MXPA04011676A

MXPA04011676A - Metodo y aparato de motor de turbina.

Info

Publication number: MXPA04011676A
Application number: MXPA04011676A
Authority: MX
Inventors: Rock Kelly
Original assignee: Lytesyde Llc
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2005-03-07
Also published as: CA2487417A1; JP2005527772A; CN1656310A; WO2003100242A1; US6928822B2; EP1552132A4; EP1552132A1; AU2003239900A1; US20030221431A1

Abstract

La presente invencion se refiere a un sistema de procesamiento de combustible (10) para un motor de turbina que incluye un procesador de combustible (10) el cual mezcla el combustible y aire a traves de un flujo vortiginoso el cual involucra la introduccion de aire tangencialmente en la camara de procesamiento de combustible (16) a traves de las aberturas de entrada (26) formadas en la pared externa de la camara de procesamiento de combustible (16). El flujo vortiginoso del fluido dentro de la camara de procesamiento de combustible (16) dispersa o atomiza el combustible de modo que la mezcla de combustible/aire resultante sera ideal para la combustion. La mezcla de combustible/aire despues se introduce en una camara de combustion (20) del combustor de un aparato de motor de turbina.

Description

¾r two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid-tnce Notes on Codes andAbbreviations" appearing at the begin-ling of each regular issue ofthe PCT Gazette. 1 METODO Y APARATO DE MOTOR DE TURBINA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a motores de turbina y más particularmente a dispositivos de procesamiento de combustible para uso en conexión con motores de turbina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los motores de turbina han existido por años. Mientras que los motores de turbina tradicionalmente se han asociado más estrechamente con aviones de reacción, los motores de turbina también se han usado en conexión con varios otros tipos de otras áreas con éxito. Por ejemplo, los motores de turbina se pueden usar para helicópteros, aeroplanos de turbohélice, vehículo terrestre, aeroplanos ultraligeros, hidroplano ilimitado, tanques militares, y aerodeslizador, así como plantas de energía estacionarias y móviles, simplemente por nombrar unos cuantos. Uno de los aspectos clave para cualquier motor de turbina se refiere a la combustión de combustible apropiada y eficiente dentro de la cámara de combustión de combustible del motor de turbina. Como aquellos expertos en la técnica entienden, la combustión de combustible en la cámara de combustión crea calor el cual, a su vez, impulsa un ventilador de turbina y acciona el motor de turbina. La Ref. 160269 2 eficiencia de combustible incrementada siempre es deseable en motores de turbina. Por consiguiente, ha existido y continúa siendo una necesidad desarrollar una forma más eficiente de procesar y quemar el combustible dentro de una cámara de combustión de combustible de un motor de turbina de gas. La presente invención resuelve los viejos problemas asociados con el procesamiento de combustible inapropiado o incompleto y la combustión de combustible dentro de una cámara de combustión de combustible de un motor de turbina.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato de procesamiento de combustible para un motor de turbina. El procesador de combustible de la presente invención, toma el combustible entrante, introduce el combustible directamente en una cámara de mezclado de combustible, e introduce aire tangencialmente en la cámara de procesamiento de combustible a través de las aberturas de entrada formadas en una pared externa de la cámara de procesamiento de combustible . La configuración del procesador de combustible crea un flujo vortiginoso de fluido dentro de la cámara de procesamiento de combustible. El flujo vortiginoso de fluido dentro de la cámara de procesamiento de combustible dispersa 3 o atomiza el combustible de modo que la mezcla de combustible/aire resultante será ideal para la combustión. El combustible mezclado se introduce en una cámara de combustión del combustor de un aparato de motor de turbina. . Para crear el flujo vortiginoso de combustible/aire dentro de la cámara de mezclado de combustible, una pluralidad de aberturas se extienden tangencialmente a través de una pared externa de la cámara de mezclado. Las aberturas originan que el aire se introduzca tangencialmente en la cámara de procesamiento de combustible lo cual crea un flujo vortiginoso (es decir, un flujo similar a tornado) dentro de la cámara de procesamiento de combustible. El flujo vortiginoso origina que la mezcla de combustible/aire dentro de la cámara de procesamiento de combustible choque por si misma y además disperse o atomice el combustible. En una modalidad, una cámara de mezclado de combustible preliminar o inicial se acopla en serie con una cámara de procesamiento de combustible secundaria o primaria para el procesamiento de combustible óptimo. Alternativamente, se puede utilizar una cámara de procesamiento de combustible única. Se entenderá por aquellos expertos en la técnica que varias configuraciones de procesamiento de combustible se pueden utilizar sin apartarse del alcance de la presente invención. Las anteriores y otras características, utilidades, A y ventajas de la invención llegarán a ser