ES2342500T3 - Quemador con un elemento protector para electrodo de ignicion. - Google Patents
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Abstract
Quemador de turbina de gas (2) que comprende dos electrodos de ignición (7) con, en cada caso, una punta de electrodo (12), con lo que al aplicar una tensión de encendido entre ambos electrodos de ignición se produce un salto de chispas en las puntas de electrodo, con lo que los electrodos de ignición (7) transcurren en el lado exterior del quemador, con lo que a los electrodos de ignición (7) se encuentra asignado un elemento de protección (8) que se proyecta más allá del lado exterior del quemador (2) y más allá de los electrodos de ignición (7), con lo que la distancia entre el elemento de protección (8) y los electrodos de ignición (7) es, al menos, de un tamaño tal, que al aplicar una tensión de encendido en los electrodos de ignición (7) no se produzca un salto de chispas entre el elemento de protección (8) y los electrodos de ignición (7), con lo que el valor concreto para la distancia depende, al menos, de la geometría de los electrodos de ignición y de la temperatura existente al aplicar la tensión de encendido.
Description
Quemador con un elemento protector para
electrodo de ignición.
La presente invención hace referencia a quemador
con un encendedor y, al menos, un electrodo de ignición,
especialmente uno para el montaje en un quemador de una turbina de
gas.
Un quemador conformado como quemador piloto con
un encendedor y electrodos de ignición que conducen al encendedor
se describe, por ejemplo, en la EP 1 591 723 A o en la EP 0 193 838
B1. El encendedor tiene como objeto encender el combustible. Los
electrodos de ignición se encuentran fijados en el exterior en el
quemador piloto y transcurren en paralelo a su eje longitudinal. La
alimentación de combustible se encuentra en el interior del quemador
piloto y culmina en aberturas de salida de combustible. Los
electrodos de ignición culminan en el área de las aberturas de
salida de combustible y encienden el combustible que sale de allí
mediante una chispa de encendido. La chispa de encendido es
generada por una tensión de encendido entre dos electrodos de
ignición y permanece durante todo el periodo de encendido.
El daño o la deformación de uno o ambos
electrodos de ignición colocados en el quemador piloto durante el
transporte o el montaje pueden perjudicar la capacidad de
funcionamiento de los electrodos de ignición. Por ello, los daños o
la deformación pueden hacer necesario un cambio de los electrodos de
ignición.
El cambio de los electrodos de ignición también
puede ser necesario, si un electrodo se encuentra doblado de manera
tal, que en lugar de entre las puntas de electrodo se produce un
salto de corriente entre un conductor de electrodo y otro
componente metálico y por ello la mezcla de gases no puede ser
encendida.
En la US 2,850,084, US 5,860,804 y US 5,865,651
se describen esencialmente encendedores con electrodos de ignición
en los cuales el encendido se realiza mediante el calentamiento de
un electrodo de ignición debido a su alta resistencia, es decir, de
forma térmica. Esta forma de encendido es denominada en lo sucesivo
como encendido térmico. La posibilidad de un encendido electrónico
o eléctrico, por ejemplo, a través de salto de chispas sólo se
menciona en la US 5,860,804.
Para proteger el área del electrodo de ignición
cercana al punto en que se produce el encendido, en la US
2,850,084, US 5,860,804 y US 5,865,651 se revelan diferentes
elementos de protección o revestimientos de protección. Estos
revestimientos de protección se caracterizan porque pueden
introducirse en la flama que se produce y porque deben proteger a
los electrodos de ignición en el área del encendido especialmente
ante un posible ensuciamiento o un daño. Las áreas de los
electrodos de ignición que son adyacentes al área del encendido, es
decir que conducen hacia o alejan del área del encendido, no son
protegidos por un correspondiente elemento de protección.
