BR112017011472B1

BR112017011472B1 - Combustor para uma turbina a gás e método para montar um forro de combustor

Info

Publication number: BR112017011472B1
Application number: BR112017011472-0A
Authority: BR
Inventors: Biharilal JANGID
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2022-09-13
Also published as: KR102445062B1; PL3234468T3; RU2696172C2; RU2017119771A; EP3234468A1; BR112017011472A2; EP3234468B1; RU2017119771A3; WO2016096388A1; KR20170106322A; CN107250673A; US11333361B2; JP2018504572A; BR112017011472A8; US20170350599A1

Abstract

COMBUSTOR PARA UMA TURBINA A GÁS E MÉTODO PARA MONTAR UM FORRO DE COMBUSTOR. Trata- se de um combustor para uma turbina a gás. O combustor compreende um forro de combustor (3), uma placa de medição (7) fixada a uma extremidade do forro de combustor e um envoltório de combustor (5) que circunda pelo menos parcialmente o forro de combustor (3). Uma cobertura de extremidade (18) é conectada adicionalmente ao envoltório de combustor (5). O forro de combustor (3) é conectado ao envoltório de combustor (5) por meio de um retentor (21) disposto entre a placa de medição (7) e a cobertura de extremidade (18), e fixado à placa de medição e na cobertura de extremidade.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, em geral, a aperfeiçoamentos de combustores de turbina a gás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As turbinas a gás tipicamente incluem uma seção de compressor, uma seção de combustor e uma seção de turbina. A seção de compressor pressuriza ar que flui para a turbina a gás. O ar pressurizado descarregado da seção de compressor flui para a seção de combustor, que é geralmente constituída de uma pluralidade de combustores dispostos em torno de um arranjo anular ao redor do eixo geométrico da turbina a gás. Cada um dentre a pluralidade de combustores inclui um forro de combustor, que define a câmara de combustão do combustor. O ar que entra em cada combustor é misturado com combustível e queimado dentro do forro de combustor. Os gases quentes de combustão fluem a partir do forro de combustor através de uma peça de transição para a seção de turbina da turbina a gás para acionar a turbina e gerar potência mecânica.

[003] O forro de combustor é tipicamente localizado de modo concêntrico dentro de um envoltório de combustor e distanciado de modo radialmente para dentro a partir do mesmo. O envoltório de combustor pode compreender uma manga de fluxo. Uma passagem de fluxo de ar anular é definida entre o envoltório de combustor e o forro de combustor. O ar comprimido flui através da passagem de fluxo de ar e entra no forro de combustor através de aberturas de medição fornecidas no mesmo e frequentemente localizadas em uma placa de medição que fecha a câmara de combustão na extremidade da frente da mesma.

[004] De acordo com algumas disposições conhecidas, a fim de montar o forro de combustor no envoltório de combustor, a extremidade frontal do forro de combustor é dotada de uma pluralidade de batentes de forro distanciados circunferencialmente, que engatam e/ou encaixam com um número correspondente de batentes-guia de forro tipicamente fixados ao envoltório de combustor. Como tal, quando o forro de combustor é instalado dentro do envoltório de combustor, os batentes de forro garantem localização radial e axial apropriada do forro de combustor dentro do envoltório de combustor e também impedem que o forro de combustor se mova em uma direção descendente de modo axial (isto é, em direção à peça de transição).

[005] Durante a operação, dinâmicas de combustor e estresses térmicos podem fazer com que o forro de combustor, o envoltório de combustor e outros componentes do combustor vibrem e se movam de outra maneira um em relação ao outro. Isso pode levar à falha dos batentes de forro e/ou dos batentes-guia de forro, resultando, desse modo, em desalinhamento do forro de combustor dentro do envoltório de combustor e/ou dano ao forro de combustor ou envoltório de combustor.

[006] Mais especificamente, os combustores são tipicamente projetados de modo que os mesmos possam se expandir termicamente, de maneira livre, na direção radial bem como axial, para satisfazer exigências de durabilidade. Portanto, uma montagem de combustor é constituída de muitos componentes que estão em contato de deslizamento mútuo, tal como batentes de forro e batentes de envoltório, vedações do tipo hula, tubos de fogo cruzado e colares, queimadores de combustível e colar de turbilhonador, etc. Durante a operação, hardware é submetido a cargas vibratórias tal como oscilações de pressão devido a dinâmicas de combustão, desequilíbrio de rotor e similares. Essas cargas vibratórias fazem com que o combustor vibre, que resulta em movimento relativo nas interfaces de deslizamento. O movimento relativo combinado com carga de alto contato na interface (devido a desalinhamento na montagem, por exemplo) causa perda de material devido a desgaste, que pode progredir adicionalmente e levar à inatividade não planejada.

[007] A fim de consertar os batentes-guia de forro danificados, o combustor precisa ser desativado e pelo menos parcialmente desmontado. O forro de combustor e/ou o envoltório de combustor têm que ser removidos e um funcionário precisa usinar o componente danificado em sítio, ou enviar as partes para outro sítio para reparo resultando em reparos dispendiosos e períodos de inatividade estendidos.

[008] Em uma tentativa de pelo menos aliviar as desvantagens dos sistemas de montagem conhecidos descritos acima, de acordo com outras disposições conhecidas o forro de combustor é sustentado no envoltório de combustor por meio de um retentor anular localizado ao redor do forro de combustor, entre este e o envoltório de combustor. O retentor anular tem propriedades resilientes para limitar os movimentos relativos entre componentes do combustor. O retentor também é produzido de tal modo que ofereça uma solução compacta.

