BR102022019594A2

BR102022019594A2 - Dispositivo de turbina

Info

Publication number: BR102022019594A2
Application number: BR102022019594-3A
Authority: BR
Inventors: Emilien Durupt; Damien Andreu
Original assignee: Te Connectivity Sensors France
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-04-11
Also published as: JP2023051820A; US20230107317A1; KR20230047013A; CN115898655A; EP4159992A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo de turbina e a um método relacionado para operar um dispositivo de turbina. O dispositivo de turbina (1) compreende um meio de compressão (7), um meio de combustão (9), um meio de controle (33) e um meio de detecção (35) para detecção da umidade do fluido, em que o meio de detecção (35) detecta a umidade do fluido comprimido, e o meio de controle (33) é configurado para controlar o fornecimento de combustível com base na umidade detectada. O dispositivo e o método permitem um melhor controle da temperatura de combustão e uma maior eficiência do combustível.

Description

DISPOSITIVO DE TURBINA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de turbina e a um método de operação de um dispositivo de turbina.

[0002] Os dispositivos de turbina são conhecidos na técnica e são usados para extrair a energia de acionamento da energia liberada em uma reação de combustão de um combustível com um agente oxidante contido em um fluido de operação. Estes dispositivos são implementados em várias aplicações, por exemplo, como parte de motores para acionar aeronaves, veículos motorizados, embarcações marítimas, helicópteros, ou em usinas de energia para acionar os geradores elétricos. Unidades de controle de dispositivos são usadas para controlar as reações de combustão dos referidos dispositivos da turbina. As unidades de controle de dispositivos coletam e processam vários pontos de dados da máquina, como por exemplo, rodadas da turbina por minuto, temperaturas dos dispositivos, pressões dos dispositivos, ou posição da alavanca do acelerador, para controlar os parâmetros de operação dos dispositivos.

[0003] As características do fluido de operação influenciam o funcionamento e o desempenho do dispositivo. Em particular, a composição do fluido de operação pode incluir uma porção de água, o que pode afetar significativamente a energia de acionamento gerada. Por um lado, a água líquida na forma de gotículas ou condensação pode reduzir a eficiência da compressão, a eficiência do ciclo térmico, ou a vida útil das pás do compressor, e interferir na instrumentação da pressão. Por outro lado, a água contida no fluido de operação na forma de vapor modifica as propriedades termodinâmicas do referido fluido. Em particular, modifica a capacidade térmica específica do fluido a pressão constante, que impacta a temperatura resultante da reação de combustão. A temperatura de combustão, por sua vez, determina a energia de acionamento, a eficiência do combustível, bem como a quantidade e a proporção de emissões poluentes da combustão.

[0004] Ao mesmo tempo, muitos dispositivos de turbinas correm o risco de serem sujeitos a oscilações significativas no conteúdo de água do fluido de operação, de acordo com as condições ambientais no local do dispositivo. Para dispositivos de turbinas que usam ar ambiente como fluido de operação, tais oscilações podem geralmente resultar de sazonalidades, flutuações climáticas, mudanças na altitude do dispositivo ou eventualidades meteorológicas.

[0005] Isto apresenta uma dificuldade para o controle da quantidade de combustível fornecido ao meio de combustão para combustão com o fluido de operação. Técnicas convencionais têm procurado remediar esta dificuldade, por exemplo, modelando a umidade com base em valores de temperatura. Entretanto, estas técnicas apresentam limitações inerentes à precisão e confiabilidade da energia de acionamento obtida a partir de um controle de combustível específico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] Em vista do exposto acima, é objetivo da presente invenção propor um dispositivo de turbina com melhor controle de combustível e, assim, maior eficiência de combustível e controle de emissões de combustão.

[0007] Este objetivo é alcançado com o dispositivo de turbina de acordo com a reivindicação 1. Tal dispositivo de turbina compreende um meio de compressão de fluido, um meio de alimentação de combustível para fornecer combustível a um meio de combustão configurado para queimar uma mistura do fluido comprimido e o combustível fornecido, e caracteriza-se ainda por compreender um meio de detecção da umidade do fluido comprimido e um meio de controle configurado para controlar a alimentação do combustível com base na umidade detectada.