También en la US 4,029,936, US 6,777,650 B1 y US
3,823,345 se describen encendedores con electrodos de ignición. En
estas, al menos áreas de los electrodos de ignición que son
adyacentes al área del encendido, es decir que conducen hacia o
alejan del área del encendido, también se encuentran rodeadas, en
cualquier caso parcialmente, por una carcasa. Sin embargo, en el
caso de estos encendedores se trata únicamente de encendedores
térmicos. Además, en el caso de estos encendedores no se trata de
encendedores de quemadores de turbina de gas.
En efecto, en la US 2,850,084, US 5,860,804, US
5,865,651, US 4,029,936, US 6,777,650 B1 y US 3,823,345 no se
revelan quemadores de turbina de gas. Sin embargo, los electrodos de
ignición que se utilizan en el marco de quemadores de turbina de
gas y que encienden con ayuda de una chispa de encendido se ven
considerablemente más perjudicados en su capacidad de
funcionamiento por una posible deformación que los electrodos de
ignición de encendedores térmicos.
Es objeto de la presente invención, poner a
disposición un quemador de turbina de gas con, al menos, un
electrodo de ignición en el que la problemática arriba mencionada
no se presente o sólo se presente de forma reducida. Otro objeto de
la presente invención es poner a disposición una turbina de gas con
un quemador de turbina de gas ventajoso.
Este objeto es resuelto a través de un quemador
de turbina de gas con las características de la reivindicación 1 y
una turbina de gas conforme a la reivindicación 15. El quemador de
turbina de gas puede estar conformado especialmente como quemador
piloto.
Conforme a la invención, la solución del objeto
consiste en que el quemador se encuentre equipado con dos
electrodos de ignición que transcurren en su lado exterior, con lo
que a estos electrodos se encuentra asignado un elemento de
protección que se proyecta más allá del lado exterior del quemador y
más allá de los electrodos de ignición. La turbina de gas conforme
a la invención se encuentra equipada con un quemador de turbina de
gas tal.
Conforme a la invención, la distancia entre el
elemento de protección y los electrodos de ignición es, al menos,
de un tamaño tal, que al aplicar una tensión de encendido en los
electrodos de ignición no se produce un salto de chispas entre el
elemento de protección y los electrodos de ignición para poder
evitar de forma fiable un salto de corriente entre los electrodos
de ignición y el elemento de protección.
Además, el quemador de turbina de gas comprende
dos electrodos de ignición con, en cada caso, una punta de
electrodo. El encendido se realiza mediante un salto de chispas en
las puntas de electrodo al aplicar una tensión de encendido entre
ambos electrodos de ignición. Por lo tanto el encendido no es
provocado térmicamente. Aunque en la US 5,860,804 y US 5,865,651
también se mencionan en general otros encendedores además de los
térmicos, en estos documentos no se describe ningún encendedor en el
que se produzca un salto de chispas entre dos electrodos. Los otros
documentos ya mencionados describen únicamente encendedores
térmicos.
La ventaja de la solución conforme a la
invención es que los electrodos de ignición se encuentran protegidos
y por ello se pueden evitar daños durante el transporte o durante
el montaje y desmontaje de los electrodos de ignición. En la EP 0
193 838 B1 se describe una cámara de combustión de una turbina de
gas con un quemador, pero los electrodos de ignición del quemador
no se encuentran equipados con un elemento de protección.
En las reivindicaciones dependientes se
describen perfeccionamientos ventajosos.
En un perfeccionamiento ventajoso de la presente
invención el elemento de protección se encuentra unido con el lado
exterior del quemador, de manera que se garantiza la estabilidad
necesaria.
Otro perfeccionamiento ventajoso consiste en que
el elemento de protección rodea a los electrodos de ignición, con
lo que el electrodo de ignición es cubierto, al menos parcialmente,
en su largo, de manera que, al menos, un electrodo de ignición se
encuentra protegido de forma óptima.
Además, el elemento de protección puede estar
conformado en forma de U y estar fijado con el lado abierto al lado
exterior del quemador, de manera que los electrodos de ignición son
protegidos hacia fuera desde tres lados. El elemento de protección
puede rodear completamente el electrodo al menos en el área cercana
a las puntas de electrodo.
