Aparato difusor en una turbomáquina.

Aparato (20) difusor en una turbomáquina (10) que comprende:

una estructura (30) difusora que tiene paredes (32,

34) interna y externa que definen un paso (36) de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través de dicho paso (36), teniendo dicha pared (34) externa secciones (34A, 34B) axiales primera y segunda y una sección (34C) escalonada que une dichas secciones (34A, 34B) axiales primera y segunda; y

una primera estructura (40) de estabilización colocada aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de dicha pared (34) externa para estabilizar una zona de recirculación de gas (Z1) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de pared externa,

en el que dicha estructura (40) de estabilización comprende al menos un tubo (40A) de succión que tiene extremos (40B, 40C) primero y segundo, extendiéndose el primer extremo (40B) a través de dicha segunda sección (34B) axial de pared externa y comunicándose con un área de dicho paso (36) aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de pared externa, extendiéndose el segundo extremo (40C) a través de dicha primera sección (34A) axial de pared externa y comunicándose con un área de dicho paso (36) aguas arriba de dicha sección (34C) escalonada de pared externa, creando los gases que fluyen adyacentes a y a través del segundo extremo (40C) una succión dentro del al menos un tubo (40A) de succión haciendo que una parte de los gases en la zona de recirculación de gas (Z1) independiente se retire mediante succión a través del primer extremo (40B) del al menos un tubo (40A) de succión de modo que se estabiliza la zona de recirculación de gas (Z1) independiente, caracterizado porque

la estructura (30) difusora comprende además al menos un puntal (60) de soporte que se extiende entre dichas paredes (32, 34) interna y externa de dicha estructura (30) difusora y en el que dicho segundo extremo (40C) del al menos un tubo (40A) de succión está colocado adyacente a un lado (60A) aguas abajo del al menos un puntal (60) de soporte de modo que los gases retirados de la zona de recirculación de gas (Z1) independiente se depositan en una zona de estela del al menos un puntal (60) de soporte.

Aparato difusor en una turbomáquina

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense con número de serie 61/084.079, titulada "Carnot diffuser with devices which reduce sensibility to inlet and outlet flow conditions", presentada el 28 de julio de 2008, por Alexander Ralph Beeck.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato difusor en una turbomáquina y, más particularmente, a un aparato difusor tal que comprende una estructura difusora que tiene una sección escalonada y una estructura de estabilización colocada aguas abajo de la sección escalonada para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente.

Antecedentes de la invención

Un motor de turbina de gas combustible convencional incluye un compresor, una cámara de combustión y una turbina. El compresor comprime el aire ambiente. La cámara de combustión combina el aire comprimido con un combustible y enciende la mezcla creando productos de combustión que definen un gas de trabajo. Los gases de trabajo se desplazan hacia a la turbina. Dentro de la turbina hay una serie de filas de álabes estacionarias y palas giratorias. Cada par de filas de álabes y palas se denomina etapa. Normalmente, hay múltiples etapas en una turbina. Las palas giratorias se acoplan a un conjunto de árbol y disco. A medida que los gases de trabajo se expanden a través de la turbina, los gases de trabajo hacen que las palas, y por tanto el conjunto de árbol y disco, giren.

Un difusor puede estar colocado aguas abajo de la turbina. El difusor comprende un conducto cuya área de sección transversal aumenta con la distancia. Debido a su área de sección transversal en aumento, el difusor funciona para desacelerar los gases de escape. Por tanto, la energía cinética de los gases de escape disminuye mientras que aumenta la presión de los gases de escape. Cuanto mayor es la recuperación de presión antes de que los gases de escape salgan del difusor, menor es la presión del gas de escape en la última etapa de turbina. Cuanto menor es la presión en la última etapa de turbina, mayor es la relación de presión por la turbina y mayor es el trabajo desde la turbina. El documento EP 0 035 838 A da a conocer un difusor de turbina típico.

Es deseable producir un gran aumento de presión y una gran disminución de la velocidad de flujo de gas de escape de la entrada a la salida del difusor. La difusión dentro de un difusor puede reducirse cuando el flujo de gas se separa de las paredes de difusor. Por tanto, es deseable minimizar la separación de flujo de gas de las paredes de un difusor.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato difusor en una turbomáquina que comprende una estructura difusora y una primera estructura de estabilización. La estructura difusora incluye paredes interna y externa que definen un paso de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través del paso. La pared externa puede tener secciones axiales primera y segunda y una sección escalonada que une las secciones axiales primera y segunda. La primera estructura de estabilización está colocada aguas abajo de la sección escalonada de la pared externa para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared externa.

En una realización, la estructura de estabilización puede comprender una placa perforada que se extiende radialmente desde y circunferencialmente alrededor de la pared externa y colocada aguas abajo de la sección escalonada de pared externa para estabilizar la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared externa.

En otra realización, la estructura de estabilización puede comprender al menos un tubo de succión que se extiende a través de la pared externa y se comunica con un área del paso aguas abajo de la sección escalonada de pared externa de modo que se estabiliza la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared externa.

La estructura difusora puede comprender además al menos un puntal de soporte que se extiende entre las paredes interna y externa de la estructura difusora y en la que el al menos un tubo de succión se comunica con un área aguas abajo del al menos un puntal de soporte de modo que los gases a alta velocidad aguas abajo del al menos un puntal de soporte generan una succión en el al menos un tubo de succión.

La segunda sección axial de pared externa puede tener un diámetro interno mayor que un diámetro interno de la primera sección axial de pared externa.

La pared interna puede comprender una primera sección axial y una sección escalonada ubicada aguas abajo de la primera sección.

El aparato difusor puede comprender además una segunda estructura de estabilización asociada con la sección escalonada de pared interna para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared interna.