evidentes de la siguiente descripción más detallada de la invención con referencia a las figuras acompañantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista esquemática de una configuración de turbina de gas típica que exhibe un ciclo Brayton o Joule; La figura 2 es una vista en alzado lateral seccional de un sistema de procesamiento de combustible de acuerdo con la presente invención; La figura 3 es una vista en alzado lateral derecha del sistema de procesamiento de combustible de la figura 2; La figura 4 es una vista en alzado lateral izquierda del sistema de procesamiento de combustible de la figura 2; La figura 5 es una vista en alzado lateral, seccional, ampliada de la cámara de procesamiento de combustible del sistema de procesamiento de combustible para motores de turbina mostrado en la figura 2; y La figura 6 es una vista frontal de un aparato de motor de turbina con una pluralidad de cámaras de procesamiento de combustible, las cuales forman combustores, para un motor de turbina. 5 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procesador de combustible para preparar el combustible previo a introducir el combustible en un combustor utilizado en conexión con un motor de turbina de gas. Como se mencionó, un motor de turbina de gas, de acuerdo con la presente invención, se podrá usar en conexión con aviones de reacción, helicópteros, aeroplanos de turbohélice, vehículos terrestres, aeroplanos ultraligeros, hidroplanos ilimitados, tanques militares, aerodeslizador, y cualquier otra aplicación adecuada. Con referencia a la figura 1, se muestra una configuración de motor de turbina de gas típica que utiliza unas características de ciclo Brayton o Joule básico. Está bien entendido por aquellos expertos en la técnica en cuanto a la operación básica de tal motor de turbina de gas. Como se muestra, el aire entra en el compresor en donde la presión del aire se incrementa. El aire y combustible presurizados después de introducen en el combustor, el cual quema el combustible y eleva la temperatura del aire comprimido bajo condiciones de presión constante. Los gases de alta temperatura resultantes luego se introducen al motor donde los mismos se expanden y realizan el trabajo. La presente invención se refiere a un aparato para preparar el combustible previo a dejar que el combustible entre en la cámara de combustión. La cámara de procesamiento 6 de combustible puede ser una unidad separada completamente corriente arriba del combustor, o alternativamente, se puede incorporar en la unidad de combustor. Sin consideración de su montaje o configuración precisa, el procesador de combustible prepara el combustible para la combustión en conexión con la operación de los motores de turbina de gas. La figura 2 muestra un aparato y sistema de procesamiento de combustible 10 para el uso en combinación con un motor de turbina. El procesador de combustible 10 incluye una entrada de combustible o suministro de combustible 12, un alojamiento de procesador de combustible inicial 14, un procesador de combustible inicial 16, un alojamiento de procesador de combustible principal o secundario 17, y un procesador de combustible principal o secundario 18. El combustible procesado luego entra en la cámara de combustión 20 donde un ignitor 21 enciende el combustible atomizado del procesador principal 18 y la combustión de combustible resulta. La llama producida de la combustión de combustible se mantiene dentro del estabilizador, de llama 22. Los gases calientes se dejan escapar del sistema de procesamiento de combustible para chocar en las aspas del ventilador de turbina y realizar el trabajo tradicional asociado con los motores de turbina. Con referencia más específicamente a las figuras 4 y 5, una cámara de procesamiento de combustible inicial 16 7 recibe el combustible de la entrada de combustible 12. El combustible (representado por la flecha F de flujo de combustible) fluye en una pluralidad de aberturas de entrada 24 (véase figura 4) formadas en el extremo de entrada de la cámara de procesamiento inicial. Alternativamente, como se muestra en la figura 2, la entrada de combustible se puede unir directamente al procesador de combustible 16 extendiendo la entrada 12 para que incluya una sección o longitud 25 (mostrada en lineas de rayas) y por consiguiente las aberturas de entrada 24 se podrian eliminar. El aire ambiental (representado por la flecha A de flujo de aire) se deja que entre en la cámara de procesamiento de combustible principal 18 por vía de las aberturas tangenciales 26 formadas en la pared 28 del procesador de combustible inicial 16. El aire que entra en el procesador de combustible inicial por vía de las aberturas tangenciales 26 crea un flujo vortiginoso (es decir, un flujo similar a tornado, turbulento) dentro de la cámara de procesamiento de combustible. El flujo vortiginoso origina que la mezcla de combustible/aire choque por si misma cuando el combustible/aire gira dentro de la cámara de procesamiento de combustible 16. Esto sirve para dispersar y homogenizar el combustible en una mezcla de combustible/aire óptima para la combustión eficiente, rápida. Para facilitar o mejorar el flujo de combustible en 8 la cámara de procesamiento de combustible 16, un par de miembros en forma de cono 30, 32, se