De manera alternativa, el elemento de protección
puede estar formado por, al menos, una nervadura, de manera que se
encuentre garantizado un mejor acceso a los electrodos de ignición.
La nervadura puede transcurrir en paralelo al electrodo de
ignición. A ambos lados de los electrodos de ignición se puede
encontrar, respectivamente, al menos una nervadura.
Preferentemente, el elemento de protección es
fabricado en un material rígido a la flexión y resistente a
choques, de manera que se evita una deformación del elemento de
protección que podría conducir a una deformación de los electrodos
de ignición que se encuentran en el interior.
El elemento de protección conforme a la
invención puede estar asignado preferentemente a un área del
electrodo de ignición que conduce hacia la punta del electrodo. Es
decir, que en este caso el elemento de protección no se extiende
hasta la punta del electrodo y tampoco se extiende más allá de la
punta del electrodo. En mayor medida se debe proteger el área del
electrodo que transcurre a lo largo del lado exterior del quemador
de turbina de gas, con otras palabras, la conducción hacia el área
rea de encendido en la punta del electrodo.
Además, el quemador de turbina de gas conforme a
la invención puede presentar básicamente simetría de rotación y el
electrodo de ignición que transcurre, al menos, en su lado exterior
se puede extender en paralelo al eje de simetría del quemador de
turbina de gas.
La turbina de gas conforme a la invención puede
estar equipada con un quemador de turbina de gas conforme a la
invención en una de las variantes de ejecución descritas.
Otras características, propiedades y ventajas de
la presente invención resultan de la siguiente descripción de
ejemplos de ejecución con referencia a las figuras adjuntas. Estas
muestran:
Fig. 1 un quemador con un electrodo de
ignición,
Fig 2 un quemador con electrodos de ignición y
un elemento de protección que presenta una sección transversal en
forma de U y rodea a los electrodos de ignición en el área
delantera,
Fig 3 un quemador con electrodos de ignición y
un elemento de protección que se encuentra conformado por
nervaduras y transcurre en paralelo a los electrodos de
ignición.
La disposición de quemadores representada en la
Fig 1 pertenece a una instalación de turbina de gas, el campo de
aplicación preferente de la presente invención. La disposición de
quemadores también es adecuada para instalaciones de combustión de
calderas alimentadas con gas.
La disposición de quemadores se compone de, al
menos, un primer quemador 2 fijado a una placa de soporte (no
representada en la Fig 1; véase Fig 2, 3) que sirve como quemador
piloto y un segundo quemador 1 que sirve como quemador principal y
en cuyo centro se encuentra colocado de forma coaxial el primer
quemador 2. El primer quemador 2 presenta una cabeza 4 con un
sistema de álabes de hélice 3 y puede ser accionado con gas natural
E y/o aceite combustible H como combustible. La cabeza 4 del primer
quemador 2 es coaxial con relación al eje del quemador, rodeado por
un canal de abastecimiento de aire 6 que sirve para el
abastecimiento de la mayor proporción de aire de combustión L hacia
una zona de combustión (no representada) conformada más debajo de
la cabeza del quemador 4. Un compresor de la instalación de turbina
de gas conduce el aire de combustión L, que se encuentra bajo
presión, a la ranura anular. Los gases de combustión fluyen al
sistema de álabes de la turbina.
El segundo quemador 1 que sirve de quemador
principal es completado con el primer quemador 2 que sirve como
quemador piloto, es decir, que en el caso de funcionamiento con gas
natural, después del arranque y el calentamiento se puede conmutar
del funcionamiento como quemador piloto al funcionamiento como
quemador principal, con sus valores menores de NOx. En este caso,
el primer quemador 2 sirve para la estabilización de la llama.
El segundo quemador comprende tubos de tobera 5
y un canal de abastecimiento de aire 6. Los tubos de tobera se
encuentran conectados a un sistema de suministro de combustible (no
representado) y sirven para la mezcla de petróleo, gas natural u
otro combustible gaseoso o líquido con el aire de combustión L
suministrado. El canal de abastecimiento de aire 6 conduce el aire
de combustión L, eventualmente con combustible mezclado, al área de
la llama.
