ITTO990062A1

ITTO990062A1 - Sistema di combustione per motore a turbina a gas.

Info

Publication number: ITTO990062A1
Application number: IT99TO000062A
Authority: IT
Inventors: Eric Roy Norster; Mahmoud Kowkabi; Pietro Simon De; Hoeger Guenter Heinrich Hesse
Original assignee: Alstom Gas Turbines Ltd
Priority date: 1998-01-31
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-07-29
Also published as: GB9802021D0; US20010027637A1; JP4346724B2; GB2333832A; FR2774455A1; GB2336663A; JPH11270357A; FR2774455B1; GB9901797D0; US6532726B2; DE19903770B4; DE19903770A1; GB2336663B; JPH11257100A; IT1307122B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di combustione per motore a turbina a gas"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un combustore per motore a turbina a gas in grado di bruciare combustibili gassosi e liquidi, e in particolare, però non in modo esclusivo, ad un combustore che funziona secondo un procedimento di combustione con miscela povera.

vengono attualmente impiegati in prevalenza tipi di combustori a miscela povera, nei quali una quantità molto ridotta di aria di combustione viene introdotta nel combustore a valle rispetto alla posizione del dispositivo di miscelazione tra aria e combustibile del bruciatore. Il grande vantaggio dei sistemi di combustione a miscela povera riguarda la riduzione dei livelli delle emissioni dannose in condizioni di carico elevato del motore. Un inconveniente è tuttavia dovuto alla difficoltà che si incontra per mantenere l'integrità della fiamma nel combustore durante le condizioni di funzionamento a basso carico, in modo che non si verifichi la "fine della fiamma" ossia la semplice estinzione della fiamma.

Per evitare l'estinzione della fiamma in condizione di bassi carichi del motore, i tipi impiegati in precedenza hanno utilizzato tecniche del tipo dei sistemi con fiamma pilota ricchi di combustibile e di sistemi di alimentazione del combustibile a stadi. I primi tipi tendono ad aumentare i livelli di emissione, e gli ultimi in genere comportano una struttura complicata e costosa.

La presente invenzione ha lo scopo di combinare una riduzione delle emissioni dannose con una riduzione della complessità e dei costi relativi.

Nel suo aspetto più ampio, la presente invenzione fornisce un sistema di combustione per motore a turbina a gas del tipo con combustione a miscela povera, che presenta un bruciatore, una precamera di combustione e una camera principale di combustione disposte in serie rispetto al flusso, e il bruciatore comprende una testata del bruciatore provvista di una superficie del bruciatore la quale comprende un mezzo per iniettare un combustibile dalla superficie del bruciatore nella precamera, e il combustore è disposto in modo tale per cui durante il funzionamento del combustore una superficie frontale di una fiamma della combustione brucia in posizione strettamente adiacente alla superficie del bruciatore, e il bruciatore comprende inoltre un mezzo per indirizzare il combustibile verso la superficie del bruciatore durante una prima modalità di funzionamento del combustore, e un mezzo per indirizzare un flusso di aria di raffreddamento verso la superficie del bruciatore durante una seconda modalità di funzionamento del combustore.

In base ad una esecuzione preferita della presente invenzione, un sistema di combustione per motore a turbina a gas del tipo a combustione povera ha un combustore che comprende un bruciatore, una precamera di combustione e una camera di combustione principale, disposte in serie rispetto al flusso, e il bruciatore comprende:

una testata del bruciatore,

una superficie della testata del bruciatore, la quale superficie definisce una estremità della precamera rivolta a monte rispetto a questa,

un mezzo per iniettare un combustione gassoso dalla testata del bruciatore all’interno della precamera e

un mezzo per iniettare un combustibile liquido, separato dal mezzo di iniezione del combustibile gassoso, per iniettare il combustibile liquido dalla testata del bruciatore nella precamera,

il combustore essendo disposto in modo tale pre cui durante il funzionamento del combustore una superficie frontale di una fiamma di combustione brucia strettamente adiacente ad una parte centrale della superficie del bruciatore, e il sistema di combustione presenta inoltre

un mezzo per permettere la commutazione tra il funzionamento del combustore con combustibile gassoso e il funzionamento del combustore con combustibile liquido, e

un mezzo che può essere impiegato durante il funzionamento del combustore con combustibile liquido per impedire l'iniezione del combustibile gassoso e per permettere l’iniezione di aria di raffreddamento dalla testata del bruciatore nella precamera,

il bruciatore comprende inoltre un mezzo di direzione, per cui il combustibile gassoso viene rivolto verso la parte centrale della superficie del bruciatore durante il funzionamento del combustore con il combustibile gassoso, e l'aria di raffreddamento viene rivolta verso la parte centrale della superficie del bruciatore durante il funzionamento del combustore con combustibile 1iquido .