colocan de una manera respaldo con respaldo de modo que el combustible F que fluye de la entrada 12 pasará alrededor y será separado por el cono inicial 30, fluirá en las aberturas 24 (figura 4) y finalmente en la cámara de procesamiento de combustible 16. Cuando la mezcla de combustible/aire pasa por debajo hacia el extremo corriente abajo del procesador de combustible 16, pasa alrededor del cono adyacente 32 y hacia una salida de combustible 32 (figura 5) . Se entenderá que los miembros en forma de cono 30, 32 se pueden omitir del procesador de combustible sin apartarse del alcance de la presente invención. En particular, donde la entrada de combustible 12 se une directamente al procesador de combustible 16 (mostrado en lineas de rayas 25 en la figura 2), el cono 30 se puede omitir asi como las aberturas de entrada 24. Después de que el combustible y aire se mezclan en la cámara de procesamiento inicial 16, el combustible después fluye alrededor de un miembro en forma de cono secundario 34 y a través de las aberturas de entrada 35 al procesador de combustible principal o secundario. El combustible después entra en la cámara de procesamiento principal 18. Cuando entra en la cámara de procesamiento principal 40, la mezcla de aire/combustible ya está experimentando un flujo vortiginoso y girará alrededor del miembro en forma de cono 9 34. El aire ambiental A adicional también se deja que fluya en la cámara de procesamiento secundaria o principal 18 pasando inicialmente a través de las aberturas 41 en el alojamiento y posteriormente a través de las aberturas tangenciales exteriores 42 las cuales se extienden a través de la pared de alojamiento 40. La mezcla de combustible/aire inicialmente procesada adicionalmente se procesa en la cámara de procesamiento de combustible primaria 18. El combustible se procesa en las cámaras de procesamiento de combustible secundaria o principal 18 sustancialmente la misma como con respecto a la cámara de procesamiento de combustible inicial 16. Efectivamente, se entenderá que uno de los procesadores de combustible se puede utilizar solo, sin procesadores de combustible adicionales. Alternativamente, más de dos procesadores de combustible se pueden utilizar en una serie para lograr la dispersión u homogenización deseada de combustible/aire. Finalmente, el combustible pasa a través de la salida 50 (figura 5) y dentro de la cámara de combustión 20 (figura 2) donde un ignitor 21, tal como una bujía de encendido, enciende el combustible procesado y una llama resulta, la cual se mantiene por el estabilizador de llama 22. El calor se deja escapar vía las aberturas 52 formadas en el estabilizador de llama en forma de cono 22. La mezcla de combustible/aire que pasa a través de la salida 50 de la cámara de procesamiento de combustible 10 principal 18 se mueve en un flujo vortiginoso. Por consiguiente, cuando la mezcla de combustible/aire pasa dentro de la cámara de combustión 20 (figura 2) , la mezcla de combustible/aire continúa fluyendo de una manera vortiginosa. Este flujo vortiginoso mejora la combustión para un uso más eficiente del combustible que es utilizado por el motor de turbina. El lujo vortiginoso dentro de la cámara de combustión 20 asegura que la mezcla de combustible/aire continúe siendo dispersada o atomizada al grado apropiado, y que la mezcla de combustible/aire se haga circular dentro de la cámara de combustión 20 para la combustión completa. Con referencia a la figura 2, el aparato y sistema de procesamiento de combustible 10 puede ser, en una modalidad, asegurado a un alojamiento especializado 50 el cual cubre el sistema de procesamiento de combustible 10 completo. Un primer reborde 52 se puede proporcionar para permitir que el sistema de procesamiento de combustible se asegure a cualquier mecanismo corriente arriba deseado, tal como un compresor. Un segundo reborde 54 se puede proporcionar para asegurar el sistema de procesamiento de combustible 10 a cualquier mecanismo corriente abajo apropiado, tal como una turbina. Con referencia a la figura 6, una turbina 60 se muestra la cual se acopla a su vez, a una pluralidad de alojamientos 50 de sistema de procesamiento de combustible 11 los cuales mantienen, a su vez, los sistemas de procesamiento de combustible 10 individuales. La operación de la turbina 60 es convencional y será conocida por aquellos expertos en la técnica. Mediante la utilización de la pluralidad de nuevos procesadores de combustible 10, resulta una utilización más eficiente de combustible, y el funcionamiento de la turbina 60 mejora. Mientras que esta invención se ha descrito con referencia a ciertas modalidades y ejemplos específicos, se reconocerá por aquellos expertos en la técnica que muchas variaciones son posibles sin apartarse del alcance y espíritu de esta invención. La invención, como se describe por las reivindicaciones, se propone para cubrir todos los cambios y modificaciones de la invención los cuales no se apartan del espíritu de la invención. Las palabras "que incluye" y "que tiene", como se usa en esta especificación, incluyendo las reivindicaciones, deberán tener el mismo significado como la palabra "que comprende". Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la cita invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