[009] A Figura 1 ilustra uma realização dessa disposição conhecida. Um combustor 400 compreende um forro de combustor 404 disposto de modo substancialmente concêntrico em um envoltório de combustor 406. O forro de combustor tem uma primeira extremidade frontal 404A conectada ao envoltório de combustor 406 e uma segunda extremidade traseira 404B conectada a uma peça de transição 405, que se estende em direção a uma roda de turbina, não mostrada. Os gases de combustão são transportados pela peça de transição 405 a partir do combustor para a roda de turbina, em que os mesmos expandem gerando potência mecânica tornada disponível no eixo de turbina. A primeira extremidade 404A do forro de combustor 404 é fixada a um retentor 402. O retentor 402 envolve a primeira extremidade 404A do forro de combustor 404. O retentor 402 é fixado no envoltório de combustor 406 e configurado para atuar como uma mola entre o forro de combustor 404 e o envoltório de combustor 406.

[010] Mais especificamente, o retentor 402 é constituído de: uma seção 408 para fixar ao exterior do forro de combustor 404, uma seção similar a uma mola 410 e uma seção 412 para fixar ao envoltório de combustor 406. A seção 412 é ensanduichada entre uma seção de flange 414 do envoltório de combustor 406 e um assim chamado tubo de fogo cruzado 416 que se projeta a partir do forro 404 conecta o forro de um combustor ao forro ao combustor adjacente. Os tubos de fogo cruzado permitem que produtos de combustão quentes de um combustor se desloquem através do tubo de fogo cruzado para fornecer uma fonte de ignição no combustor adjacente. Os tubos de fogo cruzado se estendem a partir de um forro para o forro adjacente, que se estende através dos respectivos envoltórios de combustor.

[011] Um queimador 418 é sustentado na placa de extremidade 416. O ar de combustão de pressão alta A entregue pelo compressor da turbina a gás (não mostrada) flui através de uma passagem de fluxo anular entre o forro de combustor 404 e o envoltório de combustor 406, ou uma manga de fluxo conectada ao mesmo e entra na câmara de combustão ligada pelos orifícios atravessantes de forro de combustor 404 em uma placa de medição 420. Por meio do queimador 418, o combustível é entregue na câmara de combustão e queima com o ar, gerando gases de combustão que fluem para a turbina através da peça de transição 405.

[012] O retentor 402 forneceu isolamento eficaz de movimentos vibratórios. Entretanto, ainda há espaço para aperfeiçoamentos, em particular, desde que a facilidade de fabricação e montagem, bem como a redução de cargas de calor e diferenciais de expansão térmica sejam levados em consideração.

[013] Assim, um sistema aperfeiçoado para conectar o forro de combustor ao envoltório de combustor e um método para instalar o forro de combustor ao envoltório de combustor são desejáveis.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[014] É revelado, no presente documento, um combustor para uma turbina a gás que compreende um forro de combustor que tem uma parede lateral que circunda uma câmara de queima e é circundado pelo menos parcialmente por um envoltório de combustor. Em uma extremidade do forro de combustor, uma placa de medição é fixada. Uma cobertura de extremidade é conectada ao envoltório de combustor. Um retentor é fornecido adicionalmente, que conecta o forro de combustor ao envoltório de combustor. O retentor é disposto entre a placa de medição e a cobertura de extremidade, e é fixado à placa de medição e à cobertura de extremidade. O forro de combustor é sustentado, desse modo, em uma posição substancialmente coaxial no envoltório de combustor. Tanto o envoltório de combustor quanto o forro de combustor podem ter um formato substancialmente cilíndrico com um corte transversal geralmente circular.

[015] O retentor é localizado, desse modo, atrás do forro de combustor, entre a placa de medição do mesmo e a cobertura de extremidade que fecha o envoltório de combustor. O espaço entre o envoltório de combustor e o forro de combustor pode ser, desse modo, de modo vantajoso, substancialmente livre de quaisquer membros de retentor.

[016] Em algumas realizações, o retentor compreende pelo menos uma disposição elástica posicionada entre a placa de medição e a cobertura de extremidade. A disposição elástica pode ser constituída de um ou mais membros elásticos ou resilientes. Em algumas realizações, molas deformáveis de modo flexural, tais como molas de lâminas podem ser usadas como membros elásticos. As realizações compreendem molas Belleville ou arruelas como membros elásticos.

[017] O retentor pode ser dotado de um ou mais conjuntos de membros resilientes, dispostos de modo variado entre a placa de medição e a cobertura de extremidade. Em algumas realizações, os membros da disposição elástica estão em contato de superfície com a cobertura de extremidade.

[018] Em algumas realizações, o retentor compreende um primeiro elemento de anel restringido à placa de medição e um segundo elemento de anel disposto entre o primeiro elemento de anel e a cobertura de extremidade.

[019] É também revelado no presente documento um método para montar um forro de combustor em um envoltório de combustor de um combustor de turbina a gás que compreende as etapas a seguir: • fornecer um forro de combustor e uma placa de medição fixável ao forro de combustor; • fornecer um envoltório de combustor; • fornecer uma cobertura de extremidade fixável a uma extremidade do envoltório de combustor; • fixar uma placa de medição de um forro de combustor a um retentor; • introduzir o forro de combustor no envoltório de combustor; • fixar o retentor à cobertura de extremidade e à placa de medição; • conectar a cobertura de extremidade ao envoltório de combustor, de modo que o forro de combustor seja sustentado de modo aproximadamente concêntrico no envoltório de combustor.

