Turbina de gas con un álabe de guía.

Turbina de gas (10) con una álabe de guía (20), cuyo álabe de guía (20) está fijado a un portaálabes (38) ycomprende una pala de álabe (22) que se extiende en dirección radial desde una placa de cubierta (21) hacia dentrode un canal de gas caliente (44),

circulando un refrigerante (51) por el interior del álabe de guía (20), cuyorefrigerante entra, por un acceso (43) del portaálabes (38), en una primera cámara impelente (41) dispuesta porencima de la placa de cubierta (21) y desde allí, a través de una entrada (36) prevista en la placa de cubierta (21),en el interior del álabe de guía (20), estando presentes unos primeros medios (34, 35; 35a, 43) para controlar lapresión del refrigerante en la primera cámara impelente (41) y estando presentes unos segundos medios (42, 45, 46)que producen una refrigeración de la placa de cubierta (21) con refrigerante que escapa deliberadamente de laprimera cámara impelente (41), caracterizada por que los primeros medios (34, 35; 35a, 43) están dispuestos en lazona de la primera cámara impelente (41) y por que los primeros medios comprenden un elemento deestrangulación (34) que estrangula la corriente del refrigerante a través de la entrada (36) de la placa de cubierta(21).

Turbina de gas con un álabe de guía.

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la tecnología de las turbinas de gas. Concierne a una turbina de gas con un álabe de guía según el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Las turbinas de gas con combustión secuencial son conocidas y han dado buenos resultados en su explotación industrial. Una turbina de gas de esta clase, que se ha dado a conocer en los círculos especializados como GT24/26, parte, por ejemplo, de un artículo de Joos, F. et al., "Field Experience of the Sequential Combustion System for the ABB GT24/GT26 Gasturbine Family", IGTI/ASME 98-GT-220, 1988, Estocolmo. La figura 1 de este artículo muestra la estructura básica de una turbina de gas de esta clase, habiéndose reproducido la figura 1 de dicho artículo como figura 1 en la presente solicitud. Además, una turbina de gas de esta clase se desprende del documento EP-B1-0 620 362.

La figura 1 muestra una turbina de gas 10 con combustión secuencial en la que están dispuestos a lo largo de un eje 19 un compresor 11, una primera cámara de combustión 14, una turbina de alta presión (HDT) 15, una segunda cámara de combustión 17 y una turbina de baja presión (NDT) 18. El compresor 11 y las dos turbinas 15, 18 son parte de un rotor que gira alrededor del eje 19. El compresor 11 aspira aire y lo comprime. El aire comprimido entra en una cámara impelente y desde allí en quemadores de premezcla, en donde este aire se mezcla con al menos un combustible, específicamente al menos el combustible aportado por la alimentación de combustible 12. Tales quemadores de premezcla se desprenden básicamente del documento EP-A1-0 321 809 o del documento EP-A2-0 704 657. El aire comprimido entra en los quemadores de premezcla, en donde, como se ha indicado más arriba, tiene lugar el mezclado con al menos un combustible. Esta mezcla de combustible/aire entra después en la primera cámara de combustión 14, en la que entra en combustión esta mezcla formando un frente de llama estable. El gas caliente así proporcionado se expande parcialmente con prestación de trabajo en la turbina de alta presión adyacente 15 y entra luego en la segunda cámara de combustión 17, en donde tiene lugar una alimentación de combustible adicional 16. Debido a las altas temperaturas que sigue presentando todavía el gas caliente parcialmente expandido en la turbina de alta presión 15, tiene lugar en la segunda cámara de combustión 17 una combustión que se basa en un autoencendido. El gas caliente recalentado en la segunda cámara de combustión 17 se expande después en una turbina de baja presión 18 de varias etapas.

La turbina de baja presión 18 comprende, dispuestas una tras otra en la dirección de flujo, varias filas de álabes de trabajo y de guía que están dispuestas alternándose. Por ejemplo, los álabes de guía de la tercera fila de álabes de guía en la dirección de flujo están provistos del símbolo de referencia 20' en la figura 1.

