BR112016012361B1

BR112016012361B1 - Aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR112016012361B1
Application number: BR112016012361-1A
Authority: BR
Inventors: Joshua Tyler Mook; Jason Joseph Bellardi; Ting-Yu Tu
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2021-11-09
Also published as: EP3087322A1; US10190774B2; CN105829802A; EP3087322B1; JP2017502244A; US20170003029A1; WO2015147935A1; CN105829802B; CA2933539A1; CA2933539C; JP6695801B2; BR112016012361A2

Abstract

aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás. a presente invenção refere-se a um aparelho de bocal de combustível (10) para um motor de turbina a gás compreendendo: um elemento de descarga de combustível (24, 52) que tem um orifício de descarga (50, 106) que se comunica com uma conexão de suprimento de combustível (80, 104); uma estrutura de sustentação estática (54, 36); e uma estrutura de suporte flexível em cantiléver (68, 110) que interconecta a estrutura de sustentação (54, 46) e o elemento de descarga de combustível (24, 52), sendo que a estrutura de suporte flexível (68, 110) tem uma primeira extremidade conectada à estrutura de sustentação estática (54, 36), e uma segunda extremidade conectada ao elemento de descarga de combustível (24, 52).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório no U.S. 61/920.018, depositado em 23 de dezembro de 2013, que está atualmente pendente.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a bocais de combustível de motor de turbina a gás e, mais particularmente, a aparelhos para sustentar várias estruturas dentro de bocais de combustível de motor de turbina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Motores de turbina a gás de aeronave incluem um combustor em que combustível é queimado para inserir calor no ciclo do motor. Combustores típicos incorporam um ou mais injetores de combustível cuja função é introduzir combustível líquido para dentro de uma corrente de fluxo de ar de modo que o mesmo possa atomizar e queimar.

[004] Sistemas de combustão de estágio foram desenvolvidos para limitar a poluição, aumentar a eficiência, diminuir custos, aumentar o rendimento de motor, e aprimorar a operabilidade. Em um sistema de combustão em estágios, os bocais do combustor são operáveis para injetar combustível seletivamente através de dois ou mais estágios distintos, em que cada estágio é definido por trajetórias de fluxo de combustível individuais dentro do bocal de combustível. Por exemplo, o bocal de combustível pode incluir um estágio piloto que opera continuamente, e um estágio principal que opera apenas a níveis de alimentação de motor elevados. A vazão de combustível pode ser também variável dentro de cada um dos estágios.

[005] Um bocal de combustível típico é um conjunto complexo que inclui uma ponta de bocal montada em uma haste conectada a uma porção estacionária do motor de turbina a gás. A ponta de bocal inclui tipicamente inúmeros componentes sustentados internamente, que definem pequenas passagens em corte transversal intricadas para o fluxo de ar e combustível. Porções do bocal de combustível são expostas a fluxos de ar de alta temperatura e aquecimento radiante, enquanto outras porções são isoladas de aquecimento e expostas a um fluxo de combustível líquido relativamente resfriado. Em geral, as porções aquecidas e frias devem ser isoladas para evitar estresses térmicos e depósitos de carbono induzidos por calor (isto é, “coqueamento”) nas passagens que contêm combustível.

[006] Ademais, o bocal de combustível inteiro está sujeito a vibração significativa em várias frequências. As estruturas de suporte internas do bocal de combustível precisam ser rígidas o suficiente para evitar a falha por fadiga e comportamento harmônico indesejado, mas também têm alguma submissão de modo a evitar transferência de carga de um componente a outro dentro do bocal de combustível.

[007] Consequentemente, seria desejável ter um bocal de combustível com estruturas internas que são isoladas de modo mecânico e termodinâmico.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Essa necessidade é abordada pela presente invenção, que fornece um bocal de combustível de estágio que incorpora uma ou mais estruturas de suporte flexíveis para fornecer suporte estrutural para outros elementos do bocal de combustível.

[009] De acordo com um aspecto da invenção, um aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás inclui: um elemento de descarga de combustível que tem um orifício de descarga que se comunica com uma conexão de suprimento de combustível; uma estrutura de sustentação estática; e uma estrutura de suporte flexível em cantiléver que interconecta a estrutura de sustentação e o elemento de descarga de combustível, sendo que a estrutura de suporte flexível tem uma primeira extremidade conectada à estrutura de sustentação estática, e uma segunda extremidade conectada ao elemento de descarga de combustível.