[020] As funções e realizações são reveladas aqui abaixo e são estabelecidas adicionalmente nas reivindicações anexas, que formam uma parte integral da presente descrição. A descrição resumida acima estabelece funções das diversas realizações da presente invenção a fim de que a descrição detalhada a seguir possa ser mais bem entendida e a fim de que as presentes contribuições à técnica possam ser mais bem verificadas. Há, evidentemente, outras funções da invenção que serão descritas doravante e que serão estabelecidas nas reivindicações anexas. Nesse aspecto, antes de explicar diversas realizações da invenção em detalhes, entende-se que as diversas realizações da invenção não são limitadas em sua aplicação aos detalhes da construção e às disposições dos componentes estabelecidos na descrição a seguir ou ilustrados nas figuras. A invenção tem capacidade para outras realizações e de ser praticada e executada de diversos modos. Além disso, entende-se que a fraseologia e a terminologia empregadas no presente documento são para o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitantes.

[021] Como tal, técnicos no assunto verificarão que a concepção, na qual a invenção é baseada, pode ser prontamente utilizada como uma base para projetar outras estruturas, métodos e/ou sistemas para executar os diversos propósitos da presente invenção. Portanto, é importante que as reivindicações sejam consideradas de modo a incluir tais construções equivalentes na medida em que as mesmas não se afastam do escopo da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] Uma verificação mais completa das realizações reveladas da invenção e muitas das vantagens auxiliares das mesmas serão prontamente obtidas à medida que as mesmas se tornarem mais bem entendidas a título referência à descrição detalhada a seguir quando considerada em conexão com as figuras anexas.

[023] A Figura 1 ilustra uma vista em corte esquemática de um combustor de uma turbina a gás de acordo com o estado da técnica.

[024] A Figura 2 ilustra uma vista em corte esquemática que ilustra os principais elementos funcionais de um combustor e sistema de montagem de forro elástico relevante de acordo com a presente invenção.

[025] As Figuras 3 a 5 são representações esquemáticas de realizações modificadas do sistema de montagem elástico para conectar o forro de combustor ao envoltório de combustor.

[026] A Figura 6 ilustra uma vista em corte de uma realização de um combustor de acordo com a presente invenção.

[027] A Figura 7 ilustra uma vista explodida dos principais componentes do combustor de acordo com a Figura 6.

[028] As Figuras 8 e 9 ilustram vistas axonométricas do retentor das Figuras 6 e 7.

[029] A Figura 10 ilustra uma ampliação da Figura 6.

[030] As Figuras 11 a 14 ilustram realizações adicionais do retentor de acordo com a presente invenção.

[031] As Figuras 15 e 16 ilustram vistas em corte de realizações adicionais de um retentor de acordo com a presente invenção.

[032] As Figuras 17 e 18 ilustram vistas axonométricas de membros elásticos de um retentor de acordo com a Figura 16.

[033] A Figura 19 ilustra uma vista em corte de uma realização adicional de um combustor de acordo com a presente invenção.

[034] A Figura 20 ilustra uma vista axonométrica do retentor da Figura 19.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[035] A descrição detalhada um seguir das realizações se refere às figuras anexas. Os mesmos numerais de referência em diferentes desenhos identificam elementos iguais ou similares. Adicionalmente, os desenhos não estão desenhados necessariamente em escala. Além disso, a descrição detalhada a seguir não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[036] A referência ao longo do relatório descritivo a “uma (1) realização” ou “uma realização” ou “algumas realizações” significa que a função, estrutura ou característica particular descrita em conexão com uma realização está incluída em pelo menos uma realização da invenção. Desse modo, o aparecimento da expressão “em uma (1) realização” ou “em uma realização” ou “em algumas realizações” em vários locais ao longo do relatório descritivo não é necessariamente em referência à mesma realização (ou realizações). Adicionalmente, as funções, estruturas ou características particulares podem ser combinadas de qualquer modo adequado em uma ou mais realizações.

[037] A Figura 2 ilustra uma vista em corte esquemática de um combustor de acordo com a presente invenção. A seção é obtida ao longo de um plano que contém o eixo geométrico da câmara de combustor. O combustor 1 compreende um forro de combustor 3 e um envoltório de combustor 5. O forro de combustor 3 é suportado pelo menos parcialmente dentro do envoltório de combustor 5. O forro de combustor 3 e o envoltório de combustor 5 são substancialmente concêntricos um ao outro. O envoltório de combustor 5 pode ser constituído de uma manga de fluxo, não mostrada em detalhes.

[038] O forro de combustor 3 tem uma primeira extremidade 3A, uma segunda extremidade 3B e uma parede lateral 3C que se estende entre as mesmas. Uma placa de medição 7 é disposta na primeira extremidade 3A do forro de combustor 3. Uma peça de transição 9 se estende a partir da segunda extremidade 3B do forro de combustor 3 para uma turbina de potência, não mostrada, para entregar gases comprimidos de combustão à mesma.

