ES2274654T3 - Toberas para inyeccion de agua en una turbina de gas. - Google Patents
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Abstract
Un motor (10, 50, 82, 84, 160, 200, 250) de turbina de gas que incluye un compresor (14, 54, 86, 168, 204, 258) de alta presión que comprende una carcasa externa y una configuración de toberas para inyectar agua dentro de al trayectoria del flujo de gas del motor de turbina de gas, dicha configuración de toberas comprende una pluralidad de toberas (222, 223, 266, 276) fijadas en la carcasa externa, cada una de dichas toberas comprende: una cabeza (286) que comprende una tobera (288) de entrada de aire y una tobera (290) de entrada de agua; un vástago (292) a través del cual fluyen el aire y el agua desde dicha tobera (288) de entrada de aire y dicha tobera (290) de entrada de agua; un conducto (304) que se extiende desde dicho vástago (292) y que comprende un extremo abierto (306), dichas toberas (222, 223, 266, 276) están configuradas para inyectar agua dentro del flujo de gas del motor de turbina para suministrar reducciones de temperatura radiales y circunferenciales substancialmente uniformes en la salida del compresor de alta presión de la turbina de gas y que se caracteriza porque dicha pluralidad de toberas (222, 223, 266, 276) comprende un conjunto de toberas largas (223, 282) y un conjunto de toberas cortas (222, 284), dicho conjunto de toberas largas (223, 282) se extiende a una distancia radialmente mayor desde la carcasa externa hacia el interior de la trayectoria del flujo de gas que dicho conjunto de toberas cortas (222, 284), donde al menos una tobera corta (222, 284) está circunferencialmente situado entre dos toberas largas (223, 282) circunferencialmente dispuestas.
Description
Toberas para inyección de agua en una turbina de
gas.
Esta invención en general se refiere a motores
de turbina de gas y más particularmente a la inyección de agua en
pre-sobrealimentadores y
pre-compresores en un motor de turbina de gas.
Los motores de turbina de gas incluyen
típicamente un compresor para comprimir un fluido de trabajo tal
como el aire. El aire comprimido se inyecta al interior de una
cámara de combustión que calienta el fluido haciendo que se
expanda y el fluido expandido es empujado a través de una turbina.
El compresor típicamente incluye un compresor de baja presión y un
compresor de alta presión.
El rendimiento de los motores de turbina de gas
conocidos puede estar limitado por la temperatura del fluido de
trabajo en la salida del compresor de alta presión, denominada a
veces temperatura "T3", y por la temperatura del fluido de
trabajo en la salida de la cámara de combustión, denominada a veces
temperatura "T41". Para reducir ambas temperaturas T3 y T41,
se conoce el uso de un refrigerador intermedio situado en la
trayectoria de flujo del fluido entre el compresor de baja presión
y el compresor de alta presión. Durante el régimen estabilizado, el
refrigerador intermedio extrae calor del aire comprimido en el
compresor de baja presión, lo que reduce tanto la temperatura como
el volumen del aire que penetra en el compresor de alta presión.
Dicha reducción de temperatura reduce ambas temperaturas T3 y T41.
Por lo tanto puede conseguirse un mayor rendimiento incrementando
del flujo a través del compresor.
Típicamente, se hace circular aire o agua fríos
a través del refrigerador intermedio y el calor es transferido
desde el flujo de aire al agua o aire fríos. El agua o el aire
absorbe el calor y entonces se elimina el aire o el agua calientes.
La eliminación del aire o el agua calientes da como resultado
pérdidas en la eficiencia térmica total del ciclo. Por lo tanto,
aunque un refrigerador intermedio facilita el incremento de la
potencia útil, el refrigerador intermedio reduce la eficiencia
térmica del motor. El refrigerador intermedio introduce también
pérdidas de presión asociadas con la eliminación del aire, con el
enfriamiento real del aire y con la conducción del aire refrigerado
hacia el compresor. Además, para un refrigerador intermedio es poco
práctico proporcionar también refrigeración entre etapas.
Con al menos algunos refrigeradores intermedios,
el agua caliente se elimina utilizando un refrigerador de agua que
disipa el agua caliente, a través de una torre de refrigeración, en
forma de vapor emitido hacia el medio ambiente. Por supuesto, la
liberación del vapor al medio ambiente tiene consecuencias
medioambientales. También dichos refrigeradores intermedios
necesitan una cantidad significativa de agua y el mencionado consumo
de agua incrementa lo costes operacionales.
Sería deseable suministrar una potencia parcial
útil incrementada tal como se consigue con refrigeradores
intermedios suministrando también una eficiencia térmica mejorada en
comparación con al menos los refrigeradores intermedios conocidos.
También sería deseable suministrar una potencia útil incrementada
incluso en turbinas de gas de rotor simple.
Los documentos
EP-A-0.781.909,
US-A-4.101.073,
US-A-5.525.268 y
GB-A-1.093.682 muestran cómo
conseguir una relación mejorada de temperatura y potencia útil que,
aunque presenten inyección de agua, tienen la desventaja de que no
son capaces de suministrar la necesaria uniformidad de reducción de
temperatura que se necesita para su completa viabilidad.
De acuerdo con la invención, se suministra un
motor de turbina de gas que incluye un compresor de alta presión
que comprende una carcasa externa y una configuración de toberas
para inyectar el agua dentro de la trayectoria de flujo del gas del
motor de turbina de gas, dicha configuración de toberas comprende
una pluralidad de toberas fijadas a la carcasa externa cada una de
dichas toberas comprende una cabeza que comprende una tobera de
entrada de aire y una tobera de entrada de agua; un vástago a
través del cual fluye el aire y el agua desde dicha tobera de
entrada de aire y dicha tobera de entrada de agua; un conducto que
se extiende desde dicho vástago y que comprende un extremo abierto,
dichas toberas están configuradas para inyectar agua al interior del
flujo de gas del motor de turbina para proporcionar reducciones de
temperatura radiales y circunferenciales substancialmente uniformes
en la salida del compresor de alta presión de la turbina de gas y en
donde dicha pluralidad de toberas comprende un conjunto de toberas
largas y un conjunto de toberas cortas, dicho conjunto de toberas
largas se extiende una distancia desde la carcasa externa al
interior de la trayectoria del flujo de gas radialmente mayor que
dicho conjunto de toberas cortas, en donde al menos una tobera corta
está circunferencialmente situada entre dos toberas largas
circunferencialmente dispuestas.
Cada tobera corta puede estar substancialmente a
nivel con la circunferencia de la trayectoria de flujo del gas y
las toberas largas se extienden radialmente aproximadamente 10,2 cm
(4 pulgadas) dentro de la trayectoria de flujo del gas.