[010] De acordo com outro aspecto da invenção, o elemento de descarga de combustível, a estrutura de sustentação estática, e a estrutura de suporte flexível formam em conjunto parte de uma única construção monolítica.

[011] De acordo com outro aspecto da invenção, um aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás inclui: uma parede interna anular disposta de modo coaxial ao longo de um eixo geométrico de linha central e que tem um orifício de descarga de combustível em uma primeira extremidade da mesma; uma parede externa anular que circunda a parede interna que interconecta a parede interna e a parede externa se estende em um angulo agudo ao eixo geométrico de linha central une a parede externa em uma junção dianteira que une a parede interna em uma junção traseira e tem um formato arqueado suavemente curvado.

[012] De acordo com outro aspecto da invenção, o braço de suporte é uma estrutura totalmente anular única.

[013] De acordo com outro aspecto da invenção, a parede interna tem um plugue de medição disposto na mesma, sendo que o plugue de medição inclui pelo menos um furo de aspersão em comunicação com o orifício de descarga de combustível disposto de modo coaxial ao longo de um eixo geométrico de linha central e que tem uma galeria de combustível circunferencial no mesmo, e que inclui o arranjo radial de orifícios de combustível que se comunica com a galeria de combustível que interconecta o suporte de anel e o anel de injeção inclui uma porção dianteira que se estende radialmente para fora e para trás a partir do suporte de anel principal que se estende axialmente para trás e radialmente para dentro a partir de uma extremidade externa da porção dianteira está em cantiléver a partir do suporte de anel principal por meio dos braços de suporte que são fornecidos.

[014] De acordo com outro aspecto da invenção, o braço de suporte é uma estrutura totalmente anular única.

[015] De acordo com outro aspecto da invenção, uma extremidade dianteira do braço de suporte se une ao suporte de anel em uma junção dianteira que se une ao anel de injeção em uma junção traseira e tem um formato arqueado suavemente curvado.

[016] De acordo com outro aspecto da invenção, o braço de suporte tem uma espessura máxima na junção traseira que se comunica com o anel de injeção que inclui: uma primeira porção que se estende em uma direção geralmente radial; uma segunda porção que é arqueada e se envolve ao redor do suporte de anel que é axial e se conecta ao anel de injeção que circunda o anel de injeção que tem uma superfície exterior geralmente cilíndrica que se estende entre as extremidades dianteira e traseira que atravessam a superfície exterior disposta dentro do corpo externo para definir uma trajetória de fluxo secundário que é alinhado a um dos poços de aspersão dispostos dentro do corpo externo que inclui uma garganta de diâmetro mínimo disposta dentro do corpo interno, um divisor anular disposto dentro da bomba venturi que se estende entre a bomba venturi e o divisor disposto dentro do divisor que se estende entre o divisor e o injetor de combustível piloto operável para suprir um fluxo de combustível líquido em vazões variadas; um conduto de combustível piloto acoplado entre o sistema de combustível e o injetor de combustível piloto acoplado entre o sistema de combustível e o anel de injeção (24).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] A invenção pode ser mais bem entendida pela referência à descrição a seguir, feita em conjunto com as Figuras de desenho anexas, nas quais:

[018] a Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um bocal de combustível de motor de turbina a gás construído de acordo com um aspecto da presente invenção;

[019] a Figura 2 é uma vista ampliada de uma porção do bocal de combustível mostrada na Figura 1, que mostra um piloto da mesma;

[020] a Figura 3 é uma vista ampliada de uma porção do bocal de combustível mostrada na Figura 1, que mostra um anel de injeção principal da mesma;

[021] a Figura 4 é uma vista em perspectiva esquemática de um conduto de combustível e anel de injeção principal do bocal de combustível mostrado na Figura 1, com outras estruturas do bocal de combustível removidas; e

[022] a Figura 5 é uma vista em elevação frontal da estrutura mostrada na Figura 4.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[023] Em geral, a presente invenção fornece um bocal de combustível de estágio que incorpora uma ou mais estruturas de suporte flexíveis para fornecer suporte estrutural para outros elementos do bocal de combustível. Conforme usado na presente invenção, o termo “estrutura de suporte flexível” se refere, em geral, a uma estrutura que exibe flexibilidade e resiliência atribuíveis a seu formato e tamanho físico, e se refere, em geral, a estruturas alongadas relativamente finas. O propósito da estrutura de suporte flexível é fornecer suporte físico para uma estrutura anexada enquanto mantém estresses na estrutura de suporte em níveis aceitáveis durante várias condições de operação, especialmente durante mudanças de temperatura. Um termo alternativo para “estruturas de suporte flexíveis” é “estrutura de suporte adaptada ao estresse”. Os princípios da presente invenção também poderiam ser aplicados a outros tipos de bocais de combustível, incluindo aqueles que não são de estágio.

