BRPI1101657A2

BRPI1101657A2 - sistema de resfriamento de vedação em ángulo

Info

Publication number: BRPI1101657A2
Application number: BRPI1101657-4A
Authority: BR
Inventors: Robert Bland; John Battaglioli; John Barnes; Andrew Hamer
Original assignee: Gas Turbine Efficiency Sweden
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-11-27
Also published as: US20110239654A1; CN102213445A; KR20110112239A; JP2011220672A; EP2375160A2; MX2011003619A; TW201200717A

Abstract

SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE VEDANTE ANGULAR. A presente invenção refere-se a um vedante de camisa posterior para um combustor para uma turbina a gás que inclui um envoltório interno tendo uma superfície interna e externa e urh eixo central. O vedante de camisa posterior tem um envoltório externo posicionado sobre o envoltório interno que tem uma superfície interna e externa e um eixo central coaxial com o envoltório interno. Uma da superfície externa do envoltório interno ou superfície externa do envoltório interno forma passagens de resfriamento. O ar de resfriamento sai pelas passagens de resfriamento em um ângulo de saída que corresponde a um ângulo de torvelinho do fluxo do combustor. Correspondência do ângulo de saida e do ângulo de torvelinho minimiza o cisalhamento do ar de resfriamento com relação ao fluxo que sai no revestimento do combustor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE VEDANTE ANGULAR".

ESPECIFICAÇÃO ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a combustores de turbina a gás.

Mais particularmente, a presente invenção é dirigida ao resfriamento aprimora- do de vedantes de camisa posterior para combustores de turbina a gás.

Vedantes em combustores são requeridos para minimizar vaza- mento nas uniões entre componentes. Combustores são, em geral, feitos de várias peças para facilitar a fabricação e manutenção. Além disso, vedantes estão, freqüentemente, sobre superfícies onde deslizamento é permitido de forma a minimizar disparidades térmicas.

Afilosofia predominante no design de vedantes em combustores de baixo teor de NOx seco (DLN) modernos tem sido criar um bom vedante e, en- tão, proporcionar um fluxo de resfriamento/vazamento controlável para mantê-lo em um regime de operação funcional. Muitas das ligas de mola, tal como X-750, têm um limite de temperatura acima do qual os vedantes perdem sua têm- pera e, assim, falham ao vedar. Essa abordagem é tomada para minimizar a quantidade de vazamento de ar através da região de vedação e tornar esse vazamento consistente entre combustores. Se o vedante vazou, tipicamente, ele assim o faz ao longo de uma folga anular estreita longa, a qual é difícil de controlar com qualquer precisão. Os designs de resfriamento têm, tipicamente, furos ou ranhuras usinadas as quais podem ser precisamente colocadas e con- troladas.

Vazamento em excesso é ruim por várias razões. Tipicamente, ele

ocorre a jusante da zona de combustão e, assim, eleva a temperatura da zona de combustão, o que aumenta a produção de NOx. Além disso, dependendo de onde o vazamento é com relação à zona de chama e queima, vazamento pode congelar o CO e, assim, limitar as capacidades de modulação do combustor. Um método comum de resfriamento de um vedante é um esquema

baseado em canal. Nesse design, uma ranhura de canal axial é cortada em um painel metálico interno, o lado externo do qual está em contato com o gás quen- te rio combustor. De forma a orientar ou forçar o fluxo ao longo do canal, uma luva externa é colocada sobre o lado radial externo do canal. O fluxo, assim, entra pela passagem que alimenta a extremidade inicial do combustor e sai no lado da camisa, diluindo o gás quente. Essa metodologia tem sido usada, por exemplo, pela MHI/Siemens para resfriar a camisa e vedante de camisa poste- rior.