\newpage
Las toberas pueden situarse corriente arriba del
compresor de alta presión de forma que el agua inyectada por dichas
toberas al interior de la trayectoria de flujo del gas dé cómo
resultado una reducción substancialmente uniforme de la temperatura
del flujo del gas en la salida del compresor de alta presión.
El motor puede incluir además un compresor de
baja presión y dichas toberas se sitúan corriente arriba del
compresor de baja presión.
Las toberas cortas pueden configurarse de manera
que un eje de las toberas sea ortogonal a la superficie de la
carcasa externa y el punto de inyección pueda estar aproximadamente
a 0,51 cm (0,2 pulgadas) radialmente hacia el interior desde la
superficie de la carcasa externa.
El motor de turbina de gas puede incluir una
relación de flujo de agua entre el flujo de agua a través de dichas
toberas cortas y de dichas toberas largas que es de aproximadamente
50/50.
La turbina de gas puede comprender un sensor de
temperatura para obtener la temperatura en la entrada del compresor
de alta presión, dicho sensor se alinea corriente abajo con una de
dichas toberas largas.
Cada una de dichas toberas comprende además una
pestaña de montaje para su montaje en la carcasa del motor.
El vástago de la tobera puede comprender un
conducto tubular externo y el conducto tubular interno situado
dentro del conducto externo.
El aire puede fluir a través de un anillo entre
dicho conducto externo de la tobera y dicho conducto interno de la
tobera y el agua puede fluir a través de dicho conducto interno.
El aire y el agua pueden mezclarse en dicho
conducto de la tobera que se extiende desde dicho vástago de la
tobera.
Durante el funcionamiento, el aire fluye a
través del compresor de baja presión y el aire comprimido es
suministrado desde el compresor de baja presión al compresor de
alta presión. Además, se suministra agua pulverizada a la entrada
del compresor de alta presión y el agua pulverizada penetra dentro
del compresor de alta presión a través de la entrada. Debido a la
alta temperatura ambiental en la ubicación en la cual se inyecta el
agua pulverizada, el agua pulverizada se vapora parcialmente antes
de penetrar en el compresor de alta presión. El agua pulverizada
refrigera el flujo de aire en el compresor de alta presión durante
al menos cada etapa de compresión a través de la cual fluye dicha
agua pulverizada, es decir, hasta que se evapora. Habitualmente
aproximadamente durante las etapas centrales del compresor de alta
presión y dependiendo de la cantidad de agua, la mayoría del agua
pulverizada se evapora.
El aire y el vapor de agua se comprimen
adicionalmente mediante el compresor de alta presión y el aire
altamente comprimido se suministra a la cámara de combustión. El
flujo de aire de la cámara de combustión impulsa la turbina de alta
presión, la turbina de baja presión y la turbina de trabajo. El
calor residual es capturado por calderas y el calor de las calderas
en forma de vapor puede suministrarse a los componentes corriente
arriba.
El agua pulverizada proporciona la ventaja de
que la temperatura del flujo de aire de la salida del compresor de
alta presión (temperatura T3) y la temperatura del flujo de aire en
la salida de la cámara de combustión (temperatura T41) se reducen
durante el régimen estabilizado en comparación con dichas
temperaturas obtenidas sin agua pulverizada. Específicamente, el
agua pulverizada extrae calor del aire caliente que fluye al
interior y a través del compresor de alta presión y extrayendo
dicho calor del flujo de aire, se reducen las temperaturas T3 y T41
y se reduce la potencia compresiva. El calor se elimina a medida que
el agua se evapora. La reducción de las temperaturas T3 y T41
proporciona la ventaja de que el motor no está limitado por las
temperaturas T3 y T41 y, por lo tanto, el motor puede funcionar a
mayores niveles de rendimiento de lo que sería posible sin dicha
agua pulverizada. Esto es, con la inyección de agua pulverizada
antes descrita y utilizando el mismo límite de control de la
temperatura de descarga del compresor de alta presión, el compresor
de alta presión puede bombear más aire lo que da como resultado una
mayor relación de presión y un mayor rendimiento.
La invención se describirá ahora con mayor
detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los
que:
La figura 1 es una ilustración esquemática de un
motor de turbina de gas que incluye inyección de agua en el
compresor de acuerdo con una primera realización de la presente
invención.
La figura 2 es una ilustración esquemática del
motor de turbina de gas mostrado en la figura 6 acoplado a un
generador eléctrico.
La figura 3 una vista lateral de un motor LM6000
de General Electric Company modificado para incluir inyección de
agua pulverizada.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un
conector para conectar el purgador de 8 etapas del motor mostrado en
la figura 3 a un colector de aire.
\newpage
La figura 5 es una vista en sección de corte del
motor mostrado en la figura 3 que ilustra una configuración de
toberas.
La figura 6 es una vista lateral de una
tobera.
La figura 7 es una vista superior de la tobera
mostrada en la figura 11.
La figura 8 es un diagrama esquemático de un
circuito de control para controlar el suministro de agua y aire a
las toberas del motor mostrado en la 8.
La figura 9 es un gráfico que ilustra una
programación ejemplar del agua para la disposición del motor
ilustrada en la figura 8.
La figura 10 es un gráfico que ilustra el
rendimiento, el consumo específico de calor, el flujo y el agua
suministrada al motor ilustrado en la figura 8 a diferentes
temperaturas ambiente.
La figura 11 es un gráfico que ilustra la
relación del flujo de la cavidad de la turbina de alta presión en
función de la velocidad corregida de la salida del compresor de alta
presión del motor ilustrado en la figura 8.
La figura 12 es una tabla que muestra los
resultados para presión y funcionamiento de la tobera de aire
atomizado.
La figura 13 es una representación gráfica del
flujo de agua en función de la evaporación del compresor de alta
presión.
La figura 14 es una tabla que muestra el efecto
del rendimiento de la tobera sobre la evaporación en el compresor de
alta presión.
Lo que se manifiesta a continuación son
configuraciones ejemplares de la inyección de agua pulverizada de
acuerdo con diferentes realizaciones de la presente invención.
Inicialmente, debe entenderse que aunque se ilustran y se describen
implementaciones específicas, la inyección de agua pulverizada puede
practicarse utilizando muchas estructuras alternativas y en una
amplia variedad de motores. Además y según se describe más adelante
con mayor detalle, la inyección de agua pulverizada puede realizarse
en la entrada de un compresor de alta presión, en la entrada del
sobrealimentador o en ambas ubicaciones.