[024] Em referência agora às Figuras em que as referências numéricas idênticas denotam os mesmos elementos por todas as várias vistas, a Figura 1 retrata um exemplo de um bocal de combustível 10 de um tipo configurado para injetar combustível de hidrocarboneto líquido em uma corrente de fluxo de ar de um motor de turbina a gás combustor (não mostrado). O bocal de combustível 10 é de um tipo “de estágio”, o que significa que o mesmo funciona de modo a injetar combustível, seletivamente, através de dois ou mais estágios distintos, em que cada estágio é definido por caminhos de fluxo de combustível individuais dentro do bocal de combustível 10. A vazão de combustível pode ser também variável dentro de cada um dos estágios.

[025] O bocal de combustível 10 é conectado a um sistema de combustível 12 de um tipo conhecido, operável para suprir um fluxo de combustível líquido em vazões variantes de acordo com a demanda operacional. O sistema de combustível supre combustível a uma válvula piloto 14 que é acoplada a um conduto de combustível piloto 16, que, por fim, comunica o combustível a um piloto 18 do bocal de combustível 10. O sistema de combustível 12 também abastece combustível a uma válvula principal 20 que é acoplada a um conduto de combustível principal 22, que por sua vez abastece um anel de injeção principal 24 do bocal de combustível 10. No exemplo ilustrado, o conduto de combustível piloto 16 e o conduto de combustível principal 22 são definidos por circuitos de fluxo de combustível coaxiais dentro de um único conduto de combustível 26 que é descrito em mais detalhes abaixo. O bocal de combustível 10 e seus componentes constituintes podem ser construídos a partir de uma ou mais ligas metálicas. Exemplos não limitantes de ligas adequadas incluem ligas à base de níquel e de cobalto.

[026] Para fins descritivos, será feita referência a um eixo geométrico de linha central 28 do bocal de combustível 10 que é, em geral, paralelo a um eixo geométrico de linha central do motor (não mostrado) em que o bocal de combustível 10 seria usado. Partindo do eixo geométrico de linha central 28 e prosseguindo radialmente para fora, os componentes principais do bocal de combustível 10 ilustrado são: o piloto 18, um divisor 30, uma bomba venturi 32, um corpo interno 34, um suporte de anel principal 36, o anel de injeção principal 24 e um corpo externo 40. Cada uma dessas estruturas será descrita em detalhes.

[027] O piloto 18 é disposto em uma extremidade a montante do bocal de combustível 10, alinhado ao eixo geométrico de linha central 28 e conectado a uma carenagem 42.

[028] O piloto 18 ilustrado, visto em mais detalhes na Figura 2, inclui um corpo central piloto 44 axialmente alongado geralmente cilíndrico. Uma extremidade a montante do corpo central piloto 44 define um soquete cilíndrico 46 que é montado a uma ponta cilíndrica 48 da carenagem 42. A mesma pode ser presa à ponta 48 por qualquer método que fornece um encaixe seguro, por exemplo, um encaixe de interferência, ou por brasagem ou soldagem. A extremidade a jusante do corpo central piloto 44 inclui um orifício de descarga divergente e convergente 50 com uma saída cônica.

[029] A estrutura do corpo central piloto 44 inclui uma parede interna anular 52 circundada por uma parede externa anular 54. A parede interna 52 é geralmente cilíndrica e alinhada ao eixo geométrico de linha central 28 e tem uma seção dianteira 56 que define uma perfuração central 58, e uma seção traseira 60 orientada em um angulo agudo à seção dianteira 56. A seção traseira 60 define o orifício de descarga 50.

[030] A parede externa 54 inclui como seção dianteira 62 que define o soquete 46, uma seção central 64 geralmente cilíndrica, e uma seção traseira 66 orientada em um angulo agudo à seção central 64 e que se estende de modo geralmente paralelo à seção traseira 60 da parede interna 52. A parede externa constitui uma “estrutura de sustentação estática”.