E’ conveniente ma non essenziale che vengono impiegati gli stessi mezzi di direzione per indirizzare sia il combustibile gassoso che l’aria di raffreddamento verso la parte centrale della superficie del bruciatore·.

Il mezzo per iniettare il combustibile gassoso può comprendere un condotto adattato per iniettare il combustibile gassoso e l'aria di raffreddamento secondo una forma ad anello vèrso la parte centrale della superficie del bruciatore.

Il mezzo di direzione può essere fermato da un labbro ricavato sulla superficie del bruciatore, e che si sviluppa verso la parte centrale della superficie del bruciatore, e tale labbro è disposto rispetto all'iniettore in modo tale da deviare il combustibile gassoso e l’aria che escono dall’iniettore verso la parte centrale della superficie del bruciatore.

Il mezzo per iniettare il combustibile liquido può essere disposto tra il mezzo per iniettare il combustibile gassoso e la parte centrale della superficie del bruciatore. Di preferenza, il mezzo per iniettare il combustibile liquido comprende un condotto per il combustibile liquido il quale comunica con la superficie del bruciatore. Può essere disposto tra il mezzo per iniettare il combustibile gassoso e il mezzo per iniettare il combustibile liquido un elemento di accensione oppure questo può essere disposto tra mezzi adiacenti per l’iniezione del liquido.

I mezzi per iniettare il combustibile liquido e il combustibile gassoso comprendono di preferenza un mezzo per iniettare il combustibile gassoso pilota, un mezzo per iniettare un combustibile liquido pilota, un mezzo per iniettare il combustibile gassoso principale e un mezzo per iniettare il combustibile liquido principale, e tutti i mezzi di iniezione del combustibile pilota e principale sono in comunicazione con la superficie del bruciatore. Il mezzo per iniettare il combustibile liquido principale è convenientemente disposto in senso radiale verso l’esterno rispetto al mezzo per iniettare il combustibile gassoso pilota. Il mezzo per iniettare il combustibile gassoso principale può essere disposto verso l’esterno in senso radiale rispetto al mezzo per iniettare il combustibile liquido principale.

Il bruciatore comprende di preferenza un vorticatore radiale disposto tra la superficie del bruciatore e la precamera, e il vorticatore è provvisto di una pluralità di passaggi per permettere il flusso dell'aria di combustione attraverso il vorticatore verso la parte centrale della superficie del bruciatore. Di preferenza, il mezzo per iniezione del combustibile gassoso principale comunica con almeno uno dei passaggi del vorticatore in posizione adiacente ad una parte esterna radiale dei passaggi, mentre il mezzo per iniettare il combustibile liquido principale comunica con almeno uno dei passaggi in posizione adiacente ad una parte interna radiale dei passaggi.

Il sistema di combustione comprende dei mezzi per l'ingresso del combustibile che comunicano con i mezzi di iniezione pilota e principale del combustibile gassoso e del combustibile liquido cioè l’alimentazione di combustibile ad essi, e i mezzi di comando sono collegati al mezzo per l’ingresso del combustibile al fine di regolare la portata di combustibile nei mezzi di iniezione pilota e principale del combustibile gassoso e del combustibile liquido, per cui durante il funzionamento con combustibile liquido il mezzo di comando devia il combustibile gassoso pilota allontanandolo dal mezzo di iniezione pilota del combustibile gassoso e collega a quest’ultimo una sorgente di aria di raffreddamento.

L’invenzione comprende inoltre un metodo per far funzionare il sistema di combustione di cui sopra durante un funzionamento del combustore con combustibile gassoso, il quale comprende le seguenti operazioni :

avviamento della iniezione del combustibile pilota e del combustibile principale nella precamera con portate prestabilite del tutto eccessive, e variare le rispettive portate del flusso del combustibile pilota e del combustibile principale iniettati rispetto ad una portata totale del combustibile gassoso tra una condizione di avviamento e una condizione di funzionamento a pieno carico del motore, per cui nella condizione di avviamento del motore la portata totale del combustibile gassoso comprende soprattutto il combustibile pilota, e nella condizione di pieno carico del motore la portata totale del combustibile gassoso comprende soprattutto il combustibile principale.