Similarmente, conforme mostrado nas figuras 2 e 3, a Patente U.S. N0. 5.724.816 (Ritter etal.) é dirigida a um design que protege um vedante de camisa posterior. Aqui, uma peça de transição/combustor para uma turbina a gás é proporcionada, a qual inclui uma estrutura de parede dupla tendo uma pluralidade de canais de resfriamento axiais. Adicionalmente, passagens de fluxo contracorrente circunferenciais são posicionadas entre o elemento interno da estrutura e o elemento externo para fornecer ar de resfriamento. Os canais de resfriamento são formados na área entre um elemento interno e um elemen- to externo do combustor. As passagens se estendem, de preferência, axial e circunferencialmente com relação à direção de fluxo através da peça de transi- ção/combustor. As passagens axiais se estendem completamente de uma ex- tremidade para a outra e as passagens circunferenciais se estendem em torno da circunferência da peça de transição/combustor. As passagens de fluxo con- tracorrente circunferenciais são para impedir falha da parte de peça de transi- ção/combustor em virtude de bloqueio da entrada da passagem axial sem afe- tar o resfriamento normal, desbloqueado. Estruturas de resfriamento de parede dupla são construídas usando dois elementos não unidos. O elemento interno é usinado para formar passagens de resfriamento. Estruturas de parede dupla são também construídas usando dois elementos adaptados por retração e, en- tão, unidos, tal como através de soldagem. O elemento interno é usinado para formar as passagens de resfriamento.

Nesses tipos de sistemas da técnica anterior, ranhuras são axial- mente cortadas. Essas ranhuras axiais são relativamente fáceis de fabricar. Por exemplo, uma Iaminadora corta a ranhura e, então, a parte é indexada ao pró- ximo local e o processo repetido até que a parte seja finalizada.

Aprimoramentos adicionais foram sugeridos. Por exemplo, a Paten- . te U.S. N0. 7.010.921 (Intile et al.) é dirigida a um método e aparelho para res- friamento de uma camisa de combustor e peça de transição de uma turbina a gás. A camisa tem turbuladores de anel circular dispostos em uma série axial- mente ao longo de um comprimento da camisa do combustor e está localizada sobre uma superfície externa. Uma primeira luva de fluxo envolve a camisa do combustor com um primeiro anel de fluxo entre os mesmos, incluindo uma plu- ralidade de canais axiais que se estendem sobre uma parte de uma porção terminal posterior da camisa paralelos uns aos outros (vide figura 3 da patente de Intile). A área seccional transversal de cada canal é constante ou varia ao longo do comprimento do canal. Aqui, a altura do canal varia ao longo de seu comprimento para tentar contra-atuar o acúmulo de calor acelerando o fluxo para intensificar o coeficiente de transferência de calor.

Outras patentes relacionadas incluem a Patente U.S. N0.7.269.957 (Martling et al.), a qual é dirigida a uma camisa de combustão para turbina a gás tendo uma região de interface entre a mesma e um duto de transição onde a região da camisa de combustão, próximo de sua segunda extremidade, com- preende uma pluralidade de vedantes de mola que vedam contra um duto de transição, ao mesmo tempo em que admite passagem de um fluido de resfria- mento através da passagem. A passagem é formada entre a camisa de com- bustão e os vedantes de mola e alimenta uma pluralidade de furos de resfria- mento localizados na camisa de combustão, próximo da segunda extremidade da camisa. Dependendo dos requisitos de resfriamento, os furos de resfriamen- to podem estar em um ângulo axial e circunferencialmente para maximizar a eficácia de resfriamento. Esse sistema realiza resfriamento do vedante substitu- indo o resfriamento de canal descrito acima pelo resfriamento por efusão com furos de resfriamento em duas dimensões, axial e circunferencial. Isso é feito para maximizar o comprimento do furo através da folha metálica fina que é u- sada na construção da camisa. Assim, há um benefício simplesmente a partir de um efeito geométrico de prolongar o canal de resfriamento. A Patente U.S. N0. 4.078.604 (Christl et al.) é dirigida a uma cons-

trução de parede para permutador de calor, tal como usado para câmaras de combustão para motores de foguete a combustível líquido. A construção de pa- - rede consiste em uma parede interna com canais de resfriamento que se es- tendem longitudinalmente espaçados por tramas. Os canais de resfriamento são abertos sobre uma superfície da parede interna. Uma parede externa con- tata as tramas da parede interna para formar um fechamento sobre as abertu- ras que formam os canais de resfriamento.

