IT8319558A1

IT8319558A1 - Combustore a fumo ridotto, perfezionato, per turbine a combustione fisse

Info

Publication number: IT8319558A1
Application number: IT1983A19558A
Authority: IT
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1984-08-14
Also published as: IE54072B1; IL67854A0; KR840003732A; JPH0314572U; IL67854A; AR229303A1; CA1204293A; AU1097283A; IE830198L; EP0086667B1; IT8319558A0; AU561818B2; IT1168704B; MX158572A; BR8300636A; KR880001508B1; US4475344A; DE3369376D1; EP0086667A1

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

"COMBUSTORE A DUMO RIDOTTO,PERFEZIONATO,PER TURBINE A COMBU-STIONE FISSE"

RIASSUNTO

Un tubo di fiamma di combustore , perfezionato , per una turbina a combustione fissa, comprende una molteplicit? di segmenti d' anello collegati a cannocchiale per formare un tubo di fiamma di diametro costante, l ' estremit? a valle di eia scun segmento d' anello avendo un orlo sporgente per il raffrej? damento a pellicola migliorato della superficie interna dei segmenti d ' anello , una parte a cupola di combustore contigua all ' estremit? a monte del tubo di fiamma del combustore ed avente una p iastra di sbattimento che dirige la pellicola di aria di raffreddamento lungo la superficie interna della pare te della cupola, dei mezzi d' iniezione del combustibile, e delle prese d' aria di forma ovale per dirigere il flusso d' aria com pressa nella zona di combustione . Ogni segmento d'anello, ad eccezione del primo , comprende una parte cilindrica a monte, una parte conica ed una parte cilindrica a valle, tale disposizione geometrica permette la costruzione di un tubo di fiam ma di combustore di diametro costante. I perfezicmamenti combinati del presente tubo di fiamma di combustore hanno come conseguenza una combustione pi? efficiente e completa da cui consegue una produzione ridotta di fumo.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

la presente invenzione si riferisce alle turbine a combustione fisse impiegate per la produzione di energia elettri_ ca e per altri scopi industriali e pi? particolarmente ai tubi di fiamma di combustori impiegati in tali turbine a combustione.

In termini generali, le turbine a combustione tipiche della tecnica nota comprendono tre parti: una parte di compressore, una parte di combustore ed una parte di turbina.

L'aria aspirata nella parte di compressore viene compressa, aumentando la sua temperatura e densit?. L'aria compressa prj) veniente dalla parte di compressore passa attraverso la parte di combustore in cui la temperatura della massa d'aria viene ulteriormente aumentata. Dalla parte di combustore i gas caldi pressurizzati passano nella parte di turbina, in cui l'enejr gi? dei gas che si espandono viene trasformata in movimento rotatorio di un rotore di turbina.

Una parte tipica di combustore comprende una molteplicit? di tubi di fiamma di combustore disposti in una disposizio ne ordinata anulare attorno alla circonferenza della turbina a combustione. Nella convenzionale tecnologia d?i combustori i gas

/pressurizzati provenienti da una parte ,di compressore vengono risealdati mediante una fiamma di diffusione nel tubo di fiani ma del combustore, prima di passare alla parte di turbina.

Nella tecnica della fiamma di diffusione il combustibile vie-ne spruzzato nell'estremit? a monte del combustore mediante un effusore. la combustione avviene in una zona di combustione primaria a valle dell'effusore, la combustione incompleta, dot vuta alla miscelazione incompleta del combustibile e dell'aria compressa, ha come conseguenza la produzione di fumo e di al-tri inquinanti non voluti.

la crescente coscienza ambientale ha portato a standard d'emissione pi? severi per le turbine a combustione. I tentativi volontari per migliorare le turbine a combustione, come pure i requisiti obbligatori di conformit? con gli standard d'emissione hanno reso conveniente sviluppare turbine a com-bustione che generano maggior potenza con maggior rendimento, con un impatto ambientale minore? A tal fine si ? rivelato con. veniente progettare un combustore perfezionato in grado di ri scaldare i gas compressi a livelli di temperatura maggiori, pur producendo livelli di fumo ridotti.

Pertanto un tubo di fiamma di combustore per turbina a combustione comprende una molteplicit? di segmenti d'anello contigui per formare un involucro a cannocchiale, nel complesso cilindrico, di diametro sostanzialmente costante, una.parte a cupola di forma conica, contigua all'estremit? a monte del-l'involucro e racchiudente quest'ultima, dei mezzi per inietta re il combustibile attraverso un ' apertura nella cupola, ed una mol teplici t? di prese d' aria di forma nel complesso ovale prevista nell ' estremi t? a monte del tubo di fiamma per inie ttare aria compressa nella zona di combustione. Il tubo di fiam ma di diametro costan te permette di ottenere una zona di combustione di volume maggiore per ricevere un flusso di combusti bile e aria aumentato. le prese d' aria ovali erogano il flusso d' aria con maggior penetrazione nella corrente di combustibile, ottenendo un rendimento del riscaldamento migliora to ed una combustione pi? completa che ha come conseguenza una minore produzione di fumo.

Nel disegno;

la figura 1 mostra una sezione longitudinale di un tubo di fiamma di combustore strutturato secondo i principi del-l'invenzione;

la figura 2 mostra una sezione di due segmenti d'anello contigui , indicata in figura 1 dalla linea II-II .

