MXPA00005369A - Dispositivo para conexion de una boquilla de una camara de premezclado de una turbina de gas al alojamiento de la camara de premezclado. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para conexion de una boquilla de una camara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la camara de premezclado comprende una pestana que abraza y retiene la boquilla; se conecta la pestana de manera desprendible al alojamiento de la camara de premezclado, de manera que se hace la boquilla integral con el alojamiento de la camara de premezclado.

Description

DISPOSITIVO PARA CONEXIÓN DE UNA BOQUILLA DE UNA CÁMARA DE PREMEZCLADO DE UNA TURBINA DE GAS AL ALOJAMIENTO DE LA CÁMARA DE PREMEZCLADO MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas al alojamiento de la cámara de premezclado. Se sabe que las turbinas de gas comprenden un compresor al cual se aplica aire del medio ambiente externo a fin de someter a presión el compresor. El aire comprimido pasa a una serie de cámaras de premezclado, que terminan en una boquilla, en cada una de las cuales un inyector abastece combustible que se mezcla con el aire a fin de formar una mezcla de aire/combustible que se ha de quemar. Cuando la mezcla pasa a través de la boquilla entra a la cámara de combustión, donde se quema y produce gases con un alto nivel de entalpia que se expanden en una turbina. La turbina trasforma la entalpia de los gases en energía mecánica que queda disponible para un usuario. La presente invención se refiere en particular a boquillas que admiten la mezcla que se forma en el premezclador adentro de la cámara de combustión y a un dispositivo para conexión de las boquillas a un alojamiento de una cámara de premezclado. Estas boquillas constan de elementos generalmente convergentes y se conocen comúnmente como envolturas. A fin de hacer evidentes los problemas técnicos que se cubren con la presente invención, se provee a continuación en la presente una descripción de una sola unidad de premezclado 10, con referencia a la figura 1. Una unidad de premezclado 10 comprende una cámara de premezclado 11 , que está definida por un alojamiento 12 integral con el soporte del tipo de columna 13. El soporte del tipo de columna 13 termina en una placa 14, en la cual están provistos los orificios continuos 15 para su conexión con una armazón de motor, no mostrada, y un par de orificios continuos 16 que constituyen los extremos de los conductos 17, 18 para abastecimiento del combustible. Un conducto 17 se abre a una cámara anular 19, desde la cual, a través de los orificios continuos 20, se abastece una porción del combustible a un dispositivo agitador de aire 21 , indicado generalmente como un ciclonizador. En el ciclonizador 21 y la cámara de premezclado 11 , se produce una mezcla que consta de aire con un alto nivel de turbulencia obtenida del compresor y en la porción de combustible se abastece a través del ciclonizador 21. El ciclonizador 21 consta generalmente de dos elementos de aspa concéntricos separados: un elemento exterior 21a está provisto de aspas que están orientadas en una dirección, mientras que un elemento interior 21 b, que está insertado sobre un elemento conformado como ogiva 22, está provisto de aspas que están orientadas en la dirección opuesta. La diferente orientación de las aspas de los dos elementos 21 a y 21 b del ciclonizador 21 hace posible obtener corriente abajo del ciclonizador 21 mismo, en la cámara de premezclado 1 1 , un alto nivel de turbulencia que crea condiciones ideales para obtener una mezcla de aire-combustible altamente dispersada y por lo tanto combustión satisfactoria. Se apreciará que, como se muestra la figura 1 , los orificios continuos 20 admiten el combustible al elemento exterior 21a del paramolinador 21. El soporte del tipo de columna 13 tiene otro conducto 18 que abastece a una serie de conductos, los cuales, en modalidades convencionales (no mostradas en la figura 1 ), se abre adentro de la boquilla 23. Más particularmente, estos conductos se abren en la vecindad de una boca de la boquilla 23, que está orientada a la cámara de combustión de la turbina. Las cámaras de premezclado, en particular las boquillas en las cuales terminan estás cámaras y por medio de las cuales están conectadas a la cámara de combustión, son partes de las turbinas que están sujetas a esfuerzo térmico. Puesto que se mantiene sujetada la llama de la cámara de combustión en la vecindad de la boquilla, la misma transmite altas cargas térmicas a todos los elementos de la unidad de premezclado y en particular a la boquilla que es el elemento más cercano a la misma. Lo precedente hace evidente el hecho de que, puesto que la boquilla es el elemento que está bajo el mayor esfuerzo mecánico y térmico, es también el elemento que está destinado a gastarse o dañarse más. Por esta razón, las boquillas constan generalmente de elementos que están separados del alojamiento de la cámara de premezclado y están conectados a ésta de manera removible o desprendible, de tal manera que se puede mantener y, cuando es necesario, reemplazar. En las modalidades convencionales, la boquilla está conectada directamente al alojamiento de la cámara de premezclado. Esto significa que la remoción de la conexión y la separación de la boquilla del alojamiento de la cámara de premezclado son más o menos tardadas y difíciles. Además, a fin de poder producir conexiones selladas entre la boquilla y el alojamiento, es necesario trabajo preciso que es sustancialmente tardado, difícil y costoso. El objeto de la presente invención es eliminar las desventajas técnicas anteriormente descritas proveyendo un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, lo cual hace posible llevar a cabo conexiones sencillas rápidas de la boquilla al alojamiento de la cámara de premezclado. Otro objeto de la invención es proveer un dispositivo para conexión de una boquilla a una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado que hace posible desconectar la boquilla del alojamiento de la cámara de premezclado de manera sustancialmente rápida y sencilla.