[0008] Ao fornecer tais meios de detecção, o conteúdo de água do dispositivo de operação da turbina pode ser determinado com precisão e confiabilidade em um estágio de pós-compressão. Nesta etapa, as propriedades do fluido de operação são relevantes para o controle da combustão. O conhecimento da fração de água permite uma melhor determinação da quantidade de combustível necessária para atingir uma temperatura de combustão desejada e, assim, um melhor controle da energia de saída, da eficiência do combustível e da emissão de poluentes. Os meios de detecção podem tomar a forma de qualquer aparelho com a capacidade de fornecer um sinal de saída em relação direta com um valor representativo da fração de água no fluido de operação, tais como umidade relativa, umidade absoluta, ou similar.

[0009] A detecção direta da umidade do fluido comprimido fornece um valor de umidade que é independente do uso de medidas adicionais ou propriedades físicas. Assim, são necessários menos esforços de implementação e etapas computacionais para determinar o conteúdo de água do fluido de operação de pós-compressão. A determinação da umidade é, portanto, mais confiável e menos propensa a fatores de erro de diluição de precisão.

[0010] De acordo com uma concretização, o meio de detecção pode compreender pelo menos um elemento de detecção capacitiva e/ou resistiva de umidade. As tecnologias de detecção capacitiva e/ou resistiva fornecem detectores com boa precisão, ao mesmo tempo em que são compactos e fáceis de montar. Eles também são adequados para serem integrados em dispositivos de turbinas já projetados.

[0011] Em uma concretização, um meio de detecção de natureza capacitiva pode compreender uma camada dielétrica inorgânica como elemento de detecção. Este tipo de elemento de detecção pode permitir maior durabilidade e resistência aos efeitos químicos do envelhecimento do detector, ao contrário, por exemplo, de elementos de detecção baseados em polímeros orgânicos. Isto é particularmente interessante nos ambientes agressivos que normalmente ocorrem perto de um local de combustão de um dispositivo de turbina. Um ambiente tão agressivo pode resultar de alta temperatura e/ou alta pressão, ou de estresse mecânico por vibração e turbulência de fluxo. Além disso, os detectores baseados em camadas inorgânicas podem fornecer tempos de resposta superiores aos dos dispositivos de detecção de umidade poliméricos convencionais, melhorando assim a eficácia do controle.

[0012] Em uma concretização, os meios de detecção de umidade do dispositivo poderiam incluir eletrodos interdigitados formados sobre a referida camada de detecção dielétrica inorgânica. Este tipo de arranjo de eletrodos pode ser particularmente adequado para uma produção em massa conveniente e econômica.

[0013] Em uma concretização, os meios de detecção podem ser dispostos entre o meio de compressão do fluido e o meio de combustão. Em tal disposição, a umidade do fluido de operação é detectada em seu estado comprimido imediatamente antes da combustão. Ao mesmo tempo, a medida corre menos risco de ser contaminada pelos efeitos da combustão, em particular, a mudança de constituição do fluido de operação resultante da combustão. Esta disposição permitiria assim uma medição especialmente representativa da umidade do fluido de operação para a combustão.

[0014] Em uma concretização, os meios de detecção podem ser configurados para operar a temperaturas que excedam 250°C, de preferência, superiores a 325°C e, ainda mais em particular, superiores a 400°C. Em tal configuração, o meio de detecção é adequado para detectar próximo à combustão, por exemplo, entre a saída de um compressor e a entrada de uma câmara de combustão de um motor, onde tais condições de temperatura tipicamente ocorrem.

[0015] Em uma concretização, os meios de detecção podem ser configurados para operar a pressões que excedam 1500 kPa (15 bar), de preferência, acima de 2000 kPa (20 bar) e, ainda mais em particular, acima de 2500 kPa (25 bar). Em tal configuração, o meio de detecção é adequado para detectar próximo à combustão, por exemplo, entre a saída do compressor e a entrada do combustor, onde tais condições de pressão tipicamente ocorrem.

[0016] O dispositivo inventivo descrito no presente documento pode ser usado para múltiplos propósitos e aplicações. Em uma concretização, o dispositivo de turbina pode ser composto por um motor que inclui ainda um ventilador ou um propulsor. Tal motor poderia acionar um veículo, como um avião, um helicóptero, ou um navio marítimo, com melhor detecção de umidade. Alternativamente, esse motor poderia ser um motor de pistão automotivo equipado com um turboalimentador. Isto poderia reduzir o consumo de combustível e, portanto, os custos operacionais e a autonomia do referido veículo.

