ES2611106T3 - Lanza de un quemador de una turbina de gas - Google Patents

Lanza de un quemador de una turbina de gas Download PDF

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Daniel Burri
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Abstract

Lanza (2) de un quemador de una turbina de gas que comprende al menos un conducto interno (10) con boquillas internas (11) y un conducto externo (12) anular que rodea el conducto interno (10) y está provisto de boquillas externas (13), en donde entre una parte terminal del conducto interno (10) y una parte terminal del conducto externo (12) se proporciona al menos un espaciador (15), donde dicho espaciador está fijado tanto al conducto interno (10) como al conducto externo (12), caracterizada porque el conducto externo (12) presenta una parte terminal cerrada por una pared (21) que es un elemento independiente del conducto externo (12) y conectado al mismo.

Description

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DESCRIPCION
Lanza de un quemador de una turbina de gas Area tecnica
La presente invention hace referencia a una lanza de un quemador de una turbina de gas.
En particular el quemador de la turbina de gas es el segundo quemador de un motor de turbina de gas de combustion secuencial, es decir, un quemador por el interior del cual fluyen gases calientes generados en una primera camara de combustion pero aun ricos en oxlgeno, de tal manera que el combustible que se inyecta en el mismo aumenta su temperatura y se combustiona de forma espontanea.
Antecedentes de la invencion
Quemadores del tipo descrito presentan habitualmente un cuerpo cillndrico en el cual sobresale una lanza.
La lanza presenta forma de L y esta provista usualmente de dos o tambien mas de dos (por ejemplo, tres) conductos coaxiales con boquillas en sus extremos. Una lanza que presenta las caracterlsticas especificadas en el preambulo de la revindication 1 se conoce a partir de la memoria US 5 487 659.
Durante la operation las boquillas deben tener ejes sustancialmente coaxiales; esta caracterlstica es de gran importancia, porque el combustible (ya sea combustible llquido o gaseoso) fluye a traves del conducto interno, para ser inyectado a traves de las boquillas, y a traves del conducto externo fluye aire para ser inyectado junto con el combustible (esto es lo que se denomina “efecto de apantallamiento mediante aire”).
Resulta claro que en caso de que los ejes de las boquillas no esten correctamente alineadas, el combustible y el aire no se inyectan correctamente y la penetration del combustible en los gases calientes podrla verse afectada negativamente.
Para conectar entre si el conducto interno y el externo, habitualmente el conducto externo esta provisto de una brida es su parte terminal que se apoya de forma deslizante sobre el conducto interno.
No obstante, esta brida soporta grandes fuerzas que la presionan; por ejemplo estas fuerzas estan generadas por el combustible y el aire que fluyen en los conductos interno y externo. Ademas, las partes terminales de los conductos (donde se encuentran situadas las boquillas) soportan cargas termicas elevadas, causadas por ejemplo por los gases calientes que fluyen en el quemador. Estas cargas termicas causan deformaciones, las cuales pueden ser amplificadas en caso de que se utilicen materiales con diferentes coeficientes de expansion termica.
Por las mencionadas razones, durante la operacion, puede ocurrir una deformation de estos componentes en la parte terminal de la lanza y, como consecuencia de ello, puede presentarse un desplazamiento de los ejes de las boquillas de los conductos interno y externo de su position relativa correcta.
Resumen de la invencion
El objeto tecnico de la presente invencion es, por lo tanto, proporcionar una lanza mediante la cual se eliminen los problemas mencionados del arte conocido.
Dentro del alcance de este objeto tecnico, un aspecto de la invencion consiste en proporcionar una lanza que presenta al menos un conducto interno con boquillas internas y un conducto externo con boquillas externas, donde las boquillas internas y externas estan sustancialmente alineadas y presentan sus ejes en una posicion relativa prefijada. Durante la operacion no tiene lugar ningun desplazamiento o bien ocurre un desplazamiento muy limitado de los ejes de las boquillas internas y externas sustancialmente alineadas, de la posicion relativa prefijada correcta.
El objeto tecnico, junto con estos y otros aspectos, se logran de acuerdo con la invencion proporcionando una lanza de acuerdo con las reivindicaciones anexas.