Pi? particolarmente in figura 1 ? mostrato un tubo di fiamma 10 di combustore costituito da una molteplici t? di ses; menti d' anello 12 e da una cupola 14 del combustore. Ciascun segmento d' anello 12, ad eccezione del primo segmento d 'anello 13 , comprende una parte cilindrica a monte 16 , una parte conica 18 e da una parte cilindrica a valle 20. Il primo segmento d'anello 13 comprende una sola parte cilindrica. I segmenti d' anello 12 sono preferibilmente .costitui ti di me tallo formato per stiratura, ma possono essere formati saldando insieme le tre parti 16, 18, 20. La molteplicit? di segmenti di anello 12, ciascuno di essi avente una geometria formata da tre parti, ed il primo segmento d'anello 13 si combinano per formare un involucro per il tubo di fiamma 10 del combustore avente un diametro sostanzialmente costante, al contrarlo dei tubi di fiamma di combustore formati a cannocchiale della tee nica nota, i quali nel complesso aumentano di diametro dalla estremit? a monte all'estremit? a valle. Mentre un tubo di fiamma di combustore della tecnica nota potrebbe aumentare di diametro da nove pollici (22,86 cm), all'estremit? a m?nte a dodici pollici (30,48 cm) all'estremit? a valle, un tubo di fiamma di combustore strutturato secondo i principi della pre_ sente invenzione potrebbe avere un involucro cilindrico con un diametro costante approssimativamente di 12,5 pollici (31,75 cm).

l ' estremit? a monte 16 di ciascun segmento d' anello 12 si sovrappone a cannocchiale all' estremit? a valle 20 del 3?? mento d ' anello 12 adiacente. Le parti di sovrapposizione dei segmenti d' anello 12 contigui sono separate da un nastro distanziatore corrugato 22. La figura 2 illustra una parte del tubo di fiamma 10 del combustore , in sezione trasversale, che mostra i segmenti d' anello 12 che si sovrappongono ed il nastro distanziatore 22 disposto tra di essi. I segmenti d' anel_ lo 12, 13 sono fissati al nastro distanziatore 22 con mezzi opportuni, come per esempio la saldatura a punti. La parte di sovrapposizione dei segmenti d'anello esterni 12, 13 e preferibilmente munita di feritoie per evitare rotture della salda tura a punti dovute alle alte sollecitazioni termiche.

Poich? la parte di sovrapposizione o?parte cilindrica a monte 16 di ciascun segmento d'anello 12, 13 ? munita di feri_ toie, ? previsto un anello 23 di copertura delle feritoie per impedire che un flusso d'aria entri nel tubo di fiamma 10 del combustore, attraverso le feritoie previste nei segmenti di anello 12, 13. Tale flusso d'aria tende a rompere il flusso di aria di raffreddamento primario che passa tra i segmenti d'anel lo 12, 13 per formare una pellicola d'aria di raffreddamento lungo la parete interna del tubo di fiamma 10 del combustore. L'anello 23 di copertura delle feritoie ? preferibilmente munito di feritoie approssimativamente agli stessi intervalli dei segmenti d'anello 12, 13. Le feritoie previste nell'anello 23 di copertura delle feritoie sono orientate in modo da non essere allineate con le feritoie dei segmenti d'anello 12, 13. L'anello 23 di copertura delle feritoie, che ? preferibilmente saldato a punti ai segmenti d'anello 12, 13, permette che i segmenti d'anello siano muniti di feritoie per l'espansione termica, senza avere effetti pregiudizievoli sull'efficacia del raffreddamento.

Il nastro distanziatore corrugato 22 crea uno spazio anu lare approssimativamente di 0,086 pollici (0,22 cm) tra i sejj menti d'anello 12 contigui, permettendo l'entrata d'aria di raffreddamento per il raffreddamento a pellicola dei segmenti d'anello 12, 13 immediatamente a valle. Il raffreddamento a pellicola efficace fa diminuire l'effetto d'urto dei gas caldi sulla superficie interna del segmento d'anello. L'ampiezza delio -spazio tra i segmenti d'anello contigui 12, 13 pu? essje re regolata in corrispondenza dell'estremit? a valle d?i tubo di fiamma 10 del combustore, preferibilmente a 0,056 pollici (0,1422 cm), mediante un'appropriata costruzione del nastro distanziatore 22, in modo da ridurre il flusso d'aria di raffreddamento in quelle parti del tubo di fiamma 10 del combustore in cui ? necessaria meno aria di raffreddamento.

L'estremit? a monte del tubo di fiamma 10 del combustore ? dotata di sei prese d'aria ovali 24, ognuna avente un bordo interno 25 per dirigere il flusso d'aria compressa in una zona di combustione 26, in cui l'aria compressa si mischia con il combustibile per la combustione. La forma ovale delle prese d'aria 24 orientate con la loro dimensione maggiore parallele all'asse del tubo di fiamma 10 del combustore, migliora la penetrazione del flusso d'aria nella corrente del gas combustibile che passa dall'effusore (non mostrato). La migliore penetrazione assicura una miscelazione pi? completa dell'aria compressa con il combustibile e si ottiene cosi una pi? completa combustione con una minore produzione di fumo.

