Disposición de quemador.

Disposición de quemador con

- un anillo de distribución de combustible (27),

- varias toberas de combustible (29) que, en la dirección de flujo, están montadas sobre el anillo dedistribución de combustible (27),

- en donde el anillo de distribución de combustible (27) presenta en la dirección de flujo una superficie anular(54),

- en donde el anillo de distribución de combustible presenta un lado interno exterior (56) dirigido hacia elcentro del anillo y un lado externo exterior (58) opuesto, caracterizada porque se dispone de al menos unarendija (60) sobre la superficie (54) entre las toberas de combustible (29), y en donde la al menos unarendija (60) se extiende sobre la superficie (54) desde el lado externo (58) hasta el lado interno (56), y endonde está dispuesta al menos una escotadura (66) sobre la superficie (54) y la al menos una escotadura(66) comprende parcialmente también el lado exterior (58) del distribuidor de combustible (27).

Disposición de quemador

La presente invención se refiere a una disposición de quemador y en especial a una disposición de quemador para turbinas de gas.

Una turbina de gas comprende como componentes fundamentales un compresor, una turbina con álabes de paleta así como al menos una cámara de combustión. Los álabes de paleta de la turbina están dispuestos como coronas de álabes de paleta sobre un árbol que se extiende casi siempre por toda la turbina de gas, el cual está acoplado a un consumidor, por ejemplo a un generador para generar corriente. El árbol dotado de los álabes de paleta recibe también el nombre de rotor de turbina o rotor. Entre las coronas de álabes de paleta se encuentran coronas de álabes de guiado, que se usan como toberas para conducir el medio de trabajo a través de la turbina.

Durante el funcionamiento de la turbina de gas se alimenta a la cámara de combustión aire comprimido desde el compresor. El aire comprimido se mezcla con un combustible, por ejemplo aceite o gas, y la mezcla se quema en la cámara de combustión. Los gases de escape de combustión calientes se alimentan por último como medio de trabajo a través de una salida de cámara de combustión a la turbina, en donde después de expandirse y enfriarse transmiten un impulso a los álabes de paleta y de este modo producen trabajo. Los álabes de guiado se usan con ello para optimizar la transmisión de impulsos.

Una disposición de quemador normal para turbinas de gas, como la que está descrita en el documento US 6, 082, 111 y como la que se aplica en especial en el caso de las llamadas cámaras de combustión tubulares, presenta por lo general un soporte anular con lanzas de tobera distribuidas uniformemente alrededor del perímetro del anillo. En estas lanzas de tobera están dispuestas aberturas de tobera de combustible, con las que puede inyectarse combustible en un canal de alimentación de aire. Las toberas de combustible representan una etapa principal del quemador, que se usa para generar una llama de pre-mezclado, es decir una llama, en la que se mezclan el aire y el combustible antes del encendido. Para minimizar la formación de NOx en la llama se hacen funcionar quemadores de pre-mezclado con mezclas de aire-combustible más pobres, es decir, con mezclas que contienen relativamente poco combustible.

A través del centro del anillo de distribución de combustible anular se extiende normalmente un quemador piloto, que está configurado como quemador de difusión, es decir, genera una llama en la que el combustible se inyecta directamente en la llama, sin mezclarse previamente con aire. El quemador piloto se usa, aparte de para poner en marcha la turbina de gas, también para estabilizar la llama de pre-mezclado que, para minimizar la expulsión de sustancias dañinas, se hace funcionar con frecuencia en una zona de la relación de mezclado entre aire y combustible que, sin llama piloto de apoyo, podría conducir a inestabilidades de llama.

A elevadas temperaturas de combustión el anillo de distribución de combustible destaca por una vida útil reducida.

Por ello una tarea de la presente invención consiste en poner a disposición una disposición de quemador ventajosa con un anillo de distribución de combustible, que presente una vida útil especialmente elevada. Otra tarea consiste en poner a disposición una turbina de gas ventajosa con una disposición de quemador de este tipo.

Esta tarea es resuelta mediante una disposición de quemador según la reivindicación 1. La tarea referida a la turbina de gas es resuelta mediante la indicación de una turbina de gas según la reivindicación 12. Las reivindicaciones subordinadas contienen configuraciones ventajosas de la invención.

Con ello la disposición de quemador comprende un anillo de distribución de combustible así como varias toberas de combustible que, en la dirección de flujo, están montadas sobre el anillo de distribución de combustible. El anillo de distribución de combustible presenta en la dirección de flujo una superficie anular. Además de esto, el anillo de distribución de combustible presenta un lado interno exterior dirigido hacia el centro del anillo y un lado externo exterior opuesto.

Debido a que alrededor del anillo de distribución de combustible circula aire final de compresor desde fuera, es decir por los dos lados externos respectivos, aunque a una temperatura máxima de 500 ºC, pero en el interior circula a través del mismo combustible frío que en caso extremo solo presenta 20 ºC, se ha descubierto que a causa de esto sobre el anillo de distribución de combustible se producen elevados gradientes térmicos y, ligado a esto, tensiones muy elevadas. Por medio de esto se influye considerablemente en la vida útil de la pieza constructiva. En especial sobre la superficie del anillo de distribución de combustible se producen tensiones elevadas.