Breve description de los dibujos
A partir de la descripcion de realizaciones preferidas, pero no exclusivas, de la lanza, resultaran mas evidentes las caracterlsticas y ventajas adicionales de la invencion, realizaciones ilustradas a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos anexos, en los que:
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La Figura 1 es un esquema de un quemador que es el segundo quemador de una turbina de gas de combustion secuencial;
La Figura 2 es una seccion longitudinal esquematica de la parte terminal de una lanza en una primera realizacion de la invention con un collar que se extiende desde un conducto externo;
La Figura 3 es una seccion de corte transversal a traves de la llnea III-III de la figura 2,
La Figura 4 es una seccion longitudinal esquematica de una parte terminal de una lanza en una segunda realizacion de la invencion con un collar que se extiende desde un conducto interno;
La Figura 5 es un corte transversal a traves de la llnea V-V de la figura 4, y
La Figura 6 es una seccion longitudinal esquematica de una parte terminal de una lanza en una tercera realizacion de la invencion con un collar que se extiende desde un conducto externo y dos conductos internos.
Description detallada de realizaciones de la invencion
En referencia a las figuras, un quemador que es el segundo quemador de una turbina de gas de combustion secuencial comprende un canal 1, que tiene habitualmente una forma rectangular o trapezoidal, en la cual se extiende una lanza 2; ademas, aguas arriba de la lanza 2 se encuentran provistos tambien unos generadores de vortices 3 (en la figura 1 la flecha G indica la direction de acuerdo a la cual los gases calientes circulan a traves del canal 1).
La lanza 2 tiene forma de L y presenta una parte terminal que se extiende paralela a la direccion del flujo de los gases calientes.
En particular, la lanza 1 comprende un conducto interno 10 con boquillas internas 11; a traves de este conducto fluye un combustible, por ejemplo un combustible gaseoso o llquido.
Ademas, la lanza 1 tiene tambien un conducto externo 12 anular que rodea el conducto interno 10 y esta provisto de boquillas externas 13; a traves de este conducto fluye aire que, durante la operation, se inyecta junto con el combustible (es decir, este es el denominado aire con efecto de apantallamiento, que permite que el combustible penetre en los gases calientes de manera que mejore la mezcla).
Las boquillas internas y externas 11, 13 estan provistas de unos ejes que presentan una position relativa predefinida, es decir, son sustancialmente coaxiales o se encuentran ligeramente desplazados entre si (es decir, puede existir una pequena separation entre los mismos), de tal manera que durante la operacion, debido a la diferente expansion termica de las piezas, los ejes de las boquillas 11 y 13 son sustancialmente coaxiales; por razones de claridad en las figuras adjuntas, los ejes de las boquillas interna y externa 11, 13 se muestran como ejes que se solapan y estan todos identificados con la referencia 14.
En particular las boquillas 11, 13 se disponen para inyectar combustible y aire en una direccion transversal dentro del canal 1 y, a este respecto, el eje 14 se encuentra en un angulo (preferiblemente perpendicular) con respecto al eje longitudinal 1a de la parte terminal de la lanza 2 (en las realizaciones que se muestran este eje 1a se superpone con el eje longitudinal del canal 1, pero puede tambien encontrarse separado del mismo).
Entre una parte terminal del conducto interno 10 y una parte terminal del conducto externo 12, se proporciona un espaciador 15 que se fija tanto al conducto interno 10 como al conducto externo 12. Debido a que el espaciador 15 se fija a la parte terminal de los conductos interno y externo 12, no es posible ningun movimiento relativo de los mismos y, por tanto, no es posible ningun desplazamiento de los ejes de las boquillas internas y externas 11, 13 de su posicion correcta.
Preferiblemente, el espaciador 15 se extiende desde el conducto externo 12 (es decir, se realiza en una pieza con el mismo o esta permanentemente conectado al mismo, por ejemplo mediante soldadura) y se apoya en un asiento 16 del conducto interno 10; ademas, tambien se proporciona un elemento de fijacion 17 que bloquea el espaciador 15 en el asiento 16.
Tambien son posibles realizaciones diferentes y, en particular, el espaciador 15 puede extenderse desde el conducto interno 10 (es decir, se realiza en una pieza con el mismo o esta permanentemente conectado al mismo, por ejemplo mediante soldadura) y se apoya en un asiento 16 del conducto externo 12; ademas en este caso se proporciona un elemento de fijacion 17 que bloquea el espaciador 15 en el asiento 16.
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El espaciador 15 esta definido por un collar que presenta orificios pasantes 18 que permiten que el aire que circula en el conducto externo 12 pase a traves de los mismos.
Ademas, el collar 15 tambien presenta aberturas 19 que definen una pluralidad de elementos 20 independientes, todos iguales, que se extienden a partir del conducto externo 12 (figura 3) o del conducto interno 10 (figura 5).