Un objeto adicional de la invención es proveer un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, lo cual hace posible mantener y reemplazar opcionalmente la boquilla de la unidad de mezclado de manera sustancialmente rápida y sencilla. Un objeto adicional de la invención es proveer un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, que es sustancialmente sencillo, seguro y confiable. Se logran éste y otros objetos de la presente invención, proveyendo un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, caracterizado porque comprende por lo menos una pestaña que abraza y retiene la dicha boquilla, estando conectada la dicha pestaña de manera desprendible al dicho alojamiento de la dicha cámara de premezclado, de manera que se hace la dicha boquilla integral con el dicho alojamiento de la dicha cámara de premezclado. De acuerdo con la modalidad preferida, se produce una pestaña por medio de un elemento de buje en la cual se inserta la boquilla, con uno de los extremos conectado de manera no desprendible a la boquilla y el otro extremo conectado de manera desprendible a la cámara de premezclado. De acuerdo con otra modalidad preferida, la boquilla tiene una cavidad anular, que está rodeada por el elemento de buje. Entre la cavidad anular de la boquilla y el elemento de buje, está provista una cámara de distribución, que se puede abastecer de combustible mediante un primer conducto y de la cual se descarga el combustible y se admite a la cámara de combustión corriente abajo desde la boquilla, a través de los segundos conductos. Se definen también en las reivindicaciones las características adicionales del dispositivo para conexión de acuerdo con la invención. Ventajosamente, el dispositivo para conexión de acuerdo con la invención no solamente es económico en términos de su producción, sino que también porque hace posible llevar a cabo intervenciones sobre la boquilla o sobre el alojamiento de la cámara de premezclado de una manera que es sustancialmente más económica que de acuerdo con la técnica conocida. Las características y las ventajas adicionales de un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, de acuerdo con la presente invención, se harán más evidentes por la siguiente descripción provista a manera de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los cuales: - la figura 1 muestra una sección transversal vertical lateral de una unidad de premezclado, con una boquilla montada sobre un alojamiento de una cámara de premezclado, por medio de un dispositivo para conexión de acuerdo con la invención; - la figura 2 muestra una vista vertical frontal en la unidad de premezclado mostrada en la figura 1 ; - la figura 3 muestra una sección transversal en una vista en planta de la unidad de mezclado mostrada en la figura 1 ; y - la figura 4 muestra una sección transversal de un detalle del dispositivo para conexión de acuerdo con la invención. Las figuras mencionadas anteriormente muestran un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, que se ha indicado con el 31 en general. La boquilla 23 está conectada al frente del alojamiento 12 de la cámara de combustión 1 1 y está acomodada en un asiento anular 32 provisto en el extremo del alojamiento 12 de la cámara de combustión 1 1. El dispositivo 31 consta sustancialmente de una pestaña 33, que de un lado abraza y retiene una boquilla 23 de manera no desprendible y del otro lado está conectada de manea desprendible a un alojamiento 12 de la cámara de premezclado 1 1 , de tal manera que se haga la boquilla 23 integral con el alojamiento 12. Se produce la pestaña 33 por medio de un elemento de buje en el cual se inserta la boquilla 23, con los extremos del elemento de buje conectados de un lado a la boquilla 23 y del otro lado al alojamiento 12. Una extremo del elemento de buje 33 está provisto de un borde 34 que resalta hacia el interior el elemento de buje 33 mismo, de tal manera que forma un espaldón, contra el cual queda adyacente una porción resaltante 35 de la boquilla 23. El borde 34 se extiende a lo largo de la periferia entera del elemento de buje 33 y es también anular. La porción resaltante 35 es también anular y tiene la soldadura fuerte circunferencial 36, para asegurar el elemento de buje 33 sobre la boquilla 23. Por otra parte, un segundo extremo del elemento de buje 33 soporta una extensión de placa 37, que resalta hacia el exterior del elemento de buje 33 y queda adyacente a una porción frontal del alojamiento 12. En esta extensión 37, están provistos tres orificios continuos, que están alineados con un número equivalente de orificios continuos provistos en el alojamiento 12, en los cuales están insertados los tornillos 38 como elementos de traba 28. Los tornillos 38 están trabados en una posición roscada de los orificios continuos provistos en el alojamiento 12 de la cámara de premezclado 11 , de tal manera que se forma la conexión desprendible entre la boquilla 23 y el alojamiento 12 de la cámara de premezclado 11. Dos de los tres orificios del elemento de buje 33, y por lo tanto también del alojamiento 12, están provistos en una posición que es simétrica en relación con un eje de simetría 39 del dispositivo 31 y de la unidad de premezclado 10, en una parte en la cual está conectado el alojamiento 12 a un soporte del tipo de columna 13 de la unidad de premezclado 10. Estos orificios se abren hacia los huecos 40 provistos en una porción agrandada 41 de la extensión de placa 37.