La inyección de agua pulverizada suministra
muchas de las mismas ventajas de la refrigeración intermedia aunque
vence algunos inconvenientes de la refrigeración intermedia. Por
ejemplo, y con la refrigeración intermedia, el agua (o el aire)
caliente se elimina y la eliminación de dicha agua (o aire) caliente
reduce la eficiencia térmica de los ciclos y también crea problemas
medioambientales. El significativo incremento suministrado por la
refrigeración intermedia supera típicamente los inconvenientes
asociados con la refrigeración intermedia y como resultado, la
refrigeración intermedia se utiliza a menudo cuando se necesita
potencia extra usando un sobrealimentador de flujo de aire
diferente o de tamaño mayor y una función mayor de flujo de turbina
de alta presión. La inyección de agua pulverizada, tal como se
describe a continuación proporciona un incremento de potencia que
puede ser de alguna forma inferior al incremento máximo de potencia
suministrado por un refrigerador intermedio similarmente situado.
Sin embargo, con la inyección de agua pulverizada se utiliza mucho
menos agua y el agua sale del ciclo como vapor de agua a la
temperatura de los gases de escape.
La figura 1 es una ilustración esquemática de un
motor 200 de turbina de gas que incluye inyección de agua en el
compresor de acuerdo con una realización de la presente invención.
El motor 200 incluye un compresor 202 de baja presión y un
compresor 204 de alta presión. En esta realización, el compresor 202
de baja presión es un compresor de cinco etapas y el compresor 204
de alta presión es un compresor de catorce etapas. Corriente abajo
del compresor 204 se encuentra una cámara de combustión (no
mostrada). El motor 202 también incluye una turbina de alta presión
(no mostrada) y una turbina de baja presión (no mostrada). La
turbina de alta presión es una turbina de dos etapas y la turbina
de baja presión es un motor de cinco etapas.
El motor 200 incluye además un aparato 206 de
inyección de agua para inyectar agua dentro de una entrada 208 del
compresor 204 de alta presión. El aparato 206 de inyección de agua
incluye una válvula dosificadora 210 del agua en comunicación
fluida con un colector 212 de agua. El agua se suministra a la
válvula dosificadora 210 desde una fuente o depósito de agua. El
aire es suministrado a un colector 213 de aire desde un sangrador
214 de ocho etapas del compresor 214 de alta presión. El sangrador
214 sirve como fuente de aire caliente. Un intercambiador 216 de
calor se acopla a una tubería o tubo 218 de flujo que se extiende
desde el sangrador 214 de ocho etapas hasta el colector 213 de
aire. Unos tubos de distribución 220 y 221 se extienden desde el
colector 213 de aire y el colector 212 de agua hasta veinticuatro
toberas pulverizadoras 222 y 223 radialmente separadas y que se
extienden a través de la carcasa exterior 224. De ahora en adelante
las toberas 222 se denominarán a veces toberas cortas 222 y de
ahora en adelante las toberas 223 se denominarán a veces toberas
largas 223. En una disposición alternativa las toberas 222 y 223
están radialmente separadas alrededor de la circunferencia de la
carcasa 224 según se describe a continuación con más detalle.
Desde el colector 212 de agua se extienden
veinticuatro tubos 221 de distribución de agua y desde el colector
213 de aire se extienden veinticuatro tubos 220 de distribución de
aire. Cada tobera 222 se acopla con un tubo 221 de distribución de
agua del colector 212 de agua y con un tubo 220 de distribución de
aire del colector 213 de aire. Generalmente, el agua que fluye
hacia cada tobera 222 y 223 se atomiza utilizando el aire a alta
presión (de, por ejemplo, aproximadamente 1034 kilopascales (150
psi)) extraído del sangrador 214 de ocho etapas del compresor 204
de alta presión. El diámetro de las gotas, en esta realización
debería mantenerse en aproximadamente 20 micrones. Dicho diámetro
de las gotas se mantiene controlando el caudal de agua a través de
la válvula 210 utilizando la programación del agua que se describirá
con más detalle a continuación y utilizando el aire de alta presión
del sangrador 214. Excepto el aparato 206 de inyección de agua
pulverizada, los demás componentes del motor 200 son ya conocidos
en la técnica.
Durante el funcionamiento, el motor 200 se
acciona hasta su rendimiento máximo de potencia sin la inyección de
agua pulverizada, es decir, la válvula 210 de agua está cerrada. En
este modo de funcionamiento, el aire fluye a través del tubo 218 de
aire hasta las toberas 222 y 223. El aire es enfriado por el
intercambiador 216 de calor. Sin embargo, ya que no se permite que
el agua fluya a través de la válvula 210, no se inyecta agua al
interior del flujo que se dirige hacia el compresor 204 de alta
presión.
Una vez que se consigue el máximo rendimiento de
potencia, se activa el aparato de inyección de agua y el agua fluye
hacia las toberas 222 y 223. El intercambiador 216 de calor continúa
funcionando para recibir la temperatura del aire suministrado a las
toberas 222 y 223.
Particularmente, el flujo de aire del sangrador
214 de ocho etapas estará típicamente a una temperatura de
aproximadamente 316º - 343ºC (600º - 650ºF).
Para reducir el diferencial térmico, o
desajuste, entre el aire caliente del sangrador y el agua del
depósito de agua, la temperatura del aire del sangrador 214 de ocho
etapas se reduce hasta aproximadamente 250ºF mediante el
intercambiador 216 de calor mientras que se mantiene la presión del
aire a aproximadamente 150 psi (1034 kPa). Manteniendo la presión a
aproximadamente 1034 kPa (150 psi), el aire tiene suficiente presión
para atomizar el agua.
Las toberas 222 y 223 inyectan pulverizaciones
226 y 227 de agua (ilustradas esquemáticamente en la figura 6) al
interior del flujo en la entrada 208 del compresor 204 de alta
presión y el agua pulverizada penetra dentro del compresor 204 a
través de la entrada 208. Debido al ambiente de alta temperatura en
la ubicación en la cual se inyecta el agua pulverizada, el agua
pulverizada se evapora parcialmente antes de penetrar en el
compresor 204 de alta presión. El agua pulverizada enfría el flujo
de aire en el compresor 204 de alta presión durante al menos cada
una de las etapas del compresor 204 a través de las cuales fluye el
agua pulverizada, es decir, hasta que se evapora. Habitualmente en
la sexta etapa del compresor 204 el agua está totalmente evaporada.
El aire se comprime adicionalmente mediante el compresor 204 de alta
presión y el aire altamente comprimido se suministra a la cámara de
combustión. El flujo de aire procedente de la cámara de combustión
impulsa la turbina de alta presión y la turbina de baja presión.
Las partículas de agua del aparato 206 de
pulverización del agua suministran la ventaja de que la temperatura
del flujo de aire en la salida del compresor 204 de alta presión
(temperatura T3) y la temperatura del flujo de aire en la salida de
la cámara de combustión (temperatura T41) se reducen en comparación
con dichas temperaturas sin la pulverización. Específicamente, el
agua pulverizada extrae el calor del aire caliente que fluye al
interior y a través del compresor 204 y extrayendo dicho calor del
flujo de aire, las temperaturas T3 y T41 se reducen junto con la
potencia requerida del compresor.