Tal como se muestra, el collar 15 esta situado entre el extremo del conducto interno 10 y la boquilla interna 11 y, de forma correspondiente, entre el extremo del conducto externo 12 y las boquillas externas 13.
Tal como se muestra en las figuras, el asiento 16 esta definido por un soporte y el elemento de fijacion 17 esta definido por un anillo, preferiblemente un anillo roscado atornillado a una parte correspondiente del conducto interno o externo 10, 12.
En los siguientes tres ejemplos se describen realizaciones de la lanza en detalle.
Ejemplo 1
La primera realization de la lanza 1 se muestra en las figuras 2 y 3.
En esta realizacion el collar 15 se extiende desde el conducto externo 12, y el asiento 16 esta provisto en el conducto interno 10.
El anillo 17 es un anillo roscado que se atornilla a una parte terminal roscada correspondiente del conducto interno 10.
De acuerdo con la invention, el conducto externo 12 presenta una parte terminal cerrada por una pared 21 que es un elemento independiente del conducto externo 12 y conectado al mismo, por ejemplo mediante soldadura.
Ejemplo 2
La segunda realizacion de la lanza 1 se muestra en las figuras 4 y 5.
En esta realizacion el collar 15 se extiende a partir del conducto interno 10 y el asiento 16 que lo aloja esta provisto en el conducto externo 12.
El anillo 17 se extiende desde la pared 21 cerrando el conducto externo 12; de acuerdo con la invencion, esta pared 21 es un elemento independiente del conducto externo 12 y esta conectado al mismo.
En particular el anillo 17 es un anillo roscado que se atornilla a una parte roscada correspondiente del conducto externo 12; despues de atornillarlo, tambien se puede aplicar una soldadura para asegurar la conexion.
Ejemplo 3
La Figura 6 muestra una tercera realizacion de la lanza 1.
En esta realizacion la lanza 1 presenta un primer conducto interno 10a dispuesto para portar un primer combustible (habitualmente un combustible llquido) y un segundo conducto interno 10b (dispuesto para conducir un segundo combustible, generalmente un combustible gaseoso); los conductos 10a y 10b son coaxiales entre si.
Un conducto externo 12 rodea ambos conductos internos 10a y 10b y es coaxial con los mismos.
Cada conducto 10a, 10b, 12 presenta boquillas 11a, 11b y 13 con ejes coaxiales 14.
La realizacion que se muestra en la figura 6 se muestra con un collar 15 que se extiende a partir del conducto externo 12, alojado en el asiento 16 del conducto interno 10b y bloqueado en el mismo mediante un elemento de fijacion 17 atornillado; la pared 21 se suelda a continuation al conducto externo 12.
Naturalmente, tambien es posible una realizacion con un collar 15 que se extienda a partir del conducto interno 10b y que se apoye en el asiento 16 del conducto externo.
Ensamblaje
El ensamblaje de la lanza es evidente a partir de lo descrito e ilustrado y es sustancialmente lo que sigue a continuacion (en referencia a la figura 2).
En primer lugar, la parte terminal del conducto interno se suelda al mismo conducto interno 10 (las figuras muestran que el conducto interno 10 esta realizado en piezas independientes unidas entre si, habitualmente soldadas).
5 Por tanto, la parte terminal del conducto externo 12 se inserta por encima del conducto interno 10, el collar 15 se encuentra correctamente alojado en el asiento 16, las boquillas 11 y 13 se disponen de forma correcta entre si, y a continuacion esta parte tambien se suelda al conducto externo 12.
El anillo 17 se atornilla al extremo roscado del conducto externo 10, para bloquear el collar 15 y a continuacion tambien la pared 21 se conecta (generalmente se suelda) al conducto externo 12.
10 El ensamblaje de la realizacion de la figura 4 es evidente a partir de lo descrito; en particular la parte terminal del conducto interno 10 se suelda en primer lugar, a continuacion se conecta su elemento de cierre 22, de ese modo tambien se conecta la parte terminal del conducto externo 12. Finalmente, la pared 21 y el anillo 17 tambien se ensamblan, atornillando el anillo 17 a la correspondiente parte roscada del conducto externo 12. Puede realizarse entonces un proceso de soldadura.