A las altas temperaturas del gas caliente de turbinas de gas de la última generación es necesario refrigerar los álabes de guía y de trabajo de la turbina. A este fin, se envía un refrigerante gaseoso (por ejemplo, aire comprimido proveniente del compresor de la turbina de gas o vapor cuando la turbina de gas es parte de una central eléctrica combinada) a través de canales de refrigeración dispuestos en el álabe (discurriendo frecuentemente en forma de serpentinas) y/o se entrega dicho refrigerante hacia fuera en diferentes sitios del álabe a través de aberturas correspondientes (taladros, hendiduras) para formar una película refrigerante (refrigeración en película) especialmente en el lado exterior del álabe. Un ejemplo de un álabe refrigerado de esta clase se encuentra descrito y representado en el documento US-A-5, 813, 835.

Es importante también la refrigeración de las plataformas, especialmente de las placas de cubierta. Por el documento DE-A1-10 2005 013 795 es conocida, por ejemplo, una refrigeración de la placa de cubierta de un álabe de guía de turbina de gas en la que se utilizan taladros de refrigeración especiales y técnicas especiales de refrigeración por rebote. No obstante, tales dispositivos y técnicas de refrigeración requieren un coste de fabricación y montaje relativamente alto.

El documento US-6227798-B1 muestra un álabe de guía de una turbina de gas según el preámbulo de la reivindicación 1 independiente.

Exposición de la invención La invención pretende crear remedios para esto. Por tanto, el cometido de la invención consiste en conseguir y asegurar en el álabe de guía de una turbina de gas una refrigeración eficaz de la placa de cubierta con unos medios sensiblemente más sencillos.

El problema se resuelve con la totalidad de las características de la reivindicación 1. Otras ejecuciones ventajosas de la solución según la invención están definidas en las reivindicaciones subordinadas.

Es esencial para la invención el hecho de que están previstos unos primeros medios para controlar la presión del refrigerante en la primera cámara impelente por encima de la placa de cubierta del álabe de guía y de que están presentes unos segundos medios que producen una refrigeración de la placa de cubierta con un refrigerante que escapa deliberadamente de la primera cámara impelente. Se puede aprovechar así para la refrigeración de la placa de cubierta el medio refrigerante de fuga que escapa deliberadamente antes de que éste se descargue en el canal de gas caliente.

Según una ejecución de la invención, los primeros medios están dispuestos en la zona de la primera cámara impelente, comprendiendo los primeros medios un elemento de estrangulación que estrangula la corriente del refrigerante a través de la entrada de la placa de cubierta, y estando configurado el elemento de estrangulación como una placa que cubre la entrada salvo una o varias aberturas de estrangulación preferiblemente circulares previstas en la placa.

Otra ejecución se caracteriza por que el acceso a la primera cámara impelente está configurado como una abertura de estrangulación. Mediante los dispositivos de estrangulación se pueden ajustar la presión en la primera cámara impelente y la fuga del refrigerante desde la cámara impelente.

Preferiblemente, en el lado superior de la placa de cubierta están conformados a distancia uno de otro dos elementos de fijación sobresalientes hacia fuera, preferiblemente de forma de gancho, para fijar el álabe de guía al portaálabes, estando formada la primera cámara impelente entre los dos elementos de fijación.

En particular, los segundos medios comprenden una segunda cámara impelente que está dispuesta en el lado de un elemento de fijación que queda alejado de la primera cámara impelente, siendo alimentada la segunda cámara impelente desde la primera cámara impelente con refrigerante que escapa de ésta, y estando la segunda cámara impelente unida con el canal de gas caliente a través de unos medios de estrangulación.

Asimismo, las rendijas existentes entre álabes de guía contiguos de una fila de álabes de guía están selladas contra el canal de gas caliente por unas tiras de junta que están introducidas en ranuras de junta correspondientes de las superficies laterales de las placas de cubierta de los álabes de guía, estando configuradas las tiras de junta como medios de estrangulación en la zona de la segunda cámara impelente y estando construidas más cortas y/o sensiblemente más delgadas en la zona de la segunda cámara impelente que las ranuras de junta correspondientes a fin de lograr una acción de estrangulación.

Otra ejecución de la invención se caracteriza por que la segunda cámara impelente está limitada parcialmente por un segmento de acumulación de calor adyacente a la placa de cubierta del álabe de guía en la dirección de flujo de la corriente de gas caliente, y por que entre el segmento de acumulación de calor y la placa de cubierta está dispuesta hacia el canal de gas caliente una rendija escalonada a través de la cual la segunda cámara impelente está unida con el canal de gas caliente.