Il tubo di fiamma 10 del combustore ? pure dotato di un secondo anello di sei prese d'aria 27 aventi dei bordi 29, formanti un leggero angolo verso monte. Le prese d?aria 27 sono disposte a valle delle prese d'aria 24, in modo da favo-rire la miscelazione e la completa combustione. Un terzo anel 10 di prese d'aria 36, preferibilmente di forma ovale, ? di-sposto nell'estremit? a valle del tubo di fiamma 10 del comb? store, per fornire aria compressa per attenuare la temperatura della corrente di gas caldi in modo da impedire danni alle parti della turbina. Il secondo e terzo anello di palette 27, 35 sono disposti nella parte conica 18 dei rispettivi segmenti d'anello 12.

Il volume della zona di combustione 26 ? importante per regolare la reazione di combustione. Se il volume b troppo piccolo si pu? avere combustione a valle, al di fuori della zona di combustione 26. Se il volume ? troppo grande ne soffre la stabilit? operativa del combustore, per esempio il combust? re pu? essere suscettibile di arresto della combustione (blowout) per condizioni di basso carico. Una zona di combustione avente un volume troppo grande ? pure suscettibile ,di miscelazione povera di combustibile e aria, conseguendone una combustione meno completa, e l'area della superficie pi? inte_r na deve essere raffreddata. Come puntualizzato in precedenza, la geometria dei segmenti d'anello 12 consente di costruire 11 tubo di fiamma 10 del combustore con un diametro sostanzialmente costante. Il tubo di fiamma 1p del combustore ? pre feribilmente costruito con un diametro approssimativamente di 12,5 pollici (31*75 ctn), avendosi cos? una zona di combustione 26 di volume sostanzialmente maggiore di quello della cor-rispondente zona di combustione di un tubo di fiamma di combu store della tecnica nota. ;Il tubo di fiamma 10 del combustore, grazie alla sua zona di combustione 26 di volume maggiore, pu? funzionare con un maggior flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26 di quello di un tubo di fiamma analogo della tecnica nota. Il flusso di combustibile nella zona di combustione 26 pu? aji che essere aumentato, ma a causa del volume maggiore della zo na di combustione 26 e del maggiore flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26.la densit? del combustibile nella zona di combustione 26 pu? essere minore di quella di un analogo tubo di fiamma della tecnica nota. La miscela di combustibile pi? povera viene pi? efficacemente mescolata dal flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26, dando cos? luogo ad una pi? completa combustione e diminuendo la pr? duzione di inquinanti come il fumo. La forma ovale delle pre-se d?aria 24, che alimentano l'aria compressa alla zona di combustione 26, migliora la penetrazione del flusso d'aria nella corrente di combustibile, avendosi come risultato una mi scela combustibile-aria migliorata e diminuendo pure la produ zione di fumo,ottenendo una pi? completa combustione. Bench? il flusso di gas attraverso la zona di combustione 26 risulti aumentato come conseguenza del maggior volume della zona di combustione 26, la velocit? dei gas che passano attraverso la zona di combustione 26 pu? essere diminuita, avendosi pi? tempo per la completa combustione (bruciatura del fumo). ;I livelli aumentati d? flusso di combustibile e la completa combustione nella zona di combustione 26 espongono le pareti interne del tubo di fiamma 10 del combustore a tempera ture di reazione maggiori di quelle ordinariamente presenti nei tubi di fiamma tipici di combustori della tecnica nota. Il tubo di fiamma 10 del combustore comprende delle caratteristiche per migliorare l'efficacia della disposizione di raf freddamente a pellicola utilizzata per raffreddare le pareti interne d?i tubo di fiamma del combustore. ;II tubo di fiamma 10 del combustore comprende una piastra di sbattimento 28 nel complesso conica, fissata in modo da realizzare una chiusura a tenuta all'estremit? interna, a monte della parte a cupola 14 e distanziata lateralmente dalla parte a cupola 14 per formare uno spazio anulare, aperto verso valle, tra la parte a cupola 14 e la piastra di sbattimento 28. L ' aria di raffreddamento 30 entra nella parte a cupola 14 attraverso una molteplicit? di aperture 32 per l ' aria di raffreddamento, al che la piastra di sbattimento 28 dirige un sottile strato d' aria di raffreddamen to lungo la superficie interna esposta della parte a cupola 14 del combustore. la pellicola d' aria di raffreddamento riduqe l ' effetto dei gas caldi sulla superficie interna della parete della parte a cupola del combustore e mantiene cos? la parete ad una temperatu ra sostanzialmente ridotta rispetto alla temperatura di reazione. la piastra di sbattimento 23 fornisce pure dei mezzi pi? efficaci per dirigere la pellicola d'aria di raffreddamen. di quelli ;tc/ che .hannonei tipici combustori della tecnica nota. ;Una disposizione efficiente per raffreddare a pellicola le pareti interne dei segmenti d'anello 12, 13 viene ottenuta mediante un bordo interno esteso 34 previsto sull'estremit? a valle di ciascun segmento d'anello 12, 13. Il bordo esteso 34 comprende un'estensione della parte cilindrica 20 di ciascun segmento d'anello 12, 13 oltre l'estremit? a valle del nastro distanziatore 22. I benefici del bordo esteso 34 sono triplici. Primo: poich? la lunghezza del canale anulare del refrigerante viene efficacemente aumentata dal bordo esteso 34, la lunghezza della parete interna da raffreddare viene ridotta. Secondo: poich? il canale del refrigerante ora si estende oltre il nastro distanziatore 22, viene ridotto l ' effetto dannoso di turbolenza indotto nella pellicola di refrigerante dal nastro distanziatore corrugato 22. Inaine: poich? la larghezza del canale anulare del refrigerante oltre il nastro distanziatore viene aumentata dall ' ammontare dello spessore del nastro distanziatore 22 (approssimativamen te 0,032 pollici = 0 ,081 cm) , l ' efficacia del raf freddamen to della pellicola d' aria di raffreddamento emessa dal canale viene miglio rata dal suo spessore aumentato. ;Quindi il tubo di fiamma 10, grazie ad un'appropriata combinazione di caratteristiche, permette d'ottenere un rendimento del riscaldamento dell'aria compressa con la contemp_o ranea riduzione del livello di produzione del fumo, la zona di combustione 26 a volume maggiore permette di aumentare il flusso di combustibile pur diminuendo la concentrazione di combustibile nella zona di combustione 26, avendosi come risultato una miscelazione combustibile-aria migliorata, la zo-na di combustione 26 a volume maggiore permette pure di avere nella zona di combustione 26 un flusso di gas di velocit? inferiore. la miscelazione migliorata e le velocit? minori del gas comportano una combustione pi? efficiente e riducono i li velli di produzione di fumo. ;la forma ovale delle prese d'aria 24 migliora la penetra zione del flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26, migliorando inoltre la miscelazione combustibile-aria e riducendo cos? la produzione di fumo. ;Il bordo esteso previsto sui segmenti d'anello 12, 13 e la piastra di sbattimento 28 all'interno della parte a cupola 14 del combustore permettono d'ottenere delle disposizioni di raffreddamento efficaci che compensano le pi? alte tempera ture generate da una reazione di combustione mantenuta compie ta nell'estremit? a monte del tubo di fiamma 10 del combusto? re. ;

