ES2311046T3 - Camara de combustion cerrada refrigerada para una turbina. - Google Patents
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Abstract
Cámara de combustión cerrada refrigerada para una turbina con una pared interna que limita el espacio de combustión y una pared externa (1), dejándose entre la pared interna y la pared externa (1) un espacio intermedio circulable con un fluido refrigerante, con una alimentación de fluido refrigerante que desemboca en el espacio intermedio y una descarga de fluido refrigerante para la evacuación del fluido refrigerante del espacio intermedio, presentando la descarga de fluido refrigerante estructuras de descarga tipo canal (8; 21, 22) que se desarrollan esencialmente a lo largo de la dirección axial de la cámara de combustión, que están interrumpidas por estructuras de entrada (4; 6) de la alimentación de fluido refrigerante, dispuestas entre las estructuras de descarga (8; 21, 22), caracterizada porque las estructuras de entrada para la alimentación de fluido refrigerante están configuradas en sentido radial de la cámara de combustión de tal manera que, partiendo de la pared externa (1), radialmente hacia el exterior, pasan de manera gradual de una sección transversal circular a una sección trasversal de orificio extendida (5).
Description
Cámara de combustión cerrada refrigerada para
una turbina.
La invención se refiere a una cámara de
combustión cerrada refrigerada para una turbina.
Tales cámaras de combustión están rodeadas por
un tabique doble que presenta una pared interna y una pared externa,
dejándose entre la pared interna y la pared externa un espacio
intermedio circulable con un fluido refrigerante, a modo de ejemplo
aire refrigerante. Para la refrigeración de la cámara de combustión,
a través de una alimentación de fluido refrigerante que desemboca en
el espacio intermedio se introduce un fluido refrigerante,
habitualmente aire refrigerante, en el espacio intermedio, y tras
absorción del calor a descargar de la cámara de combustión, el
fluido refrigerante abandona el espacio intermedio a través de una
descarga de fluido refrigerante. En el caso de cámara de combustión
cerradas refrigeradas conocidas, la pared externa se configura
frecuentemente como azulejo hueco de capa doble, estando
configurados los azulejos huecos mediante tubos de alimentación de
fluido refrigerante penetrantes, que desembocan en el espacio
intermedio entre la pared externa y la pared interna en el azulejo
hueco. La cavidad interrumpida por los tubos de alimentación,
formada en el azulejo hueco, sirve para la descarga del fluido
refrigerante calentado. En este caso, el fluido refrigerante se
descarga en el interior del azulejo refrigerante, habitualmente en
dirección axial de la cámara de combustión. En esta estructura es
problemático que los tubos configurado con una sección trasversal
circular, conducidos a través de los azulejos huecos, bloquean la
vía de circulación para el fluido refrigerante que se descarga con
sus paredes que cruzan los azulejos huecos, y de este modo
ocasionan una resistencia de circulación elevada para el fluido
refrigerante que se evacua. Por este motivo, en tales azulejos
huecos es habitual aumentar el alargamiento en sentido axial del
quemados, es decir, en el sentido de los tubos que penetran a través
de los azulejos huecos. A este aumento de alargamiento radial está
vinculado forzosamente un alargamiento radial de la carcasa, que
ocasiona por una parte un empleo de material elevado en la obtención
de la carcasa, y por otra parte una demanda de espacio elevada para
la cámara de combustión en suma.
En la US 5,737,922 se da a conocer una cámara de
combustión cerrada refrigerada según la parte introductoria de la
reivindicación 1.
Partiendo de este estado de la técnica, es tarea
de la invención mejorar una cámara de combustión cerrada refrigerada
para una turbina en el sentido de que esta posibilite una descarga
segura y pobre en resistencia de fluido refrigerante en el caso de
alargamiento radial más reducido.
Para la solución de esta tarea, con la invención
se indica una cámara de combustión cerrada refrigerada para una
turbina con una pared interna y una pared externa que limitan el
espacio de combustión, dejándose entre la pared interna y la pared
externa un espacio intermedio circulable con un fluido refrigerante,
con una alimentación de fluido refrigerante que desemboca en el
espacio intermedio y una descarga de fluido refrigerante para la
evacuación del fluido refrigerante desde el espacio intermedio,
presentando la descarga de fluido refrigerante, estructuras de
evacuación tipo canal que se desarrollan esencialmente a lo largo
del sentido axial de la cámara de combustión, que están
interrumpidas a través de estructuras de entrada de la alimentación
de fluido refrigerante dispuestas entre las estructuras de
descarga. Para la alimentación del fluido refrigerante en sentido
axial de la cámara de combustión, las estructuras de entrada están
configuradas de tal manera que, partiendo de la pared externa, pasan
gradualmente de una sección trasversal circular a una sección
trasversal de orificio extendida en sentido radial hacia el
exterior.
