BR102015032075A2 - aparelho de bico de combustível para um motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

“aparelho de bico de combustível para um motor de turbina a gás”. trata-se de um aparelho de bico de combustível de motor de turbina a gás que inclui: um corpo externo anular, sendo que o corpo externo se estende de modo paralelo a um eixo geométrico de linha central e tem uma superfície exterior genericamente cilíndrica que se estende entre extremidades frontal e posterior e tem uma pluralidade de aberturas que passa através da superfície exterior; um anel de injeção principal anular disposto no interior do corpo externo, em que o anel de injeção principal inclui um arranjo anular de postes de combustível que se estendem radialmente para fora do mesmo; uma galeria de combustível principal que se estende dentro do anel de injeção principal em uma direção circunferencial; uma pluralidade de orifícios de combustível principais, sendo que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal e se estende através de um dos postes de combustível; e uma estrutura de suspensão que conecta o anel de injeção principal ao corpo externo, em que a estrutura de suspensão é configurada para situar de modo substancialmente rígido a posição do anel principal nas direções axial e lateral enquanto permite a deflexão controlada em uma direção radial.

Description

“APARELHO DE BICO DE COMBUSTÍVEL PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] A presente invenção refere-se a bicos de combustível de motor de turbina a gás e, mais particularmente, a estruturas de injeção principais para bicos de combustível de motor de turbina a gás.

[002] Motores de turbina a gás de aeronave incluem um combustor em que o combustível é queimado para inserir calor no ciclo de motor. Os combustores típicos incorporam um ou mais injetores de combustível cuja função é introduzir o combustível líquido em uma corrente de fluxo de ar de modo que o mesmo possa se atomizar e queimar.

[003] Os combustores de combustão em estágios foram desenvolvidos para operar com baixa poluição, alta eficiência, baixo custo, alta saída de motor e boa operabilidade de motor. Em um combustor de combustão em estágios, os bicos do combustor são operáveis para injetar seletivamente combustível através de dois ou mais estágios distintos, sendo que cada estágio é definido por trajetórias de combustível individuais dentro do bico de combustível. Por exemplo, o bico de combustível pode incluir um estágio piloto que opera continuamente e um estágio principal que somente opera em níveis de potência de motor mais altos. A vazão de combustível pode também ser variável dentro de cada um dos estágios.

[004] O estágio principal inclui um anel de injeção principal anular que tem uma pluralidade de portas de injeção de combustível que libera combustível através de um corpo central circundante em uma corrente de ar de misturador em redemoinho. Uma necessidade com esse tipo de bico de combustível é de garantir que o combustível não seja absorvido nos espaços vazios dentro do bico de combustível, onde o mesmo inflamaria, causando danos internos e, possivelmente, operação errática. Também é desejável ter boa penetração a jato de combustível na corrente de ar de misturador.

Breve Descrição da Invenção [005] Essa necessidade é abordada pela presente invenção, a qual fornece um bico de combustível que incorpora uma estrutura de injeção configurada para gerar um fluxo de ar que purga e auxilia a penetração de uma corrente de combustível em uma corrente de ar de alta velocidade.

[006] De acordo com um aspecto da invenção, um aparelho de bico de combustível para um motor de turbina a gás inclui: um corpo externo anular, sendo que o corpo externo se estende paralelamente a um eixo geométrico de linha central, em que o corpo externo tem uma superfície exterior genericamente cilíndrica que se estende entre as extremidades frontal e posterior, e que tem uma pluralidade de aberturas que passa através da superfície exterior; um anel de injeção principal anular disposto no interior do corpo externo, sendo que o anel de injeção principal inclui um arranjo anular de postes de combustível que se estende radialmente para fora do mesmo; uma galeria de combustível principal que se estende dentro do anel de injeção principal em uma direção circunferencial; uma pluralidade de orifícios de combustível principais, em que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal e se estende através de um dentre os postes de combustível; e uma estrutura de suspensão que conecta o anel de injeção principal ao corpo externo, sendo que a estrutura de suspensão é configurada para situar de modo substancialmente rígido a posição do anel principal nas direções axial e lateral, enquanto permite a deflexão controlada em uma direção radial.

[007] De acordo com outro aspecto da invenção, a estrutura de suspensão inclui: um flange anular que se estende radialmente para dentro a partir do corpo externo atrás das aberturas; um braço interno anular que se estende para frente a partir do flange em uma direção genericamente axial, e que passa radialmente para dentro do anel de injeção principal; um braço externo anular que se estende axialmente para frente a partir do anel de injeção principal; e um curva em U que interconecta os braços interno e externo em um local axialmente à frente do anel de injeção principal.

[008] De acordo com outro aspecto da invenção, um defletor se estende para frente a partir do flange em uma direção genericamente axial e passa radialmente fora do anel de injeção principal; e o defletor inclui uma abertura através da qual o poste de combustível passa.

[009] De acordo com um outro aspecto da invenção, uma extremidade dianteira do defletor é conectada ao corpo externo à frente das aberturas.