Claims

RIVENDICAZIONI ;

1. Tubo di fiamma di combustore per riscaldare i gas di scarico del compressore per azionare una turbina, comprendente: ;una molteplicit? di segmenti d'anello, ciascun segmento d'anello avendo una superficie interna ed una superficie esterna collegati a cannocchiale per formare una parte nel complesso cilindrica di tale tubo di fiamma, tale parte cilin drica avendo un'estremit? a monte, un?estremit? a valle ed un asse longitudinale, ed avendo un diametro sostanzialmente costante; ;una parte a cupola di combustore, avente un'estremit? a monte ed un'estremit? a valle, che ? contigua con l'estremi-t? a monte della parte cilindrica del tubo di fiamma, tale parte a cupola essendo nel complesso conica con diametro che aumenta verso valle; ;dei mezzi che sono contigui alla parte a cupola per iniejt tare combustibile nella zona di combustione nell'estremit? a monte della parte cilindrica del tubo di fiamma; e ;una mol teplicit? di prese d' aria nel complesso di forma ovale previste in un segmen to d ' anello nell ' estremit? a monte della parte cilindrica per dirigere un flusso d' aria compressa nella zona di combustione, ogni / d'aria avendo una dimensione lunga ed una dimensione corta. ;2. Tubo di fiamma per combustore secondo la riv. 1, in cui almeno due dei segmenti d'anello comprendono una parte cilindrica a monte, una parte conica avente un diametro decrescente verso valle ed una parte cilindrica a valle, per cui la parte cilindrica a monte di uno dei segmenti d'anello si sovrappone alla parte cilindrica a valle di un altro dei segmen_ ti d?anello disposto adiacente al primo segmento d?anello e... disposto a monte rispetto a quest'ultimo. ;3. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 2, in cui in ciascuna coppia di segmenti d?anello contigui questi ultimi sono distanziati lateralmente da un nastro distanziata re corrugato e fissati ad esso, tale nastro distanziatore dirigendo una pellicola d'aria di raffreddamento lungo la supe_r ficie interna del segmento d'anello disposto a valle del na-stro distanziatore. ;4. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 3, in cui i segmenti d?anello contigui sono saldati a punti al nastro distanziatore. ;5. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 3, in cui la parte cilindrica a valle di ogni segmento d'anello s'estende oltre il nastro distanziatore per formare un bordo esteso, per cui viene migliorata l'efficacia del raffreddamento a pel. licola del segmento d'anello adiacente. ;6. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 5, in cui la parte a cupola comprende: ;una piastra di sbattimento nel complesso conica fissata a tenuta alla superficie interna dell'estremit? a monte della parte a cupola e distanziata lateralmente da tale parte a cu-pola per formare uno spazio anulare, aperto verso valle, tra la parte a cupola e la piastra di sbattimento; e ;una molteplicit? di luci per l'aria di raffreddamento pre viste attraverso la parte a cupola, opposte alla piastra di sbattimento, per cui l'aria di raffreddamento entra dall'este^ no del tubo di fiamma del combustore nello spazio anulare tra la parte a cupola e la piastra di sbattimento ed ? diretta sotto forma di pellicola lungo la superficie interna esposta della parte a cupola. ;7. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 6 , in cui le prese d ' aria della molteplicit? di prese d'aria ovali sono orientate in modo che la loro dimensione lunga sia nel complesso parallela all ' asse longitudinale della parte cilindrica. ;8. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 7, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende sei prese d' aria di forma ovale ;9. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 7, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende inoltre una seconda molteplicit? di prese d'aria per dirigere un flus so addizionale d?aria compressa nella zona di combustione. ;10. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 9, in cui la seconda molteplicit? di prese d'aria ? di forma nel complesso circolare ed ? disposta in modo da dirigere l'aria compressa leggermente verso monte. ;11. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 9, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende inoltre una terza molteplicit? di prese d'aria prevista nell'estremi-t? a valle della parte cilindrica per dirigere un flusso di aria compressa per diluire i gas caldi uscenti dal tubo di fiamma del combustore. ;12. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 11, in cui le prese d'aria della terza molteplicit? di prese di aria sono nel complesso di forma ovale e sono disposte in modo da dirigere l'aria compressa leggermente verso monte. ;PRELIMINARI DELL * INVENZI ONE