Di preferenza, nella condizione di avviamento del motore, il combustibile gassoso principale fornisce non più di circa il 5% della portata totale del combustibile gassoso, e il combustibile gassoso pilota fornisce non meno di circa il 951 della portata totale del combustibile gassoso, mentre nella condizione di .pieno carico del motore il combustibile gassoso principale fornisce non meno di circa il 95% della portata totale del combustibile gassoso e il combustibile gassoso pilota fornisce non più di circa il 5% della portata totale del combustibile gassoso, ma più dello 0% di essa.

L’invenzione comprende inoltre un metodo per il funzionamento del sistema di combustione di cui sopra durante il funzionamento con combustibile liquido del combustore, il quale comprende le seguenti operazioni

avvio delia iniezione del combustibile liquido pilota nella precamera con una portata del fluido prestabilita durante una condizione di avviamento del motore,

aumento della portata di massa del combustibile liquido pilota al fine di aumentare la potenza del motore verso le condizioni di pieno carico del motore ,

inizio della iniezione del combustibile liquido principale nella precamera con una portata di massa prestabilita quando si raggiunge una percentuale prestabilita nella condizione a pieno carico del motore ,

riduzione continua della alimentazione del combustibile pilota e aumento della alimentazione del combustibile principale, fino a che si raggiungono le condizioni a pieno carico del motore, e

iniezione di aria di raffreddamento nella precamera dalla testata del bruciatore usando il mezzo di direzione durante detto funzionamento del combustore con combustibile liquido.

La percentuale prestabilita in precedenza della condizione di pieno carico del motore può essere pari all'incirca al 70%, in una condizione di pieno carico del motore, il combustibile liquido principale può fornire non meno di circa il 95% della portata totale di combustibile liquido, e il combustibile liquido pilota può fornire non più di circa il 5% della portata totale di combustibile liquido, ma più dello 0% di esso.

Verrà ora descritta una esecuzione della invenzione con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura illustra schematicamente un sistema di combustione secondo l'invenzione, e comprende una vista semplificata in sezione assiale di un combustore il quale fa parte del sistema di combustione;

la figura 2 è il combustore della figura 1 che funziona nella modalità con combustibile gassoso; la figura 3 è il combustore della figura 1 che funziona nella modalità con combustibile liquido; e la figura 4 è una sezione trasversale IV-IV del bruciatore secondo la figura 3.

Con riferimento ora alla figura 1 viene illustrata una sezione longitudinale di un combustore secondo l'invenzione, costituito da un bruciatore 10 che comprende una parte 11 di una testata del bruciatore fissata ad una parte 12 di un vorticatore con flusso rivolto verso l'interno in senso radiale, una precamera di combustione 13 e una camera di combustione principale 14. La camera principale ha un diametro superiore a quello della precamera. Il vorticatore 12 ha una pluralità di alette 30 distanziate (vedere figura 4) le quali definiscono tra di esse i passaggi 14.

Durante il funzionamento, l'aria compressa 15, che fluisce nella direzione delle presse illustrate, viene fornita al bruciatore (normalmente dal compressore della turbina a gas) e si sposta attraverso il passaggio 14 tra le alette del vorticatore. L'aria si mescola con il combustibile iniettato dalla superficie 16 della testata del bruciatore rivolta a.valle rispetto al flusso e arrivando nella precamera 13 la miscela viene accesa mediante un tipo di dispositivo elettrico di accensione 17. Una volta accesa, la fiamma continua a bruciare senza l'ulteriore intervento di un tale dispositivo di accensione.

Verranno ora descritte separatamente le modalità di funzionamento del combustore con combustibile gassoso e con combustibile liquido. La modalità di funzionamento con combustibile gassoso verrà descritta con riferimento alla figura 1 e alla figura 2. Il sistema del combustibile gassoso è formato da un sistema di combustibile pilota e un sistema di combustibile principale i quali funzionano in modo progressivo per dare una variazione continua durante il funzionamento dall'uno all'altro. Quando il motore è stato avviato, il regolatore 40 del combustibile comanda valvole variabili 42 e 44 in modo che la maggior parte del combustibile gassoso proveniente dalla linea di alimentazione 46 viene indirizzata al sistema pilota, mentre il gas fornito attraverso il connettore 18 sulla testata 11 del bruciatore si sposta attraverso passaggi ricavati nella testata in modo da arrivare a un collettore anulare 19 dal quale esso viene indirizzato, per mezzo di una serie di fori distanziati 32 oppure mediante un condotto anulare continuo, fino al lato inferiore di un elemento direzionale avente la forma di un labbro circonferenziale 20 che si sviluppa in senso radiale verso l'interno rispetto all'asse longitudinale 21 del combustore. Il labbro 20 devia il gas pilota in corrispondenza di una parte centrale 22 della superficie 16, ossia lo devia in senso radiale verso l'interno secondo una direzione genericamente normale all’asse 21. Il gas pilota si mescola con l'aria compressa 15 in arrivo e con il combustibile gassoso principale che esce dai passaggi 14 ricavati tra le alette del vorticatore (il combustibile gassoso principale esce dalla testata del bruciatore in corrispondenza delle aperture 23), e poi viene azionato il dispositivo di accensione 17 in modo da avviare una fiamma pilota. I getti 23 del combustibile gassoso principale sono disposti in corrispondenza della zona di ingresso dell’aria nel vorticatore, ossia in posizione adiacente ad una parte radiale esterna dei passaggi 14, e vengono alimentati da dispositivi di collegamento 24 per mezzo di condotti di collegamento reciproci, come i1lustrato .