[039] Uma câmara de combustão 11 é definida no interior do forro de combustor 3. O ar fornecido por um compressor, não mostrado, é entregue à câmara de combustão 11 através de uma passagem de fluxo anular 13 formada entre o forro de combustor 3 e o envoltório de combustor 5. O ar entra na câmara de combustão 11 através de aberturas de medição ou orifícios 7A fornecidos na placa de medição 7 (consulte a Figura7) e através de orifícios auxiliares 3D fornecidos na parede lateral 3C.

[040] Um bocal de combustível 15 fornece combustível gasoso ou líquido a um queimador 17. O combustível é misturado com o ar de combustão que entra na câmara de combustão 11 através das aberturas de medição ou orifícios 7A da placa de medição 7. A mistura de ar/combustível queima gerando gás de combustão quente comprimido, que flui para a turbina de potência através da peça de transição 9 e se expande na turbina de potência, que converte parte da pressão e energia térmica do gás de combustão em potência mecânica disponível no eixo de turbina.

[041] Um retentor 21 é fixado à placa de medição 7 e conecta o forro de combustor 3 em uma cobertura de extremidade 18. A cobertura de extremidade 18 é, por sua vez, fixada a uma primeira extremidade 5A do envoltório de combustor 5. Mais especificamente, o retentor 21 é disposto entre a placa de medição 7 e a cobertura de extremidade 18. A placa de extremidade 18 fecha o envoltório de combustor 5 na extremidade oposta à roda de turbina de potência, não mostrada, isto é, oposta à peça de transição 9.

[042] De acordo com algumas realizações, o retentor 21 é fixado à placa de medição na porção (ou porções) de superfície da mesma, que são desprovidas de orifícios de medição, conforme será detalhado posteriormente.

[043] O retentor 21 pode fornecer uma conexão resiliente entre a placa de medição 7 e a cobertura de extremidade 18, tal como para fornecer um suporte flexível do forro de combustor 3 na cobertura de extremidade 18, que é, por sua vez, conectada ao envoltório de combustor 5. O retentor 21 pode ser conformado em diversos modos diferentes, e algumas realizações possíveis dos mesmos serão descritas em mais detalhes posteriormente.

[044] Em algumas realizações, o retentor 21 compreende um primeiro elemento de anel 23 e um segundo elemento de anel 25. O primeiro elemento de anel 23 é restringido à placa de medição 7 e o segundo elemento de anel 25 é conectado ao primeiro elemento de anel 23 e à cobertura de extremidade 18.

[045] Em algumas realizações, a placa de medição 7 e o retentor 21 são conectados um ao outro de um modo irreversível, por exemplo, o primeiro elemento de anel 23 pode ser soldado, brasado ou caldeado na superfície da placa de medição 7 voltada para a cobertura de extremidade 18. Em outras realizações, a conexão entre a placa de medição 7 e o retentor 21 pode ser obtida por membros desconectáveis, por exemplo, cavilhas e/ou parafusos. Em algumas realizações, o retentor 21 pode ser rebitado à placa de medição 7.

[046] O retentor 21 pode ser projetado para montar o forro de combustão 3 em uma posição centralizada em relação ao bocal de combustível de queimador 17, à cobertura de extremidade 18 bem como ao envoltório de combustor 5. Adicionalmente, o retentor 21 pode ter uma dureza axial e radial predeterminada para obter uma frequência natural desejada da montagem de combustor, que é distante de frequências de função de forçamento vibratório evitando, desse modo, uma condição de ressonância. O movimento relativo devido à vibração nas várias interfaces de deslizamento na montagem de combustor é, assim, reduzido.

[047] Para fornecer flexibilidade ao suporte de forro de combustor, o retentor 21 pode ser constituído de uma disposição elástica, que é posicionada de modo intermediário à placa de medição 7 e à cobertura de extremidade 18.

[048] Na representação esquemática da Figura 2, a disposição elástica é representada de modo esquemático como um primeiro conjunto de elementos de conector 27 na forma de membros resilientes 27, localizados entre o primeiro anel 23 e o segundo anel 25, e um segundo conjunto de elementos de conector na forma de membros resilientes 29 localizados entre o segundo elemento de anel 25 e a cobertura de extremidade 18. Os membros resilientes 27 e/ou 29 podem ser pré-carregados contra a cobertura de extremidade 18 para fornecer efeito de amortecimento de atrito, conforme será revelado em mais detalhes neste documento abaixo, sendo que a referência é feita a algumas realizações.

[049] Conforme se tornará claro a partir da descrição a seguir de realizações, em algumas configurações, apenas o primeiro conjunto de membros resilientes 27, ou apenas o segundo conjunto de membros resilientes 29 pode ser fornecido. Em realizações ainda adicionais, elementos de conector rígidos 27 e/ou 29 podem ser usados, em vez de membros resilientes, conforme será descrito posteriormente.

[050] Por exemplo, a Figura 3 ilustra de modo esquemático uma configuração em que os membros resilientes 27 do primeiro conjunto de membros resilientes são substituídos por conectores rígidos 28 e a disposição elástica apenas compreende o segundo conjunto de membros resilientes 29 entre o segundo elemento de anel 25 e a cobertura de extremidade 18. Os conectores rígidos 28 podem ter qualquer formato adequado, resultando em fácil fabricação e montagem.