El tercer orificio está provisto en línea con el eje de simetría 39 y también en una parte opuesta a aquella en la cual el soporte del tipo de columna está conectado al alojamiento 12 de la cámara de premezclado 11 , en donde los dos primeros orificios están provistos. A lo largo de la boquilla 23 y en la porción resaltante 25, está provista una cavidad anular 42, que está cerrada por el elemento de buje 33, forma una cámara de distribución 43, que se comunica con un conducto 18 provisto en el soporte del tipo de columna 13 y con los conductos adicionales 44 provistos adentro de la armazón de la boquilla 23. Los conductos 44 se abren a la cámara de combustión, sobre una porción frontal de la armazón de la boquilla 23. El conducto 18 abastece combustible a la cámara de distribución 43 y de ahí se distribuye el combustible a través de los conductos 44 a la cámara de combustión, de tal manera que se alimenta una llama piloto, que tiene usualmente una conformación anular y rodea una llama principal formada por la combustión del combustible distribuido por el inyector 22. En la modalidad mostrada a manera de ejemplo no limitante, hay ocho conductos 44, provistos dentro de la armazón de la boquilla 23, alrededor de la circunferencia y equidistantes uno de otro sobre ésta. Paralela a la cavidad 42 que forma la cámara de distribución 43, la boquilla 23 tiene una segunda porción agrandada anular, sobre la cual está provista la segunda soldadura fuerte 45, para asegurar el elemento de buje 33 sobre la boquilla 23. Tanto la soldadura fuerte 36 como la soldadura fuerte 45, que conectan el elemento de buje 33 a la boquilla 23, caracterizan el sellado dentro de la cámara de distribución 43. La cámara de distribución 43 es abastecida por el conducto 18. El conducto 18 tiene dos porciones: Una primera porción 18a está provista en el soporte del tipo de columna 13. La porción 18a tiene en un extremo un elemento 46 para conexión a la tubería externa que conduce la unidad de premezclado 10 y por otra parte opuesta a los extremos finales con un agrandamiento que constituye un asiento para acomodar un sellado "elicoflex" 47, entre la primera porción 18a del conducto 18 y una segunda porción 18b provista sobre el elemento de buje 33. El "elicoflex" consta de una armazón toroidal o en forma de dona, hecha de material adecuado para proveer el sello, dentro del cual está provisto un elemento flexible. Cuando se acomoda el "elicoflex" en el asiento, el elemento flexible tiende a expandirse, forzando así las superficies de sellado del elemento toroidal contra el asiento. Por este medio, se garantiza un sello óptimo incluso en condiciones extremas. El conducto 18b está provisto en la porción agrandada 41 de la extensión de placa 37, entre el par de orificios continuos que están simétricos en relación con el eje 39. El conducto 18b consta de un orificio continuo preferiblemente oblicuo, que tiene la primera boca sobre la pared de la extensión de placa 37, en el conducto 18a, y una segunda boca en la cavidad 42. La instalación y la separación del dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, de acuerdo con la invención, es extremadamente sencilla y rápida y, en particular, tiene lugar como se describe a continuación en la presente. Se lleva a cabo la instalación acomodando la boquilla 23, que está integral con el buje 31 , en el asiento 32 del alojamiento 12 de la cámara de premezclado 11 , después de haber colocado previamente el "elicoflex" 47. Se insertan luego los tornillos 38 en los orificios correspondientes en la extensión de placa 37 y se aprietan adentro de los orificios roscados del alojamiento 12. Subsiguientemente, se aprietan las conexiones formadas a fin de impedir la rotación de los tornillos. La separación tiene lugar, quitando los tornillos 38 y desconectando luego el elemento de buje 33, que está integral con la boquilla 23, para su mantenimiento y/o reemplazo, según se requiera. De manera conocida, durante