[0017] Em uma outra concretização, o dispositivo da invenção descrito no presente documento pode ser incluído em um gerador, por exemplo, como parte de uma usina a gás. Tal gerador pode operar com altos níveis de água no fluido de operação e assim se beneficiar particularmente dos dados precisos de detecção de umidade do fluido de operação após a compressão, a fim de controlar a emissão de poluentes de combustão.

[0018] O objetivo acima mencionado também é abordado fornecendo um método de acordo com a reivindicação 10 de operação de um dispositivo de turbina, em particular, um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, compreendendo as etapas de compressão do fluido, abastecimento de combustível, combustão do fluido comprimido e abastecimento de combustível, caracterizado ainda por incluir as etapas de detecção da umidade do fluido comprimido e de controle do abastecimento do combustível com base na umidade detectada. Este método pode proporcionar um melhor controle do combustível por meio de medições mais representativas da umidade do fluido de operação.

[0019] O referido método pode incluir a detecção da umidade do fluido comprimido entre um meio de compressão e um meio de combustão. Isto prevê a detecção da umidade do fluido em seu estado comprimido antes do estágio de combustão, sendo que a referida detecção corre menos risco de ser contaminada ou comprometida pelos efeitos da combustão, em particular, a mudança de constituição do fluido de operação resultante da combustão. Esta disposição permitiria, portanto, uma medição representativa da umidade do fluido de operação para a combustão.

[0020] Referido método pode incluir a detecção da umidade do fluido comprimido em temperaturas de fluido acima de 250°C, de preferência, acima de 325°C e, ainda mais em particular, acima de 400°C. Da mesma forma, esse método pode incluir ainda a detecção da umidade do fluido comprimido a pressões de fluido acima de 1500 kPa (15 bar), preferencialmente acima de 2000 kPa (20 bar) e, ainda mais em particular, acima de 2500 kPa (25 bar). Como descrito mais acima, a detecção nestas condições pode ser adequada para a detecção próxima ao local de combustão, por exemplo, entre a saída do compressor e a entrada do combustor, onde tais condições típicas ocorrem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Estes, bem como outros objetivos e vantagens da presente invenção, serão mais completamente compreendidos e apreciados pelo estudo cuidadoso da seguinte descrição mais detalhada das concretizações exemplares da invenção atualmente preferidas, tomadas em conjunto com os desenhos que a acompanham, nos quais;

[0022] A Figura 1 mostra uma vista transversal de uma concretização do dispositivo de turbina de acordo com a invenção.

[0023] A Figura 2 mostra uma concretização de um detector para a detecção de umidade de acordo com a invenção.

[0024] A Figura 3 ilustra esquematicamente um exemplo do método de acordo com a reivindicação 10.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0025] A Figura 1 mostra uma vista transversal de uma concretização do dispositivo de turbina de acordo com a invenção. Nesta concretização, o dispositivo de turbina 1 compreende uma nacela 3, uma entrada 5 com um meio de compressão de fluido 7, um meio de combustão 9, uma seção de turbina 11, um bocal 13 e uma saída 15. O dispositivo de turbina 1 ilustrado é um motor a jato, que pode ser designado como turbo-jato de duas palhetas. Entretanto, a invenção pode ser aplicada a qualquer tipo de dispositivo de turbina, como um motor turbofan, motor turbo-hélice, motor turboeixo, um motor automotivo equipado com um turboalimentador ou uma turbina a gás com gerador elétrico. Nesta concretização, o fluido de operação, ou seja, o ar ambiente fornecido pela entrada 5, é submetido a um aumento de pressão por compressão no meio de compressão 7 e um aumento de temperatura por fornecimento de energia térmica no meio de combustão. A expansão do fluido aquecido e pressurizado através da seção de turbina 11 produz torque nos eixos 17 e 19, e a expansão no bocal 13 produz empuxo sobre a nacela 3.