All'avviamento del motore in condizioni di basso carico, la maggior parte (ad esempio una quantità il 95%) del combustibile iniettato è formata da un combustibile gassoso pilota, che compie il percorso 46, 48, 50 per mezzo della valvola 44, mentre la parte restante deve essere fornita per mezzo degli iniettori 23 principali del gas attraverso una valvola 42, la quale in questa condizione è appena stata aperta. Tuttavia, con l’aumento del carico del motore e della velocità, la valvola 44 viene progressivamente chiusa e contemporaneamente ad essa la valvola 42 viene progressivamente aperta, in modo tale da aumentare l’alimentazione del gas principale ai dispositivi di collegamento 24 seguendo il percorso 46, 52, per cui viene progressivamente iniettata nella precamera dai getti principali 23 una maggiore proporzione della portata totale di massa del combustibile gassoso nella linea 46. Il gas principale e l’aria si mescolano insieme durante il passaggio verso l’interno attraverso i passaggi 14 del vorticatore e nel loro spostamento verso la fiamma della combustione all’interno della precamera 13 e della camera principale 14. Con l’ulteriore aumento del carico, il comando 40 del combustibile continua a modificare progressivamente le regolazioni delle valvole 42, 44, per cui viene introdotta una quantità progressivamente superiore di combustibile attraverso il dispositivo di collegamento principale del gas 24, e una quantità inferiore passa attraverso il dispositivo di collegamento pilota 18, per cui eventualmente nelle condizioni di pieno carico si raggiunge all 'incirca il 95% del fabbisogno totale di combustibile per mezzo del dispositivo di collegamento principale 24, e la quantità rimanente si raggiunge per mezzo del dispositivo di collegamento pilota 18.

Tuttavia la valvola 44 non viene mai impostata in modo da intercettare i percorsi 46, 48 e 50 in modo completo, per cui vi è sempre un certo flusso di gas che dal sistema pilota attraversa la superficie 22 del centro del bruciatore.

La figura 2 mostra il contorno di una fiamma di combustione rappresentato dalla linea di confine "F" e la superficie "FF" del fronte di fiamma. Il fronte di fiamma FF viene creato mediante la ricircolazione del fluido 33 che entra nella camera di combustione lungo le parti esterne in senso radiale della camera e ritorna lungo la parete assiale centrale della camera (asse 21) verso il bruciatore (vedere le frecce 34) e poi ritorna nuovamente verso la camera principale (vedere le frecce 35), e lo stesso fronte di fiamma FF costituisce il punto in cui il flusso assiale 34 nella direzione rivolta verso il bruciatore torna indietro ruotando su se stesso (35).

Una caratteristica di questo bruciatore consiste nel fatto che a tutti i carichi del motore il fronte di fiamma rimane adiacente alla superficie 22. (Si deve osservare che nei noti sistemi di combustione provvisti di precamera/camera principale, è tradizionale il fatto di disporre il fronte della fiamma principale, anche se non necessariamente la fiamma pilota, in una posizione non troppo distanziata a monte nella precamera).

La presente invenzione fa in modo che il fronte di fiamma FF arrivi in prossimità della superficie 22 del bruciatore impiegando ad esempio un elevato rapporto tra il diametro della precamera e la sua lunghezza (in un esempio operativo, questo rapporto era pari a 2:1); ed alimentando in senso assiale getti di aria o di combustibile i quali tradizionalmente potevano èssere disposti nella parte centrale della superficie 22, e tali getti erano rivolti in senso contrario rispetto al flusso 34, in modo da limitare l'avanzamento della superficie della fiamma verso la superficie 22 del bruciatore .

