Turbina de gas e instalación de turbina de gas o de vapor correspondiente.

Turbina de gas (1) con un soporte de palas de guía (16) que está configurado esencialmente en forma de conohueco o en forma de cilindro hueco y que se extienden a lo largo de un eje de máquina y con una pared exteriorsegmentada en dirección circunferencial y/o en dirección axial en segmentos anulares (21),

configuradasesencialmente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco, de una trayectoria de gas caliente en forma deanillo, cuyos segmentos anulares (21) están fijados por medio de una pluralidad de elementos de gancho en el ladointerior del soporte de las palas de guía (16), caracterizada porque los elementos de gancho de al menos uno de lossegmentos anulares (21) están adaptados geométricamente de tal forma que, en el estado fuera de servicio, en elcaso de un corte perpendicularmente al eje de la máquina, la pared exterior que delimita la trayectoria de los gasescalientes presenta un contorno de la sección transversal esencialmente en forma de elipse.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/061936.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HARTMANN, MARTIN, SCHRODER, PETER, BOTTCHER, ANDREAS, BUCHAL,TOBIAS,DR, BENKLER,FRANCOIS, NEUBAUER,Michael, HÜLSMEIER,PATRICIA, KAHLSTORF,UWE, MALDFELD,EKKEHARD, MINNINGER,DIETER, TETERUK,ROSTISLAV, VEITSMAN,VYACHESLAV.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D25/24 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 25/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios no cubiertos en los otros grupos o de un interés no tratado en los mismos. › Carcasas (modificadas para el calentamiento o la refrigeración F01D 25/14 ); Elementos de la carcasa, p. ej. diafragmas, fijación de las carcasas (carcasas para máquinas o motores rotativos en general F16M).
  • F01D25/26 F01D 25/00 […] › Carcasas dobles; Medidas contra las tensiones térmicas en las carcasas.
  • F16M1/04 F […] › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16M BASTIDORES, CARCASAS O BANCADAS PARA MOTORES U OTRAS MAQUINAS O APARATOS, NO ESPECIFICOS PARA UN TIPO PARTICULAR DE MOTOR, MAQUINA O APARATO PREVISTO EN ALGUN LUGAR; APOYOS O SOPORTES.F16M 1/00 Bastidores o carcasas de motores, máquinas o aparatos; Bastidores que sirven de bancadas de apoyo de máquinas. › para motores rotativos o máquinas similares.

PDF original: ES-2426099_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Turbina de gas e instalación de turbina de gas o de vapor correspondiente La invención se refiere a una turbina de gas con un soporte de palas de guía que está configurado esencialmente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco y que se extienden a lo largo de un eje de máquina y con una pared exterior segmentada en dirección circunferencial y/o en dirección axial en segmentos anulares, configuradas esencialmente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco, de una trayectoria de gas caliente en forma de anillo, cuyos segmentos anulares están fijados por medio de una pluralidad de elementos de gancho en el lado interior del soporte de las palas de guía.

Las turbinas de gas se emplean en muchos campos para el accionamiento de generadores o de máquinas de trabajo. En este caso, el contenido de energía de un combustible se aprovecha para la generación de un movimiento de rotación de un árbol de turbina. El combustible se quema a tal fin en una cámara de combustión, siendo alimentado aire comprimido por un compresor de aire. El medio de trabajo generado en la cámara de combustión a través de la combustión del combustible y que está a alta presión y a alta temperatura es conducido en este caso a través de una unidad de turbina conectada a continuación de una cámara de combustión, donde se expande prestando trabajo.

Para la generación del movimiento de rotación del árbol de turbina, en este caso en este árbol están dispuestas una pluralidad de palas de rodadura agrupadas normalmente en grupos de palas o series de palas, que accionan a través de una transmisión de impulso desde el medio de trabajo el árbol de la turbina. Para la conducción de la circulación del medio de trabajo, además, normalmente entre las series de palas de rodadura adyacentes están dispuestas unas palas de guía agrupadas en series de palas de guía, conectadas con la carcasa de la turbina. Estas palas de guía están fijadas en un soporte de palas de guía normalmente en forma de cilindro hueco o en forma de cono hueco.