La reducción de las temperaturas T3 y T41
proporciona la ventaja de que el motor 200 no está limitado por las
temperaturas T3 y T41 y, por lo tanto, el motor 200 puede funcionar
empujando la válvula reguladora a niveles de rendimiento mayores de
lo que sería posible sin dicha pulverización de agua.
Esto es, inyectando una pulverización de agua
atomizada frente al compresor 204 de alta presión, la temperatura
de la entrada del compresor 204 de alta presión se reduce
significativamente. Por lo tanto, utilizando el mismo límite de
control de temperatura de descarga del compresor, compresor 204 de
alta presión es capaz de bombear más aire, consiguiendo una
relación de presión más alta. Esto da como resultado un mayor
rendimiento y una eficiencia mejorada. Además, para incrementar la
potencia útil, la inyección de agua pulverizada según se describió
anteriormente suministra la ventaja de un menor consumo de agua en
comparación con la refrigeración intermedia bajo las mismas
condiciones. En vez de las restricciones de las temperaturas T3 y
T41, debe entenderse que con la configuración de pulverización de
agua, las restricciones del motor ya no serán dichas temperaturas,
por ejemplo, las restricciones pueden ser la temperatura T48 de
entrada en la turbina de la turbina de alta presión y la velocidad
del núcleo.
La figura 2 es una ilustración esquemática de un
motor 200 de turbina de gas acoplado a un generador eléctrico 228.
Según se muestra en la figura 5, el motor 200 incluye una turbina
230 de alta presión y una turbina 232 de baja presión corriente
abajo del compresor 204 de alta presión. El compresor 204 de alta
presión y la turbina 230 de alta presión se acoplan por medio de un
primer eje 234 y el compresor 202 de baja presión y la turbina 232
de baja presión se acoplan por medio de un segundo eje 236. El
segundo eje 236 también se acopla al generador 228. El motor 200
puede ser, por ejemplo, el motor de turbina de gas LM6000
comercialmente disponible en General Electric Company, Cincinnati,
Ohio, 45215, modificado para incluir el aparato 206 de inyección de
agua pulverizada (figura 4).
\newpage
En vez de estar originalmente fabricado para
incluir el aparato 206 de inyección, es posible que el aparato 206
pueda ser reajustado en motores existentes. El aparato 206 de
inyección se proporcionaría en forma de un conjunto de montaje e
incluiría los tubos 218 y 220 junto con los colectores 212 y 213 de
agua y de aire y la válvula 210 dosificadora de agua.
También podrían suministrarse las toberas 222 y
223. Cuando se desee proporcionar inyección de agua pulverizada,
las toberas 222 y 223 se instalan en la carcasa exterior 224 y el
tubo 218 de flujo se instala y se extiende desde el sangrador 214
de ocho etapas hasta el colector 213 de aire. La válvula 210 se
acopla entre una fuente de agua y el colector 212 de agua y el
colector 212 de agua se acopla con el colector 213 de aire.
La figura 3 es una vista lateral de un motor 250
LM6000 de General Electric Company modificado para incluir
inyección de agua pulverizada. El motor 250 incluye una entrada 252,
un compresor 254 de baja presión y un armazón frontal 256 y un
compresor 258 de alta presión. El motor 250 está modificado para
incluir el aparato 260 de inyección de agua pulverizada, que
incluye un colector 262 de aire y un colector 264 de agua acoplados
a veinticuatro toberas 266 radialmente separadas y montadas en una
carcasa externa 268 del motor. Las toberas 266 pulverizan agua al
interior del motor 250 en una posición entre el compresor 254 de
baja presión y el compresor 258 de alta presión. El aparato 260 de
inyección también incluye un conector 260 para conectar con un
sangrador 272 de ocho etapas del compresor 258 de alta presión y un
tubo 274 que se extiende desde el conector 270 hasta el colector
262 de aire. Aunque no se muestra en la figura 8, puede acoplarse un
intercambiador de calor (aire - aire o agua - aire) al tubo 274
para reducir la temperatura del aire suministrado al colector 262
de aire. Con propósitos ilustrativos, las toberas 276 se muestran
fijadas en la entrada 252 del compresor 254 de baja presión. Los
colectores de aire y de agua también podrían acoplarse en las
toberas 276 para suministrar inyección de agua pulverizada al
compresor de baja presión. Los componentes del aparato 260 de
inyección descritos anteriormente están fabricados con acero
inoxidable.
El compresor 258 de alta presión incluye álabes
de estator que típicamente no se ponen a masa con la carcasa 268.
Cuando se usan en combinación con la inyección de agua pulverizada,
se ha hallado que puede ser necesaria la puesta a masa de al menos
algunos de dichos álabes que se ponen en contacto con el agua
pulverizada. Hasta la extensión requerida y utilizando, por
ejemplo, grasa de grafito, dichos álabes pueden ponerse a masa con
la carcasa 268. Esto es, la grasa de grafito puede aplicarse al área
de los cojinetes de dichos álabes. Por ejemplo, dicha grasa de
grafito puede utilizarse en el álabe de guía de entrada y para cada
álabe corriente abajo a través de la segunda etapa. Durante el
funcionamiento, una parte de la grasa se calienta y se disipa y el
grafito permanece para suministrar una trayectoria conductora desde
el álabe hasta la carcasa 268.
También debe entenderse que si el agua puede
suministrarse a las toberas de inyección de agua pulverizada bajo
una presión suficiente, puede no ser necesario suministrar aire a
alta presión a las toberas. Por lo tanto, se contempla que el
sangrador de ocho etapas podría eliminarse si está disponible agua a
dicha alta presión.
La figura 4 es una vista en perspectiva del
conector 270 para conectar el sangrador 272 de ocho etapas del
motor 250. El conector 270 está configurado para roscarse en la
carcasa 268 del motor e incluye una abertura 274 normalmente
cerrada mediante un tornillo 276. Cuando se desea suministrar el
aire del sangrador al colector 262 de aire, se quita el tornillo
276 y se acopla el tubo 274 con el conector 270 utilizando una
pestaña de unión en el extremo del tubo 274 que coincide con la
superficie 278 del conector 270. Unas aberturas 280 para tornillos
hacen posible que la pestaña de unión del tubo se atornille en el
conector 270.