[0026] O meio de compressão 7 acelera o fluido fornecido da entrada 5 e converte a energia cinética resultante em energia potencial de pressão. Ele compreende para um primeiro estágio de compressão um compressor de baixa pressão 21 disposto em um eixo interno de baixa pressão 19, e um compressor de alta pressão 23 disposto em um eixo externo de alta pressão 17 para um segundo estágio de compressão. A taxa de compressão do dispositivo é um parâmetro crítico da eficiência geral do ciclo térmico. As pressões resultantes após a compressão podem exceder 2500 kPa (25 bar).

[0027] O meio de combustão 9 é disposto a jusante do meio de compressão e compreende um combustor 25, que está ligado a um meio de abastecimento de combustível 27. O combustor 25 serve como uma câmara de combustão onde ocorre a reação de combustão. A combustão ocorre entre o fluido comprimido, aqui ar comprimido, e um combustível, exempli gratia querosene, injetado pelo meio de fornecimento de combustível 27. O meio de fornecimento de combustível 27 é responsável pelo fornecimento de combustível ao combustor para a reação de combustão. O meio de fornecimento de combustível 27 pode extrair combustível através de um link de fluxo de um reservatório de combustível (não mostrado) e fornecê-lo ao combustor 25 através de um injetor de combustível (não mostrado). O meio de combustão 9 pode ainda incluir meios de difusão, meios de redemoinhos, meios de ignição, etc., que não estão representados na Figura 1.

[0028] A seção de turbina 11 a jusante do meio de combustão 9 compreende uma turbina de baixa pressão 29 e uma turbina de alta pressão 31. A turbina de baixa pressão 29 e o compressor de baixa pressão 21 são montados no eixo comum de baixa pressão 19. A turbina de alta pressão 31 e o compressor de alta pressão 23 são montados no eixo externo de alta pressão separado 17 coaxialmente alinhado sobre o eixo de baixa pressão 19. À medida que os eixos 17 e 19 giram mecanicamente independentemente, os compressores de baixa e alta pressão 21 e 23 são acionados por turbinas separadas 29 e 31 respectivamente, o que permite maiores taxas de compressão, evitando problemas de estabilidade a baixas taxas de fluxo.

[0029] O dispositivo de turbina compreende ainda um meio de controle 33. Tipicamente, o meio de controle 33 toma a forma de um computador digital chamado unidade de controle eletrônico (ECU). Entretanto, os meios de controle podem compreender qualquer combinação de meios digitais, hidromecânicos, eletrônicos ou outros. A ECU pode ser integrada em um sistema de controle maior, tal como um sistema de Controle Eletrônico Digital de Autoridade Total (FADEC), que controla todos os aspectos de um veículo. O meio de controle 33 é usado para controlar o meio de fornecimento de combustível 27.

[0030] De acordo com a invenção, o dispositivo de turbina 1 compreende ainda um meio de detecção 35 para detecção de umidade. Nesta concretização da Figura 1, o meio de detecção 35 para detectar umidade é um detector de umidade colocado em uma superfície interna da nacela 3 entre o meio de compressão 7 e o meio de combustão 9. O meio de detecção, entretanto, também poderia estar posicionado de forma diferente, por exemplo, em uma superfície do eixo externo 17, ou entre o compressor de baixa pressão 21 e o compressor de alta pressão 23, ou adjacente à entrada do combustor 25, ou dentro do meio de combustão 9 adjacente a um invólucro de combustor 25.

[0031] Em uma concretização preferida, o meio de detecção 35 compreende um elemento de detecção capacitivo e/ou resistivo. Estes elementos de detecção experimentam uma mudança na capacitância e/ou de acordo com o vapor de água e este efeito pode ser usado para determinar a umidade. Este tipo de meio de detecção proporciona boa precisão, ao mesmo tempo em que é compacto e fácil de montar. Assim, é particularmente adequado para ser integrado em dispositivos de turbinas já projetadas e atualmente fabricadas. Os meios de detecção podem usar películas finas porosas ou não porosas, inorgânicos, metálicos ou nanoestruturados como elementos de detecção.