Presentando la descarga de fluido refrigerante
estructuras de descarga tipo canal que se desarrollan en sentido
axial de la cámara de combustión, en la que no se encuentran
impedimentos para la circulación, el fluido refrigerante se puede
descargar en estas estructuras de evacuación sin resistencia de
circulación elevada. En comparación con los azulejos huecos
atravesados por muchos tubos aislados en disposición regular, en el
caso de la construcción según la invención, el aire refrigerante a
descargar se canaliza a través de las estructuras de descarga tipo
canal, y en el caso de alargamiento radial de la cámara de
combustión se descarga con resistencia de circulación reducida.
Esto posibilita finalmente una reducción del alargamiento radial de
la cámara de combustión.
Según una primera variante de ejecución de la
cámara de combustión según la invención, la pared externa está
configurada como azulejo hueco de capa doble, y las estructuras de
descarga en el interior del azulejo hueco están configuradas como
paredes intermedias de tubos guía en serie en sentido axial de la
cámara de combustión, que atraviesan los azulejos huecos, para la
alimentación de fluido refrigerante, presentando los tubos guía, al
menos en la envoltura externa del azulejo hueco, una sección
trasversal de orificio extendida en sentido axial de la cámara de
combustión. Al contrario que en el caso de la pared externa
conocida, configurada como azulejo hueco de capa doble, no
presentando los tubos guía que atraviesan el azulejo hueco una
sección trasversal circular continua, sino una sección trasversal de
orificio extendida en sentido axial de la cámara de combustión, al
menos en la envoltura externa, y estando situados en serie en
sentido axial de la cámara de combustión, entre las paredes de tubos
guía de dos series adyacentes se forma un canal de descarga para el
fluido refrigerante que se desarrolla en sentido axial de la cámara
de combustión. A través del mismo, el fluido refrigerante puede
circular con resistencia de circulación claramente reducida en
comparación con la construcción conocida.
Por lo demás, según la invención, los tubos guía
en la capa externa del azulejo hueco presentan una sección
trasversal de orificio con forma extendida, y en la capa interna del
azulejo hueco, una sección trasversal de orificio circular. A través
de tal configuración se consigue por una parte la ventaja de la
estructura de descarga tipo canal para el fluido refrigerante, por
otra parte, se mantiene la forma circular deseada para la
alimentación de fluido refrigerante del orificio del tubo guía que
desemboca en el espacio intermedio. En este caso, el tubo guía está
conformado a lo largo de su estiramiento axial de modo que, evitando
una resistencia de circulación elevada, pasa de la "forma de
ranura" extendida de orificio en la envoltura externa del azulejo
hueco al orificio circular en la capa interna del azulejo hueco.
Según un perfeccionamiento de esta forma de
ejecución está previsto que los tubos guía en las series dispuestas
en sentido axial de la cámara de combustión presenten una distancia
más reducida al menos en la envoltura externa del azulejo hueco con
sus lados delgados, y una distancia más reducida que la distancia de
orificios de series adyacentes. Mediante este acondicionamiento se
consigue una canalización mejorada adicionalmente del fluido
refrigerante a descargar en los canales configurados entre las
series.
Según otro perfeccionamiento de la primera
variante de ejecución está previsto que la envoltura externa del
azulejo hueco presente una chapa hermetizante fijada de manera
separable, preferentemente atornillada, que cierra un orificio, a
través del cual es accesible una sección fijada de manera separable,
preferentemente atornillada, de la envoltura interna. Con esta
construcción se puede crear de manera sencilla un acceso a la pared
interna que rodea la cámara de combustión, a modo de ejemplo
necesario para fines de mantenimiento y reparación. Si también en
esta pared se aplica un orificio obturable, en lugar de los
orificios de acceso en el azulejo hueco, también es accesible el
interior de la cámara de combustión. La solución de la chapa
hermética ofrece además la ventaja de poder efectuar la previsión de
un orificio en el azulejo hueco de capa doble sin gasto constructivo
elevado. Esta construcción se distingue por un número reducido de
componentes, que además pueden estar realizados exactamente como el
resto de azulejos hueco que rodea el orificio.