En el diseño de tales turbinas de gas, adicionalmente a la potencia alcanzable, un objetivo de diseño es normalmente un rendimiento especialmente alto. Se puede conseguir una elevación del rendimiento en este caso, por razones termodinámicas, en principio, a través de una elevación de la temperatura de salida, con la que el medio de trabajo sale desde la cámara de combustión y afluye en la unidad de turbina. En este caso, se pretenden y también se consiguen temperaturas desde aproximadamente 1200 ºC hasta 1500 ºC para tales turbinas de gas.

Sin embargo, a temperaturas tan altas del medio de trabajo los componentes y elementos expuestos a ellas están expuestos a cargas térmicas altas. Por lo tanto, el canal de gas caliente está revestido normalmente a través de los llamados segmentos anulares, que forman secciones axiales de la pared exterior del canal de gas caliente. Estas secciones están fijadas normalmente por medio de elementos de gancho en el soporte de palas de guía, de manera que la totalidad de los segmentos anulares forman en dirección circunferencial lo mismo que el soporte de palas de guía una estructura en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco.

Los componentes de la turbina de gas se pueden deformar a través de diferente dilatación térmica en diferentes estados de funcionamiento, lo que tiene una influencia directa sobre el tamaño de los intersticios radiales entre las palas de guía y la pared exterior del canal de gas caliente. Estos intersticios radiales están dimensionados en la entrada y en la salida de la turbina de diferente forma que en el funcionamiento regular. En la construcción de la turbina de gas, los componentes tales como el soporte de las palas de guía o la pared exterior se pueden dimensionar siempre de tal manera que los intersticios radiales se mantienen suficientemente grandes para que no puedan aparecer daños de la turbina de gas en ningún estado de funcionamiento. Un diseño correspondiente comparativamente amplio de los intersticios radiales conduce, sin embargo, a menoscabos considerables en el rendimiento.

Para solucionar este problema, el documento JP 2005-042612 propone configurar el soporte de las palas de guía de forma refrigerable, con lo que debe evitarse la deformación térmica condicionado con ello. De acuerdo con el documento JP 54-081409, este problema debe solucionarse con varias cámaras de e4xtracción de gas, lo que conduce a una rigidez homogénea de la parte superior y de la parte inferior de la carcasa.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar una turbina de gas, que posibilita un rendimiento especialmente alto manteniendo la seguridad funcional máxima posible.

Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención porque los elementos de gancho de al menos uno de los segmentos anulares de la turbina de gas mencionada al principio están adaptados geométricamente de tal forma que, en el estado fuera de servicio, en el caso de un corte perpendicularmente al eje de la máquina, la pared exterior que delimita la trayectoria de los gases calientes presenta un contorno de la sección transversal esencialmente en forma de elipse.

La invención parte en este caso de la consideración de que sería posible un rendimiento especialmente alto a través de una reducción de los intersticios radiales en el funcionamiento regular, es decir, por ejemplo en el funcionamiento a plena carga. Hasta ahora era necesario un diseño comparativamente grande de los intersticios radiales especialmente porque la turbina se deforma de manera diferente en diferentes estados de funcionamiento. En particular, en este caso, se produce una ovalización de los componentes formados de forma cilíndrica o cónica de la turbina de gas, que debe tenerse en cuenta en el dimensionado de los intersticios radiales. Para posibilitar una reducción de los intersticios radiales en la construcción de la turbina de gas, debería mantenerse, por lo tanto, lo más reducida posible la ovalización en el funcionamiento de la turbina de gas. Esto debería conseguirse por medio de un contorno de la sección transversal adaptado de manera correspondiente de los componentes configurados en forma de con hueco o en forma de cilindro hueco de la turbina de gas en el estado fuera de servicio, es decir, cuando la turbina de gas está refrigerada a temperatura ambiente. Este contorno de la sección transversal debería estar configurado de tal forma que el contorno de la sección transversal que está presente a temperatura ambiente después del montaje de la turbina de gas, conduzca a través de las deformaciones térmicas que se producen en el estado de funcionamiento a un contorno de la sección transversal entonces redondo circular. Esto se puede conseguir adaptando geométricamente los elementos de gancho de al menos uno de los segmentos anulares, de tal forma que en el estado fuera de servicio, en el caso de un corte perpendicularmente al eje de la máquina, la pared exterior que delimita la trayectoria de los gases calientes presenta un contorno de la sección transversal esencialmente en forma de elipse. De acuerdo con ello, las dilataciones térmicas no deben suprimirse, como en el estado de la técnica JP 2005-042612.