La figura 5 es una vista en sección de corte del
motor 250 e ilustra las toberas 266. Las toberas 266 están
configuradas de forma que el agua inyectada al interior del flujo de
gas que se dirige hacia compresor 258 de alta presión suministre
reducciones en las temperaturas radiales y circunferenciales en la
salida del compresor 258 de alta presión. Las toberas 266 incluyen
un conjunto 282 de toberas largas y un conjunto 284 de toberas
cortas. En la configuración mostrada en la figura 10, se sitúa al
menos una tobera corta 284 en una posición radialmente intermedia
entre dos toberas largas 282 radialmente alineadas. Las toberas
cortas 284 están aproximadamente a nivel con la circunferencia de
la trayectoria de flujo y las toberas largas 282 se extienden
aproximadamente cuatro pulgadas hacia el interior de la trayectoria
del flujo. Por supuesto, pueden utilizarse otras longitudes de
toberas dependiendo de los resultados deseados. En una
implementación específica, la tobera 284 se extiende
aproximadamente 1,107 cm (0,436 pulgadas) dentro de la trayectoria
de flujo y la tobera 282 se extiende 9,362 cm (3,686 pulgadas)
dentro de la trayectoria de flujo. La relación del agua entre las
toberas cortas 284 y las toberas largas 282 (por ejemplo 50/50)
también puede seleccionarse para controlar la codificación
resultante en la salida del compresor.
El sensor de temperatura para obtener la
temperatura en la entrada del compresor de alta presión (es decir,
la temperatura T25), se alinea con una tobera larga 282. Alineando
dicho sensor de temperatura con una tobera larga 282, se obtiene
una medición de temperatura más exacta que teniendo dicho sensor
alineado con una tobera corta 284.
Las figuras 6 y 7 ilustran una de las toberas
266. Las toberas largas 282 y cortas 284 se diferencian solamente
en su longitud. La tobera 266 incluye una cabeza 286 que tiene una
tobera 268 de aire y una tobera 290 de agua. La tobera 288 de aire
se acopla con un tubo de aire (no mostrado) que se extiende desde la
tobera 288 hasta el colector 262 de aire. La tobera 290 de agua se
acopla con un tubo de agua (no mostrado) que se extiende desde la
tobera 290 hasta el colector 264 de agua. La tobera 266 también
incluye un vástago 292 y una pestaña 294 de montaje para montar la
tobera 266 en la carcasa 262. Una parte 296 de montaje del vástago
292 facilita el acoplamiento de la tobera 266 con la carcasa
262.
El vástago 292 está formado por un conducto
tubular exterior 298 y por un conducto tubular interior 300 situado
dentro del conducto 298. El aire fluye al interior de la tobera 288
y a través del anillo entre el conducto exterior 298 y el conducto
interior 300. El agua fluye al interior de la tobera 290 y a través
del conducto interior 300. la mezcla del aire y del agua se produce
en la parte 302 del vástago formada por un conducto simple 304. Un
extremo 306 de la tobera 266 está abierto de manera que la mezcla de
agua y aire pueda fluir al exterior desde dicho extremo 306 y al
interior de la trayectoria de flujo.
La figura 8 es un diagrama esquemático de un
circuito 350 de control para controlar el suministro de agua y aire
a las toberas 282 y 284 del motor 250 tanto para inyección de agua
en el bastidor (la parte trasera mirando hacia adelante) como para
inyección de agua en la entrada (la parte trasera mirando hacia
adelante). Según se muestra en la figura 8, se bombea agua
desmineralizada a través de una bomba 352 de agua impulsada por un
motor. A la conducción de suministro de agua se acoplan unos
sensores 354 tal como un transformador diferencial variable lineal,
un sensor de presión y una válvula dosificadora de agua. Una válvula
356 de escape se conecta en paralelo con la bomba 352 y un medidor
de flujo 358 se acopla en serie con la bomba 352. Una línea 360 de
purga de aire se acopla también a la línea de suministro de agua.
Unos controles 362 para una válvula solenoide normalmente cerrada
controlan las operaciones de purga de aire. Un filtro 366 se dispone
también en la línea de suministro de agua y unos sensores 368 con
válvulas 370 (válvula manual - indicador de cierre (normalmente
cerrada)) se acoplan en paralelo con el filtro 366.
Las válvulas 372 normalmente abiertas, acopladas
a los controles 374 hacen posible que el agua salga de la línea de
suministro de agua y pase al interior del sistema de vaciado. El
agua de la línea de suministro de agua fluye a través del
intercambiador 376 de calor que recibe aire del sangrador de ocho de
etapas del compresor 258 de alta presión.
Para la inyección de agua en el bastidor,
múltiples sensores 378 y válvulas 380 de control controlan el
suministro de agua a las toberas 282 y 284. El circuito 350 también
incluye un acumulador 382 de agua. Para la inyección de agua en la
entrada, los sensores 378 y la válvula de control 384 controlan el
suministro de agua a las toberas 282.
Las letras de la figura 8 tienen los siguientes
significados.
| T | posición de medición de la temperatura |
| P | posición de medición de la presión |
| PI | indicador de presión |
| N/C | normalmente cerrado |
| N/O | normalmente abierto |
| PDSW | conmutador de diferencial de presión |
| PDI | indicador de diferencial de presión |
| DRN | vaciado |
| ZS | conmutador de posición |
| WMV | válvula de dosificación de agua |
| PRG | purga |
| LVDT | transformador diferencial variable lineal |
En la figura 8, una línea continua es una línea
de suministro de agua, una línea punteada doble es una línea de
vaciado y una línea continua que tiene marcas es una línea
eléctrica. Las cajas identifican las interconexiones entre el
sistema de suministro de agua y el motor. Las válvulas 266 de aro
dosificadoras de agua y otras válvulas 268 de control/medición así
como un orificio 290 (para la inyección de agua en la entrada) se
utilizan en conjunción con el control del flujo de agua a través
del circuito 350.
Más adelante se describen los controles para los
diferentes modos de funcionamiento del circuito 350 en conjunción
con el motor 250. En la descripción posterior, las notaciones
Z-SPRINTON, Z-SPRINT, y
Z-RAISE tienen los siguientes significados.
Z-SPRINTON = Control de
activación/secuencia del suministrador del sistema para el motor
H20.
Z-SPRINT = Secuencia límite de
la programación lógica del control del núcleo que sigue a la purga
del intercambiador de calor utilizada para las funciones de
inyección, parada y de protección.
Z-RAISE =
Z-SPRINT más distribuidor de llenado del colector
utilizado para funciones de alarma.
También, un * indica que la variable
seleccionada es ajustable.
- 1.
- T2 > 1.1ºC (30F)* = ON T2 > 2,8ºC (27F)* = OFF
- 2.
- Presión de carga del acumulador > 276 kPa (40 psig)*
- 3.
- El operador fija Z_SPRINTON en VERDADERO. Se inicia la purga de intercambio de calor hacia la derivación.
- AUTO consistente en todo momento con el tiempo de purga requerido.
- MANUAL en el punto de iniciación de inyección de agua.
- 4.
- Válvulas de vaciado cerradas.
- 1.