la presente invenzione si riferisce alle turbine a combustione fisse impiegate per la produzione di energia elettri ca e per altri scopi industriali e pi? particolarmente ai tubi di fiamma di combustori impiegati in tali turbine a combustione.

In termini generali, le turbine a combustione tipiche della tecnica nota comprendono tre parti: una parte di compressore, una parte di combustore ed una parte di turbina, l'aria aspirata nella parte di compressore viene compressa, aumentando la sua temperatura e densit?, l'aria compressa ???? veniente dalla parte di compressore passa attraverso la parte di combustore in cui la temperatura della massa d'aria viene ulteriormente aumentata. Dalla parte di combustore i gas caldi pressurizzati passano nella parte di turbina, in cui l'ene_r gi? dei gas che si espandono viene trasformata in movimento rotatorio di un rotore di turbina.

Una parte tipica d? combustore comprende una molteplicit? di tubi di fiamma di combustore disposti in una disp03izi? ne ordinata anulare attorno alla circonferenza della turbina a combustione..Nella convenzionale tecnologia dei combustori i gas

/pressurizzati provenienti da una parte ,di compressore vengono riscaldati mediante una fiamma di diffusione nel tubo di fiam ma del combustore, prima di passare alla parte di turbina. Nella tecnica della fiamma di diffusione il combustibile viene spruzzato nell'estremit? a monte del combustore mediante un effusore, la combustione avviene in una zona di combustione primaria a valle dell'effusore, la combustione incompleta, djo vuta alla miscelazione incompleta del combustibile e dell'aria compressa, ha come conseguenza la produzione di fumo e di altri inquinanti non voluti.

la crescente coscienza ambientale ha portato a standard d'emissione pi? severi per le turbine a combustione. I tentativi volontari per migliorare le turbine a combustione, come pure i requisiti obbligatori di conformit? con gli standard d'emissione hanno reso conveniente sviluppare turbine a combustione che generano maggior potenza con maggior rendimento, con un impatto ambientale minore. A tal fine si ? rivelato coji veniente progettare un combustore perfezionato in grado di 'ri scaldare i gas compressi a livelli di temperatura maggiori, pur producendo livelli di fumo ridotti.

RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

Pertanto un tubo di fiamma di combustore per turbina a combustione comprende una molteplicit? di segmenti d'anello contigui per formare un involucro a cannocchiale, nel complesso cilindrico, di diametro sostanzialmente costante, una parte a cupola di forma conica, contigua all'estremit? a monte del-1.'involucro e racchiudente quest'ultima, dei mezzi per inietta re il combustibile attraverso un'apertura nella cupola, ed una molteplicit? di prese d'aria di forma nel complesso ovale prevista nell'estremit? a monte del tubo di fiamma per iniettare aria compressa nella zona di combustione. Il tubo di fiam ma di diametro costante permette di ottenere una zona di combustione di volume maggiore per ricevere un flusso di combustibile e aria aumentato. le prese d'aria ovali erogano il flusso d'aria con maggior penetrazione nella corrente di combustibile, ottenendo un rendimento del riscaldamento migliora to ed una combustione pi? completa che ha come conseguenza una minore produzione di fumo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

la figura 1 mostra una sezione longitudinale di un tubo di fiamma di combustore strutturato secondo i principi dell'invenzione;

la figura 2 mostra una sezione di due segmenti d'anello contigui, indicata in figura 1 dalla linea.II-II.

DESCRIZIONE DELLA FORMA D'ESECUZIONE PREFERITA

Pi? particolarmente in figura 1 ? mostrato un tubo di fiamma 10 di combustore costituito da una molteplicit? di se? menti d'anello 12 e da una cupola 14 del combustore. Ciascun segmento d'anello 12, ad eccezione del primo segmento d'anello 13, comprende una parte cilindrica a monte 16, una parte conica 18 e da una parte cilindrica a valle 20. Il primo segmento d'anello 13 comprende una sola parte cilindrica. I segmenti d'anello 12 sono preferibilmente .costituiti di metallo formato per stiratura, ma possono essere formati saldando in-sieme le tre parti 16, 18, 20. La molteplicit? di segmenti di anello 12, ciascuno di essi avente una geometria formata da tre parti, ed il primo segmento d'anello 13 ai combinano per formare un involucro per il tubo di fiamma 10 del combustore avente un diametro sostanzialmente costante, al contrario dei tubi di fiamma di combustore formati a cannocchiale della tee nica nota, i quali nel complesso aumentano di diametro dalla estremit? a monte all'estremit? a valle. Mentre un tubo di fiamma di combustore della tecnica nota potrebbe aumentare di diametro da nove pollici (22,86 cm), all'estremit? a monte a dodici pollici (30,48 cm) all?estremit? a valle, un tubo di fiamma di combustore strutturato secondo i principi della pre^ sente invenzione potrebbe avere un involucro cilindrico con un diametro costante approssimativamente di 12,5 pollici (31,75 om).