A Patente U.S. N0.4.719.748 (Davis, Jr. et aí.) é dirigida a um duto de transição em um motor de turbina a gás que é resfriado por jatos que coli- dem formados por aberturas em uma luva espaçada uma distância a partir da superfície a ser resfriada. A luva é configurada de modo a conduzir o ar que colide consumido em direção ao combustor, onde ele pode ser subseqüente- mente usado para mistura com e para combustão do combustível ou para res- friamento do combustor. A combinação de variações quanto à distância, tama- nho de abertura e espaçamento interabertura é utilizada para variar a intensi- dade de resfriamento por colisão para compensar a carga de calor interno vari- ável e também produzir a distribuição de temperatura desejada sobre a superfí- cie do duto de transição de acordo com os requisitos do design. A figura 3A da patente de Davis Jr. é reproduzida aqui, em parte, como figura 1 e mostra um combustor e duto de transição empregando resfriamento por colisão.

A Patente U.S. N0. 4.781.019 (Wagner) é dirigida a um combustor de foguete tendo canais refrigerantes que se estendem através das paredes do combustor. Uma nervura de quilha se estende em cada canal de refrigerante a partir da porção superior do canal para proporcionar uma transição de superfí- cie uniforme e contínua entre a nervura de quilha e superfícies internas adja- centes do canal refrigerante. A Patente U.S. N0. 5.410.884 (Fukue et ai) e Patente Européia EP0 594 127 B1 são dirigidas a um combustor para uma turbina a gás. A invenção é dirigida a um sistema que suprime a geração de NOx. Conforme pode ser observado nas figuras 9(a) e 9(b) da patente de Fukue, cada bocal de combus- tível 34 é construído de três tubos: um mais interno que proporciona uma pas- sagem de combustível líquido 34a para o combustível líquido, um mais externo que proporciona uma passagem de ar 34b para o are aquele intermediário que proporciona uma passagem de combustível gasoso 34c para o combustível ga- - soso. Um efeito de resfriamento de combustível é intensificado pela passagem de ar disposta no lado mais externo.

A Patente U.S. N0. 5.865.030 (Matsuhama) é dirigida a um combus- tor de turbina a gás que previne uma inadequabilidade de distribuição de tem- peraturas na saída do combustor a qual poderia, de outro modo, ser causada pelo ar de resfriamento introduzido no combustor. Um revestimento tendo um revestimento externo e um revestimento interno é disposto dentro de um envol- tório do combustor. O revestimento é composto de um cilindro interno de reves- timento tendo os trajetos de resfriamento do revestimento e um cilindro externo de revestimento, conforme mostrado na figura 2. O combustível fornecido via derivações no lado a montante flui através dos trajetos de resfriamento do re- vestimento e é descarregado a partir de uma derivação no lado a jusante após resfriamento do revestimento.

A Publicação de Patente Japonesa N0. 63-243631 pela Mitsubishi Heavy Ind., Ltda. é dirigida a uma estrutura de resfriamento de combustor de turbina a gás que é dirigida a um sistema que reduz ou elimina problemas rela- cionados ao calor por canais internos axialmente paralelos sobre a parede in- terna do cilindro externo.

Sempre há um desejo de maximizar a eficiência de uso do ar de resfriamento em combustores de turbina a gás. Se o ar de resfriamento pode desempenhar duas tarefas ao invés de uma, tipicamente, um pouco de ar pode ser poupado para a extremidade inicial a fim de reduzir a temperatura de chama e, assim, emissões ou menos energia aerodinâmica é requerida para esfriar partes, o que aumenta a eficiência termodinâmica da turbina. O ar que vaza da extremidade terminal do combustor flui sobre a

superfície à montante da peça de transição. Esse fluxo, embora aquecido no processo de proteção do vedante na parte posterior contra o fluxo de combustí- vel, é significativamente mais frio do que o fluxo de reação. Quando de saída, sua temperatura estará na faixa de 537,77 a 760 graus Celsius (1000 a 1400 graus Fahrenheit). Se mais quente do que essa faixa, o metal do vedante e ca- misa interna estará muito alto, com conseqüências de redução da vida útil. Nesse ponto, a corrente gasosa de combustão central estará na ordem de .1426,66 a 1482,22 graus Celsius (2600 a 2700 graus Fahrenheit). Quanto mais tempo os gases frios puderem ser mantidos próximos da parede da peça de transição, mais lenta será a transferência de calor e, assim, menor a quantidade de resfriamento que será necessária aplicar à transição.