Según una segunda forma de ejecución de la
presente invención está previsto que las estructuras de descarga
estén formadas mediante canales de descarga formados en la pared
externa, que se desarrollan en sentido axial de la cámara de
combustión, entre los cuales están dispuestas respectivamente las
estructuras de entrada. En esta variante de ejecución, en lugar de
un azulejo hueco de pared doble, se emplea como pared externa de la
cámara de combustión una pared generalmente de una capa, sobre cuyo
lado externo están aplicados canales de descarga que se desarrollan
en sentido axial de la cámara de combustión. La obtención de tal
pared externa, en principio de una capa, es claramente más sencilla
que en el caso de azulejos huecos, ya que en el caso de estas piezas
se trata generalmente de piezas fundidas.
Según un perfeccionamiento de esta segunda forma
de ejecución está previsto que los orificios de descarga circulares
formados en la pared externa desemboquen en los canales de descarga.
Para la evacuación del fluido refrigerante que abandona el espacio
ranurado entre la pared externa y la pared interna, están dispuestos
orificios de descarga circulares distribuidos a través de la pared
externa. La forma circular de los orificios de descarga es ventajosa
por motivos técnicos de circulación. Varios orificios de descarga
circulares desembocan en uno de los canales de descarga, en el que
se reúne respectivamente y se descarga de manera orientada el fluido
refrigerante evacuado.
Según otro perfeccionamiento de la segunda forma
de ejecución está previsto que los canales de descarga en la pared
externa por cubiertas aplicadas sobre nervios formados sobre el lado
externo de la pared externa, que se desarrollan en sentido axial de
la cámara de combustión. Tal ejecución de los canales de descarga
dividida en dos posibilita un procedimiento de obtención de la pared
externa aún más simplificado. Esta se puede elaborar como pieza
fundida simple de una hoja. En el caso de colada se deben formar
únicamente los nervios, la formación de cavidades en forma de
canales de descarga no es necesaria. Estas se forman sólo después
mediante aplicación de las cubiertas.
Según otro perfeccionamiento, en este caso los
nervios pueden presentar en su base estructuras para la transición
gradual de orificios circulares a un canal lineal. Mediante tal
acondicionamiento se consigue que se pueda descargar fluido
refrigerante del modo más eficiente posible, con anchura de canales
de descarga relativamente reducida de orificios circulares en la
envoltura externa, que están distribuidos a través de una amplia
zona de la envoltura externa. La anchura de canales relativamente
reducida es necesaria para mantener suficiente espacio para la
formación de orificios para la alimentación de fluido refrigerante
entre los canales.
Para la segunda forma de configuración, según
otro perfeccionamiento ventajoso de la invención está previsto
finalmente que la pared externa esté formada como pieza fundida de
una hoja, y que las cubiertas estén soldadas sobre los nervios.
Otras ventajas y características de la invención
resulta de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución por
medio de las figuras adjuntas. En este caso muestran:
la figura 1 en representación tridimensional una
sección de una pared externa realizada como azulejo hueco de una
cámara de combustión cerrada refrigerada,
la figura 2a una sección comparable a la figura
1 con un segmento integrado en la misma, desmontable, para la
formación de un agujero de hombre,
la figura 2b en representación esquemática una
representación a través del segmento desmontable, así como zonas
limitantes de pared externa,
la figura 3 en representación en perspectiva una
sección de una pared externa de una cámara de combustión cerrada
refrigerada según una segunda forma de ejecución, y
la figura 4 amplia una vista en detalle de la
forma de ejecución según la figura 3.