el funcionamiento de una turbina de gas que contiene el dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, de acuerdo con la invención, se abastece combustible a través del conducto 17 al elemento exterior 21a del ciclonizador 21. El combustible pasa a la cámara de premezclado 11 , en la cual se forma una mezcla de aire y combustible. La formación de la mezcla es auxiliada por la turbulencia del aire, causada por el ciclonizador 21. Subsiguientemente, la mezcla pasa a través de la boquilla 23 de la cámara de combustión, en donde se quema. El elemento de buje 33 de acuerdo con la invención compensa todos los esfuerzos que se ejercen sobre la boquilla 23 y la mantienen trabada de manera firme y segura sobre el alojamiento 12 de la cámara de premezclado 11. Además, a través del conducto 18, se abastece combustible adentro de la cámara de distribución 43. Desde ahí, a través de los conductos 44, el combustible pasa hacia la cámara de combustión, en donde alimenta la llama piloto. El sello entre las porciones 18a y 18b del conducto 18 está garantizado por el "elicoflex" 47. Además, el sello de la cámara de distribución 43 está garantizada por las soldaduras fuertes 36, 45 interpuestas entre la boquilla 23 y el elemento de buje 33. Se apreciará que son posibles modificaciones y variantes, de tal manera que se puede hacer el elemento de buje 33 integral con la boquilla 23 por microfusión, haciendo así innecesario producir las soldaduras fuertes 36, 45. Además, se puede trabar el elemento de buje 33 sobre los alojamientos 12 de la cámara de premezclado 11 por medio de cualquier número de tornillos 38, de acuerdo con los requisitos contingentes de diseño, en diferentes modalidades, se puede trabar por medio de pernos u otros elementos que son fáciles de desmontar. La modalidad descrita se refiere a una turbina abastecida de combustible gaseoso y se apreciará que el dispositivo para conexión de acuerdo con la presente invención se puede aplicar también ventajosamente a una turbina que se abastece de combustible líquido. En esta modalidad, el elemento conformado como ojiva 22 es un inyector. En la práctica, se ha descubierto que un dispositivo para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, de acuerdo con la invención, es particularmente ventajoso, porque hace posible simplificar considerablemente las operaciones de mantenimiento de la turbina y hace también posible llevar a cabo opcionalmente el reemplazo de la boquilla de la unidad de premezclado, de una manera que es substancialmente sencilla y rápida. Además, aunque el conducto que abastece a la cámara de distribución se produce en dos porciones separadas, tiene características óptimas de sellado. Se consigue esto usando un anillo "elicoflex", que incluso en condiciones de operación adversas garantiza un alto nivel de confiabilidad. A esto se le debe añadir también la considerable viabilidad económica y la confiabilidad del dispositivo. Un dispositivo así diseñado, para conexión de una boquilla de una cámara de premezclado de una turbina de gas a un alojamiento de la cámara de premezclado, se puede someter a muchas modificaciones y variantes, todas las cuales entran en el alcance de la invención; además, se pueden reemplazar todos los detalles con elementos que son técnicamente equivalentes. En la práctica, se pueden usar cualesquiera materiales y dimensiones, de acuerdo con los requisitos técnicos.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo (31 ) para conexión de una boquilla (23) de una cámara de premezclado (11) de una turbina de gas a un alojamiento (12) de la cámara de premezclado (11 ), caracterizado porque comprende por lo menos una pestaña (33) que abraza y retiene la dicha boquilla (23), estando conectada la dicha pestaña (33) de manera desprendible a dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11) a fin de hacer la dicha boquilla (23) integral con el dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11).