Os designs atuais, conforme descrito acima, têm uma exaustão a- xial. Com esses designs, os gases de combustão, nesse ponto, têm um ângulo de torvelinho de aproximadamente 45 graus. Isso é um resíduo da grande quantidade de torvelinho que colide contra a extremidade inicial e dos meca- nismos de ruptura de torvelinho no revestimento a montante desse ponto. Os vetores dos dois fluxos são, portanto, significativamente diferentes. Consequen- temente, essa diferença na direção encorajará os dois fluxos a colidirem um contra o outro. Essa intensificação nos níveis locais de turbulência tenderá a misturar as duas correntes. Dada a quantidade muito maior do fluxo de com- bustão (o vazamento é equivalente a aproximadamente 1% do fluxo de ar), a camada limítrofe será rapidamente aquecida pelo fluxo de combustão que entra e as paredes de transição nessa área não se beneficiarão muito do fluxo de vazamento que chega.

Também deve ser notado que o torvelinho fará, naturalmente, com que o fluxo "seja avivado", isto é, se expanda de forma a girar em torno de um eixo. O fluxo precisa de algo para reagir. Essa tendência também o ajuda na fixação e adesão à superfície interna da peça de transição.

Historicamente, foi provado que mudanças nos níveis de resfria- mento nessa zona têm um efeito significativo sobre a vida dos painéis de tran- sição a jusante. A capacidade de usar esse ar de resfriamento mais eficazmen- te é, portanto, atrativa, admitindo que isso possa ser feito em um custo eficaz.

Todas as referências citadas aqui são incorporadas por referência na íntegra.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em uma modalidade preferida da presente invenção, é proporcio- nado um vedante de camisa posterior para um combustor para uma turbina a gás que inclui um envoltório interno tendo uma superfície interna, uma superfí- cie externa e um eixo central. O vedante de camisa posterior ainda inclui um envoltório externo posicionado sobre o envoltório interno que tem uma superfí- cie interna, uma superfície externa e um eixo central coaxial com o eixo central do envoltório interno. A superfície interna do envoltório externo se apoia contra a superfície externa do envoltório interno. Uma da superfície externa do envol- tório interno ou da superfície interna do envoltório externo tem uma pluralidade de ranhuras helicoidais formadas sobre as mesmas. As ranhuras helicoidais e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou da superfície externa do envoltório interno formam passagens de resfriamento helicoidais para fornecimento de ar de resfriamento para resfriar o envoltório interno. As ranhuras helicoidais são, de preferência, formadas em um ângu-

lo de vinte a sessenta graus e, mais preferivelmente, em um ângulo de quaren- ta e cinco graus com relação ao eixo central do envoltório interno. Contudo, as ranhuras helicoidais podem ser formadas em um ângulo aproximadamente i- gual a um ângulo médio de fluxo do combustor próximo da superfície. De prefe- rência, o envoltório interno é integral ao envoltório externo, de modo que o en- voltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno.

Em outra modalidade da presente invenção, é proporcionado um vedante de camisa posterior para uma camisa de combustor para uma turbina a gás que inclui um envoltório interno tendo uma superfície interna, uma superfí- cie externa e um eixo central. O vedante de camisa posterior ainda tem um en- voltório externo posicionado sobre o envoltório interno. O envoltório externo tem uma superfície interna, uma superfície externa e um eixo central coaxial com o eixo central do envoltório interno. A superfície interna do envoltório externo se apóia contra a superfície externa do envoltório interno. Uma da superfície ex- terna do envoltório interno ou da superfície interna do envoltório externo tem uma pluralidade de ranhuras formadas, sobre as mesmas, as ranhuras sendo angulares com relação ao eixo central. A pluralidade de ranhuras angulares e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou da superfície externa do envoltório interno forma uma pluralidade de passagens de resfria- mento. As passagens de resfriamento fornecem ar de resfriamento para resfriar o envoltório interno. O ar de resfriamento sai pelas passagens de resfriamento em um ângulo de saída. O ângulo de saída corresponde a um ângulo de torve- - Iinho do fluxo que sai pela camisa do combustor. Correspondência do ângulo de saída e do ângulo de torvelinho minimiza o cisalhamento do ar de resfriamento com relação ao fluxo que sai da camisa do combustor.