Si potrebbe ritenere che disponendo un fronte di fiamma adiacente alla superficie 22, si provocherebbe normalmente un surriscaldamento e un danneggiamento di questa superficie, e di conseguenza si avrebbero problemi di affidabilità. Tuttavia, la cortina formata dal gas pilota che si sposta sulla superficie 22 effettua un isolamento efficace in modo da impedire un tale danno. Questo disegno del bruciatore, nel quale la superficie del fronte di fiamma viene sempre mantenuta adiacente alla superficie 22 rivolta nel senso del flusso della testata del bruciatore, e di conseguenza all’interno della precamera, è vantaggioso per il fatto che la miscela di aria e combustibile presente all'interno della precamera ha una velocità sufficiente per impedire un ritorno della accensione dentro al vorticatore; ciò è dovuto alla superficie relativamente ridotta della sezione normale della precamera 13 rispetto alla massa del combustibile o dell’aria che passano attraverso di essa.

Ritornando ora alla modalità di funzionamento del presente combustore con combustibile liquido (vedere figure 1 e 3).questo tipo di funzionamento impiega, come il tipo di funzionamento a gas un sistema provvisto di combustibile pilota e di combustibile principale, i quali sono comandati per mezzo di valvole variabili 62 e 68, e il fronte di fiamma anche in detta modalità è disposto in posizione adiacente alla superficie 22 del bruciatore per tutte le condizioni di carico.

Almeno uno ma di preferenza una pluralità di detti pilota 25 del combustibile liquido, sono disposti sulla zona periferica della parte centrale 22 della superficie 16 del bruciatore, e sono alimentati con combustibile liquido per il funzionamento della fiamma pilota dalla linea 60 per mezzo della valvola 62, della linea 64, dei collegamenti 26 e di adatti condotti nella testata del bruciatore. Tali getti pilota 25 sono disposti nella superficie del bruciatore all'esterno rispetto alla circonferenza esterna della fiamma della combustione e in posizione adiacente alla superficie 22. I getti principali 27 del combustibile liquido sono anch’essi alimentati dalla linea 60 per mezzo della linea 66, della valvola 68, della linea 60, dei dispositivi di collegamento 28 per il combustibile e di adatti percorsi di passaggio ricavati nella testata del bruciatore. I getti 27 sono disposti nella superficie 16 del bruciatore in corrispondenza o in prossimità della zona di uscita dell’aria dal vorticatore 12, ossia in prossimità di una parte interna radiale dei passaggi 14 del vorticatore .

Quando il motore viene avviato, il combustibile liquido pilota viene iniettato dai getti pilota 25 nella precamera 13 in una direzione assiale parallela o all'incirca parallela all’asse longitudinale centrale 21, dove esso si miscela con l'aria 15 che esce dai passaggi 14 del vorticatore, e la miscela di aria e combustibile viene accesa per mezzo di una scintilla prodotta da un gruppo di accensione 17. Al momento dell'avviamento, il dispositivo 40 di comando del combustibile regola le valvole 62 e 68 in modo tale per cui la valvola 68 è chiusa e tutto il patrimonio di combustibile viene fornito dal getto o dai getti pilota 25, mentre in questo stadio non intervengono i getti 27 del combustibile principale.

Con il crescere del carico del motore a partire dall’avviamento sino a circa il 60% a pieno carico, la valvola 62 viene comandata in modo tale per cui una percentuale progressivamente superiore della portata totale di massa del combustibile liquido nella linea 60 viene alimentata attraverso il getto o. i getti pilota 25 fino a circa il 70% del pieno carico dove si verifica una variazione nel rapporto di alimentazione del combustibile, per cui la valvola 68 viene aperta e il combustibile principale viene introdotto dai getti 27. L'alimentazione del combustibile principale interviene allora in modo da fornire circa il 25% del totale fabbisogno di combustibile del motore tra il 70 e il 100% delle condizioni di pieno carico, per cui in questo campo di carico soltanto circa il 5% viene alimentato dal getto o dal getti pilota 25. E’ importante il fatto che la valvola 72 venga mantenuta almeno leggermente aperta, in modo che vi sia in qualsiasi istante una certa quantità di flusso del combustibile pilota, anche alle condizioni di pieno carico.