- PS3 345 kPa (50 psi)* o menos por debajo de la programación límite.
- 2.
- Regulador T2 no activo (sólo manual)
- 3.
- Presión de aire de ocho etapas < (PS3/4)
- 4.
- Temporizador de purga de intercambiador de calor completo
- 5.
- Temperatura del aire de la octava etapa inferior a 149ºC (300ºF)*
- 6.
- Temperatura del agua inferior a 177ºC (250ºF*)
- 1.
- El operador fija la potencia para satisfacer las anteriores tolerancias 1 - 2 de inyección y fija
Z\_SPRINTON =
T \ (TRUE \ (verdadero) =
ON)
- 2.
- Bomba de agua activada y válvula de purga del intercambiador de calor en derivación (mínimo flujo de agua)
- 3.
- La purga del intercambiador de calor del agua reduce la temperatura del aire de la etapa 8 a < 140ºC (300ºF) (cinco minutos*)
- 4.
- Z-SPRINT = T (TRUE (verdadero) = ON) la válvula de corte SPRINT se abre (la derivación del intercambiador de calor desviada hacia el motor), flujo programado mínimo hacia el motor.
- 5.
- El flujo llena el colector con un flujo programado de agua mínimo durante 60 segundos.
\text{Z-RAISE = T
(TRUE (verdadero) =
ON)}
- 6.
- El operador eleva el flujo SPRINT (0,5 gpmJsec (0,0000378841 m^{3}\cdotJ)) hasta un nivel programado máximo.
- 7.
- El operador eleva la potencia hasta el nivel deseado hasta el punto en que sea limitada por MW, T3, T48, Ps3, XN25R3, o XN25R.
- 8.
- La potencia y el agua se hacen descender según se desee entre los límites de la programación.
- 9.
- En PS3 414 kPa (60 psi) por debajo del límite de programación base fija Z-SPRIINT = F y SPRINT desciende (-2 gpmJsec (-0,0001515364 m^{3}\cdotJ)) hasta un programa de flujo mínimo y se detiene.
- 10.
- Fijar Z-SPRINTON en OFF (FALSE (falso) = OFF) La válvula de corte SPRINT desactivada desvía el agua desde el motor a la derivación, desconectar la bomba de agua, la válvula de purga del intercambiador de calor dirige el flujo hacia la derivación, abrir los drenajes del sistema y purgar los tubos hasta que estén vacíos y cerrar los drenajes.
- 1.
- El operador fija Z-SPRINTO en ON (TRUE (verdadero) = ON) en el momento de completar el vaciado del intercambiador de calor antes de las tolerancias de activación de SPRINT.
- 2.
- Z-SPRINT = T se iniciará automáticamente cuando se alcance el punto de tolerancia.
- 3.
- La válvula de corte de SPRINT se abre, el agua se desvía hacia el motor desde la derivación.
\newpage
- 4.
- El colector se llena en la programación mínima (60 segundos* de retardo) Z-RAISE = T entonces aumenta el agua (0,5 gpmJsec (0,0000378841 m^{3}\cdotJ)) hasta el flujo máximo programado.
- 5.
- La potencia aumenta hasta el nivel deseado y está limitada por MW frente al limitador T2, T3, T48, Ps3, XN25R3, o XN25R.
- 6.
- La potencia desciende según se desee hasta 414 kPa (60 psi)* por debajo del límite base de la programación (T_P3BNVG) antes de que SPRINT descienda (-2gpmJsec (-0,0001515364 m^{3}\cdotJ)) hasta el programa de flujo mínimo y se produce la parada.
- 7.
- Activar Z-SPRINT en OFF (FALSE (falso) = OFF) desactivar la válvula de corte de SPRINT, desviar la válvula de vaciado del intercambiador de calor hacia la derivación, desactivar la bomba de agua y abrir el sistema vacía y purga las tuberías hasta que estén vacías.
Z-RAISE = VERDADERO (TRUE
(verdadero) = ON) temporizador de llenado del colector satisfecho y
SPRINT fluyendo para ALARMS.
- 1.
- Error de flujo (demanda - dosificada) < 3 gpm* (0,00018924 m^{3}/s) durante 5 segundos* - alarma
- 2.
- Temperatura del aire en la octava etapa > 121ºC (250ºF)* durante 5 segundos* - alarma
Z-SPRINT = F inicia el corte del
agua a través del descenso de los límites de control y activa el
corte del agua
- 1.
- Error de flujo (demanda - dosificada) > 6 gpm* (0,00037848 m^{3}/s) durante 10 segundos* - fijar Z-SPRINT = F
- 2.
- Pérdida de presión por debajo de 165 kPa (24 psi)* en la demanda de agua > 6 gpm* (0,00037848 m^{3}/s) - fijar Z-SPRINT = F
- 3.
- Pérdida de presión por debajo de 345 KPa (50 psi)* en la q demanda de agua < 10 gpm* (0.0006308 m^{3}/s) - fijar Z-SPRINT = F
- 4.
- Temperatura del aire de la octava etapa > 149ºC (300ºF)* - fijar Z-SPRINT = F
- 5.
- Presión del aire de la octava etapa < (PS3/4) - fijar Z-SPRINT = F
- 6.
- T2 < 27F - fijar Z-SPRINT = F
- 7.
- PS3 no está dentro de 414 kPa (60 psi)* de la programación límite de PS3 -fijar Z-SPRINT = F
- 8.
- Cualquier parada de la turbina de gas, caída de carga o paso a ralentí - fijar Z-SPRINT = F (control de disminución de agua del derivador)
- 9.
- Disyuntor no cerrado - fijar Z-SPRINT = F (control de disminución de agua del derivador).
La figura 9 es un diagrama que ilustra una
programación ejemplar del agua para la disposición de motor
ilustrada en la figura 8. En este diagrama ºF pueden convertirse en
ºC utilizando la siguiente fórmula:
ºC = (ºF - 32)
/ 9 \ x
5
La figura 10 es un diagrama que ilustra el
rendimiento, el consumo específico de calor y el agua suministrada
al motor ilustrado en la figura 3 a diferentes temperaturas
ambiente. La cantidad de agua suministrada a las toberas varia
dependiendo, por ejemplo, de la temperatura ambiente así como del
tamaño de las gotitas deseadas. Un tamaño de gotitas de 20
micrones, en al menos una aplicación, ha demostrado suministrar los
resultados aceptables. Por supuesto, los parámetros operativos del
motor en el cual se utiliza inyección de agua pulverizada, los
parámetros operativos deseados y otros factores conocidos por
aquellos expertos en la materia afectan a la cantidad de inyección
de agua pulverizada.