Novamente, as ranhuras helicoidais são, de preferência, formadas em um ângulo de vinte a sessenta graus e, mais preferivelmente, em um ângulo de quarenta e cinco graus com relação ao eixo central do envoltório interno. Contudo, as ranhuras helicoidais podem ser formadas em um ângulo aproxima- damente igual a um ângulo médio de fluxo do combustor próximo da superfície. De preferência, o envoltório interno é integral ao envoltório externo, de modo que o envoltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno.

Também é proporcionada uma turbina a gás que inclui um com- pressor para fornecimento de ar comprimido, uma pluralidade de combustores para recebimento de ar comprimido do compressor e combustível através de um bocal de combustível associado a cada combustor para fornecer produtos quentes de combustão, uma turbina para recebimento dos produtos quentes de combustão dos combustores e uma pluralidade de vedantes de camisa posteri- or de combustão. Cada vedante de camisa posterior inclui um envoltório interno tendo uma superfície interna e uma superfície externa. Um envoltório externo é posicionado sobre o envoltório interno que tem uma superfície interna e uma superfície externa. Uma da superfície externa do envoltório interno ou da super- fície interna do envoltório externo tem uma pluralidade de ranhuras helicoidais formadas sobre as mesmas. A pluralidade de ranhuras helicoidais e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou da superfície externa do envoltório interno forma uma pluralidade de passagens de resfriamento heli- coidais. As passagens de resfriamento fornecem ar de resfriamento para resfri- ar o envoltório interno.

Novamente, as ranhuras helicoidais são, de preferência, formadas em um ângulo de vinte a sessenta graus e, mais preferivelmente, em um ângulo de quarenta e cinco graus com relação ao eixo central do envoltório interno. Contudo, as ranhuras helicoidais podem ser formadas em um ângulo aproxima- damente igual a um ângulo médio de fluxo de combustor próximo da superfície. De preferência, o envoltório interno é integral ao envoltório externo, de modo que o envoltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno. BREVE DESCRIÇÃO DE VÁRIAS VISTAS DQS DESENHOS

A invenção será descrita em conjunto com os desenhos a seguir, nos quais numerais de referência semelhantes designam elementos semelhan- tes e em que:

a figura 1 é uma vista simplificada, parcialmente em seção trans- versal, de um combustor tendo um vedante de camisa posterior de acordo com a presente invenção e a técnica anterior;

a figura 2 é uma vista em perspectiva de um vedante de camisa posterior da técnica anterior tendo ranhuras axiais;

a figura 3 é uma vista lateral explodida do vedante de camisa poste- rior da técnica anterior tendo ranhuras axiais da figura 2;

a figura 4 é uma vista isométrica de um vedante de camisa posteri- or para um combustor para uma turbina a gás de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção;

a figura 5 é uma vista lateral esquerda do vedante de camisa poste- rior da figura 4;

a figura 6 é uma vista lateral direita explodida do vedante de camisa posterior da figura 4 mostrando um envoltório interno e um envoltório externo, antes de adaptação por retração do envoltório externo ao envoltório interno;

a figura 7 é uma vista seccional transversal isométrica do vedante de camisa posterior da figura 4, tomada substancialmente ao longo das linhas .7-7 da figura 4;

a figura 8 é uma vista seccional transversal do vedante de camisa posterior da figura 4, tomada substancialmente ao longo das linhas 8-8 da figu- ra 5;

a figura 9 é uma vista isométrica de um envoltório interno do vedan- te de camisa posterior da figura 4;

a figura 10 é uma vista lateral esquerda do envoltório interno da fi- gura 9;

a figura 11 é uma vista terminal parcial do envoltório interno da figu- ra 9; a figura 12 é uma vista isométrica do envoltório externo do vedante de camisa posterior da figura 4; e

a figura 13 é uma vista lateral direita explodida de outra modalidade de um vedante de camisa posterior mostrando um envoltório interno e um en- voltório externo, antes de adaptação por retração do envoltório interno ao envol- tório externo, onde o envoltório externo tem ranhuras helicoidais sobre sua su- perfície interna.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma parte de uma turbina 10 típica tendo um combustor 12 ao qual a presente invenção se aplica é mostrada na figura 1. Vide Patente U.S. N°. .4.719.748 (Davis, Jr. et ai), o relatório descritivo completo da qual é incorpora- do por referência na íntegra. Contudo, a presente invenção é adequada para numerosos outros tipos de turbinas não especificamente mostrados e descritos aqui. Esse combustor 12 tem várias zonas de vedação, uma das quais é desta- cada como zona de vedação A, como sendo de relevância particular para a presente invenção. Contudo, deve ser notado que a presente invenção pode ser aplicável a qualquer vedante apropriado.