12 REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Cámara de procesamiento de combustible para un motor de turbina, caracterizada porque comprende: un alojamiento de cámara que define al menos una cámara de vórtice para crear un flujo vortiginoso de fluido; una salida de cámara acoplada a la cámara de vórtice para descargar el fluido de la cámara de vórtice; un arreglo de aberturas formado en el alojamiento de cámara para permitir la entrada del fluido tangencialmente en la cámara de vórtice para crear un flujo vortiginoso turbulento a través de la cámara de vórtice para dispersarlo en partículas más pequeñas y vaporizar cualquiera de las partículas no vaporizadas en el flujo vortiginoso; en donde el arreglo de aberturas comprende una pluralidad de aberturas arregladas en hileras y una pluralidad de aberturas arregladas en columnas, las aberturas se forman en el alojamiento de cámara alrededor de la cámara de vórtice para mejorar la turbulencia del flujo vortiginoso del fluido a través de la cámara.

2. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque 13 adicionalmente comprende: un suministro de presión diferencial asociado con las aberturas de entrada para permitir una presión diferencial de fluido en las aberturas de entrada de acuerdo con la ubicación de las aberturas.

3. Cámara de procesamiento de combustible para un motor de turbina, caracterizada porque comprende: un primer alojamiento de cámara que define una primera cámara de vórtice y un segundo alojamiento de cámara que define una segunda cámara de vórtice, la segunda cámara de vórtice se acopla a la primera cámara de vórtice; una pluralidad de aberturas de entrada formadas en cada alojamiento de cámara para permitir que el aire y un segundo fluido sean introducidos tangencialmente en cada cámara de vórtice; una primera salida de cámara de vórtice operativamente acoplada a las aberturas de entrada formadas en la segunda cámara de vórtice.

4. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque adicionalmente comprende: un suministro de presión diferencial asociado con las aberturas de entrada formadas en el primer alojamiento de vórtice para permitir una presión diferencial de fluido en las aberturas de entrada de acuerdo con una ubicación de las 14 aberturas .

5. Cámara de procesamiento de combustible para motores de turbina, caracterizada porque comprende: una trayectoria de flujo de fluido que tiene un extremo de alta presión y un extremo de baja presión; un alojamiento de vórtice que define una cámara de vórtice a través de la cual un flujo de fluido se dirige, la cámara de vórtice se coloca a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido y se interpone entre el extremo de alta presión y el extremo de baja presión para permitir que un fluido fluya del extremo de alta presión al extremo de baja presión; una pluralidad de aberturas de entrada formadas en el alojamiento de vórtice para permitir la entrada del fluido tangencialmente en la cámara de vórtice para vaporizar el fluido ; en donde las aberturas se ubican a diferentes distancias con relación al extremo de baja presión; un suministro de presión diferencial se asocia con las aberturas de entrada para permitir una presión diferencial de fluido en las aberturas de entrada de acuerdo con la ubicación de las aberturas con relación al extremo de baja presión.

6. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque la 15 pluralidad de aberturas de entrada se arreglan en una pluralidad de hileras y una pluralidad de columnas.

7. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el suministro de presión diferencial comprende una chaqueta.

8. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el suministro de presión diferencial comprende una chaqueta que tiene una superficie interna de diámetro incrementado.

9. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el suministro de presión diferencial comprende una chaqueta que tiene una superficie interna ahusada.

10. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el suministro de presión diferencial comprende una chaqueta que tiene una superficie interna, la superficie interna de chaqueta define una abertura de anchura variable entre la superficie interna de chaqueta y una superficie exterior de alojamiento de vórtice.

11. Cámara de procesamiento de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el suministro de presión diferencial comprende una chaqueta que tiene una superficie interna de diámetro variable, la superficie interna tiene un extremo de diámetro máximo y un 16 extremo de diámetro mínimo; en donde el extremo de diámetro mínimo se coloca adyacente a un cierre de abertura al extremo de baja presión para reducir una tendencia del cierre de abertura al extremo de baja presión para recibir más flujo que una abertura ubicada más distante del extremo de baja presión.

12. Método de procesamiento de combustible para un motor de turbina, caracterizado porque comprende: proporcionar una cámara de mezclado preliminar; introducir combustible en la cámara de mezclado; introducir aire en la cámara de mezclado; mezclar el combustible y aire en la cámara de mezclado preliminar para formar una mezcla de combustible-aire; proporcionar una cámara de mezclado secundaria; introducir la mezcla de combustible-aire tangencialmente en la cámara de mezclado secundaria para crear un flujo vortiginoso y dispersar en partículas más pequeñas cualquiera de las partículas no vaporizadas en la mezcla de combustible-aire.