La figura 11 es un gráfico que ilustra la
relación de flujo de la cavidad de la turbina de alta presión frente
a la velocidad corregida de salida del compresor de alta presión
del motor ilustrado en la figura 3. Con el motor ilustrado en la
figura 3 se utiliza un límite de control de motor adicional para
evitar que las temperaturas de la cavidad interna de la turbina de
alta presión sean demasiado altas como resultado de la ingesta del
aire de la trayectoria del gas de la turbina de alta presión. Las
cavidades de la turbina de alta presión se refrigeran con aire del
compresor de alta presión a unos niveles de flujo y de presión
adecuados de forma que haya siempre un flujo de aire positivo desde
la cavidad interna hasta la trayectoria del gas de la turbina de
alta presión, eliminando por lo tanto la posibilidad de ingestión.
Ya que el objetivo de la inyección del agua dentro de los
componentes de presión es enfriar la temperatura T3 de manera que el
motor pueda regularse para incrementar la potencia, el sistema de
alta presión funciona más rápido de lo que lo haría normalmente sin
la inyección de agua.
Sin embargo, se reduce el aire parásito que es
suministrado por el compresor para enfriar las cavidades de la
turbina. La curva ilustrada en la figura 11 muestra la relación del
flujo de aire de refrigeración del compresor de alta presión como
función de la velocidad del compresor de alta presión corregida con
la temperatura de salida del compresor de alta presión.
La temperatura corregida del compresor de alta
presión se define como la raíz cuadrada de la velocidad física de
alta potencia (temperatura internacional estándar/temperatura de
salida del compresor de alta potencia) o bien,
Según se muestra en la curva ilustrada en la
figura 11, en la cavidad de la turbina hay un flujo mínimo requerido
para asegurar que no se produzca la ingestión de la cavidad de la
turbina de alta presión. Este nivel de flujo y su relación con la
velocidad corregida de salida del compresor de alta presión definen
el XN25R3 para el cual debe controlarse el motor como límite
máximo.
Con respecto al tamaño de las gotitas, debe
producirse un tamaño de gota mínimo para cada caudal tanto para
reducir el tiempo de residencia para lograr la completa evaporación
como para mantener los tamaños de las gotas lo suficientemente
pequeños para evitar la erosión de los álabes. Más adelante se pone
de manifiesto una forma para analizar el tamaño de las gotitas. Más
específicamente, y para un análisis preliminar, se emplea un modelo
3D de un sector de 30º del conducto del sobralimentador
LM-6000 para determinar la velocidad y el campo de
temperatura en el conducto. Se asume que no hay torbellinos en la
entrada del conducto y que los extremos de las toberas están
situados en la carcasa exterior en la entrada del conducto del
sobralimentador que apunta radialmente hacia el interior. El eje de
la tobera era ortogonal a la superficie externa de la carcasa y el
punto de inyección estaba aproximadamente a 0,508 cm (0,2 pulgadas)
radialmente hacia el interior desde la superficie de la carcasa. Se
tomaron los valores del tamaño de las gotitas generadas en la tobera
para que fueran los valores menores del tamaño de gota RR, dado por
la ecuación 1. También se asumieron dos valores menores (es decir,
110,5 pm y 7,5 Am) para determinar el efecto de los tamaños de gotas
menores que los generados típicamente por las toberas de aire
atomizado. Los resultados se ponen de manifiesto en la figura 12.
Se asumió que se emplearon 36 toberas a 0,5 GPM (0,00003154
m^{3}/s), es decir, un sector de 3º a 30º.
\text{Fracción
de volumen por encima del diámetro d = exp
-}\left(\frac{d}{d_{gg}}\right)^{S}
La relación entre el flujo de agua en la entrada
del compresor de alta potencia y la fase para la evaporación
completa se muestra en la figura 13. Los datos de la figura 13
pueden utilizarse para determinar el tamaño de gota máximo
aproximado que tiene que estar presente en la entrada del compresor
de alta potencia para permitir la evaporación completa en la fase
indicada. Los tamaños de las gotas obtenidos también se muestran en
la figura 13. Este cálculo asume que el tamaño medio de las gotas
obtenido del rearrastre de la superficie humedecida es el mismo que
el tamaño de las gotas depositadas. Debido a la densidad creciente
del aire y a la menor cantidad de líquido presente en el compresor,
los tamaños actuales de las gotas arrastradas serán menores que los
mostrados en la figura 13. Aunque pueda parecer innecesario generar
gotas menores con toberas rociadoras que aquellas que se generan en
el compresor a través del rearrastre, no es así, ya que contra
menores sean las gotas generadas en la tobera menor será la
fracción del caudal de la entrada de compresor que se deposita sobre
los álabes de guía de la entrada de alta potencia. Además, la
fracción del área humedecida en las fases en las que se indicó el
humedecimiento no podría determinarse con exactitud. Es posible, por
lo tanto, que en el compresor de alta potencia estuviera presente
menos agua que la implícita por las temperaturas de la carcasa
"húmeda".
La ubicación para la evaporación completa se
muestra en la figura 14. Los datos muestran que puede evaporarse
aproximadamente un 20% más de inyección de agua en una fase dada que
la calculada en los análisis preliminares.
Los mismos caudales en las toberas y los mismos
tamaños iniciales de gotas que aquellos dados en la figura 19 se
situaron en la entrada del compresor de baja potencia para evaluar
la posición para la evaporación completa en el compresor de alta
potencia. Los menores tamaños de gotas generados por las toberas
provocaron solamente que una fracción del flujo de las toberas se
depositase sobre los álabes de guía de la entrada del compresor de
baja potencia. Mientras que el flujo depositado se comporta igual,
la fracción que no se deposita se evapora más rápidamente en el
compresor baja potencia y en el conducto del sobralimentador.
El procedimiento para calcular la evaporación
del agua inicialmente depositada en el compresor de baja potencia
es el mismo que el que se analizó previamente. Se calculó la
evaporación de la fracción en forma de gota utilizando un modelo
que determina la posición de la evaporación completa de las gotas.
Esta última se situó en el compresor baja potencia debido al
pequeño tamaño de corte del flujo no depositado. Se calculó que este
tamaño de corte es era de 13 Am en la entrada de baja potencia
utilizando un análisis de trayectorias.
Los resultados para las primeras cuatro toberas
se muestran en la figura 14 donde se inyecta de nuevo un total de 18
(0.00113544 m^{3}/s) inicialmente a 0,5 GPM (0.00003154
m^{3}/s) por tobera.
Como calibración para el efecto del tamaño de
corte de las gotas sobre la deposición inicial, si se emplea un
tamaño de corte de 13 Am en vez de 10 Am para la tobera 3 de la
figura 13, entonces la evaporación completa tendría lugar en la
undécima etapa en vez de entre la novena y la décima etapa del
compresor de alta potencia. En comparación con la inyección en la
entrada del conducto del sobralimentador, tiene lugar una
evaporación algo menor en el conducto del sobralimentador debido a
un incremento en el tamaño medio de las gotas en el conducto del
sobralimentador con inyección en la entrada de baja potencia,
mientras que la evaporación en el compresor de baja potencia da como
resultado una evaporación más temprana en el compresor alta
potencia.