En las figuras, los mismos elementos están
provistos de los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra una primera forma de
ejecución de una pared externa de una cámara de combustión según la
invención en una representación en sección, tridimensional. La pared
externa 1 está configurada como azulejo hueco de capa doble. Este
presenta una envoltura externa 2, así como una capa interna 3
orientada en sentido de la cámara de combustión. Los tubos guía 4
unen la envoltura externa 2 y la capa interna 3 entre sí para la
alimentación de un fluido refrigerante. Los tubos guía 4 presentan
en la envoltura externa 2 orificios ovalados extendidos 5, y en la
capa interna 3 orificios circulares 6. En este caso, los tubos guía
4 están situados en serie en sentido axial de la cámara de
combustión, de modo que los lados frontales delgados de los
orificios ovalados extendidos 5 chocan casi entre sí, y entre los
orificios ovalados 5 de tubos guía 4 de series adyacentes queda una
distancia mayor que entre los orificios 5 en las series. De este
modo, en la cavidad 9 formada entre la envoltura externa 2 y la capa
interna 3 de la pared externa 1 configurada como azulejo hueco,
entre las series de tubos guía 4 se crean estructuras de descarga 8
tipo canal que se desarrollan en sentido axial de la cámara de
combustión para la descarga de fluido refrigerante. El fluido
refrigerante a evacuar entra en la cavidad 9 desde un espacio
intermedio (no mostrado) entre la pared externa 1 y una pared
interna (no mostrada) de la cámara de combustión de pared doble, a
través de orificios 7. Aquí llega a las estructuras de descarga tipo
canales 8, y se descarga selectivamente en sentido axial del
quemador en el interior de la pared externa configurada como azulejo
hueco 1.
A través de los tubos guía 4, cuyas paredes
pasan gradualmente del orificio ovalado 5 a un orificio circular 6,
se conduce fluido refrigerante fresco en el espacio intermedio entre
la pared externa 1 y la pared interna no mostrada. A través del
acondicionamiento mostrado y la disposición de tubos guía 4, en el
interior del azulejo hueco se forman las estructuras de descarga
tipo canal 8, que posibilitan una evacuación de fluido refrigerante
pobre en resistencia de circulación y orientada. Esto permite un
alargamiento de la pared externa en sentido radial, es decir, en el
sentido de la orientación axial de tubos guía 4, reducido en
comparación con variantes de azulejos huecos conocidas.
En las figuras 2a y 2b se representa un posible
perfeccionamiento de la pared externa mostrada en la figura 1. Para
la formación de un orificio, a modo de ejemplo con fines de
reparación y mantenimiento, de un denominado agujero de hombre, en
la envoltura externa 2 de la pared externa 1 formada como azulejo
hueco, está configurada una escotadura rotativa, a través de la cual
son accesibles pernos roscados 14. Con los pernos roscados 14 se
fija un segmento desmontable 15 al resto de pared externa 1,
configurada como azulejo hueco. Durante el funcionamiento, la
escotadura 10 se cierra mediante una chapa hermética atornillada 11.
A tal efecto, la chapa hermética 11 presenta orificios 13, a través
de los cuales se conducen los pernos roscados 12, y se atornillan
con la envoltura externa 2. El segmento desmontable 15 en su
estructura, presenta la misma configuración que el resto de la
envoltura externa 1. Esto posibilita una obtención simplificada del
segmento desmontable 15 de modo análogo al resto de pared externa 1
configurado como azulejo hueco. Para desmontar el segmento extraíble
15, la chapa hermética 11 se desprende simplemente de la envoltura
externa 2 y se desmonta. A través de la escotadura 10 son accesibles
entonces los pernos roscados 14, tras cuyo desprendimiento se puede
levantar el segmento desmontable 15.
En las figuras 3 y 4 se representa una segunda
forma de ejecución de la invención. La pared externa aquí mostrada 1
no está configurada como azulejo hueco, sino que está constituida
por una pared de una capa 20, que presenta nervios 21 que se
desarrollan en sentido axial de la cámara de combustión. Sobre los
nervios 21, para la formación de canales de descarga están aplicadas
y soldadas con los nervios cubiertas 22. Los canales de descarga
formados de este modo desembocan en orificios de descarga 23, a
través de los cuales sale el fluido refrigerante evacuado. En la
zona entre los nervios 21, sobre los cuales se sitúa la cubierta 22
desembocan orificios 7 para la descarga de fluido refrigerante. La
zona entre los nervios 21 que no está protegida por cubiertas 22
para la formación de canales de descarga contiene orificios
circulares 6 para la alimentación de fluido refrigerante. Para
llevar a cabo la alimentación de fluido refrigerante cubriendo la
superficie en lo posible y de manera distribuida uniformemente, y
mantener en este caso suficientemente grandes los canales de
descarga, los nervios 21 presentan forma de ondas en su base para la
transición a los orificios circulares 6. De este modo, el fluido
refrigerante que pasa entre los canales de descarga puede penetrar
en una zona superficial ancha a modo de ducha en el espacio
intermedio no mostrado entre la pared externa 1 y una pared
interna.