Conforme a la invención se dispone a continuación de al menos una rendija sobre la superficie entre las toberas de combustible. Mediante esta rendija de descarga se obtiene una mejor distribución de calor en el material del distribuidor de combustible, con lo que se reducen las tensiones y se ajusta una mayor esperanza de vida. La rendija

de descarga puede variar con ello en profundidad, anchura y longitud y adaptarse al respectivo anillo de distribución de combustible. La al menos una rendija se extiende con ello sobre la superficie desde el lado externo hasta el lado interno. De este modo se cuida la descarga de tensión en una amplia zona superficial. Sobre la superficie se dispone de al menos una escotadura. Mediante la al menos una escotadura se obtiene, sobre todo en conexión a las rendijas, una geometría óptima a través de la cual se produce una mejor distribución de calor en el material del anillo de distribución de combustible. Mediante la mejor distribución de calor ya no se produce ninguna tensión localmente excesiva y pueden alcanzarse los ciclos de vida útil exigidos. La tensión puede reducirse de este modo en esta zona de originalmente más de 950 Mpa a 600 MPa.

La al menos una escotadura comprende parcialmente también el lado externo del anillo de distribución de combustible. En una configuración preferida la al menos una escotadura es fundamentalmente redonda.

En una configuración preferida se dispone de varias toberas de combustible, en donde entre cada tobera de combustible adyacente se dispone de una rendija. De esta forma todo el anillo superficial del anillo de distribución de combustible se recubre de rendijas de descarga.

De forma preferida la al menos una rendija tiene fundamentalmente forma de y. Con ello la al menos una rendija en forma de y comprende dos brazos y una pata, en donde los dos brazos de la rendija fundamentalmente en forma de y están dirigidos hacia el lado externo del anillo de distribución de combustible. Alternativa o adicionalmente, por ejemplo en secuencia alterna, los dos brazos de la rendija fundamentalmente en forma de y pueden estar dirigidos también hacia el lado interno del anillo de distribución de combustible.

La al menos una escotadura puede presentar con ello un radio, en donde el radio se reduce según se mira en la dirección de flujo.

El anillo de distribución de combustible comprende de forma preferida al menos una aleación de níquel, en especial una aleación de níquel-molibdeno o una aleación de níquel-cromo-hierro-molibdeno. Estas aleaciones son especialmente resistentes a altas temperaturas.

El anillo de distribución de combustible comprende de forma preferida en su interior al menos dos canales de combustible para dos etapas de combustión A y B. En una configuración ventajosa los dos canales de combustible comprenden dos conexiones de abastecimiento. Por medio de esto pueden alimentarse combustibles a las toberas de combustible, en cada caso por separado y en función del estado de carga de la máquina.

La disposición de quemador está prevista en especial en una turbina de gas. Se deducen particularidades, características y ventajas adicionales de la presente invención de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución, haciendo referencia a las figuras adjuntas.

La figura 1 muestra una turbina de gas en una representación muy esquematizada,

la figura 2 muestra un quemador de turbina de gas con disposición de quemador en una representación en perspectiva,

la figura 3 muestra un quemador de turbina de gas con disposición de quemador conforme a la invención en una representación en perspectiva,

la figura 4 muestra una disposición de quemador conforme a la invención en corte,

la figura 5 muestra una disposición de quemador conforme a la invención en una vista en... [Seguir leyendo]

1. Disposición de quemador con

- un anillo de distribución de combustible (27) ,

- varias toberas de combustible (29) que, en la dirección de flujo, están montadas sobre el anillo de distribución de combustible (27) ,

- en donde el anillo de distribución de combustible (27) presenta en la dirección de flujo una superficie anular (54) ,

- en donde el anillo de distribución de combustible presenta un lado interno exterior (56) dirigido hacia el centro del anillo y un lado externo exterior (58) opuesto, caracterizada porque se dispone de al menos una rendija (60) sobre la superficie (54) entre las toberas de combustible (29) , y en donde la al menos una rendija (60) se extiende sobre la superficie (54) desde el lado externo (58) hasta el lado interno (56) , y en donde está dispuesta al menos una escotadura (66) sobre la superficie (54) y la al menos una escotadura

(66) comprende parcialmente también el lado exterior (58) del distribuidor de combustible (27) .

2. Disposición de quemador según la reivindicación 1, caracterizada porque se dispone de varias toberas de combustible (29) , en donde entre cada tobera de combustible adyacente (29) se dispone de una rendija (60) .

3. Disposición de quemador según las reivindicaciones 1 - 2, caracterizada porque la al menos una rendija (60) tiene fundamentalmente forma de y.

4. Disposición de quemador según la reivindicación 3, caracterizada porque la al menos una rendija en forma de y comprende dos brazos (4) y una pata (63) , y los dos brazos (62) de la rendija (60) fundamentalmente en forma de y están dirigidos hacia el lado externo (58) del anillo de distribución de combustible (27) .

5. Disposición de quemador según la reivindicación 4, caracterizada porque la al menos una rendija en forma de y comprende dos brazos (4) y una pata (63) , y los dos brazos (62) de la rendija (60) fundamentalmente en forma de y están dirigidos hacia el lado interno (56) del anillo de distribución de combustible (27) .

6. Disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la al menos una escotadura (66) es fundamentalmente redonda.

7. Disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la al menos una escotadura (66) presenta un radio, y el radio se reduce según se mira en la dirección de flujo.

8. Disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el anillo de distribución de combustible (27) comprende al menos una aleación de níquel.

9. Disposición de quemador según la reivindicación 8, caracterizada porque el anillo de distribución de combustible

(27) comprende al menos una aleación de níquel-molibdeno.

10. Disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el anillo de distribución de combustible (27) comprende en su interior al menos dos canales de combustible (41, 42) para dos etapas de combustión A y B.

11. Disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los dos canales de combustible (41, 42) comprenden dos conexiones de abastecimiento (51, 52) .

12. Turbina de gas con una disposición de quemador según una de las reivindicaciones anteriores.