[0032] A Figura 2 ilustra tal detector de umidade que pode ser usado como meio de detecção de umidade 35 para detecção de umidade em uma concretização preferencial. O detector compreende um elemento de detecção capacitivo 41 na forma de uma camada dielétrica inorgânica e fornece tempos de resposta de detecção rápidos de subssegundos, bem como alta resistência a ambientes agressivos. Assim, o detector de camada dielétrica inorgânica da Figura 2 é adequado para os ambientes agressivos que ocorrem após a compressão e/ou próximo à combustão, do dispositivo de turbina 1. Em particular, referidos detectores podem ser configurados para operar a temperaturas acima de 400°C e pressões acima de 2500 kPa (25 bar) encontradas nos referidos ambientes pós-compressão. Exemplos de tais detectores são descritos no EP 3 495 807 A1 ou EP 3 584 570 A1, sua descrição sendo incluída ao presente documento por referência.

[0033] Em um refinamento adicional da concretização anterior, a referida camada dielétrica inorgânica 41 pode ser disposta com eletrodos interdigitados 43a, 43b, como mostrado na Figura 2. Este tipo de combinação pode ser conveniente e rentável, produzido em massa com técnicas comuns de fabricação de semicondutores industriais ou de microfabricação de alto rendimento. A EP 3 812 754 A1 fornece um exemplo de tal detector, cuja descrição é incorporada por referência.

[0034] O meio de detecção 35 fornece um sinal de saída 37, que pode tomar forma elétrica, mecânica, eletromagnética ou qualquer outra forma concebível, e é retransmitido para os meios de controle 33 como mostrado na concretização da Figura 1. O meio de controle 33 recebe uma entrada 37 na forma de um sinal representativo da umidade do fluido de operação do meio de detecção 35, e controla o fornecimento de combustível por meio de um sinal de saída 39 como uma alavanca de regulação do fluxo de combustível, por exemplo, usando um sinal destinado a uma bomba de pressão injetora de combustível (não mostrada). O meio de controle 33 determina a quantidade de combustível a ser fornecida para a combustão, e pode determinar ainda mais o modo e a localização do fornecimento de combustível.

[0035] Tipicamente, o meio de controle leva em conta vários dados de entrada para determinar a quantidade de combustível a ser injetada. De acordo com a invenção, o meio de controle 33 leva em conta um valor preciso de umidade do fluido de operação comprimido do meio de detecção 35. Isto é geralmente benéfico para o controle de um ou mais parâmetros do dispositivo, pois o conteúdo de água do fluido de operação influencia suas propriedades físicas primárias, tais como peso molecular e densidade. Em particular, o conteúdo de água determina a capacidade térmica específica à pressão constante do fluido de operação e, consequentemente, a quantidade de calor que deve ser fornecida de modo a obter um aumento de temperatura desejado. Uma vez que, no contexto de um dispositivo de turbina moldado termodinamicamente como motor térmico, o fornecimento de combustível destinado a meios de combustão pode ser idealizado como fornecimento de calor, tal medição de umidade do fluido de operação comprimido é particularmente interessante para o controle da reação de combustão. Ao determinar com mais precisão a capacidade térmica específica do fluido de operação, é possível prever com mais precisão a dinâmica da reação de combustão em relação à quantidade de combustível fornecida para a combustão. Assim, é possível um nível mais alto de "afinação" ou calibração das temperaturas de combustão em torno das temperaturas alvo ideais.

[0036] Como uma vantagem particular da presente invenção, o melhor nível de controle das temperaturas de combustão pode permitir a redução das tolerâncias de segurança incluídas nos pontos de projeto de temperatura máxima em relação aos limites metalúrgicos críticos. Como os materiais do dispositivo estão sujeitos a efeitos de fluência, as altas temperaturas podem deformar ou fundir os componentes do dispositivo, em particular, as lâminas metálicas de alta tensão das turbinas 29 e 31 em contato com o fluido de exaustão do meio de combustão aquecido 9. Assim, a resistência à fluência do material e os requisitos de vida útil impõem valores críticos de temperatura que limitam a temperatura máxima permitida e, portanto, a energia máxima de saída. Um melhor nível de controle da temperatura de combustão pode assim aumentar a energia máxima do dispositivo, o que, por sua vez, pode reduzir o consumo específico de combustível do dispositivo.

[0037] Uma vantagem particular adicional extraída diretamente de um melhor controle da temperatura de combustão é obtida com relação às emissões poluentes exauridas do dispositivo de turbina 1. Uma maior eficiência do combustível de uma reação de combustão de hidrocarbonetos implica em menores emissões de gases de efeito estufa, tais como vapor de água e dióxido de carbono, assim como menor emissão de combustível não queimado. Além disso, foi estabelecido que a temperatura de uma reação de combustão de hidrocarboneto-combustível tem uma forte influência na constituição de subprodutos da reação, tais como óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono ou ozônio. Assim, um melhor controle das temperaturas de combustão pode melhorar a realização das metas de emissão de poluentes.