I getti principali 27 del combustibile liquido sono disposti sulla superficie 16 del bruciatore nella zona di uscita dell’aria dai passaggi 14 del vorticatore, e iniettano il combustibile in una direzione all’incirca perpendicolare al flusso dell’aria 15. E' importante che tutto il combustibile liquido iniettato venga trascinato nel flusso dell’aria e nessuna parte di esso possa venire in contatto con le pareti laterali del vorticatore 12 rivolti a monte o a valle rispetto al flusso, oppure in contatto con le pareti della alette, in modo tale per cui la parete ne venga bagnata. A questo scopo, i corpi dei getti del combustibile sono posizionati in risalto rispètto alla superficie 16 di montaggio e gli orifizi dei getti sono distanti dalla superficie, per cui nelle condizioni di regolazione a bassa pressione del combustibile quest'ultimo non si sposta venendo in contatto con la superficie. Per ragioni analoghe, quando si effettua una regolazione con maggior pressione di combustibile, si comanda la pressione in modo che essa non sia sufficiente per spingere forzatamente 11 combustibile in modo da venire in contatto con una parete 29 di passaggio del vorticatore disposta a valle del flusso.

E’ importante che quando viene impiegato il combustibile liquido e al fine di evitare un surriscaldamento e un conseguente danneggiamento della superficie 22, l'aria che proviene sotto pressione dalla linea 62 venga fatta passare attraverso la valvola variabile 44 a diverse posizioni e la linea 50 fino all’iniettore del gas pilota in modo da lavare la superficie 22 nello stesso modo in cui i1..gas pilota viene portato in contatto con la superficie durante il funzionamento con il gas. Tale aria funziona da refrigerante e forma una barriera isolante in modo tale da proteggere la superficie 22 dal calore sviluppato dalla fiamma.

La figura 4 è una sezione "IV-IV" della figura 3 e illustra la configurazione delle alette e dei passaggi del vorticatore e la disposizione dei getti del combustibile gassoso e del combustibile liquido che vengono impiegati nella esecuzione dell’invenzione descritta in precedenza. Le zone triangolari 30 tratteggiate sono le sezioni tra le alette, mentre le zone prive di tratteggio, comprese tra le alette e i passaggi 14 per l’aria.

Mentre il metodo preferito per trasferire l’aria di raffreddamento sulla superficie della testata del bruciatore rivolta a valle rispetto al flusso consiste nel1’uti1izzare gli stessi condotti del gas pilota per portare l’aria, una soluzione alternativa consiste nell'impiegare vere e proprie uscite (non illustrate) situate nella testata, e disposte ad esempio tra le uscite distanziate 32 del gas. Queste uscite particolari vengono alimentate da passaggi analogamente particolari (anch’essi non illustrati) alimentati da adatti ingressi mediante una valvola separata comandata dal dispositivo 40 di comando del combustibile.