El encendido de la mezcla de combustible y aire
conducida al primer quemador 2 se realiza a través de una
disposición de electrodos en forma de varillas o tubos con dos
electrodos de ignición 7. Los electrodos de ignición 7 transcurren
principalmente en paralelo al eje del primer quemador 2. En el área
de la placa de soporte 9, a través de la cual se encuentran
conducidos los electrodos de ignición 7, la distancia de los
electrodos de ignición 7 hacia la pared exterior del primer quemador
es sin embargo claramente mayor. También la distancia de los
electrodos de ignición 7 entre sí es mayor en el área de la placa de
soporte que en el área de la pared exterior del primer quemador 2.
Los electrodos de ignición se encuentran fijados en el lado
exterior del primer quemador 2 mediante piezas de unión 11.
En la figura 2, como ejemplo de ejecución para
un quemador conforme a la invención se encuentra representado un
quemador 2 en cuya pared exterior se encuentran colocados dos
electrodos de ignición 7 que transcurren en la dirección
longitudinal del quemador 2. El quemador 2 puede servir
especialmente como primer quemador en la disposición de quemador
descrita con relación a la Fig 1.
Los electrodos de ignición del quemador 2 se
encuentran cubiertos por un elemento de protección 8 que en el
presente ejemplo se encuentra conformado como una chapa doblada en
forma de U 8. Los lados de la chapa 8 presentan, en cada caso, un
área acodada con la que se encuentran fijadas a la pared exterior
del quemador 2. La fijación 10 se realiza, de manera ventajosa, a
través de elementos de unión separables adecuados, por ejemplo
tornillos, para que en caso de necesidad sea posible un acceso a
los electrodos de ignición 7. En lugar de la unión separable
también son posibles uniones no separables, por ejemplo uniones por
soldadura. La chapa en forma de U se extiende, al menos, a lo largo
de la parte delantera de los electrodos de ignición 7, es decir, la
parte que se encuentra cerca de las puntas de electrodo 12.
La chapa 8 debería estar conformada de un
material resistente a choques y rígido a la flexión, como por
ejemplo acero. La distancia de la chapa 8 a los electrodos de
ignición 7 debería ser, al menos, de un tamaño tal, que al aplicar
una tensión de encendido en los electrodos de ignición 7 no se
produzca un salto de chispas entre el elemento de protección 8 y
los electrodos de ignición 7. El valor concreto para la distancia
depende de la resistencia a descargas disruptivas del medio entre
los electrodos 7 y la chapa protectora 8, así como de la geometría
de los electrodos de ignición y de la temperatura existente al
aplicar la tensión de encendido. En el presente ejemplo de
ejecución, con aire como medio, se debería mantener una distancia de
seguridad de 5 mm como mínimo cuando la tensión de encendido
asciende a 5 kV.
La figura 3 muestra quemador 2, con dos
electrodos de ignición 7 dispuestos en su pared exterior. También
este quemador 2 puede servir especialmente como primer quemador en
la disposición de quemador descrita con relación a la Fig 1.
A izquierda y derecha de los electrodos de
ignición 7 del quemador 2 representado en la Fig 3 transcurre, en
cada caso, una nervadura longitudinal 8. Las nervaduras
longitudinales 8 sobresalen de la superficie del quemador 2, más
allá de los electrodos de ignición 7, de manera que los electrodos
de ignición 7 se encuentran protegidos ante choques. Las nervaduras
8 se encuentran unidas de forma fija con la pared del quemador 2.
La fijación 10 se puede realizar, por ejemplo, mediante soldadura
directa o indirecta. También son posibles uniones separables entre
las nervaduras longitudinales 8 y el quemador 2, por ejemplo
mediante tornillos, pero uniones no separables con completamente
suficientes, ya que la disposición no limita de forma considerable
el acceso a los electrodos de ignición 7 y por ello las nervaduras 8
no deben ser retiradas para el acceso a los electrodos 7.