[051] A Figura 4 ilustra de modo esquemático uma configuração, em que os membros resilientes 29 do segundo conjunto de membros resilientes são omitidos, o segundo elemento de anel 25 é conectado de modo rígido à cobertura de extremidade 18 e os membros resilientes 27 do primeiro conjunto de membros resilientes são fornecidos apenas entre o primeiro elemento de anel 23 e o segundo elemento de anel 25.

[052] A Figura 5 ilustra de modo esquemático uma configuração, em que os membros resilientes 27 são fornecidos entre o primeiro elemento de anel 23 e o segundo elemento de anel 25, mas não entre o segundo elemento de anel 25 e a cobertura de extremidade 18. Os conectores rígidos 32 são fornecidos para conectar o segundo elemento de anel 25 e a cobertura de extremidade 18.

[053] As Figuras 6 a 10 ilustram detalhes de realizações do combustor que incluem primeiro e segundo conjunto de membros resilientes 27 e 29, respectivamente entre o primeiro e segundo elementos de anel 23, 25 e entre o segundo elemento de anel 25 e a cobertura de extremidade 18.

[054] Conforme mais bem mostrado nas Figuras 7, 8, 9 e 10, o retentor 21 é constituído de um primeiro elemento de anel 23, que pode ser diretamente restringido à placa de medição 7 do forro de combustor 3. O primeiro elemento de anel 23 pode entrar em contato com a superfície externa da placa de medição 7, em uma área da mesma que é desprovida de aberturas de medição ou orifícios 7A.

[055] O primeiro elemento de anel 23 pode ser conectado ao segundo elemento de anel 25 por meio de uma pluralidade de primeiros membros resilientes 27, que formam parte da disposição elástica. Na realização ilustrada nas Figuras 7 a 9, o primeiro conjunto de membros resilientes pode compreender três membros resilientes 27, que podem ser dispostos de acordo com um passo angular constante, isto é, a cerca de 120° um do outro. Em outras realizações, o primeiro conjunto de membros resilientes 27 pode compreender um número diferente de membros resilientes, por exemplo, quatro, cinco, seis ou mais tais membros resilientes 27 podem ser distribuídos em um passo angular preferencialmente constante ao redor do eixo geométrico do forro 3.

[056] Os primeiros membros resilientes 27 podem ser na forma de conectores curvados deformáveis de modo flexural, que têm uma primeira extremidade restringida ao primeiro elemento de anel 23 e uma segunda extremidade restringida ao segundo elemento de anel 25. Os membros resilientes 27 podem ser fabricados como componentes separados e, subsequentemente, caldeados, soldados ou brasados em extremidades opostas dos mesmos no primeiro elemento de anel 23 e no segundo elemento de anel 25. Em outras realizações, os membros resilientes 27 podem ser fabricados integralmente com o primeiro elemento de anel 23 ou com o segundo elemento de anel 25 e soldados, caldeados ou brasados no segundo elemento de anel ou no primeiro elemento de anel. Em realizações ainda adicionais, os membros resilientes 27 podem ser fabricados integralmente com o primeiro elemento de anel 23 e o segundo elemento de anel 25.

[057] O fornecimento dos membros resilientes 27 como componentes separados que são subsequentemente fixados aos elementos de anel 23, 25 permite mais liberdade na seleção de materiais e/ou formatos em corte transversal dos componentes 23, 25, 27, de modo que resistência mecânica ideal e características resilientes possam ser conferidas às várias partes do retentor 21, conforme necessário.

[058] O segundo elemento de anel 25 pode ser conectado à cobertura de extremidade 18 por exemplo, de um modo que permita desmontagem do mesmo, isto é, de um modo reversível. De acordo com algumas realizações, o segundo elemento de anel 25 pode ser conectado à cobertura de extremidade 18 por meio de cavilhas 41 e porcas 41A. As cavilhas 41 podem se estender através de orifícios 25A fornecidos no segundo elemento de anel 25 e podem ser travadas na cobertura de extremidade 18 por meio de porcas 41A. De acordo com outras realizações, as cavilhas 41 podem ser caldeadas no segundo elemento de anel 25.

[059] Conectar de modo estável as cavilhas 41 ao segundo elemento de anel 25, por exemplo, através de solda, torna a montagem do forro de combustor 3 no envoltório de combustor 5 mais fácil. De fato, o retentor 21 que inclui as cavilhas 41 que se estendem para trás a partir do segundo elemento de anel 25 e da placa de medição 7 pode ser montado no forro de combustor 3. Este é, então, introduzido no envoltório de combustor 5 e as cavilhas 41 podem ser introduzidas nos orifícios 18A da cobertura de extremidade 18. A submontagem formada pelo retentor 21 e o forro de combustor 3 conectado ao mesmo é finalmente aparafusada contra a superfície interna da cobertura de extremidade 18 por meio de porcas 41A.

[060] De acordo com algumas realizações, o forro de combustor 3 pode ser dotado de dois ou mais batentes de forro 4 (consulte a Figura 6) dispostos na superfície externa do mesmo e que coatuam com batentes de envoltório 6, montados na superfície interna do envoltório de combustor 5. Esses batentes podem ser usados como meio de retentor temporário para o forro de combustor 3 no envoltório de combustor 5, por exemplo, a fim de tornar a montagem de tubos de fogo cruzado mais fácil. Na Figura 6, uma porção de um tubo de fogo cruzado 8 é mostrada de modo esquemático, que se estende a partir do forro de combustor 3 através do envoltório de combustor 5 para um combustor adjacente (não mostrado). O forro de combustor 3 pode ser montado de modo provisional dentro do envoltório de combustor 5 e sustentado no mesmo por meio dos batentes 4 e 6, permitindo montagem manual dos tubos de fogo cruzado 8. Essa operação se torna mais fácil pelo retentor 21 sendo localizado atrás da placa de medição 7 e deixando acesso livre ao espaço anular entre o envoltório de combustor 5 e o forro de combustor 3. Uma vez que os tubos de fogo cruzado 8 tiverem sido montados, a cobertura de extremidade 18 pode ser montada.