L'estremit? a monte 16 di ciascun segmento d'anello 12 si sovrappone a cannocchiale all'estremit? a valle 20 del se? mento d'anello 12 adiacente. Le parti di sovrapposizione dei segmenti d'anello 12 contigui sono separate da un nastro distanziatore corrugato 22. La figura 2 illustra una parte del tubo di fiamma 10 del combustore, in sezione trasversale, che mostra i segmenti d'anello 12 che si sovrappongono ed il na-stro distanziatore 22 disposto tra di essi. I segmenti d'anel_ lo 12, 13 sono fissati al nastro distanziatore 22 con mezzi opportuni, come per esempio la saldatura a punti, la parte di sovrapposizione dei segmenti d'anello esterni 12, 13 e prefe-ribilmente munita di feritoie per evitare rotture della salda tura a punti dovute alle alte sollecitazioni termiche.

Poich? la parte di sovrapposizione o parte cilindrica a monte 16 di ciascun segmento d'anello 12, 13 ? munita di feri toie, ? previsto un anello 23 di copertura delle feritoie per impedire che un flusso d'aria entri nel tubo di fiamma 10 del combustore, attraverso le feritoie previste nei segmenti di anello 12, 13. Tale flusso d'aria tende a rompere il flusso di aria di raffreddamento primario che passa tra i segmenti d'anel lo 12, 13 per formare una pellicola d'aria di raffreddamento lungo l? parete interna del tubo di fiamma 10 del combustore, l'anello 23 di copertura delle feritoie ? preferibilmente mu-nito di feritoie approssimativamente agli stessi intervalli dei segmenti d'anello 12, 13. le feritoie previste nell'anello i 23 di copertura delle feritoie sono orientate in modo da non essere allineate con le feritoie dei segmenti d'anello 12, 13. l'anello 23 di copertura delle feritoie, che ? preferibilmente saldato a punti ai segm?nti d'anello 12, 13, permette che i segmenti d'anello siano muniti di feritoie per l'espansione termica, senza avere effetti pregiudizievoli sull'efficacia del raffreddamento.

Il nastro distanziatore corrugato 22 crea uno spazio anu lare approssimativamente di 0,086 pollici (0,22 cm) tra i se_g menti d'anello 12 contigui, permettendo l'entrata d'aria di raffreddamento per il raffreddamento a pellicola dei segmenti d'anello 12, 13 immediatamente a valle. Il raffreddamento a pellicola efficace fa diminuire l'effetto d'urto dei gas caldi sulla superficie interna del segmento d'anello. L'ampiezza dello- spazio tra i segmenti d'anello contigui 12, 13 pu? ess^e re regolata in corrispondenza dell'estremit? a valle ddl tubo di fiamma 10 del combustore, preferibilmente a 0,056 pollici (0,1422 cm), mediante un?appropriata costruzione del nastro distanziatore 22, in modo da ridurre il flusso d'aria di raffreddamento in quelle parti del tubo di fiamma 10 del combustore in cui h necessaria meno aria di raffreddamento.

L'estremit? a monte del tubo di fiamma 10 del combustore ? dotata di sei prese d'aria ovali 24, ognuna avente un bordo interno 25 per dirigere il flusso d'aria compressa in una zona di combustione 26, in cui l?aria compressa si mischia con il combustibile per la combustione. La forma ovale delle prese d'aria 24 orientate con la loro dimensione maggiore parallele all'asse del tubo di fiamma 10 del combustore, migliora la penetrazione del flusso d'aria nella corrente del gas combustibile che passa dall'effusore (non mostrato). La migliore penetrazione assicura una miscelazione pi? completa dell'aria compressa con il combustibile e si ottiene cos? una pi? completa combustione con una minore produzione di fumo.

Il tubo di fiamma 10 del combustore ? pure dotato di un secondo anello di sei prese d'aria 27 aventi dei bordi 29, formanti un leggero angolo verso monte. Le prese d'aria 27 sono disposte a valle delle prese d'aria 24, in modo da favorire la miscelazione e la completa combustione. Un terzo ane^ 10 di prese d'aria 35, preferibilmente di forma ovale, ? disposto nell'estremit? a valle del tubo di fiamma 10 del combu store, per fornire aria compressa per attenuare la temperatu-ra della corrente di gas caldi in modo da impedire danni alle parti della turbina. Il secondo e terzo anello di palette 27, 35 sono disposti nella parte conica 18 dei rispettivi segmenti d'anello 12.