Conforme se sabe, a eficiência de uma turbina a gás depende das temperaturas dos gases produzidos em vários pontos no motor. As temperatu- ras máximas dos gases quentes na turbina a gás são limitadas pelos limites de operação térmica das partes metálicas em contato com os gases quentes e a capacidade do sistema para resfriamento dessas partes. Em uma turbina a gás convencional, substancialmente toda a superfície externa do vedante da pre- sente invenção é exposta ao arde descarga relativamente quente do compres- sor da turbina. A presente invenção é dirigida, em geral, a turbinas a gás e, mais especificamente, ao resfriamento de um vedante de camisa posterior que é usada como um conduto para mover gases quentes dos combustores de uma turbina a gás para sua turbina. O design da presente invenção é dirigido à ma- ximização da eficácia de resfriamento do ar de resfriamento no vedante uma vez que os fluxos do combustor principal e exaustão de vedante entram em contato. De forma a obter isso, os dois fluxos precisam ser movidos com as menores diferenças possíveis com relação ao ângulo de torvelinho. Baixos ân- gulos relativos de torvelinho resultam em baixas taxas de cisalhamento e no menor nível possível de mistura entre as duas correntes. Se as condições de fornecimento aos circuitos quente e frio permitem a correspondência de veloci- dades, bem como ângulos de torvelinho, então, o sistema funcionará mais efici- entemente.

A melhor forma para obter a correspondência dos ângulos de torve- linho é colocar os canais de resfriamento que passam abaixo dos vedantes em um ângulo. Para fins de correspondência, o fluxo de camisa de interesse é a- quele próximo das paredes da camisa na extremidade de saída da camisa. É esse fluxo que entrará em contato com o fluxo de resfriamento que sai nos ca- nais a jusante da camisa. Uma vez que pode haver uma variação no ângulo de fluxo de saída na camisa próximo da parede nesse ponto, um valor médio pre- cisará ser tomado para uso no design. Para fins da presente invenção, o ângulo de fluxo aqui é identificado como o "ângulo médio de fluxo do combustor próxi- mo da superfície". Correspondendo o ângulo de torvelinho do fluxo de saída da camisa próximo da parede, o fluxo de resfriamento que se origina dos canais terá a maior eficácia de filme possível a jusante.

A invenção será ilustrada em maiores detalhes com referência às modalidades a seguir, mas deverá ser entendido que a presente invenção não precisa ser considerada como limitada às mesmas.

Fazendo referência agora aos desenhos, em que números de parte semelhantes referem-se a elementos semelhantes por todas as diversas vistas, é mostrada na figura 1 uma turbina a gás 10 de acordo com a presente inven- ção e a técnica anterior. A turbina a gás 10 inclui uma pluralidade de combusto- res 12 (apenas um é mostrado por clareza). Ar de combustão é fornecido por um compressor 14 (parcialmente mostrado) que fornece ar comprimido através da saída do compressor 16. Combustível e ar de combustão são injetados em cada combustor 12 através de um bocal de combustível 18 para queima dentro de um combustor 12 associado. Os produtos quentes da combustão passam, através de um vedante de camisa posterior 20, para a extremidade de entrada de uma turbina 22.

O combustor 12 e vedante de camisa posterior 20 estão contidos em uma câmara 24 formada pelo envoltório externo 26. A câmara 24 é dotada de ar comprimido a partir do compressor 14 via a saída de compressor 16. Uma luva de fluxo 28 pode ser proporcionada para auxiliar no fluxo ao longo das pa- redes do combustor 12. O exterior do vedante de camisa posterior 20 é resfria- do, de modo convectivo, pelo ar comprimido que flui da saída do compressor 16 em direção ao combustor 12. A presente invenção é dirigida ao novo vedante de camisa posterior 20 com passagens de resfriamento helicoidais, conforme será descrito abaixo. Conforme pode ser observado nas figuras 4 a 8, o vedan- te de camisa posterior 20 inclui um envoltório interno 30 tendo uma superfície interna 32, uma superfície externa 34 e um eixo central X. O envoltório interno é representado nas figuras 9 a 11.