[061] Uma gaxeta de vedação anular 43 pode ser fornecida entre as porcas 41A e a superfície externa da cobertura de extremidade 18, para evitar vazamentos de ar através de orifícios de cavilha 18A na cobertura de extremidade 18. Um alojamento ao redor de cavilhas 41 e porcas 41A pode ser disposto, em combinação com a gaxeta de vedação ou como uma alternativa à mesma, na superfície externa de cobertura de extremidade 18, para reduzir ou evitar vazamento de ar.

[062] Em algumas realizações, o segundo conjunto de membros resilientes 29 pode ser constituído de mangas resilientes 29 que se projetam de modo radial a partir do segundo elemento de anel 25. As mangas resilientes 29 podem ser inclinadas a partir do segundo elemento de anel 25 em direção à cobertura de extremidade 18 e podem repousar com extremidades distais das mesmas contra a superfície interna da cobertura de extremidade 1 8. As mangas resilientes 29 podem ser formadas de modo monolítico com o segundo elemento anular 25. De acordo com outras realizações, as mangas resilientes 29 podem ser caldeadas ou soldadas no segundo elemento de anel 25.

[063] Quando o retentor 21 é restringido à cobertura de extremidade 18, aparafusando-se as porcas 41A em cavilhas 41 o segundo elemento de anel 25 é movido em direção à cobertura de extremidade 18 e as mangas resilientes 29 são pressionadas contra a superfície interna da cobertura de extremidade 18, causando uma deformação flexural das mangas resilientes 29. Aparafusando-se as conexões de cavilha-porca 41, 4A as mangas resilientes 29 podem ser, desse modo, pré-carregadas elasticamente. O atrito é gerado, desse modo, na área de contato entre as mangas resilientes 29 e a superfície interna da cobertura de extremidade 18. O movimento do retentor 21 em relação à cobertura de extremidade 18 causado, por exemplo, por vibração do combustor gerará perdas de atrito na área de contato. Um amortecimento de atrito do movimento vibratório do forro de combustor é, então, obtido.

[064] Uma conexão flexível do forro de combustor 3 à cobertura de extremidade 18 é obtida desse modo, que ajuda a ter uma resposta dinâmica desejada do combustor quando excitado por uma força gerada, por exemplo, por ondas de pressão devido ao processo de combustão. Isso reduz vibração e desgaste. Um efeito de amortecimento de atrito contribui para dissipar energia e reduzir adicionalmente vibração e deslocamentos entre componentes da montagem de combustor. Diversas modificações e aperfeiçoamentos podem ser incluídos na realização descrita acima. Por exemplo, membros resilientes 27 de diferentes formatos podem ser usados, por exemplo, a fim de otimizar a deformabilidade resiliente flexural dos mesmos. A Figura 11 ilustra um retentor 21 constituído de um primeiro elemento de anel 23 e um segundo elemento de anel 25 que são mutuamente conectados por meio de membros resilientes 27 que têm uma forma ondulada, que aperfeiçoa a deformabilidade flexural dos membros resilientes 27. As mangas resilientes 29 podem ser formadas integralmente com o segundo elemento de anel 25 e/ou primeiro elemento de anel 23, ou soldadas nos mesmos.

[065] As Figuras 12 e 13 ilustram realizações adicionais de retentor 21, com membros resilientes conformados de modo diferente 27.

[066] Os membros resilientes 27 das Figuras 7 a 13 podem ter um corte transversal projetado para aperfeiçoar o comportamento aerodinâmico do mesmo. Por exemplo, o corte transversal dos membros resilientes 27 pode ser tal como para reduzir atrito com ar e perdas de montante no fluxo de ar que entra na câmara de combustão 11 através das aberturas ou orifícios 7A.

[067] A Figura 14 ilustra uma realização adicional de um retentor 21 de acordo com a presente invenção. O retentor 21 da Figura 14 compreende um primeiro elemento de anel 23, destinado para conexão à placa de medição 7 do forro de combustor 3, e um segundo elemento de anel 25, destinado para conexão à cobertura de extremidade 18. Um primeiro conjunto de membros resilientes 27 conecta o primeiro e segundo elementos de anel 23, 25 um ao outro. Nessa realização, os membros resilientes 27 são conformados como molas sendo que cada um é constituído de um corpo substancialmente em formato de laço produzido a partir de uma chapa de metal deformável de modo resiliente ou similar. O segundo elemento de anel 25 pode ser dotado de mangas que se projetam de modo radial deformáveis de modo flexural, similares às mangas 29 das Figuras 9 a 13 (não mostradas na Figura 14).