2.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se produce la dicha pestaña (33) por medio de un elemento de buje en el cual se inserta la dicha boquilla (23), conectándose los extremos del dicho elemento de buje de manera no desprendible de un lado a la dicha boquilla (23) y de manera no desprendible del otro lado al dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11).

3.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el dicho elemento de buje (33) tiene un primer extremo que está provisto de un borde (34) que resalta hacia el interior, de tal manera que forma un espaldón que queda adyacente a una porción resaltante (35) de la dicha boquilla (23), por otra parte un segundo extremo de dicho elemento de buje (33) que tiene una extensión a placa (379, que resalta al exterior y está provisto de orificios continuos, estando colocado el dicho elemento de buje (33) con la dicha extensión en placa (37), de manera que quede adyacente a una porción frontal de dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11), con los dichos orificios continuos alineados con los orificios en dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11 ), insertándose los elementos de entrada roscados (38) en dichos orificios continuos en el dicho elemento de buje (33) y en el dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11 ), de manera que se forma la dicha conexión removible o desprendible entre la dicha boquilla (23) y el dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11 ).

4.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la dicha porción resaltante (35) de la dicha boquilla (23) es sustancialmente anular.

5.- Dispositivo (31 ) para conexión, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque hay tres de los dichos orificios continuos en el dicho elemento de buje (33), estando provisto un par de los dichos orificios en una posición que es simétrica en relación con un eje de simetría (39), de una parte en la cual se conecta el soporte del tipo de columna (13) al dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11 ), estando provisto un tercer orificio paralelamente a dicho eje de simetría (39) de dicho elemento de buje (33) y en una parte opuesta a aquélla en la cual se conecta el dicho soporte del tipo de columna (13) a dicho alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11 ).

6.- Dispositivo (31 ) para conexión, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la dicha boquilla (23) tiene una cavidad anular (42) alrededor de la cual se sobrepone el dicho elemento de buje (33), entre la dicha cavidad (42) de la dicha boquilla (23) y el dicho elemento de buje (33), proveyéndose una cámara de distribución (43) que se puede abastecer de combustible por lo menos con un primer conducto (18) y de la cual se descarga el dicho combustible y se admite a una cámara de combustión dispuesta corriente abajo desde la dicha boquilla (23), a través de los conductos (44).

7.- Dispositivo (31 ) para conexión, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque, interpuesta entre la dicha boquilla (23) de dicho elemento de buje (33), y sustancialmente a lo largo de cada uno de los dos lados de la dicha cámara de distribución (43), está provista una sola soldadura o soldadura fuerte (36, 45), que está acomodada en su propio asiento.

8.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el dicho elemento de buje (33) tiene una porción agrandada (41 ) contenida entre el dicho par de orificios continuos, teniendo la dicha porción agrandada (41) un orificio continuo que forma una porción extrema (18b) del dicho conducto de abastecimiento (18) de la dicha cámara de distribución (43).

9.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el dicho orificio continuo que forma la dicha porción extrema (18b) del dicho conducto para abastecimiento a la dicha cámara de distribución (43), está conectado a una segunda porción (18a) del dicho conducto (18) para abastecimiento a la dicha cámara de distribución (43), contenida en dicho soporte del tipo de columna (13), estando garantizado el sellado entre el dicho orificio que forma la dicha porción extrema (18b) del dicho conducto (18) y la dicha segunda porción (18a) de dicho conducto (18) por un "elicoflex" (47), que está acomodado en su propio asiento.

10.- Dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque los dichos segundos conductos (44) están provistos dentro de una armazón de la dicha boquilla (23) y se abren para dicha cámara de combustión, sobre una porción frontal de la dicha armazón de la dicha boquilla (23).

11.- Boquilla (23) de una cámara de premezclado (11) de una turbina de gas, diseñada para estar asociada con un alojamiento (12) de la dicha cámara de premezclado (11) por medio de un dispositivo (31) para conexión, de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque comprende por lo menos una cavidad anular (42), que está conectada por lo menos a un primer conducto (18) para abastecimiento de combustible y también a una pluralidad de segundos conductos (44) para la distribución del dicho combustible a la cámara de combustión, estando provistos los dichos segundos conductos (44) dentro de una armazón de la dicha boquilla (23).

12.- Dispositivo (31) para conexión de una boquilla (23) de una cámara de premezclado (11) de una terminal de gas a un alojamiento (12) en la cámara de premezclado (11), según se describe e ilustra, y para los propósitos especificados.