[031] Um ou mais braços de suporte interconectam a parede interna 52 e a parede externa 54. No exemplo ilustrado, um único braço de suporte 68 totalmente anular é fornecido. Opcionalmente o mesmo poderia ser configurado como um arranjo anular de braços de suporte individuais (não mostrados). O braço de suporte 68 se estende da junção das seções dianteira e central 62 e 64 da parede externa 54 à seção traseira 60 da parede interna 52. As extremidades dianteira e traseira do braço de suporte 68 se unem à parede externa 54 e à seção traseira 60 da parede interna 52 em junções dianteira e traseira 70 e 72 arqueadas suavemente curvadas, respectivamente. No exemplo ilustrado a curvatura das duas junções é oposta uma em relação à outra. O braço de suporte 68 pode ser disposto em um angulo agudo ao eixo geométrico de linha central 28 conforme ilustrado. Isso permite que os raios de transição das junções dianteira e traseira 70 e 72 sejam maximizados onde for exigido no espaço disponível, ajudando a fornecer à estrutura mudanças mais graduais na rigidez de componente entre a parede externa 54 e o braço de suporte 68, e o braço de suporte 68 e a parede interna 52. Gradientes distribuídos de modo mais uniforme no carregamento mecânico e térmico que flui dentro da estrutura resulta em estresses menos desenvolvidos.

[032] O braço de suporte 68 é um tipo de estrutura de suporte flexível, conforme esse termo é usado na presente invenção. O braço de suporte 68 tem uma espessura transversal relativamente pequena e um comprimento axial relativamente longo (alta razão L/D) que permite que o mesmo desempenhe como um elemento de mola. A parede interna 52, desse modo, está em cantiléver a partir da parede externa 54 por meio do braço de suporte 68, que é rígido, conforme exigido nas condições de alta vibração constatadas durante a operação de motor, mas também, de certo modo, compatível. Durante a operação de motor, a disposição do braço de suporte 68 atenua tanto a transferência de calor quanto a transferência de carga da parede externa 54 (que é exposta ao fluxo de ar de descarga de compressor e é, portanto, relativamente quente) para a parede interna 52 (que é isolada do fluxo de ar e exposta ao fluxo de combustível líquido e é, portanto, relativamente fria).

[033] O braço de suporte 68 é funcionalmente integral com a parede externa 54 e a parede interna 52. Conforme usado na presente invenção, o termo “funcionalmente integral” sugere que o braço de suporte 68 é configurado para interagir mecanicamente e de modo termodinâmico com a parede externa 54 e a parede interna como se todos os três componentes fossem parte de uma única configuração unitária, inteiriça ou monolítica. Por exemplo, juntas mecânicas, ou descontinuidades na composição ou propriedades físicas não estão presentes nas junções dianteira e traseira 70 e 72.

[034] No exemplo ilustrado, a parede interna 52, a parede externa 54 e o braço de suporte 68 formam, em conjunto, parte de um único componente unitário, inteiriço ou monolítico, e podem ser fabricados com o uso de um processo de fabricação que envolve construção em camada por camada ou fabricação aditiva (em oposição à remoção de material assim como processos de usinagem convencionais). Tais processos podem ser referidos como “processos de fabricação rápida” e/ou “processos de fabricação aditiva”, em que o termo “processo de fabricação aditiva” é o termo usado na presente invenção para se referir, em geral, a tais processos. Os processos de fabricação aditiva incluem, porém sem limitação: Fusão Metálica Direta a Laser (DMLM), Fabricação a Laser de Formato Final (LNSM), Sinterização de Feixe de Elétrons, Sinterização a Laser Seletiva (SLS), impressão 3D, tal como por jatos de tinta e jatos a laser, Estereolitografia (SLS), Fusão de Feixe de Elétrons (EBM), Conformação Próxima ao Formato Final via Laser (LENS), e Deposição de Metal Direta (DMD). O uso de um processo de fabricação aditiva é particularmente útil em permitir que o braço de suporte 68, a parede interna 52 e a parede externa 54 sejam formados de acordo com a intenção de um projetista sem limitações de um componente montado de partes individuais, e com pouco trabalho e custos de ferramentaria.