También esta forma de ejecución mostrada
posibilita un dimensionado de la pared externa reducido en sentido
radial de la cámara de combustión, además ofrece la ventaja de una
aptitud para la obtención sencilla de la pared externa, ya que esta
se elabora como pieza fundida de una hoja con nervios, y sobre los
nervios se sueldan las cubiertas.
Los ejemplos de ejecución mostrados sirven
únicamente para la explicación, y no son limitantes.
Claims (10)
1. Cámara de combustión cerrada refrigerada para
una turbina con una pared interna que limita el espacio de
combustión y una pared externa (1), dejándose entre la pared interna
y la pared externa (1) un espacio intermedio circulable con un
fluido refrigerante, con una alimentación de fluido refrigerante que
desemboca en el espacio intermedio y una descarga de fluido
refrigerante para la evacuación del fluido refrigerante del espacio
intermedio, presentando la descarga de fluido refrigerante
estructuras de descarga tipo canal (8; 21, 22) que se desarrollan
esencialmente a lo largo de la dirección axial de la cámara de
combustión, que están interrumpidas por estructuras de entrada (4;
6) de la alimentación de fluido refrigerante, dispuestas entre las
estructuras de descarga (8; 21, 22), caracterizada porque las
estructuras de entrada para la alimentación de fluido refrigerante
están configuradas en sentido radial de la cámara de combustión de
tal manera que, partiendo de la pared externa (1), radialmente hacia
el exterior, pasan de manera gradual de una sección transversal
circular a una sección trasversal de orificio extendida (5).
2. Cámara de combustión según la reivindicación
1, caracterizada porque la pared externa (1) está configurada
como azulejo hueco de capa doble, y porque las estructuras de
descarga (8) en el interior del azulejo hueco entre paredes están
configuradas por tubos guía (4) situados en serie en sentido axial
de la cámara de combustión, que atraviesan el azulejo hueco para la
alimentación de fluido refrigerante, presentando los tubos guía (4)
al menos en la envoltura externa (2) del azulejo hueco una sección
trasversal de orificio (5) extendida en sentido axial de la cámara
de combustión.
3. Cámara de combustión según la reivindicación
2, caracterizada porque los tubos guía (4) en las series
dispuestas en sentido axial de la cámara de combustión, al menos en
la envoltura externa (2) del azulejo hueco con sus lados estrechos,
presentan una distancia más reducida entre sí que la distancia de
orificios de series adyacentes.
4. Cámara de combustión según una de las
reivindicaciones 2 o 3, caracterizada porque los tubos guía
(4) en la envoltura externa (2) del azulejo hueco presentan una
sección trasversal de orificio (5) con forma extendida, y en la
envoltura interna (3) del azulejo hueco presentan una sección
trasversal de orificio circular (6).
5.- Cámara de combustión según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque la envoltura
externa (2) del azulejo hueco presenta una chapa hermética fijada de
manera desmontable, preferentemente atornillada (11), que cierra un
orificio (10) a través del cual es accesible una sección fijada de
manera desmontable, preferentemente atornillada, de la envoltura
interna.
6. Cámara de combustión según la reivindicación
1, caracterizada porque las estructuras de descarga están
formadas a través de canales de descarga (21, 22) formados sobre la
pared externa (1) que se desarrolla en sentido axial de la cámara de
combustión, entre los cuales están dispuestas respectivamente las
estructuras de entrada (6).
7. Cámara de combustión según la reivindicación
6, caracterizada porque los orificios de descarga (7)
circulares formados en la pared externa (1) desembocan en los
canales de descarga (21, 22).
8. Cámara de combustión según una de las
reivindicaciones 6 o 7, caracterizada porque los canales de
descarga (21, 22) en la pared externa (1) están formados a través de
cubiertas (22) aplicadas sobre nervios (21) formados sobre el lado
externo de la pared externa (1), que se desarrollan en sentido axial
de la cámara de combustión.
9. Cámaro de combustión según la reivindicación
8, caracterizada porque los nervios (21) en su base (24)
presentan estructuras para la transición gradual de orificios
circulares (6) sobre un canal lineal.
10. Cámara de combustión según una de las
reivindicaciones 8 o 9, caracterizada porque la pared externa
(1) está formada como pieza fundida de una hoja, y porque las
cubiertas (22) están soldadas sobre los nervios (21).
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