Dispositivo de combustión de una turbina de gas.
Dispositivo (1) de combustión para una turbina de gas que comprende una porción (9) provista de una primera ysegunda paredes (11,
12) provistas de primeros pasajes (14) que conectan la zona entre la primera y segundaparedes (11, 12) al interior del dispositivo (1) de combustión y segundos pasajes (15) que conectan dicha zona entrela primera y segunda paredes (11, 12) al exterior del dispositivo (1) de combustión, en el que entre la primera ysegunda paredes (11, 12) están definidas una pluralidad de cámaras (17), cada una conectada con un primer pasaje(14) y al menos un segundo pasaje (15) y que definen un amortiguador de Helmholtz,
en el que las cámaras (17) están definidas por al menos una primera placa (16) interpuesta entre la primera ysegunda paredes (11, 12),
caracterizado por que las cámaras (17) están definidas por orificios con indentaciones en dicha primera placa.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09169091.
Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.
Nacionalidad solicitante: Suiza.
Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.
Inventor/es: SCHNELL,ALEXANDER,DR, NOIRAY,NICOLAS, REINERT,FELIX, LAUFFER,DIANE, SCHUERMANS,BRUNO.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F23R3/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION. › F23R ELABORACION DE PRODUCTOS DE COMBUSTION A ALTA PRESION O GRAN VELOCIDAD, p. ej. CAMARAS DE COMBUSTION DE TURBINAS DE GAS (aparatos de lecho fluidificado de combustible especialmente adaptados para funcionar a presiones superatmosféricas F23C 10/16). › Cámaras de combustión continua que emplean combustibles líquidos o gaseosos.
PDF original: ES-2400267_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo de combustión de una turbina de gas
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de combustión de una turbina de gas.
En particular, la presente invención se refiere a un sistema de amortiguación de un dispositivo de combustión.
En diferentes realizaciones, el dispositivo de combustión puede ser el primer y/o el segundo dispositivo de combustión de una turbina de gas de combustión secuencial o un dispositivo de combustión de una turbina de gas tradicional (es decir, una turbina de gas que no es una turbina de gas de combustión secuencial) .
Por simplicidad y claridad, a continuación solo se hace referencia a un dispositivo de combustión con recalentamiento (es decir, el segundo dispositivo de combustión de una turbina de gas de combustión secuencial) .
Antecedentes de la invención En las turbinas de gas, durante el funcionamiento, pueden ocurrir fuertes pulsaciones termo-acústicas (es decir, presión) en la cámara de combustión, debido a una combustión incorrecta del combustible (tal como gas o aceite) .
Estas pulsaciones someten a la parte física del dispositivo de combustión y la turbina a fuertes vibraciones mecánicas que podrían dar como resultado el daño de las partes individuales del dispositivo de combustión o la turbina.
Para absorber tales pulsaciones, los dispositivos de combustión normalmente están provistos de amortiguadores, tales como los amortiguadores de Helmholtz.
Los amortiguadores de Helmholtz consisten en una cámara de resonancia que está conectada a través de un tubo de amortiguación al interior de la cámara de combustión (o el medio que rodea la cámara de combustión) .
Cuando el volumen de la cámara, la longitud del tubo y el área del tubo están en una proporción definida entre sí, tal sistema es capaz de amortiguar las pulsaciones acústicas (es decir, las pulsaciones de presión) en una cierta banda de frecuencia.
Los dispositivos de combustión con recalentamiento habituales tienen un amortiguador de Helmholtz con el tubo conectado al interior de la cámara de combustión.
No obstante, puesto que estos sistemas solo tienen un único amortiguador de Helmholtz para cada dispositivo (por lo tanto, el área de amortiguación, correspondiente a la sección transversal del tubo, es muy pequeña cuando se compara con el área total del dispositivo expuesto a pulsaciones acústicas) , su efecto de amortiguación es muy exiguo.
El documento US2005/0229581 desvela un dispositivo de combustión con recalentamiento que tiene un tubo de mezcla seguido de una cámara de combustión; el tubo de mezcla tiene en su panel delantero una pantalla acústica provista de orificios y, paralela a ésta, una placa de choque también provista de orificios.
La pantalla acústica y la placa de choque definen una cámara conectada al interior de la cámara de combustión (a través de los orificios de la pantalla acústica) y al exterior de la cámara de combustión (a través de los orificios de la placa de choque) .
Durante el funcionamiento, el aire (del compresor) pasa a través de los orificios de la placa de choque, choca sobre la pantalla acústica y después entra en la cámara de combustión; esto hace que la pantalla acústica y la placa de choque se enfríen.
Además, la cámara entre la placa de choque y la pantalla acústica define una pluralidad de amortiguadores de Helmholtz de manera que, puesto que una pluralidad de amortiguadores están asociados a cada dispositivo de combustión con recalentamiento, el efecto de amortiguación mejora.
No obstante, este sistema de amortiguación también tiene una pluralidad de inconvenientes.
De hecho, durante el funcionamiento los gases calientes pueden entrar desde la cámara de combustión a la cámara entre la placa de choque y la pantalla acústica y salir de nuevo, volviendo a entrar a la cámara de combustión.
Normalmente, cuando ocurre esto, los gases calientes se recirculan haciéndolos pasar a través de dos orificios adyacentes de la pantalla acústica; este fenómeno es conocido como ingestión.
Si ocurre ingestión, el flujo de aire caliente que se recircula hace que la pantalla acústica y la placa de choque se quemen en muy poco tiempo.
Esto podría evitarse aumentando el aire que entra desde el exterior en la cámara entre la placa de choque y la pantalla acústica a través de los orificios de la placa de choque, aunque esto provocaría que el aire dentro de la cámara de combustión, que no participa en la combustión, aumente y, en consecuencia, aumenten las emisiones de NOx.