Es relativamente fácil fabricar de manera correspondiente los segmentos anulares descritos al principio, como los que la trayectoria de gas caliente está revestida fuera de las palas de rodadura. Los segmentos anulares forman en la sección axial de las palas de rodadura en dirección circunferencial la pared exterior de la trayectoria de gas caliente, que forman en común de esta manera el componente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco, clocado más próximo a las palas de rodadura, de la turbina de gas. Por lo tanto, la sección transversal perpendicular al eje de la máquina de los segmentos anulares que forman la pared exterior de la trayectoria de gas caliente presenta el contorno de la sección transversal en forma de elipse descrito en el estado fuera de servicio.

Los segmentos anulares que forman en la sección axial de las palas de rodadura la pared exterior de la trayectoria de gas caliente están enganchados en este caso normalmente en el soporte de las palas de guía por medio de elementos de gancho. Puesto que el soporte de las palas de guía es un componente relativamente macizo, que presenta una deformación comparativamente fuerte durante el funcionamiento, se determina el contorno de la sección transversal formado por todos los segmentos anulares en el estado de funcionamiento con preferencia a través de la fijación o bien la tensión de los elementos anulares en el soporte de palas de guía y su deformación en el funcionamiento. Por lo tanto, no es absolutamente necesario fabricar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Turbina de gas (1) con un soporte de palas de guía (16) que está configurado esencialmente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco y que se extienden a lo largo de un eje de máquina y con una pared exterior segmentada en dirección circunferencial y/o en dirección axial en segmentos anulares (21) , configuradas 5 esencialmente en forma de cono hueco o en forma de cilindro hueco, de una trayectoria de gas caliente en forma de anillo, cuyos segmentos anulares (21) están fijados por medio de una pluralidad de elementos de gancho en el lado interior del soporte de las palas de guía (16) , caracterizada porque los elementos de gancho de al menos uno de los segmentos anulares (21) están adaptados geométricamente de tal forma que, en el estado fuera de servicio, en el caso de un corte perpendicularmente al eje de la máquina, la pared exterior que delimita la trayectoria de los gases calientes presenta un contorno de la sección transversal esencialmente en forma de elipse.

2. Turbina de gas (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la longitud del eje principal y del eje secundario del contorno de la sección transversal en forma de elipse está seleccionada en cada caso de tal forma que la pared exterior presenta de acuerdo con la deformación térmica que aparece en el estado de funcionamiento, un contorno de la sección transversal esencialmente de forma circular.

3. Turbina de gas (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que los elementos de gancho están adaptados en su longitud radial y/o están dispuestos unos suplementos para diferentes posiciones radiales de los elementos de gancho en una ranura de retención del soporte de palas de guía (16) .

4. Turbina de gas (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende un árbol de turbina (8) con una pluralidad de palas de rodadura (12) dispuestas en la circunferencia, agrupadas en series de palas de rodadura y una instalación de cojinete del árbol de turbina (8) , que está diseñada de tal forma que el árbol de turbina (8) es desplazable a lo largo del eje de turbina (9) .

5. Instalación de turbina de gas y de vapor con una turbina de gas (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4.


 

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