[068] A Figura 15 ilustra uma vista em corte parcial de uma realização adicional de um combustor de acordo com a presente invenção. As mesmas referências numéricas designam partes iguais ou correspondentes conforme nas Figuras 6 a 10. Na realização da Figura 15, o primeiro elemento de anel 23 é conectado, por exemplo, caldeado, soldado, cavilhado ou aparafusado na placa de medição 7, enquanto o primeiro e o segundo elementos de anel 23, 25 são conectados um ao outro por elementos de conector 27. Estes podem ser rígidos ou deformáveis de modo flexural para formar um primeiro conjunto de membros resilientes. O segundo elemento de anel 25 é restringido à cobertura de extremidade 18 por meio de uma pluralidade de disposições de porca e cavilha 41A, 41. A fim de conferir uma característica resiliente à conexão entre a placa de medição 7 e a cobertura de extremidade 18, uma ou mais arruelas ou molas Belleville 47 são dispostas ao redor de cada cavilha 41. O fardo de molas Belleville 47 dispostas ao redor de cada cavilha 41 forma um respectivo um dentre um conjunto de membros resilientes. Mediante conexão do retentor 21 e forro de combustor relevante 3 à cobertura de extremidade 18, os membros resilientes formados pelas molas Belleville 47 são pré-carregados aparafusando-se as porcas 41A em cavilhas 41. O contato de atrito é estabelecido entre as arruelas Belleville pré- carregadas 47 e a superfície interna da cobertura de extremidade 18, resultando em um amortecimento de atrito de vibrações dos componentes de combustor.

[069] As Figuras 16 e 17 ilustram uma realização adicional do retentor 21 que conecta o forro de combustor 3 à cobertura de extremidade 18. As referências numéricas iguais indicam partes iguais conforme nas figuras previamente descritas. Nas Figuras 16 e 17, o primeiro elemento de anel 23 é caldeado ou conectado de outra maneira à placa de medição 7 do forro de combustor 7 em um lado e ao segundo elemento de anel 25 no outro. A conexão entre o primeiro e segundo elementos de anel 25 pode ser fornecida por um primeiro conjunto de membros resilientes 27, ou por elementos de conector rígidos, na forma de esteios ou similar.

[070] O segundo elemento de anel 25 é restringido à cobertura de extremidade 18 por meio de uma pluralidade de cavilhas 41 e porcas relevantes 41A. Conforme nas realizações previamente descritas, as cavilhas 41 podem ser introduzidas em orifícios atravessantes formados no segundo elemento de anel 25, ou de outro modo, podem ser soldadas ou caldeadas no segundo elemento de anel 25. A elasticidade entre o retentor 21 e a cobertura de extremidade 18 é fornecida por um membro resiliente 51 que pode ter um formato geralmente anular e um corte transversal aproximadamente em formato de V (consulte a Figura 16). O membro anular resiliente 51 pode ter uma pluralidade de orifícios atravessantes 51A para inserção de cavilhas 41. O membro anular 51 pode ser constituído adicionalmente de uma primeira porção cônica externa 51B e uma segunda porção cônica interna 51C. Em algumas realizações, o membro anular resiliente 51 pode ser produzido a partir de uma chapa de metal resiliente. De acordo com algumas realizações, a fim de tornar o membro anular 51 mais maleável elasticamente, uma pluralidade de entalhes ou fendas 51D, 51E pode ser fornecida ao longo da borda externa e/ou da borda interna do mesmo.

[071] O membro anular 51 é localizado entre o segundo elemento de anel 25 e a superfície interna da cobertura de extremidade 18. As cavilhas 41 estendem através de orifícios 51A do membro anular resiliente 51 e conectam o retentor 21 e a cobertura de extremidade 18 um ao outro. Aparafusando-se as porcas 41A em cavilhas 41, o membro anular resiliente 51 pode ser pré-carregado de modo resiliente, resultando em atrito entre o membro anular 51 e a superfície interna de cobertura de extremidade 18, para propósitos de amortecimento de atrito.

[072] Em algumas realizações modificadas, o membro anular resiliente 51 pode ser desprovido de fendas ou entalhes 51D, 51E, conforme mostrado na Figura 18.

[073] A Figura 19 ilustra uma vista em corte esquemática de uma realização de um combustor de acordo com a presente invenção. As mesmas referências numéricas indicam componentes iguais ou equivalentes conforme mostrado nas Figuras 2 a 18. A Figura 20 ilustra uma vista axonométrica do retentor 21 da Figura 19. Nessa realização, o retentor 21 é formado como um componente integral único, por exemplo, fabricado desenhando-se e cortando- se uma chapa de metal. O retentor 21 é dotado de um primeiro elemento de anel 23 configurado para conexão com a placa de medição 7 do forro de combustor 3. O segundo elemento de anel 25 é formado adicionalmente pelo retentor 21, para conexão com a cobertura de extremidade 18. O segundo elemento de anel 25 pode ser fornecido com mangas que se projetam para fora preferencialmente resilientes 29. Em condição montada, as mangas 29 são pré-carregadas contra a cobertura de extremidade 18, fornecendo um efeito de amortecimento de atrito. O primeiro elemento de anel 23 e o segundo elemento de anel 25 são conectados um ao outro por uma parede com abertura 30 formando uma disposição de conector entre os dois elementos de anel 23, 25. As aberturas 31 são fornecidas na parede 30, através das quais o ar comprimido flui para o os orifícios de medição 7A.