Il volume della zona di combustione 26 ? importante per regolare la reazione di combustione. Se il volume ? troppo piccolo si pu? avere combustione a valle, al di fuori della zona di combustione 26. Se il volume ? troppo grande ne soffre la stabilit? operativa del combustore, per esempio il combusto^ re pu? essere suscettibile di arresto della combustione (blowout) per condizioni di basso carico. Una zona di combustione avente un volume troppo grande ? pure suscettibile di miscelazione povera di combustibile e aria, conseguendone una combustione meno completa, e l'area della superficie pi? intej? na deve essere raffreddata. Come puntualizzato in precedenza, la geometria dei segmenti d'anello 12 consente di costruire 11 tubo di fiamma 10 del combustore con un diametro sostan-zialmente costante. Il tubo di fiamma 1P del combustore ? pre feribilmente costruito con un diametro approssimativamente di 12,5 pollici (31,75 era), avendosi cos? una zona di combustione 26 di volume sostanzialmente maggiore di quello della corrispondente zona di combustione di un tubo di fiamma di combu store della tecnica nota.

Il tubo di fiamma 10 del combustore, grazie alla sua zo-na di combustione 26 di volume maggiore, pub funzionare con un maggior flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26 di quello di un tubo di fiamma analogo della tecnica nota. Il flusso di combustibile nella zona di combustione 26 pu? a_n che essere aumentato, ma a causa del volume maggiore della z_o na di combustione 26 e del maggiore flusso d'aria compressa nella zona di combustione 26.la densit? del combustibile nella zona di combustione 26 pu? essere minore di quella di un analogo tubo di fiamma della tecnica nota. La miscela di com-bustibile pi?.povera viene pi? efficacemente mescolata dal flusso d' aria compressa nella zona di combustione 26 , dando cosi luogo ad una pi? completa combustione e diminuendo la pr? duzione di inquinanti come il fumo. La forma ovale delle pre-se d' aria 24, che alimentano l ' aria compressa alla zona di combustione 26 , migliora la penetrazione del flusso d' aria nella corrente di combustibile , avendosi come risultato una rivi scela combustibile-aria migliorata e diminuendo pure la produ zione di fumo, ottenendo una pi? completa combustione. Bench? il flusso di gas attraverso la zona di combustione 26 risulti aumentato come conseguenza del maggior volume della zona di combustione 26, la velocit? dei gas che passano attraverso la zona di combustione 26 pu? essere diminuita, avendosi pi? tempo per la completa combustione (bruciatura del fumo).

I livelli aumentati di flusso di combustibile e la com-pleta combustione nella zona di combustione 26 espongono le pareti interne del tubo di fiamma 10 del combustore a tempera ture di reazione maggiori di quelle ordinariamente presenti nei tubi di fiamma tipici di combustori della tecnica nota. Il tubo di fiamma 10 del combustore comprende delle caratteristiche per migliorare l'efficacia della disposizione di ra_f freddamente a pellicola utilizzata per raffreddare le pareti interne d?i tubo di fiamma del combustore.

Il tubo di fiamma 10 del combustore comprende una pia-stra di sbattimento 28 nel complesso conica, fissata in modo da realizzare una chiusura a tenuta all'estremit? interna, a monte della parte a cupola 14- e distanziata lateralmente dalla parte a cupola 14 per formare uno.spazio anulare, aperto verso valle, tra la parte a cupola 14 e la piastra di sbatti-mento 28. L'aria di raffreddamento 30 entra nella parte a cupola 14 attraverso una molteplicit? di aperture 32 per l'aria di raffreddamento,al che la piastra di sbattimento 28 dirige un sottile strato d'aria di raffreddamento lungo la superficie interna esposta della parte a cupola 14 del combustore. La pellicola d'aria di raffreddamento ridupe l'effetto dei gas caldi sulla superficie interna della parete della parte a cupola del combustore e mantiene cos? la parete ad una temperatu ra sostanzialmente ridotta rispetto alla temperatura di reazione. la piastra di sbattimento 23 fornisce pure dei mezzi pi? efficaci per dirigere la pellicola d'aria di raffreddarne^ di quelli

tc/ che ai hanno nei tipici combustori della tecnica nota.

Una disposi zione efficiente per raffreddare a pellicola le pareti interne dei segmenti d' anello 12, 13 viene ottenuta mediante un bordo interno esteso 34 previsto sull ' estremit? a valle di ciascun segmento d' anello 12, 13. Il bordo esteso 34 comprende un' estensione della parte cilindrica 20 di cia-scun segmento d ' anello 12, 13 oltre l ' estremit? a valle del nastro distanziatore 22. I benefici del bordo esteso 34 sono triplici. Primo: poich? la lunghezza del canale anulare del refrigerante viene efficacemente aumentata dal bordo esteso 34, la lunghezza della parete interna da raffreddare viene ridotta. Secondo: poich? il canale del refrigerante ora si estende ol tre il nastro distanziatore 22, <? >viene ridotto l ' ef-fetto dannoso di turbolenza indotto nella pellicola di refri-gerante dal nastro distanziatore corrugato 22. Inf;ine: poich? la larghezza del canale anulare del refrigerante oltre il na-stro distanziatore viene aumentata dall ' amrnon tare dello spes-sore del nastro distanziatore 22 (approssimativamen te 0, 032 pollici = 0 ,08 1 cm) , l ' efficacia del raffreddamento della pel-licola d'aria di raffreddamento emessa dal canale viene miglio rata dal suo spessore aumentato.