Al igual que la chapa del primer ejemplo de
ejecución, las nervaduras 8 deberían estar realizadas en un material
resistente a choques y rígido a la flexión, como por ejemplo acero.
En el caso de una tensión de encendido de 5 kV, la distancia de las
nervaduras de los electrodos de ignición 7 debería ser, como mínimo,
de 5 mm para que no se pueda producir un salto de corriente entre
un electrodo de ignición y una nervadura.
Para finalizar se debe hacer referencia a que, a
pesar de la referencia formal a una o múltiples reivindicaciones
determinadas, todas las características que se mencionan en la
documentación de solicitud y especialmente en las reivindicaciones
dependientes también deben ser protegidas de forma individual o en
cualquier combinación.
Claims (13)
1. Quemador de turbina de gas (2) que comprende
dos electrodos de ignición (7) con, en cada caso, una punta de
electrodo (12), con lo que al aplicar una tensión de encendido entre
ambos electrodos de ignición se produce un salto de chispas en las
puntas de electrodo, con lo que los electrodos de ignición (7)
transcurren en el lado exterior del quemador, con lo que a los
electrodos de ignición (7) se encuentra asignado un elemento de
protección (8) que se proyecta más allá del lado exterior del
quemador (2) y más allá de los electrodos de ignición (7), con lo
que la distancia entre el elemento de protección (8) y los
electrodos de ignición (7) es, al menos, de un tamaño tal, que al
aplicar una tensión de encendido en los electrodos de ignición (7)
no se produzca un salto de chispas entre el elemento de protección
(8) y los electrodos de ignición (7), con lo que el valor concreto
para la distancia depende, al menos, de la geometría de los
electrodos de ignición y de la temperatura existente al aplicar la
tensión de encendido.
2. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 1, con lo que el elemento de protección (8) se
encuentra unido con el lado exterior del quemador (2).
3. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 1 y 2, con lo que el elemento de protección (8)
rodea a los electrodos de ignición (7), con lo que los electrodos de
ignición (7) son cubiertos, al menos parcialmente, en su largo.
4. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 3, con lo que el elemento de protección (8) se
encuentra conformado en forma de U en su sección transversal y con
el lado abierto se encuentra fijado al lado exterior del quemador
(2).
5. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 4, con lo que el elemento de protección (8) rodea a
los electrodos de ignición (7), al menos, en el sector delantero
cercano a las puntas de electrodo.
6. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 1 o 2, con lo que el elemento de protección (8)
comprende, al menos, una nervadura.
7. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 6, con lo que la nervadura (8) se extiende en
paralelo a los electrodos de ignición (7).
8. Quemador de turbina de gas (2) conforme a la
reivindicación 6 o 7, con lo que a ambos lados de los electrodos de
ignición se encuentra respectivamente, al menos, una nervadura.
9. Quemador de turbina de gas (2) conforme a una
de las reivindicaciones anteriores, con lo que el elemento de
protección (8) se encuentra conformado por un material rígido a la
flexión y resistente a choques.
10. Quemador de turbina de gas (2) conforme a
una de las reivindicaciones anteriores, con lo que se encuentra
diseñado como quemador piloto para una disposición de
quemadores.
11. Quemador de turbina de gas (2) conforme a
una de las reivindicaciones anteriores, con lo que el elemento de
protección se encuentra asignado a un área de los electrodos de
ignición (7) que conduce hacia la punta del electrodo.
12. Quemador de turbina de gas (2) conforme a
una de las reivindicaciones anteriores, con lo que presenta
simetría de rotación y el electrodo de ignición (7) que transcurre,
al menos, en su lado exterior se extiende en paralelo al eje de
simetría del quemador de turbina de gas (2).
13. Turbina de gas con un quemador de turbina de
gas (2) conforme a una de las reivindicaciones anteriores.
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|---|---|---|---|
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