[035] Um plugue de medição 74 é disposto dentro da perfuração central 58 do corpo central piloto 44. O plugue de medição 74 se comunica com um conduto de cruzamento 76 que passa do anel de injeção principal 24 e através da escora 28 ao plugue de medição 74. O plugue de medição 74 inclui furos de transferência 78 que fazem com que combustível flua para um espaço anular de alimentação 80 definido entre o plugue de medição 74 e a perfuração central 58, e também inclui um arranjo de furos de aspersão angulados 82 dispostos para receber combustível do espaço anular de alimentação 80 e medir o fluxo enquanto adiciona um momento tangencial significativo. O turbilhonamento induzido no fluxo por esse componente tangencial a montante do orifício de descarga 50 facilita dispersão uniforme do combustível à medida que o mesmo é injetado no combustor através do orifício de descarga 50. (O plugue de medição 74 com seus furos de transferência 78 e furos de aspersão 82 constitui um elemento de descarga de combustível que tem uma conexão a um suprimento de combustível e um orifício de descarga).

[036] Novamente em referência à Figura 1, o divisor anular 30 circunda o piloto 18. O mesmo inclui, em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 84, uma garganta 86 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 88.

[037] Um turbilhonador de ar interno compreende um arranjo radial de palhetas de turbilhonamento internas 90 que se estende entre a parede externa 54 do corpo central piloto 44 e a seção a montante 84 do divisor 30. As palhetas de turbilhonamento internas 90 são formadas e orientadas de modo a induzir uma turbilhonamento no fluxo de ar que atravessa o turbilhonador de ar interno.

[038] A bomba venturi anular 32 circunda o divisor 30. O mesmo inclui, em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 92, uma garganta 94 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 96. Um arranjo radial de palhetas de turbilhonamento externas 98 que define um turbilhonador de ar externo se estende entre o divisor 30 e a bomba venturi 32. As palhetas de turbilhonamento externas 98, o divisor 30, e as palhetas de turbilhonamento internas 90 sustentam fisicamente o piloto 18 em cooperação com a carenagem 42 as palhetas de turbilhonamento externas 98 são modeladas e orientadas para induzir um turbilhonamento no fluxo de ar que atravessa o turbilhonador de ar externo. A perfuração da bomba venturi 32 define uma trajetória de fluxo para um fluxo de ar piloto, designado, em geral, como “P”, através do bocal de combustível 10. Uma blindagem térmica 100 na forma de uma placa anular que se estende radialmente pode ser disposta em uma extremidade traseira da seção divergente 96. Um revestimento de barreira térmica (TBC) (não mostrado) de um tipo conhecido pode ser aplicado na superfície da blindagem térmica 100 e/ou na seção divergente 96.

[039] O corpo interno anular 34 circunda a bomba venturi 32 e serve como uma blindagem térmica radiante assim como outras funções descritas abaixo.

[040] O suporte de anel principal anular 36 circunda o corpo interno 34. O suporte de anel principal 36 pode ser conectado à carenagem 42 e serve como uma conexão mecânica entre o anel de injeção principal 24 e a estrutura de montagem estacionária tal como uma haste de bocal de combustível, em que uma porção da mesma é mostrada como o item 102. O suporte de anel principal 36 constitui uma “estrutura de sustentação estática”.

[041] O anel de injeção principal 24 que tem forma anular circunda a bomba venturi 32. Conforme observado na Figura 3, o anel de injeção principal 24 é oco e inclui uma galeria de combustível principal circunferencial 104 que é acoplada e suprida com combustível pelo conduto de combustível principal 22. Um arranjo radial de orifícios de combustível principais 106 formado no anel de injeção principal 24 se comunica com a galeria de combustível principal 104. Durante a operação do motor, é descarregado combustível através dos orifícios de combustível principais 106. Uma ou mais galerias de combustível piloto 108 passam rapidamente pelo anel de injeção principal 24 em grande proximidade e adjacentemente à galeria de combustível principal 104. Durante a operação do motor, o combustível circula constantemente através de galerias de combustível piloto 108 durante a operação de motor a fim de resfriar o anel de injeção principal 24 e evitar o coqueamento da galeria de combustível principal 104 e dos orifícios de combustível principais 106. (O anel de injeção principal 24 com sua galeria de combustível principal 104 e principais orifícios de combustível 106 constitui um elemento de descarga de combustível que tem uma conexão a um suprimento de combustível e um orifício de descarga).