[0038] Deve-se notar que uma grande variedade de configurações de dispositivos e, em particular, de arranjos de meios de compressão 7 e seção de turbina 11, foram concebidos e podem ser aplicados à presente invenção. Concretizações alternativas podem incluir a variação do número de rotores por turbina ou compressor, a adição de mais carretéis de compressor ou de turbina, adição de pás do estator à nacela para compressão, adição de engrenagens para adaptação da transmissão de energia do eixo ou direção, alinhamentos não-axiais da série de fluxo, tecnologias alternativas de compressão como a compressão centrífuga ou de fluxo misto, a adição de um mecanismo de refrigeração para as pás da turbina, de uma seção de pós-turbina pós-queimadores de injeção de água na seção de compressão, de pás variáveis do estator ao meio de compressão, e muito mais.

[0039] Tipicamente, os arranjos de vários eixos podem ser mais adaptados quando são necessárias cargas de velocidade variável e partida fácil, como em veículos. Por exemplo, em uma concretização do dispositivo de turbina 1, o dispositivo de duplo eixo da Figura 1 pode ser arranjado de acordo com a reivindicação 8 para acionar um ventilador montado coaxialmente no eixo interno de baixa pressão 19, como em motores turbofan. Da mesma forma, o dispositivo de turbina pode ser arranjado em outras concretizações para acionar uma hélice, como em turboeixo ou motor turbo-hélice, vantajosamente com uma transmissão de potência adaptável através de uma caixa de engrenagens.

[0040] Um outro arranjo benéfico pode ser concebido de acordo com a reivindicação 9, em que um gerador é alimentado pelo dispositivo de turbina da invenção. Os arranjos de um eixo podem ser mais adaptados aos requisitos de geração de energia estacionária de alta carga de base de tais turbinas terrestres. As rigorosas exigências de baixas emissões impostas aos referidos geradores, embora exigindo uma operação estável, tornam a medição precisa da umidade particularmente útil para o controle preciso da temperatura de combustão.

[0041] Um método de operação de um dispositivo de turbina será agora descrito com referência à Figura 3, de acordo com uma segunda concretização da invenção. Por exemplo, o dispositivo de turbina de acordo com a primeira concretização como ilustrado na Figura 1 pode ser operado de acordo com o método inventivo. Como mostrado na Figura 3, várias etapas são realizadas em sequência. O método começa com a etapa 45 do processo de compressão de um fluido. Por exemplo, um fluido comprimido serve como fluido de operação de um dispositivo de turbina 1, em que referido fluido entra pela entrada 5 e é comprimido pelo meio de compressão 7.

[0042] Na etapa 47 o combustível é fornecido e misturado com o fluido comprimido, de modo a proporcionar condições para que ocorra uma reação de combustão. Por exemplo, um meio de fornecimento de combustível 27 fornece combustível via injeção pressurizada a um combustor 25, onde o referido combustível é misturado com o fluido comprimido. Na etapa 49, referida mistura de fluido e combustível é queimada, por exemplo, em um meio de combustão 9.

[0043] De acordo com a invenção, a umidade do fluido comprimido na etapa 45 é detectada em outra etapa 51. Nesta concretização do método, a etapa 51 de detecção da umidade é realizada entre um meio de compressão e um meio de combustão, como os itens 7 e 9 da Figura 1, portanto dentro de um ambiente bastante agressivo. A detecção ocorre a temperaturas que excedem 400°C e pressões que excedem 2500 kPa (25 bar), como pode ocorrer na operação típica do dispositivo de turbina da concretização da Figura 1.

[0044] Em uma outra etapa 53, a quantidade de combustível fornecida na etapa 47 é controlada de acordo com o conteúdo de umidade detectado na etapa 51. Com este método, o dispositivo de turbina pode ser operado com uma maior precisão no controle da temperatura de combustão. Como descrito na parte anterior relativa ao dispositivo de turbina, operar o controle com base nos valores de umidade detectados proporciona o benefício de permitir um aumento da potência de pico e reduzir o consumo específico de energia do dispositivo.