A superfície externa 34 do envoltório interno 30 do vedante de ca- misa posterior 20 tem uma pluralidade de ranhuras helicoidais espaçadas 36 formadas sobre a mesma. Conforme pode ser observado na figura 12 (e melhor na figura 6), o vedante de camisa posterior 20 ainda inclui um envoltório externo 38 posicionado, em comunicação de fluxo, sobre o envoltório interno 30. O en- voltório externo 38 tem uma superfície interna 40 geralmente uniforme, uma superfície externa 42 e um eixo central Y que é coaxial com o referido eixo cen- tral X do referido envoltório interno.

As ranhuras helicoidais 36 sobre o envoltório interno 32 e porções adjacentes 44 da superfície interna 40 do referido envoltório externo 38 formam uma pluralidade de passagens de resfriamento helicoidais 46. As passagens de resfriamento 46 fornecem ar de resfriamento para resfriar o envoltório interno 30.

As ranhuras helicoidais 36 são, de preferência, formadas em um ângulo de cerca de quarenta e cinco graus. Contudo, qualquer ângulo entre cerca de vinte graus e sessenta graus com relação ao eixo central do referido envoltório interno provavelmente funcionará tendo as características desejáveis da presente invenção, dependendo da configuração da extremidade inicial do combustor. De preferência, o envoltório interno 30 é integral ao envoltório ex- terno 38. Isso pode ser obtido por meio de adaptação por retração, soldagem ou outros processos, assim como é conhecido tornar o envoltório interno 30 e o - envoltório externo 38 rígidos um com relação ao outro.

Embora se acredita, em geral, que as ranhuras helicoidais 36 sejam a configuração mais desejável, o objetivo da presente invenção, conforme afir- mado acima, é ter passagens de resfriamento angulares 46 que têm um ângulo de saída, com relação ao eixo central X, que corresponde ao ângulo e veloci- dade de um ângulo de torvelinho Y do fluxo do combustor 12. Tal correspon- dência de velocidades minimiza o cisalhamento do arde resfriamento com rela- ção ao fluxo do combustor 12. Adicionalmente, para fins da presente invenção, o termo "ranhuras helicoidais" se destina a significar qualquer configuração an- guiar ou curvada, não necessariamente tendo um afastamento constante.

Deve ser notado que, embora as figuras 1 a 12 aqui mostrem as ranhuras helicoidais 36 formadas na superfície externa 34 do envoltório interno 30, a presente invenção funcionará igualmente bem para um vedante de cami- sa posterior 120 (vide figura 3) se ranhuras helicoidais 136 são formadas na superfície interna 134 do envoltório externo 130, ao invés de na superfície ex- terna 142 do envoltório interno 138, conforme na modalidade das figuras 1 a 12.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes e com referên- cia a exemplos específicos da mesma, será evidente para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas na mesma sem se desviar do espírito e escopo da mesma.

Claims

1. Vedante de camisa posterior para um combustor para uma turbi- na a gás compreendendo: (a) um envoltório interno tendo uma superfície interna, uma super- fície externa e um eixo central; (b) um envoltório externo posicionado sobre o envoltório interno, o envoltório externo tendo uma superfície interna, uma superfície externa e um eixo central coaxial com o eixo central do envoltório interno; (c) a superfície interna do envoltório externo se apoiando contra a superfície externa do envoltório interno; (d) uma da superfície externa do envoltório interno e da superfície interna do envoltório externo tendo uma pluralidade de ranhuras helicoidais formadas sobre as mesmas; e (e) a pluralidade de ranhuras helicoidais e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou da superfície externa do envoltório interno formando uma pluralidade de passagens de resfriamento helicoidais, as passagens para fornecimento de ar de resfriamento para resfriar o envoltório interno.

2. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 1 em que as ranhuras helicoidais são formadas em um ângulo de vinte a sessenta graus com relação ao eixo central do envoltório interno.

3. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 1 em que as ranhuras helicoidais são formadas em um ângulo de aproximadamente quarenta e cinco graus com relação ao eixo central do envoltório interno.

4. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 1 em que as ranhuras helicoidais são formadas em um ângulo aproximadamente i- gual a um ângulo médio de fluxo do combustor próximo da superfície.

5. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 1 em que o envoltório interno é integral ao envoltório externo.

6. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 1 em que o envoltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno.

7. Vedante de camisa posterior para uma camisa de combustor pa- ra uma turbina a gás compreendendo: (a) um envoltório interno tendo uma superfície interna, uma super- fície externa e um eixo central; (b) um envoltório externo posicionado sobre o envoltório interno, o envoltório externo tendo uma superfície interna, uma superfície externa e um eixo central coaxial com o eixo central do envoltório interno; (c) a superfície interna do envoltório externo se apoiando contra a superfície externa do envoltório interno; (d) uma da superfície externa do envoltório interno e da superfície interna do envoltório externo tendo uma pluralidade de ranhuras formadas so- bre as mesmas, as ranhuras sendo angulares com relação ao eixo central do envoltório interno; (e) a pluralidade de ranhuras angulares e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou superfície externa do envoltório in- terno formando uma pluralidade de passagens de resfriamento, as passagens de resfriamento para fornecer ar de resfriamento para resfriar o envoltório inter- no, o ar de resfriamento saindo pelas passagens de resfriamento em um ângulo de saída; e (f) o ângulo de saída correspondendo a um ângulo de torvelinho de fluxo que sai da camisa do combustor, pelo que correspondência do ângulo de saída e do ângulo de torvelinho minimiza cisalhamento do arde resfriamento com relação ao fluxo que sai na camisa do combustor.

8. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 7 em que o ângulo de saída é vinte a sessenta graus.

9. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 7 em que o ângulo de saída é cerca de 45 graus.

10. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 7 em que as ranhuras helicoidais são formadas em um ângulo de saída aproxi- madamente igual a um ângulo médio de fluxo do combustor próximo da super- fície.

11. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 7 em que o envoltório interno é integral ao envoltório externo.

12. Vedante de camisa posterior de acordo com a reivindicação 7 em que o envoltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno.

13. Turbina a gás compreendendo: (a) um compressor para fornecimento de ar comprimido; (b) uma pluralidade de combustores para recebimento de ar comprimido do compressor e combustível através de uma pluralidade de bocais de combustível associados a cada combustor, para fornecer produtos quentes de combustão; (c) uma turbina para recebimento dos produtos quentes de com- bustão dos combustores; e (d) uma pluralidade de vedantes de camisa posterior de combus- tão, cada vedante de camisa posterior compreendendo: (i) um envoltório interno tendo uma superfície interna e uma su- perfície externa; (ii) um envoltório externo posicionado sobre o envoltório interno, o envoltório externo tendo uma superfície interna e uma superfície externa; e (iii) a superfície interna do envoltório externo se apoiando contra a superfície externa do envoltório interno; (iv) uma da superfície externa do envoltório interno e da superfície interna do envoltório externo tendo uma pluralidade de ranhuras helicoidais formadas sobre as mesmas; e (v) a pluralidade de ranhuras helicoidais e porções adjacentes da superfície interna do envoltório externo ou superfície externa do envoltório in- terno formando uma pluralidade de passagens de resfriamento helicoidais, as passagens de resfriamento para fornecimento de ar para resfriar o envoltório interno.

14. Turbina a gás de acordo com a reivindicação 13 em que o ân- gulo de saída é vinte a sessenta graus.

15. Turbina a gás de acordo com a reivindicação 13 em que o ân- guio de saída é cerca de 45 graus.

16. Vedante de camisa posterior 13, em que as ranhuras helicoidais são formadas em um ângulo aproximadamente igual a um ângulo médio de flu- xo no combustor próximo da superfície.

17. Turbina a gás de acordo com a reivindicação 13 em que o en- voltório interno é integral ao envoltório externo.

18. Turbina a gás de acordo com a reivindicação 13 em que o en- voltório externo é adaptado por retração ao envoltório interno.