[042] O anel de injeção principal 24 é conectado ao suporte de anel principal 36 por um arranjo anular de braços de suporte principais 110. Opcionalmente, os braços de suporte principais 110 poderiam ser configurados como uma estrutura totalmente anular única. Cada um dos braços de suporte principais 110 tem, em geral, formato de L em transversal, com uma porção dianteira 112 que se estende radialmente para fora e para trás a partir do suporte de anel principal 36, e uma porção traseira 114 que se estende axialmente para trás e radialmente para dentro de uma extremidade externa da porção dianteira 112. Os braços de suporte principais 110 podem ser, opcionalmente, circunferencialmente angulados ou purgados e, desse modo, podem ser denominados como sendo helicoidais. As extremidades dianteira e traseira de cada braço de suporte principal 110 unem o suporte de anel principal 36 e o anel de injeção principal 24 em junções dianteira e traseira 116 e 118 suavemente curvadas, respectivamente. No exemplo ilustrado, a curvatura das duas junções é oposta uma em relação à outra.

[043] Conforme visto nas Figuras 4 e 5, os braços de suporte principais 110 são circunferencialmente separados um do outro. Os três braços de suporte principais 110 igualmente separados são mostrados como um exemplo, mas um número maior ou menor poderia ser empregado. A disposição dos braços de suporte principais 110 reduz a transferência de calor ao anel de injeção principal 24 que porta combustível relativamente frio e minimiza a tensão termicamente induzida devido ao diferencial de temperatura entre o anel de injeção principal 24 e o corpo externo 40. Os braços de suporte principais 110 suspendem o anel de injeção principal 24 dentro do corpo externo 40 para manter o anel de injeção principal 24 relativamente resfriado.

[044] Os braços de suporte principais 110 são um tipo de estrutura de suporte flexível, conforme esse tempo é descrito acima. Cada braço de suporte principal 110 tem uma espessura transversal relativamente pequena e um comprimento axial relativamente longo (alta razão de L/D), o que permite que o mesmo desempenhe como um elemento de mola. No exemplo ilustrado, o braço de suporte principal 110 tem uma espessura máxima (medida na direção radial) na junção traseira 118, se afilando em uma espessura mínima na junção dianteira 116. O anel de injeção principal 24, desse modo, está em cantiléver a partir do suporte de anel principal 36 por meio dos braços de suporte principais 110. Durante a operação de motor, a disposição dos braços de suporte principais 110 atenua tanto a transferência de calor quanto a transferência de carga ao anel de injeção principal 24.

[045] No exemplo ilustrado, o anel de injeção principal 24, o suporte de anel principal 36 e os braços de suporte principais 110 formam, em conjunto, parte de um único componente unitário, inteiriço ou monolítico, e pode ser fabricado com a utilização de um processo de fabricação aditiva conforme descrito acima. O uso de um processo de fabricação aditiva é particularmente útil em permitir que o anel de injeção principal 24, o suporte de anel principal 36 e os braços de suporte principais 110 sejam formados de acordo com a intenção de um projetista sem limitações de um componente montado a partir de partes individuais, e com pouco trabalho e custos de ferramentaria.

[046] O corpo externo anular 40 circunda o anel de injeção principal 24, a bomba venturi 32 e o piloto 18, e define a extensão externa do bocal de combustível 10. Uma extremidade dianteira 122 do corpo externo 40 é unida ao alojamento de haste 102 quando montada (consultar a Figura 1). Uma extremidade traseira 124 do corpo externo 40 pode incluir um defletor anular que se estende radialmente 126 que incorpora furos de resfriamento 128 direcionados na blindagem térmica 100. Estendendo-se entre as extremidades dianteira e traseira 122, 124, uma superfície exterior geralmente cilíndrica 130 que, em operação, é exposta a um fluxo de ar misturador, designado, em geral, como “M”. O corpo externo 40 define uma trajetória de fluxo secundário 120, em cooperação com a bomba venturi 32 e o corpo interno 34. O ar que atravessa essa trajetória de fluxo secundário 120 é descarregado através dos furos de resfriamento 128.

[047] Conforme melhor observado na Figura 3 a superfície exterior 130 do corpo externo 40 inclui um arranjo de reentrâncias ou aberturas denominadas como sendo “poços de aspersão” 134 formados na mesma. Cada um dos poços de aspersão 134 é alinhado a um dos orifícios de combustível principais 106 de modo que combustível possa passar dos orifícios 106 do anel principal através da parede externa de corpo principal 40 para injeção ao combustor.