Breve explicación de las figuras Se explicará seguidamente la invención con más detalle ayudándose de ejemplos de realización en relación con el dibujo. Se han suprimido todos los elementos que no son esenciales para la inmediata comprensión de la invención. Los elementos iguales están provistos de los mismos símbolos de referencia en las diferentes figuras. La dirección de flujo de los medios se ha indicado con flechas. Muestran:

La figura 1, la constitución fundamental de la turbina de gas con combustión secuencial según el estado de... [Seguir leyendo]

1. Turbina de gas (10) con una álabe de guía (20) , cuyo álabe de guía (20) está fijado a un portaálabes (38) y comprende una pala de álabe (22) que se extiende en dirección radial desde una placa de cubierta (21) hacia dentro de un canal de gas caliente (44) , circulando un refrigerante (51) por el interior del álabe de guía (20) , cuyo 5 refrigerante entra, por un acceso (43) del portaálabes (38) , en una primera cámara impelente (41) dispuesta por encima de la placa de cubierta (21) y desde allí, a través de una entrada (36) prevista en la placa de cubierta (21) , en el interior del álabe de guía (20) , estando presentes unos primeros medios (34, 35; 35a, 43) para controlar la presión del refrigerante en la primera cámara impelente (41) y estando presentes unos segundos medios (42, 45, 46) que producen una refrigeración de la placa de cubierta (21) con refrigerante que escapa deliberadamente de la primera cámara impelente (41) , caracterizada por que los primeros medios (34, 35; 35a, 43) están dispuestos en la zona de la primera cámara impelente (41) y por que los primeros medios comprenden un elemento de estrangulación (34) que estrangula la corriente del refrigerante a través de la entrada (36) de la placa de cubierta (21) .

2. Turbina de gas según la reivindicación 1, caracterizada por que el elemento de estrangulación (34) está

configurado como una placa que cubre la entrada (36) salvo al menos una abertura de estrangulación (35, 35a) , preferiblemente circular, prevista en la placa.

3. Turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por que el acceso a la primera cámara impelente (41) está configurado como al menos una abertura de estrangulación (43) .

4. Turbina de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que en el lado superior de la

placa de cubierta (21) están conformados, a distancia uno de otro, unos elementos de fijación (24, 25) sobresalientes hacia fuera, preferiblemente de forma de gancho, para fijar el álabe de guía (20) al portaálabes (38) , y por que la primera cámara impelente (41) está formada entre los dos elementos de fijación (24, 25) .

5. Turbina de gas según la reivindicación 4, caracterizada por que los segundos medios comprenden una segunda cámara impelente (42) que está dispuesta en el lado de un elemento de fijación (25) que queda alejado de la primera 25 cámara impelente (41) , por que la segunda cámara impelente (42) es alimentada desde la primera cámara impelente (41) con refrigerante que escapa de ésta, y por que la segunda cámara impelente (42) está unida con el canal de gas caliente (44) a través de unos medios de estrangulación (45, 46) .

6. Turbina de gas según la reivindicación 5, caracterizada por que las rendijas existentes entre álabes de guía contiguos (20) de una fila de álabes de guía están selladas contra el canal de gas caliente (44) por unas tiras de junta (46) que están introducidas en ranuras de junta correspondientes (26) de las superficies laterales de las placas de cubierta (21) de los álabes de guía (20) , y por que las tiras de junta (46) están configuradas como medios de estrangulación en la zona de la segunda cámara impelente (42) .

7. Turbina de gas según la reivindicación 6, caracterizada por que, para lograr una acción de estrangulación, las tiras de junta (46) están configuradas en la zona de la segunda cámara impelente (42) como más cortas y/o 35 sensiblemente más delgadas que las ranuras de junta correspondientes (26) .

8. Turbina de gas según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada por que la segunda cámara impelente (42) está limitada parcialmente por un segmento de acumulación de calor (39) que limita en la dirección de flujo de la corriente de gas caliente (30) con la placa de cubierta (21) del álabe de guía (20) , y por que entre el segmento de acumulación de calor (39) y la placa de cubierta (21) está dispuesta hacia el canal de gas caliente (44) una rendija escalonada (45) a través de la cual la segunda cámara impelente (42) está unida con el canal de gas caliente (44) .