Inoltre, anche se il dispositivo di accensione 17 è stato rappresentato con una disposizione corrispondente ad un raggio compreso tra quello dei getti 25 del combustibile liquido pilota e quello del distributore anulare 19, in via alternativa questo si può trovare in corrispondenza dello stesso raggio dei getti 25.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Sistema di combustione per motore di turbina a gas del tipo con combustione povera il quale presenta un combustore costituito da un bruciatore (10), da una precamera di combustione (13) e da una camera principale di combustione (14) disposta in serie rispetto al flusso, e il bruciatore comprende: una testata (11) del bruciatore, una superficie (16) della testata del bruciatore, e la superficie del bruciatore definisce una estremità della precamera (13) rivolta a monte rispetto al flusso, un mezzo (32) per iniettare un combustibile gassoso dalla testata del bruciatore nella precamera , un mezzo (25) per iniettare un combustibile liquido, separato rispetto al mezzo per iniettare il combustibile gassoso, per iniettare il combustibile liquido dalla testata del bruciatore nella precamera, e mezzi (40, 44, 62, ecc.) per permettere la commutazione tra il funzionamento del combustore con combustibile gassoso e il funzionamento del combustore con combustibile liquido, caratterizzato dal fatto che il combustore è disposto in modo tale, per cui durante il funzionamento del combustore una superficie frontale (FF) di una fiamma della combustione brucia in posizione strettamente adiacente ad una parte centrale (22) della superficie (16) del bruciatore, e il sistema di combustione inoltre è provvisto di mezzi (40, 44) che possono venire impiegati durante il funzionamento del combustore con combustibile liquido al fine di impedire l'iniezione del combustibile gassoso e di permettere l'iniezione di aria di raffreddamento proveniente dalla testata (11) del bruciatore nella precamera (13), e il bruciatore comprende inoltre mezzi direzionali (20), per cui il combustibile gassoso viene rivolto verso la parte centrale (22) della superficie del bruciatore durante il funzionamento del combustore con combustibile gassoso, e l’aria di raffreddamento viene rivolta entro la parte centrale della superficie del bruciatore durante il funzionamento del combustore con combustibile liquido.
2. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 1, nel quale viene impiegato lo stesso mezzo direzionale (20) per indirizzare sia il combustibile gassoso che l’aria di raffreddamento verso la parte centrale (22) della superficie (16) del bruciatore.
3. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, nel quale il mezzo per iniettare il combustibile gassoso comprende un condotto che è in grado di iniettare il combustibile gassoso e l'aria di raffreddamento secondo una forma ad anello verso la parte centrale della superficie del bruciatore.
4. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale il mezzo direzionale, comprende un labbro (20) ricavato sulla superficie (16) del bruciatore e che si sviluppa verso la parte centrale (22) della superficie del bruciatore, e il labbro è disposto rispetto all’iniettore (32) in modo tale da deviare il combustibile gassoso e l’aria che escono dall'iniettore verso la parte (22) della superficie del bruciatore.
5. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale il mezzo (20) per l'iniezione del combustibile liquido è disposto tra il mezzo (32) per l’iniezione del combustibile gassoso e la parte centrale (22) della superficie del bruciatore.
6. Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale il mezzo per l’iniezione del combustibile liquido comprende un primo condotto del combustibile liquido che comunica con la superficie del bruciatore.
7. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, che comprende un dispositivo di accensione (17) situato tra il mezzo (32) di Iniezione del combustibile gassoso e il mezzo (25) di iniezione del combustibile liquido.
8. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, che comprende un dispositivo di accensione disposto tra i mezzi di iniezione adiacenti del combustibile liquido.
9. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale i mezzi per l’iniezione del combustibile liquido e del combustibile gassoso comprendono un mezzo (32) per l’iniezione di un combustibile gassoso pilota, un mezzo (25) per l’iniezione di un combustibile liquido pilota, e un mezzo (23) per l'iniezione di un combustibile gassoso principale e un mezzo (27) per l'iniezione di un combustibile liquido principale, e tutti questi mezzi di iniezione del combustibile comunicano con la superficie (16) del bruciatore .
10. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale il mezzo (27) di iniezione del combustibile liquido principale è disposto in senso radiale verso l'esterno rispetto al mezzo (25) di iniezione del combustibile gassoso pilota.
11. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 10, nel quale il mezzo (23) per l’iniezione del combustibile gassoso principale è disposto in senso radiale verso l’esterno rispetto al mezzo (27) per l’iniezione del combustibile liquido principale.
12. - Sistema di combustione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, nel quale il bruciatore (10) comprende un vorticatore radiale (12) disposto tra la superficie (16) del bruciatore e la precamera (13), e il vorticatore è provvisto di una pluralità di passaggi (14) per permettere il flusso dell'aria di combustione attraverso il vorticatore verso la parte centrale (22) della superficie del bruciatore.