Con respecto a la selección y rendimiento de las
toberas, el rendimiento de las toberas de presión y atomización de
aire seleccionadas y su efecto sobre la evaporación en el compresor
de alta potencia requiere el conocimiento de la distribución
temporal del tamaño de las gotas generadas por las toberas en el
medio en el cual van a emplearse. La distribución temporal del
tamaño tiene que medirse en la densidad del aire de interés. Para
calcular el tamaño temporal de las gotas tiene que medirse la
distribución espacial del tamaño de las gotas, la fracción de
volumen del líquido y el perfil de la velocidad de las gotas.
Puede emplearse un túnel de pulverización para
medir el rendimiento de las toberas. El túnel, en un ensayo
ejemplar, es alimentado por hasta 3,18 kg/s (7 libras/segundo) de
aire a presiones suficientes para igualar la densidad del aire del
conducto del sobralimentador de 2,8 kg/m^{3} (0,13
libras/pie^{3}). La velocidad en el túnel varió entre 1371,6 y
2286 cm/s (entre 45 y 75 pies/s) para eliminar la circulación
inversa de la pulverización en el límite exterior de la
pulverización y para mantener el diámetro de la pulverización lo
suficientemente pequeño para evitar la incidencia de las gotas sobre
las ventanas de cuarzo. La temperatura del aire se mantuvo por
debajo de 35ºC (95ºF) para eliminar la necesidad del recuento de la
evaporación entre las posiciones de la tobera y de la medición.
La distribución radial de las velocidades de las
gotas en la dirección axial se obtuvo a partir de la medición de
las velocidades del aire de los respectivos caudales de aire de
atomización pero sin flujo de agua. Los valores radiales del tamaño
de las gotas RR se multiplicaron por los valores radiales de la
fracción de volumen del líquido y las velocidades axiales de las
gotas con el producto resultante integrado sobre el radio de la
atomización. Después de dividir por la fracción media integrada de
volumen de líquido y por la velocidad axial sobre la sección de
corte de la atomización, se obtuvo el tamaño medio de las gotas
RR.
El rendimiento de la tobera de pulverización por
aire es mejor que el de la tobera de pulverización por presión. A
930,8 kPa (135 psig), 24 toberas de pulverización por aire a una
inyección total de 25 GPM (0,001577 m^{3}/s) permiten la
evaporación en el compresor de alta potencia mientras que las
toberas de pulverización por presión de 20684 kPa (3000 psi)
provocan 5 GPM (0,0003154 m^{3}/s) al margen de los 24 GPM
(0,001514 m^{3}/s) que pasan a través del compresor de alta
potencia.
Para evaporar 24 GPM (0,001514 m^{3}/s) en el
compresor de alta potencia con toberas atomizadas por presión a un
GPM (0,00006308 m^{3}/s) por tobera, al menos algunas
configuraciones de tobera tendrían que trabajar a 34.473 kPa (5.000
psi). A menor proporción de agua por tobera, mejora el rendimiento
de las toberas atomizadas por aire mientras que disminuye el
rendimiento de las toberas atomizadas por presión si no cambia la
configuración de las toberas. Las toberas están comercialmente
disponibles en FST Woodward, Zeeland, Michigan, 49464.
De nuevo, y en resumen, la inyección de agua
pulverizada anteriormente suministra el importante resultado de que
puede obtenerse un mejor rendimiento usando el mismo límite de
control de la temperatura de descarga del compresor. Esto es,
inyectando una pulverización de agua atomizada enfrente del
sobrealimentador y/o del compresor de alta presión, la temperatura
de entrada del compresor de alta presión se reduce
significativamente.
Por lo tanto, usando el mismo límite de control
de la temperatura de descarga del compresor, el compresor de alta
presión es capaz de bombear más aire, consiguiendo una relación de
presión más alta. Esto da como resultado un mayor rendimiento y una
mejor eficacia. Además, de una potencia útil más alta, la inyección
de agua pulverizada anteriormente descrita suministra la ventaja de
un menor consumo de agua en comparación con la refrigeración
intermedia bajo las mismas condiciones.
Claims (3)
1. Un motor (10, 50, 82, 84, 160, 200, 250) de
turbina de gas que incluye un compresor (14, 54, 86, 168, 204, 258)
de alta presión que comprende una carcasa externa y una
configuración de toberas para inyectar agua dentro de al
trayectoria del flujo de gas del motor de turbina de gas, dicha
configuración de toberas comprende una pluralidad de toberas (222,
223, 266, 276) fijadas en la carcasa externa, cada una de dichas
toberas comprende:
- una cabeza (286) que comprende una tobera (288) de entrada de aire y una tobera (290) de entrada de agua;
- un vástago (292) a través del cual fluyen el aire y el agua desde dicha tobera (288) de entrada de aire y dicha tobera (290) de entrada de agua;
- un conducto (304) que se extiende desde dicho vástago (292) y que comprende un extremo abierto (306), dichas toberas (222, 223, 266, 276) están configuradas para inyectar agua dentro del flujo de gas del motor de turbina para suministrar reducciones de temperatura radiales y circunferenciales substancialmente uniformes en la salida del compresor de alta presión de la turbina de gas y que se caracteriza porque
- dicha pluralidad de toberas (222, 223, 266, 276) comprende un conjunto de toberas largas (223, 282) y un conjunto de toberas cortas (222, 284), dicho conjunto de toberas largas (223, 282) se extiende a una distancia radialmente mayor desde la carcasa externa hacia el interior de la trayectoria del flujo de gas que dicho conjunto de toberas cortas (222, 284), donde al menos una tobera corta (222, 284) está circunferencialmente situado entre dos toberas largas (223, 282) circunferencialmente dispuestas.
2. El motor de turbina de gas descrito en la
reivindicación 1, en el que cada tobera corta (222, 223, 266, 276)
está substancialmente a nivel con la circunferencia de la
trayectoria del flujo de gas y la toberas largas se extienden
radialmente aproximadamente 10,2 cm hacia el interior de la
trayectoria del flujo de gas.
3. El motor de turbina de gas descrito en la
reivindicación 1, en el que dichas toberas (222, 223, 266, 276)
están situadas corriente arriba del compresor (14, 20, 54, 86, 168,
258) de alta presión de forma que el agua inyectada al interior de
la trayectoria del flujo de gas por dichas toberas da cómo resultado
una reducción substancialmente uniforme de la temperatura del
flujo de gas en la salida del compresor de alta presión.
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