La segunda estructura de estabilización puede comprender, en una realización, una placa perforada colocada adyacente a la sección escalonada de pared interna para estabilizar la zona de reclrculación de gas independiente 10 ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared interna.

En otra realización, la segunda estructura de estabilización puede comprender al menos un amortiguador de Helmholtz asociado con la sección escalonada de pared interna para estabilizar la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada de pared interna.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato difusor en una turbomáquina que 15 comprende una estructura difusora y una estructura de estabilización. La estructura difusora puede tener paredes interna y externa que definen un paso de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través del paso. La pared Interna puede tener una primera sección axial y una sección escalonada ubicada aguas abajo de la primera sección. La estructura de estabilización puede estar asociada con la sección escalonada para estabilizar una zona de 20 recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de la sección escalonada.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una primera realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato 25 difusor construido según una segunda realización de la presente Invención;

la figura 3 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una tercera realización de la presente Invención; y

la figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una cuarta realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

A continuación se describirán realizaciones de un aparato difusor, construido según la presente invención, para su uso en una turbomáquina. Con referencia a la figura 1, la turbomáquina 10 puede comprender un motor de turbina de gas combustible que incluye una carcasa 11 externa, un compresor (no mostrado), una cámara de combustión (no mostrada) y una turbina 12. El compresor comprime aire ambiente. La cámara de combustión combina el aire 35 comprimido con un combustible y enciende la mezcla creando productos de combustión que definen un gas de trabajo. Los gases de trabajo se desplazan a la turbina 12. Dentro de la turbina 12 hay una serie de filas de álabes 14 estacionarias y palas 16 giratorias. Cada par de filas de álabes y palas se denomina etapa. En la figura 1 se ¡lustra una última etapa 12A en la turbina 12. Las palas 16 giratorias están acopladas a un conjunto 18 de árbol y disco. A medida que los gases de trabajo se expanden a través de la turbina, los gases de trabajo hacen que las 40 palas 16, y por tanto el conjunto 18 de árbol y disco, giren. Un árbol o rotor 18A del conjunto 18 de árbol y disco está montado para girar con un cojinete 19, por ejemplo, un cojinete liso. El cojinete 19 está montado en un alojamiento 19A de cojinete estacionario, que, a su vez, está montado en la carcasa externa a través de una pluralidad de... [Seguir leyendo]

1. Aparato (20) difusor en una turbomáquina (10) que comprende:

una estructura (30) difusora que tiene paredes (32, 34) interna y externa que definen un paso (36) de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través de dicho paso (36), teniendo dicha pared (34) externa secciones (34A, 34B) axiales primera y segunda y una sección (34C) escalonada que une dichas secciones (34A, 34B) axiales primera y segunda;

y

una primera estructura (40) de estabilización colocada aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de dicha pared (34) externa para estabilizar una zona de reclrculación de gas (Z-i) Independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de pared externa,

en el que dicha estructura (40) de estabilización comprende al menos un tubo (40A) de succión que tiene extremos (40B, 40C) primero y segundo, extendiéndose el primer extremo (40B) a través de dicha segunda sección (34B) axial de pared externa y comunicándose con un área de dicho paso (36) aguas abajo de dicha sección (34C) escalonada de pared externa, extendiéndose el segundo extremo (40C) a través de dicha primera sección (34A) axial de pared externa y comunicándose con un área de dicho paso (36) aguas arriba de dicha sección (34C) escalonada de pared externa, creando los gases que fluyen adyacentes aya través del segundo extremo (40C) una succión dentro del al menos un tubo (40A) de succión haciendo que una parte de los gases en la zona de recirculación de gas (Z-i) independiente se retire mediante succión a través del primer extremo (40B) del al menos un tubo (40A) de succión de modo que se estabiliza la zona de recirculación de gas (Zi) Independiente, caracterizado porque

la estructura (30) difusora comprende además al menos un puntal (60) de soporte que se extiende entre dichas paredes (32, 34) interna y externa de dicha estructura (30) difusora y en el que dicho segundo extremo (40C) del al menos un tubo (40A) de succión está colocado adyacente a un lado (60A) aguas abajo del al menos un puntal (60) de soporte de modo que los gases retirados de la zona de recirculación de gas (Zi) independiente se depositan en una zona de estela del al menos un puntal (60) de soporte.

2. Aparato (20, 200, 400) difusor según la reivindicación 1, en el que dicha segunda sección (34B, 224B, 424B) axial de pared externa tiene un diámetro interno mayor que un diámetro interno de dicha primera sección (34A, 224A, 424A) axial de pared externa.

3. Aparato (20, 200, 400) difusor según la reivindicación 1, en el que dicha pared (32, 222, 422) interna comprende una primera sección (32A, 222A, 422A) axial y una sección (32B, 222B, 422B) escalonada ubicada aguas abajo de dicha primera sección (32A, 222A, 422A) axial.

4. Aparato (20, 200, 400) difusor según la reivindicación 3, que comprende además una segunda estructura (50, 250, 440) de estabilización asociada con dicha sección (32B, 222B, 422B) escalonada de pared interna para estabilizar una zona de recirculación de gas (Z2, Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (32B, 222B, 422B) escalonada de pared interna.

5. Aparato (400) difusor según la reivindicación 4, en el que dicha segunda estructura (440) de estabilización comprende una placa (442) perforada colocada adyacente a dicha sección (422B) escalonada de pared interna para estabilizar la zona de recirculación de gas (Z2) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (422B) escalonada de pared interna.

6. Aparato (200) difusor según la reivindicación 4, en la que dicha segunda estructura (250) de estabilización comprende al menos un amortiguador (250A, 250B) de Helmholtz asociado con dicha sección (222B) escalonada de pared interna para estabilizar la zona de recirculación de gas (Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (222B) escalonada de pared interna.