15 El ensamblaje de la realizacion de la figura 6 es tambien evidente. En este caso, la parte terminal de los conductos internos (un bloque define las partes terminales de ambos conductos internos 10a, 10b) se suelda al conducto interno 10a en primer lugar. De ese modo, se aplica el elemento de cierre 22 y una segunda soldadura para conectar la parte terminal al conducto interno 10b. A continuacion, la parte terminal del elemento externo se suelda al conducto externo 12 y, despues de haber atornillado el anillo 17 para bloquear el collar 15, tambien se suelda la 20 pared 21 al conducto externo 12.
La lanza en las realizaciones de la invencion demostro ser muy efectiva, ya que el collar 15 entre los conductos externo e interno 12, 10 esta conectada (es decir, fijada) tanto al conducto interno como al conducto externo 10, 12 y se bloquea en todas las direcciones, evitando posibles deformaciones relativas que desplazarlan los ejes de las boquillas internas y externas 11, 13 de la posicion relativa correcta (siendo habitualmente una posicion relativa 25 coaxial o sustancialmente coaxial).
Naturalmente, las caracterlsticas descritas pueden proporcionarse independientemente una de la otra.
En la practica, los materiales utilizados y las dimensiones pueden elegirse segun se desee de acuerdo con los requerimientos y el estado del arte.
Numeros de referencia
30 1 canal
1a eje longitudinal de la parte terminal de la lanza
2 lanza
3 generador de vortice
10 conducto interno
35 10a, 10b conductos internos
11 boquillas de 10
11a, 11b boquillas de 10a, 10b
12 conducto externo
13 boquillas de 12
40 14 ejes de 11, 13
15 espaciador/collar
16 asiento
17 elemento de fijacion
18 orificios pasantes 15
19 aberturas de 15
5 20 elementos de 15
21 pared
22 elemento de cierre G gases calientes

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
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    35
    REIVINDICACIONES
    1. Lanza (2) de un quemador de una turbina de gas que comprende al menos un conducto interno (10) con boquillas internas (11) y un conducto externo (12) anular que rodea el conducto interno (10) y esta provisto de boquillas externas (13), en donde entre una parte terminal del conducto interno (10) y una parte terminal del conducto externo (12) se proporciona al menos un espaciador (15), donde dicho espaciador esta fijado tanto al conducto interno (10) como al conducto externo (12), caracterizada porque el conducto externo (12) presenta una parte terminal cerrada por una pared (21) que es un elemento independiente del conducto externo (12) y conectado al mismo.
  2. 2. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 1, caracterizada porque el espaciador (15) se extiende a parti r del conducto externo (12) y se apoya en un asiento (16) del conducto interno (10) o vice versa, donde dicha lanza (2) ademas comprende un elemento de fijacion (17) que bloquea al menos un espaciador (15) en el asiento (16).
  3. 3. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 1, caracterizada porque las boquillas internas y externas (11, 13) estan provistas de ejes que presentan una posicion relativa predefinida.
  4. 4. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 3, caracterizada porque dicha posicion relativa predefinida de los ejes de las boquillas internas y externas (11, 13) comprenden sustancialmente ejes coaxiales o ejes ligeramente desplazados entre si.
  5. 5. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 2, caracterizada porque el asiento (16) esta definido por un soporte.
  6. 6. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 2, caracterizada porque el elemento de fijacion (17) esta definido por un anillo.
  7. 7. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 6, caracterizada porque dicho anillo (17) es un anillo roscado que se atornilla a una parte terminal roscada correspondiente del conducto interno (10).
  8. 8. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 6, caracterizada porque dicho anillo (17) se extiende desde dicha pared (21) cerrando el conducto externo (12).
  9. 9. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 8, caracterizada porque el anillo (17) es un anillo roscado que se atornilla a una parte terminal roscada correspondiente del conducto externo (12).
  10. 10. Lanza (2) segun se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho espaciador (15) esta definido por un collar.
  11. 11. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 10, caracterizada porque dicho collar (15) presenta orificios pasantes (18) que permiten que el aire que circula en el conducto externo (12) fluya a traves de los mismos.
  12. 12. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 11, caracterizada porque dicho collar (15) presenta aberturas (19) que definen una pluralidad de elementos independientes (20).
  13. 13. Lanza (2) segun se reivindica en la reivindicacion 12, caracterizada porque todos los elementos (20) son iguales.
  14. 14. Lanza (2) segun se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el espaciador (15) esta situado entre el extremo del conducto interno (10) y las boquillas internas (11) y, de forma correspondiente, entre el extremo del conducto externo (12) y las boquillas externas (13).
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