[0045] Modificações nas concretizações e combinações de concretizações da presente invenção descritas anteriormente são possíveis sem se afastar do escopo da mesma, conforme definido pelo escopo das reivindicações que a acompanham. Expressões como "incluindo", "compreendendo", "consistindo em", "tem", e "é", usadas para descrever e reivindicar a presente invenção, são destinadas a serem interpretadas de forma não exclusiva, ou seja, permitindo que itens, componentes ou elementos não explicitamente descritos também estejam presentes. A referência ao singular também é interpretada como relacionada com o plural.

Numerais de referência:

[0046] 1: Dispositivo de turbina

[0047] 3: Nacela

[0048] 5: Entrada

[0049] 7: Meio de compressão

[0050] 9: Meio de combustão

[0051] 11: Seção de turbina

[0052] 13: Bocal

[0053] 15: Saída

[0054] 17: Eixo externo de alta pressão

[0055] 19: Eixo interno de baixa pressão

[0056] 21: Compressor de baixa pressão

[0057] 23: Compressor de alta pressão

[0058] 25: Combustor

[0059] 27: Meio de fornecimento de combustível

[0060] 29: Turbina de baixa pressão

[0061] 31: Turbina de alta pressão

[0062] 33: Meio de controle

[0063] 35: Meio de detecção para detecção de umidade

[0064] 37: Meio de detecção de sinal de saída

[0065] 39: Sinal de saída do meio de controle

[0066] 41: Elemento de detecção da camada dielétrica inorgânica

[0067] 43a, 43b: Eletrodos interdigitados por detectores

[0068] 45: Compressão de um fluido

[0069] 47: Fornecimento de combustível

[0070] 49: Combustão do fluido comprimido e do combustível fornecido

[0071] 51: Detecção de umidade do fluido comprimido

[0072] 53: Controle do fornecimento de combustível com base na umidade detectada

Claims

Dispositivo de turbina compreendendo:
um meio de compressão de fluido (7) para comprimir o fluido;
um meio de fornecimento de combustível (27) para fornecer combustível a um meio de combustão (9) configurado para queimar uma mistura do fluido comprimido e do combustível fornecido;
caracterizado pelo fato de que compreende ainda um meio de detecção (35) para detectar a umidade do fluido comprimido e um meio de controle (33) configurado para controlar o fornecimento do combustível com base na umidade detectada.
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de detecção (35) compreende pelo menos um elemento de detecção capacitivo e/ou resistivo de umidade (41).
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido elemento de detecção (41) é uma camada dielétrica de detecção inorgânica.
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de detecção compreende pelo menos um par de eletrodos interdigitados (43a, 43b) formados sobre a camada de detecção dielétrica inorgânica.
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de detecção é disposto entre o meio de compressão do fluido (7) e o meio de combustão (9).
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de detecção (35) é configurado para operar a temperaturas acima de 250°C, de preferência, acima de 325°C e, ainda mais em particular, acima de 400°C.
Dispositivo de turbina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de detecção (35) é configurado para operar a pressões acima de 1500 kPa (15 bar), de preferência, acima de 2000 kPa (20 bar) e, ainda mais em particular, acima de 2500 kPa (25 bar).
Motor, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de turbina (1), como definido na reivindicação 7, e de que compreende um ventilador e/ou propulsor canalizado.
Método de operação de um dispositivo de turbina, em particular, um dispositivo de turbina como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, compreendendo as etapas de
- a) comprimir um fluido;
- b) fornecer combustível;
- b) queimar o fluido comprimido e o combustível fornecido caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de d) detectar a umidade do fluido comprimido, e uma etapa de
- e) controlar o fornecimento do combustível com base na umidade detectada.
Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a umidade do fluido comprimido é detectada entre um meio de compressão e um meio de combustão.
Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a umidade do fluido comprimido é detectada em temperaturas de fluido acima de 250°C, de preferência, acima de 325°C e, ainda mais em particular, acima de 400°C.
Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a umidade do fluido comprimido é detectada em pressões de fluido acima de 1500 kPa (15 bar), de preferência, acima de 2000 kPa (20 bar) e, ainda mais em particular, acima de 2500 kPa (25 bar).