[048] O conduto de combustível 26 é mostrado em mais detalhes nas Figuras 1 e 4. Conforme observado acima, o conduto de combustível 26 ilustrado é de projeto de tubo em tubo concêntrico sendo que o tubo interno serve como o conduto de combustível principal 22 e o tubo externo serve como o conduto de combustível piloto 16. Um fio enrolado de modo espiralado 136 de um tipo conhecido mantém o espaçamento do espaço anular entre os dois tubos. A condução do fio enrolado 136 é estabelecida para definir uma trajetória de fluxo específico dentro desse espaço anular com a área eficaz necessária para gerar uma velocidade de fluxo desejada e transferência de calor com queda de pressão aceitável. Outros tipos de condutos de combustível de múltiplos circuitos são conhecidos (por exemplo, condutos transversais planos ou ovais com circuitos de combustível lado a lado). Esses tipos de configurações de múltiplos circuitos podem ser substituídos pelo coaxial projetado ilustrado na presente invenção.

[049] O conduto de combustível 26 inclui uma primeira porção 138 que é, em geral, radial, uma segunda porção 140 que é arqueada e se envolve ao redor do suporte de anel principal 36, e uma terceira porção 142 que é axial e se conecta ao anel de injeção principal 24. Durante a operação de motor, o crescimento térmico da haste 102 e do bocal 10 tende a proporcionar mudanças na posição estática do bocal de combustível 10 em relação às estruturas estacionárias às quais os mesmos são montados como uma função de temperatura e distância da montagem. O formato curvado da segunda porção 140 fornece flexibilidade para causar esse movimento relativo sem causar estresses nos componentes aos quais a mesma é anexada.

[050] Dentro do anel de injeção principal 24, passagens internas (não mostradas) são dispostas de modo que o conduto de combustível piloto 16 se comunique com a galeria de combustível piloto 108 e o conduto de combustível principal 22 se comunique com a galeria de combustível principal 104. As galerias de combustível piloto 108, por sua vez, se conectam ao conduto de cruzamento 76 que alimentam o piloto 18.

[051] O bocal de combustível 10 ilustrado e descrito em uma realização da presenção invenção pode ser um conjunto de várias partes ou elementos. Alternativamente, toda ou uma porção do bocal de combustível 10 ou menos subconjuntos ou componentes podem ser de configuração unitária, inteiriça ou monolítica, e podem ser fabricados com a utilização de um processo de fabricação aditiva conforme descrito acima.

[052] A invenção descrita acima tem várias vantagens sobre o estado da técnica. A mesma fornece um meio para sustentar mecanicamente estruturas dentro de um bocal de combustível enquanto isola mecânica e termicamente essas estruturas de outras partes do bocal de combustível. Isso reduzirá os estresses térmicos e mecânicos no bocal de combustível e também ajuda a evitar o coqueamento em pequenas passagens que contêm combustível.

[053] O que foi dito anteriormente descreveu um bocal de combustível de motor de turbina a gás. Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e Figuras anexas) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo aqui revelado podem ser combinados em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos alguns dentre os tais recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivos.

[054] Cada recurso revelado neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos) pode ser substituído por recursos alternativos que satisfaçam um mesmo propósito ou um propósito equivalente ou semelhante, a menos que seja expressamente indicado de outro modo. Portanto, a menos que seja expressamente indicado de outro modo, cada recurso revelado é apenas um exemplo de uma série genérica de recursos equivalentes ou semelhantes.

[055] A invenção não se restringe aos detalhes das realizações supracitadas. A invenção se estende a quaisquer recursos inovadores ou combinações inovadoras de recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), ou a qualquer etapa inovadora ou qualquer combinação inovadora de etapas de qualquer método ou processo então revelado. LISTA DE PARTES P fluxo de ar piloto M trajetória de fluxo de misturador 10 bocal de combustível 12 sistema de combustível 14 válvula piloto 16 conduto de combustível piloto 18 piloto 20 válvula principal 22 conduto de combustível principal 24 anel de injeção principal 26 conduto de combustível 28 eixo geométrico de linha central 28 30 divisor 32 bomba venturi 34 corpo interno 36 suporte de anel principal 40 corpo externo 42 carenagem 44 corpo central piloto 46 soquete 48 ponta 50 orifício de descarga 52 parede interna 54 parede externa 56 seção dianteira 58 buraco central 60 seção traseira 62 seção dianteira 64 seção central 68 braço de suporte 70 junção dianteira 72 junção traseira 74 plugue de medição 76 conduto de cruzamento 78 furos de transferência 80 espaço anular de alimentação 82 furos de aspersão 84 seção a montante 86 garganta 88 seção a jusante 90 palhetas de turbilhonamento 92 seção a montante 94 garganta 96 seção divergente 98 palhetas de turbilhonamento externas 100 blindagem térmica 102 haste de bocal de combustível 104 galeria de combustível principal 106 orifícios de combustível principal 108 galerias de combustível piloto 110 braços de suporte piloto 112 porção dianteira 114 porção traseira 116 junção dianteira 118 junção traseira 120 trajetória de fluxo secundário 122 extremidade dianteira 124 extremidade traseira 126 defletor 128 furos de resfriamento 130 superfície exterior 134 poços de aspersão 136 fio em espiral 138 primeira porção 140 segunda porção 142 terceira porção