[074] O retentor 21 disposto entre a placa de medição 7 e a cobertura de extremidade 18, fornece uma melhor acessibilidade ao volume anular definido entre o envoltório de combustor 5 e o forro de combustor 3, de modo que, por exemplo, a montagem dos tubos de fogo cruzado 8 seja mais fácil. Ademais, a configuração e posição do retentor 21 aperfeiçoa o fluxo de ar em direção e através da placa de medição 7 e orifícios de medição relevantes 7A, com formatos simples do retentor. A resiliência do retentor e o efeito de amortecimento de atrito fornecido pelos elementos resilientes contribuem para a redução de vibração e deslocamento mútuo entre componentes de combustor nas interfaces de contato entre os mesmos, contribuindo, desse modo, para a redução de desgaste.

[075] Embora as realizações reveladas da presente invenção tenham sido mostradas nas figuras e completamente descritas acima com particularidade e detalhe em conexão com diversas realizações, será evidente a técnicos no assunto que muitas modificações, mudanças e omissões são possíveis sem se afastar materialmente dos ensinamentos inovadores, do escopo do presente pedido e vantagens da invenção nas reivindicações anexas. Consequentemente, o escopo adequado das inovações reveladas deve ser determinado apenas com propósitos interpretativos mais amplos das reivindicações anexas, de forma que abranja todas as tais modificações, mudanças e omissões. Além disso, a ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou método pode ser variada ou ressequenciada de acordo com realizações alternativas.

Claims

1. COMBUSTOR (1, 400) PARA UMA TURBINA A GÁS, compreendendo: um forro de combustor (3, 404) que tem uma primeira extremidade (3A, 404A), uma segunda extremidade (3B, 404B) e uma parede lateral (3C) que se estende entre a primeira extremidade (3A, 404A) e a segunda extremidade (3B, 404B); caracterizado por: uma placa de medição (7) fixada à primeira extremidade (3A, 404A) do forro de combustor (3, 404); um envoltório de combustor (5, 406) que circunda pelo menos parcialmente o forro de combustor (3, 404); uma cobertura de extremidade (18) conectada ao envoltório de combustor (5, 406); um retentor (21, 402), que conecta o forro de combustor (3, 404) ao envoltório de combustor (5, 406), disposto entre a placa de medição (7) e a cobertura de extremidade (18), e fixado à placa de medição (7) e na cobertura de extremidade (18), sendo que o retentor (21, 402) compreende um primeiro elemento de anel (23) restringido à placa de medição (7) e um segundo elemento de anel (25) disposto entre o primeiro elemento de anel (23) e a cobertura de extremidade (18), e em que uma primeira disposição elástica (27) é localizada entre o primeiro elemento de anel (23) e o segundo elemento de anel (25), e em que uma segunda disposição elástica (29) é localizada entre o segundo elemento de anel (25) e a cobertura de extremidade (18).

2. COMBUSTOR (1, 400), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma dentre a primeira e a segunda disposição elástica (27, 29) ser pré-carregada e fornece uma ação amortecedora de atrito.

3. COMBUSTOR (1, 400), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela segunda disposição elástica (29) estar em contato de superfície com a cobertura de extremidade (18).

4. COMBUSTOR (1, 400), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo segundo elemento de anel (25) ser dotado de membros deformáveis (29) de modo resiliente e projetantes de modo radial em contato de superfície com a cobertura de extremidade (18).

5. COMBUSTOR (1, 400), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela placa de medição (7) ser dotada de uma pluralidade de orifícios de medição (7A) que se estendem através da mesma, e em que o primeiro elemento de anel (23) é fixado a uma porção de superfície da placa de medição (7) desprovida de orifícios de medição (7A).

6. MÉTODO PARA MONTAR UM FORRO DE COMBUSTOR (3, 404) em um envoltório de combustor (5, 406) de um combustor (1, 400) de turbina a gás, caracterizado por compreender: fornecer um forro de combustor (3, 404) e uma placa de medição (7) fixável ao forro de combustor (3, 404); fornecer um envoltório de combustor (5, 406); fornecer uma cobertura de extremidade (18) fixável a uma extremidade do envoltório de combustor (5, 406); fixar uma placa de medição (7) de um forro de combustor (3, 404) a um retentor (21, 402), em que o retentor (21, 402) compreende um primeiro elemento de anel (23) restringido à placa de medição (7) e um segundo elemento de anel (25) disposto entre o primeiro elemento de anel (23) e a cobertura de extremidade (18), uma primeira disposição elástica (27) localizada entre o primeiro elemento de anel (23) e o segundo elemento de anel (25), uma segunda disposição elástica (29) em contato de superfície com a cobertura de extremidade (18); fixar o retentor (21, 402) à cobertura de extremidade (18) e à placa de medição (7); introduzir o forro de combustor (3, 404) no envoltório de combustor (5, 406); conectar a cobertura de extremidade (18) ao envoltório de combustor (5, 406), de modo que o forro de combustor (3, 404) seja sustentado de modo concêntrico no envoltório de combustor (5, 406).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender a etapa de pré-carregar de modo resiliente pelo menos uma dentre primeira e segunda disposições elásticas (27, 29).

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado por compreender pré-carregar a disposição elástica contra a cobertura de extremidade (18), gerando, desse modo, uma força de atrito entre a disposição elástica e a cobertura de extremidade (18).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado por compreende adicionalmente a etapa de fornecer uma disposição de amortecimento de vibração entre a placa de medição (7) e a cobertura de extremidade (18).