Quindi il tubo di fiamma 10 , grazie ad un ' appropriata combinazione di caratteristiche , permette d' ottenere un ren-dimento del riscaldai:. ento dell ' aria compressa con la contempjo ranea riduzione del livello di produzione del fumo, la zona di combustione 26 a volume maggiore permette di aumentare il flusso di combustibile pur diminuendo la concentrazione di combustibile nella zona di combustione 26 , avendosi come ri-sultato una miscelazione combustibile-aria migliorata, la zo-na di combustione 26 a volume maggiore permette pure di avere nella zona di combustione 26 un flusso di gas di velocit? inferiore. la miscelazione migliorata e le velocit? minori del gas comportano una combustione pi? efficiente e riducono i li velli di produzione di fumo.

la forma ovale delle prese d' aria 24 migliora la penetra zione del flusso d' aria compressa nella zona di combustione ! 26, migliorando inoltre la miscelazione combustibile-aria e riducendo cos? la . produzione di fumo.

Il bordo esteso previsto sui segmenti d'anello 12, 13 e la piastra di sbattimento 28 all'interno della parte a cupola 14 del combustore permettono d'ottenere delle disposizioni di raffreddamento efficaci che compensano le pi? alte tempera ture generate da una reazione di combustione mantenuta compie, ta nell'estremit? a monte del tubo di fiamma 10 del combusto-re.

RIVENDICAZIONI

1. Tubo di fiamma di combustore per riscaldare i gas di scarico del compressore per azionare una turbina, comprendente:

una molteplicit? di segmenti d'anello, ciascun segmento d'anello avendo una superficie interna ed una superficie esterna collegati a cannocchiale per formare una parte nel complesso cilindrica di tale tubo di fiamma, tale parte cilin drica avendo un'estremit? a monte, un'estremit? a valle ed un asse longitudinale, ed avendo un diametro sostanzialmente costante;

una parte a cupola di combustore, avente un'estremit? a monte ed un'estremit? a valle, che ? contigua con l'estremit? a monte della parte cilindrica del tubo di fiamma, tale parte a cupola essendo nel complesso conica con diametro che aumenta verso valle;

dei mezzi che sono contigui alla parte a cupola per iniet tare combustibile nella zona di combustione nell'estremit? ? monte della parte cilindrica del tubo di fiamma; e

una molteplici t? di prese d' aria nel complesso di forma ovale previs te in un segmento d' anello nell ? estremit? a monte della parte cilindrica per dirigere un flusso d' aria compressa nella zona di combustione , ogni /,d' aria avendo una dimensione lunga ed una dimensione corta.

2. Tubo di fiamma per combustore secondo la riv. 1 , in cui almeno due dei segmen ti d' anello comprendono una parte cilindrica a monte , una parte conica avente un diametro decrescente verso valle ed una parte cilindrica a valle , per cul la parte cilindrica a monte di uno dei segmenti d' anello si sovrappone alla parte cilindrica a valle di un al tro del segmeti ti d' anello disposto adiacente al primo segmento d' anello e-., disposto a monte rispetto a quest' ultimo.

3. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 2, in cui in ciascuna coppia di segmenti dlanello contigui questi ultimi sono distanziati lateralmente da un nastro distanziato re corrugato e fissati ad esso, tale nastro distanziatore dirigendo una pellicola d' aria di raffreddamento lungo la super fiele interna del segmento d' anello disposto a valle del nastro distanziatore.

4. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 3? in cui i segmenti d' anello contigui sono saldati a punti al nastro distanziatore.

5. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 3 , in cui la parte cilindrica a valle di ogni segmento d' anello s? estende oltre il nastro distanziatore per formare un bordo esteso, per cui viene migliorata l'efficacia del raffreddamento a pel. licola del segmento d'anello adiacente.

S. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 5, in cui la parte a cupola comprende:

una piastra di sbattimento nel complesso conica fissata a tenuta alla superficie interna dell' estremit? a monte della parte a cupola e distanziata lateralmente da tale parte a cupola per formare uno spazio anulare , aperto verso valle , tra la parte a cupola e la piastra di sbattimento; e

una molteplicit? di luci per l ' aria di raffreddamento pre viste attraverso la parte a cupola, opposte alla piastra di sbattimento, per cui l ' aria di raffreddamento en tra dall ' este_r no del tubo di fiamma del combustore nello spazio anulare tra la parte a cupola e la piastra di sbattimento ed ? diretta sotto forma di pellicola lungo la superficie interna esposta della parte a cupola.

7. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 6, in cui le prese d'aria della molteplicit? di prese d'aria ovali sono orientate in modo che la loro dimensione lunga sia nel complesso parallela all'asse longitudinale della parte cilindrica.

8. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 7, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende sei prese d'aria di forma ovale.

9. Tubo eli fiamma ?i combustore secondo la riv. 7, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende inoltre una seconda molteplicit? di prese d'aria per dirigere un flus so addizionale d'aria compressa nella zona di combustione.

10. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 9, in cui la seconda molteplicit? di prese d'aria ? di forma nel complesso circolare ed ? disposta in modo da dirigere l'aria compressa leggermente verso monte.

11. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 9, in cui la parte cilindrica del tubo di fiamma comprende inoltre una terza molteplicit? di prese d'aria prevista nell'estremit? a valle della parte cilindrica per dirigere un flusso di aria compressa per diluire i gas caldi uscenti dal tubo di fiamma del combustore.

12. Tubo di fiamma di combustore secondo la riv. 11, in cui le prese d'aria della terza molteplicit? di prese di aria sono nel complesso di forma ovale e sono?disposte in modo da dirigere l'aria compressa leggermente verso monte.