13 . Sistema di combustione secondo la rivendicazione 9, nel quale il bruciatore (10) comprende un vorticatore radiale (12) disposto tra la superficie (16) del bruciatore e la precamera (13) e il vorticatore è provvisto di una pluralità di passaggi (14) per permettere il flusso dell'aria di combustione attraverso il vorticatore verso la parte centrale (22) della superficie del bruciatore, e il mezzo (23) per l’iniezione del combustibile gassoso principale comunica con almeno uno dei passaggi (14) del vorticatore in posizione adiacente ad una parte esterna radiale dei passaggi, e il mezzo (27) per l'iniezione del combustibile liquido principale comunica con almeno uno dei passaggi in posizione adiacente ad una parte interna radiale dei passaggi. 14. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 1, che comprende un mezzo (18, 26) per l'ingresso del combustibile che comunica con i mezzi (32, 35) per l'iniezione del combustibile gassoso e del combustibile liquido per l'alimentazione di combustibile ad essi, mentre mezzi di comando (40, 44, 62) sono collegati ai mezzi di ingresso del combustibile per comandare il flusso del combustibile nei mezzi di iniezione del combustibile gassoso e del combustibile liquido per cui durante il funzionamento con combustibile liquido il mezzo di comando (40, 44) devia il combustibile gassoso allontanando dal mezzo (32) di iniezione del combustibile gassoso e collega a quest’ultimo una sorgente (62) di aria di raffreddamento. 15. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 9, che comprende un mezzo (18, 24, 26, 28) di ingresso del combustibile che comunica con i mezzi (23, 25, 27, 32) di iniezione del combustibile gassoso pilota e principale e del combustibile liquido, pilota e principale per l’alimentazione di combustibile ad essi, mentre mezzi di comando (40, 42, 44, 62, 68) sono collegati al mezzo di ingresso del combustibile per regolare la portata di combustibile nei mezzi di iniezione del combustibile gassoso pilota e principale e del combustibile liquido pilota e principale in modo tale per cui durante il funzionamento con combustibile liquido il mezzo di comando (40, 44) devia il combustibile gassoso pilota in modo da allontanarlo dal mezzo (32) per l’iniezione del combustibile gassoso pilota, e collega a quest'ultimo una sorgente di aria di raffreddamento (62). 16. - Sistema di combustione per motore di turbina a gas del tipo con combustione povera che presenta un bruciatore (10), una precamera di combustione (13) e una camera di combustione principale (14) disposte in serie rispetto al flusso, e il bruciatore è formato da una testata (11) del bruciatore che presenta una superficie (16) del bruciatore la quale comprende un mezzo (32) per iniettare il combustibile dalla superficie del bruciatore nella precamera, e il combustore viene disposto in modo tale per cui durante il funzionamento del combustore una superficie frontale (FF) di una fiamma della combustione brucia in posizione strettamente adiacente alla superficie del bruciatore, e il bruciatore comprende ulteriormente un mezzo (20) per indirizzare il combustibile verso la superficie del bruciatore durante una prima modalità di funzionamento del combustore, e un mezzo (20) per indirizzare un flusso di aria di raffreddamento verso la superficie del bruciatore durante una seconda modalità di funzionamento del combustore. 17. - Sistema di combustione secondo la rivendicazione 16, che comprende mezzi (40, 44, 62) per permettere la commutazione tra il funzionamento del combustore con combustibile gassoso e il funzionamento del combustore con combustibile liquido, e il funzionamento con combustibile gassoso e il funzionamento con combustibile liquido costituiscono la prima e la seconda modalità di funzionamento del combustore, e mezzi (40, 44) che possono essere azionati durante il funzionamento del combustore con combustibile liquido al fine di impedire l'iniezione del combustibile gassoso e di permettere l’iniezione dell'aria di raffreddamento dalla testata del bruciatore nella precamera attraverso il mezzo direzionale (20). 18. - Metodo per l'impiego del sistema di combustione secondo la rivendicazione 1 durante il funzionamento del combustore con combustìbile gassoso, che comprende le seguenti operazioni: avvio della iniezione del combustibile pilota e del combustibile principale nella precamera (13) con valori prestabiliti rispettivi delle portate di massa, e modificando le rispettive portate in massa del combustibile pilota e del combustibile principale iniettati rispetto ad una portata totale del combustibile gassoso tra una condizione di avviamento e una condizione di pieno carico del motore, in modo tale per cui nella condizione di avviamento del motore la portata totale del combustibile gassoso comprende soprattutto il combustibile pilota, e nella condizione a pieno carico del motore la portata totale del combustibile gassoso comprende soprattutto il combustibile principale . 19. - Metodo secondo la rivendicazione 18, nel quale nella condizione di avviamento del motore, il combustibile gassoso principale fornisce non più di circa il 5% della portata totale di combustibile gassoso, e il combustibile gassoso pilota fornisce non meno di circa il 95% della portata totale del combustibile gassoso, mentre nella condizione di pieno carico del motore il combustibile gassoso principale fornisce non meno di circa il 95% della portata totale del combustibile gassoso, e il combustibile gassoso pilota fornisce non più di circa il 5% della portata totale del combustibile gassoso, ma più di 0% di essa. 20. - Metodo per il funzionamento del sistema di combustione secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 17, durante il funzionamento del combustore con combustibile liquido, il quale comprende le seguenti operazioni: avviamento dell’iniezione del combustibile liquido pilota nella precamera (13) con una portata prestabilita durante una condizione di avviamento del motore, aumento della portata di massa del combustibile liquido pilota per aumentare la potenza del motore verso una condizione a pieno carico del motore, avvio dell’iniezione del combustibile liquido principale nella precamera con una portata di massa prestabilita quando viene raggiunta una frazione prestabilita della condizione a pieno carico del motore, riduzione continua della alimentazione di combustibile pilota e aumento dell’alimentazione del combustibile principale fino a che non viene raggiunta la condizione di pieno carico del motore, e iniezione di aria di raffreddamento nella precamera dalla testata del bruciatore utilizzando il mezzo direzionale (20) durante detto funzionamento del combustore con combustibile liquido. 21. - Metodo secondo la rivendicazione 20, nel quale la frazione prestabilita della condizione a pieno carico del motore è pari al1’incirca al 70% e nella condizione di pieno carico del motore il combustibile liquido principale fornisce non meno di circa il 95% della portata totale del combustibile liquido, e il combustibile liquido pilota fornisce non più di circa il 5% della portata totale del combustibile liquido, ma più di 0% di essa.