa una refrigeración de un elemento de sujeción que sujeta el elemento de pantalla térmica.

El primer objeto se resuelve mediante una pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 10, el segundo objeto se resuelve mediante un elemento de sujeción de acuerdo con la reivindicación 1, y un tercer objeto se resuelve mediante un elemento de pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 7. Las reivindicaciones relacionadas comprenden acondicionamientos ventajosos de la presente invención.

Un elemento de sujeción conforme a la presente invención para sujetar en una estructura de soporte un elemento de pantalla térmica que presenta, al menos, una ranura, comprende una cabeza de sujeción que presenta una sección de apriete conformada de manera apropiada para enganchar en la ranura del elemento de pantalla térmica, y una sección de fijación conformada de manera apropiada para fijar el elemento de sujeción en la estructura de soporte. En el elemento de sujeción conforme a la presente invención se encuentra dispuesto en la sección de fijación, al menos, un orificio de paso y se conforma de manera que en la sección de fijación fijada en la estructura de soporte, se pueda suministrar directamente un fluido refrigerante desde la estructura de soporte hacia la sección de apriete a través del orificio de paso.

El suministro directo del fluido refrigerante hacia la sección de apriete del elemento de sujeción permite la refrigeración efectiva de dicha sección, sin la necesidad de bloquear forzosamente con aire de bloqueo la abertura completa entre los elementos de pantalla térmica adyacentes.

En un acondicionamiento de la presente invención que permite un consumo de aire de bloqueo particularmente reducido, y en el cual la sección de apriete presenta una superficie caliente dirigida hacia un medio caliente, y una superficie fría opuesta a la superficie caliente, el orificio de paso se encuentra dispuesto de manera tal que el fluido refrigerante se pueda suministrar hacia la superficie fría. De esta manera, el fluido refrigerante suministrado a la superficie fría en primer lugar debe circular por la superficie fría, antes de que pueda penetrar en la abertura entre los elementos de pantalla térmica adyacentes. Durante la circulación por la superficie fría dicha superficie se enfría de manera tal que se logra la misma capacidad de enfriamiento que en el estado del arte con una... [Seguir leyendo]

1. Elemento de pantalla térmica (15) con un lado caliente (17) dirigido hacia un medio caliente, con un lado frío (19) enfrentado al lado caliente (17) , y con lados periféricos (21) que conectan el lado caliente (17) con el lado frío (19) , en donde en, al menos, un lado periférico (21) se conforma una ranura (23) que presenta, al menos, una sección de contacto, en donde la sección de material entre la ranura (23) y el lado frío (19) conforma una barra de sujeción (25) , caracterizado porque la barra de sujeción (25) presenta una entalladura (26) en la zona de la sección de contacto que abre la ranura (23) hacia el lado frío (19) .

2. Elemento de pantalla térmica (15) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las ranuras (23) con las entalladuras (26) que abren la respectiva ranura (23) hacia el lado frío (19) se encuentran en, al menos, dos lados periféricos (21) opuestos entre sí.

3. Elemento de pantalla térmica (15) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por su conformación como un elemento de pantalla térmica cerámico.

4. Elemento de sujeción (1, 101) para sujetar un elemento de pantalla térmica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 (15) en una estructura de soporte (30) que presenta:

- una cabeza de sujeción (7, 107) que presenta una sección de apriete (11, 111) , y

- una sección de fijación (3, 103) conformada de manera apropiada para la fijación del elemento de sujeción (1, 101) en la estructura de soporte (30) ,

caracterizado porque en la sección de fijación (3, 103) se encuentra dispuesto, al menos, un orificio de paso (13, 113) y se conforma de manera que en la sección de fijación (3, 103) fijada en la estructura de soporte (39) , también se pueda suministrar directamente un fluido refrigerante desde la estructura de soporte (30) hacia la sección de apriete (11, 111) a través del orificio de paso (13, 113) .

5. Elemento de sujeción (1, 101) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la sección de apriete (11, 111) presenta una superficie caliente (27, 127) dirigida hacia un medio caliente, y una superficie fría (29, 129) opuesta a la superficie caliente (27, 127) , y el orificio de paso (13, 113) se encuentra dispuesto de manera tal que el fluido refrigerante se pueda suministrar hacia la superficie fría (29, 129) .

6. Elemento de sujeción (1, 101) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el orificio de paso (13, 113) se encuentra dispuesto en la sección de fijación (3, 103) de manera que, al menos, una sección de la superficie fría (29, 129) sea soplada directamente con el fluido refrigerante desde una dirección que comprende un ángulo agudo con las normales de la superficie de la sección soplada.

7. Elemento de sujeción (1, 101) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el orificio de paso (3, 103) se conforma como un orificio longitudinal.

8. Elemento de sujeción (1, 101) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque la sección de apriete (111) presenta una sección transversal longitudinal con una curvatura cuya convexidad se aleja de la sección de fijación (103) .

9. Elemento de sujeción (1, 101) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque la superficie caliente (27, 127) de la sección de apriete (11, 111) presenta un revestimiento termoaislante y/o anticorrosivo y/o antioxidante.

10. Pantalla térmica en una estructura de soporte (30) con

- un número de elementos de pantalla térmica (15) que se encuentran fijados en la estructura de soporte (30) de manera que cubren su superficie dejando aberturas (14) entre los elementos de pantalla térmica (15) adyacentes,

- un número de elementos de sujeción (1, 101) con los cuales se fijan los elementos de pantalla térmica (15) en la estructura de soporte (30) , y que presentan una sección de apriete (11, 111) que engancha en los elementos de pantalla térmica (15) , y

- un sistema de refrigeración (32, 13, 113, 26) para refrigerar los elementos de sujeción (1, 101) ,

caracterizada porque los elementos de pantalla térmica se conforman de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, y los elementos de sujeción se conforman de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 9, en donde el sistema de refrigeración (32, 13, 113, 26) está diseñado de manera tal que durante el funcionamiento se puede suministrar directamente un fluido refrigerante hacia las secciones de apriete (11, 111) de los elementos de sujeción (1, 101) .

11. Pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque el sistema de refrigeración (32, 13, 113, 26) está diseñado de manera que durante el funcionamiento se pueda realizar una refrigeración forzada de las secciones de apriete (11, 111) .

12. Pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque

- el sistema de refrigeración comprende un número de orificios para fluido refrigerante (32) dispuestos en la estructura de soporte, para el soplado de un fluido refrigerante, y

-los elementos de sujeción (1, 101) se encuentran fijados en la estructura de soporte (30) y los elementos de pantalla térmica (15) son sujetados por los elementos de sujeción (1, 101) de manera tal que los orificios de paso (13, 113) de los elementos de sujeción (1, 101) se alineen respectivamente con un orificio para fluido refrigerante (32) de la estructura de soporte (30) y con una entalladura (26) de un elemento de pantalla térmica (15) .

13. Pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de refrigeración comprende adicionalmente un número de orificios para fluido refrigerante (34) que se encuentran dispuestos en la estructura de soporte (30) de manera tal que de dichos orificios salga fluido refrigerante en dirección a las secciones de fijación (3) de los elementos de sujeción (1) .

14. Pantalla térmica de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque el sistema de refrigeración comprende adicionalmente un número de orificios para fluido refrigerante (34) que se encuentran dispuestos en la estructura de soporte (30) de manera tal que el fluido refrigerante que sale de dichos orificios logre una refrigeración forzada de las secciones de fijación (3) .