Claims

1. APARELHO DE BOCAL DE COMBUSTÍVEL PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, caracterizado por compreender: um anel de injeção anular (24) disposto de modo coaxial ao longo de um eixo geométrico de linha central (28) e que tem uma galeria de combustível circunferencial (104) no mesmo, e que inclui um arranjo radial de orifícios de combustível (106) que se comunicam com a galeria de combustível (104); um suporte de anel principal anular (36) disposto de modo coaxial ao longo do eixo geométrico de linha central (28) e de modo radial para fora do anel de injeção anular (24); um braço de suporte (110) que interconecta o suporte de anel (36) e o anel de injeção (24), em que o braço de suporte (110) inclui uma porção dianteira (112) que se estende radialmente para fora e traseira a partir do suporte de anel principal (36), e uma porção traseira (114) que se estende axialmente para trás e radialmente para dentro a partir de uma extremidade externa da porção dianteira (112), em que o anel de injeção (24) está em cantiléver a partir do suporte de anel principal (36) por meio dos braços de suporte (110).

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um arranjo de braços de suporte (100) circunferencialmente separados ser fornecido.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo braço de suporte (110) ser uma estrutura totalmente anular única.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: uma extremidade dianteira do braço de suporte (110) se unir ao suporte de anel (36) em uma junção dianteira (116); uma extremidade traseira do braço de suporte (110) se unir ao anel de injeção (24) em uma junção traseira (118); e cada uma das junções dianteira e traseira (116, 118) ter um formato arqueado suavemente curvado.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo braço de suporte (110) ter uma espessura máxima na junção traseira (118), afilando-se a uma espessura mínima na junção dianteira (116).

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um conduto de combustível (26) que se comunica com o anel de injeção (24), sendo que o conduto de combustível (26) inclui: uma primeira porção (138) que se estende em uma direção geralmente radial; uma segunda porção (140) que é arqueada e se envolve ao redor do suporte de anel (36); e uma terceira porção (142) que é axial e se conecta ao anel de injeção (24).

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: um corpo externo anular (40) que circunda o anel de injeção (24), sendo que o corpo externo (36) tem uma superfície exterior geralmente cilíndrica (130) que se estende entre extremidades dianteira e traseira (122, 124), e que tem uma pluralidade de poços de aspersão (134) que passam através da superfície exterior (130); um corpo interno anular (34) disposto dentro do corpo externo (36), que coopera com o corpo externo (36) para definir uma trajetória de fluxo secundário (120); sendo que cada orifício de combustível (106) é alinhado a um dos poços de aspersão (134).

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por incluir adicionalmente: um corpo interno anular (34) disposto dentro do corpo externo (36); uma bomba venturi anular (32) que inclui uma garganta (94) de diâmetro mínimo disposta dentro do corpo interno (34) um divisor anular (30) disposto dentro da bomba venturi (32); um arranjo de palhetas de turbilhonamento externas (98) que se estende entre a bomba venturi (32) e o divisor (30); um injetor de combustível piloto (18) disposto dentro do divisor (30); e um arranjo de palhetas de turbilhonamento internas (90) que se estende entre o divisor (30) e o injetor de combustível piloto (18).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por incluir adicionalmente: um sistema de combustível (12) operável para suprir um fluxo de combustível líquido em diferentes taxas de fluxo; um conduto de combustível piloto (16) acoplado entre o sistema de combustível (12) e o injetor de combustível piloto (18); e um conduto de combustível principal (22) acoplado entre o sistema de combustível (12) e o anel de injeção (24).