Un inconveniente adicional de la ingestión es la desintonización del amortiguador acústico.
De hecho, a medida que aumenta la temperatura en el caso de ingestión de gas caliente, la velocidad del sonido también aumenta en el dispositivo de amortiguación y, para una geometría dada, el intervalo de amortiguación eficaz se desplaza fuera de la frecuencia de pulsación diana. Esto hace que el amortiguador sea acústicamente ineficaz.
Además, como el flujo de aire dentro de la cámara entre la placa de choque y la pantalla acústica no está guiado, la eficacia de enfriamiento no está optimizada; esto hace que diferentes partes de la cámara de combustión se enfríen de diferente manera y funcionen a diferentes temperaturas.
Además, la fabricación es muy difícil.
El documento EP 0 892 216 desvela un dispositivo de combustión con una primera y una segunda pared con primeros pasajes que conectan la zona entre las paredes al interior del dispositivo de combustión y segundos pasajes que conectan la zona entre las paredes al exterior del dispositivo de combustión. El documento EP 0 892 216 desvela también placas entre la primera y segunda paredes para definir cámaras (estructura de panal) que están conectadas al primer y segundo pasajes.
Sumario de la invención Por lo tanto, el objetivo técnico de la presente invención es proporcionar un dispositivo de combustión mediante el cual se eliminen dichos problemas de la técnica conocida.
Dentro del alcance de este objetivo técnico, un objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de combustión que sea fiable y, en particular, que no tenga problemas de ingestión.
Otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de combustión que no esté sometido a desintonización del amortiguador acústico.
Otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de combustión que tenga buena eficacia de enfriamiento, de manera que la temperatura de la cámara de combustión sea más uniforme que en los dispositivos de combustión tradicionales.
El objetivo técnico, junto con estos y otros objetos, se consigue de acuerdo con la invención proporcionando un dispositivo de combustión de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos Otras características y ventajas de la invención resultarán más evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, aunque no exclusiva, del dispositivo de combustión de acuerdo con la invención, ilustrado a modo de ejemplo no limitante en los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo de combustión con recalentamiento;
Las Figuras 2, 3 y 5 son secciones transversales del panel delantero del tubo de mezcla de acuerdo con la invención, en dos realizaciones con cámaras definidas por orificios de paso y una realización definida por orificios ciegos;
La Figura 4 es una sección transversal del panel delantero del tubo de mezcla de acuerdo con una realización que no es parte de la invención, con cámaras definidas mediante orificios ciegos en la primera placa; y
La Figura 6 es una sección transversal del panel delantero del tubo de mezcla de acuerdo con una realización que no es parte de la invención, en una realización diferente con cámaras definidas mediante un espaciador.
Descripción detallada de la invención Con referencia a las figuras, éstas muestran un dispositivo de combustión con recalentamiento para una turbina de gas, indicada de forma global por el número de referencia 1.
Aguas arriba del dispositivo de combustión con recalentamiento se proporciona un compresor seguido de una cámara de combustión y una turbina de alta presión (no mostrada) .
Desde la turbina de alta presión los gases calientes se alimentan al dispositivo 1 de combustión con recalentamiento, donde el combustible se inyecta para ser quemado; de esta manera, una turbina de baja presión expande el flujo quemado procedente del dispositivo 1 de combustión con recalentamiento.
En particular,... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Dispositivo (1) de combustión para una turbina de gas que comprende una porción (9) provista de una primera y segunda paredes (11, 12) provistas de primeros pasajes (14) que conectan la zona entre la primera y segunda paredes (11, 12) al interior del dispositivo (1) de combustión y segundos pasajes (15) que conectan dicha zona entre la primera y segunda paredes (11, 12) al exterior del dispositivo (1) de combustión, en el que entre la primera y segunda paredes (11, 12) están definidas una pluralidad de cámaras (17) , cada una conectada con un primer pasaje (14) y al menos un segundo pasaje (15) y que definen un amortiguador de Helmholtz, en el que las cámaras (17) están definidas por al menos una primera placa (16) interpuesta entre la primera y segunda paredes (11, 12) ,
caracterizado por que las cámaras (17) están definidas por orificios con indentaciones en dicha primera placa.
2. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dichos orificios que definen las cámaras (17) son orificios de paso.
3. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que comprende al menos
una segunda placa (16b) que define al menos un lado de las cámaras (17) y que define también dicho primero y/o 15 segundo pasajes (14, 15) .
4. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que también comprende una tercera placa (16c) acoplada a dicha segunda placa (16b) y que también define dicho primer y/o segundo pasajes (14, 15) .
5. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, para definir al menos
dichos segundos pasajes (15) , la segunda placa (16b) tiene orificios de paso y la tercera placa (16c) tiene ranuras de paso.
6. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dichos orificios que definen las cámaras (17) son orificios ciegos.
7. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dichos segundos 25 pasajes (15) están abiertos hacia el mismo lado de dichas cámaras (17) que los primeros pasajes (14) .
8. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las cámaras (17) de un único dispositivo (1) de combustión tienen las mismas dimensiones.
9. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las cámaras (17) de un único dispositivo (1) de combustión tienen diferentes dimensiones.
10. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que es un dispositivo de combustión con recalentamiento y por que tiene un tubo (2) de mezcla provisto de boquillas (8) y, aguas abajo de dicho tubo (2) de mezcla, una cámara (3) de combustión dispuesta para ser alimentada desde el tubo de mezcla, en el que dicha porción (9) es una porción del tubo de mezcla y/o una porción de la cámara de combustión.
11. Dispositivo (1) de combustión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que cada cámara (17) está 35 conectada a un único segundo pasaje (15) .
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