[010] De acordo com outro aspecto da invenção, cada poste de combustível inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral cilíndrica e um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro para definir uma cavidade de aspersão; e cada poste de combustível é alinhado a uma dentre as aberturas no corpo externo e separado da abertura por um vão de perímetro que é definido entre a abertura e a superfície lateral.

[011] De acordo com um outro aspecto da invenção, o poste de combustível se estende radialmente para fora para além de uma superfície externa do corpo externo.

[012] De acordo com outro aspecto da invenção, cada poste de combustível é alongado em vista plana e inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral e um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro para definir uma cavidade de aspersão; e cada poste de combustível é alinhado a uma dentre as aberturas no corpo externo e separado da abertura por um vão de perímetro que é definido entre a abertura e a superfície lateral.

[013] De acordo com outro aspecto da invenção, pelo menos uma porta auxiliar de ar é formada na parede de perímetro próximo a uma interseção da parede de perímetro com o piso.

[014] De acordo com um outro aspecto da invenção, pelo menos um dentre os postes de combustível incorpora uma escarva em formato de rampa que se estende ao longo de um linha paralela à superfície de extremidade distai, em que a escarva tem uma profundidade radial máxima na cavidade de aspersão e se afunila para fora na altura radial, se unindo à superfície de extremidade distai em uma distância na direção contrária à cavidade de aspersão.

[015] De acordo com outro aspecto da invenção, a parede de perímetro de cada poste de combustível tem formato de lágrima em vista plana.

[016] De acordo com outro aspecto da invenção, um vão radial é apresentado entre os postes de combustível e o corpo externo; cada poste de combustível inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral cilíndrica e um furo que define um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro; e uma vedação deslizante genericamente tubular é recebida no furo de cada poste de combustível e abrange o vão radial.

[017] De acordo com outro aspecto da invenção, cada vedação deslizante é fixada em uma dentre as aberturas do corpo externo e é recebida no furo correspondente de um poste de combustível com um encaixe deslizante.

[018] De acordo com um outro aspecto da invenção, o aparelho inclui adicionalmente: uma bomba venturi anular que inclui uma garganta de diâmetro mínimo disposta no interior do anel de injeção principal; um divisor anular disposto no interior da bomba venturi; um arranjo de aletas em espiral externas que se estende entre a bomba venturi e o divisor; um injetor de combustível piloto disposto dentro do divisor; e um arranjo de aletas em espiral internas que se estende entre o divisor e o injetor de combustível piloto.

[019] De acordo com outro aspecto da invenção, o aparelho inclui adicionalmente: um sistema de combustível operável para abastecer um fluxo de combustível líquido em vazões variáveis; um conduto de combustível piloto acoplado entre o sistema de combustível e o injetor de combustível piloto; e um conduto de combustível principal acoplado entre o sistema de combustível e o anel de injeção principal.

Breve Descrição dos Desenhos [020] A invenção pode ser mais bem entendida por referência à descrição a seguir, tomada em conjunto com as figuras de desenho em anexo, em que: A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um bico de combustível de motor de turbina a gás construído, de acordo com um aspecto da presente invenção; A Figura 2 é uma vista ampliada de uma porção do bico de combustível da Figura 1 que mostra uma estrutura de injeção de combustível principal do mesmo; A Figura 3 é uma vista em perspectiva parcial da estrutura de injeção de combustível mostrada na Figura 2; A Figura 4 é uma vista em corte de uma porção de um bico de combustível que mostra uma estrutura de injeção de combustível principal alternativa; A Figura 5 é uma vista em perspectiva parcial da estrutura de injeção de combustível mostrada na Figura 4; A Figura 6 é uma vista tomada ao longo das linhas 6-6 da Figura 5; A Figura 7 é uma vista em corte de uma porção de um bico de combustível que mostra uma estrutura de injeção de combustível principal alternativa; A Figura 8 é uma vista em perspectiva parcial da estrutura de injeção de combustível mostrada na Figura 7; A Figura 9 é uma vista tomada ao longo das linhas 9-9 da Figura 7; A Figura 10 é uma vista em corte de uma porção de um bico de combustível que mostra uma estrutura de injeção de combustível principal alternativa; e A Figura 11 é uma vista em perspectiva parcial da estrutura de injeção de combustível mostrada na Figura 6.

Descrição Detalhada da Invenção [021] Geralmente, a presente invenção dota um bico de combustível de um anel de injeção. O anel de injeção principal incorpora uma estrutura de injeção configurada para gerar um fluxo de ar através de um vão controlado que circunda um orifício de combustível, que flui combustível a partir do anel de injeção principal e auxilia a penetração de uma corrente de combustível a partir do orifício de combustível em uma corrente de ar de alta velocidade. O anel de injeção principal é sustentado por uma estrutura que substancialmente fornece um grau de liberdade de movimento.

[022] Referindo-se aos desenhos em que as referências numéricas idênticas denotam os mesmos elementos por todas as várias vistas, a Figura 1 descreve um tipo exemplificativo de um bico de combustível 10 de um tipo configurado para injetar combustível à base de hidrocarboneto líquido em uma corrente de fluxo de ar de um combustor de motor de turbina a gás (não mostrado). O bico de combustível 10 é de um tipo “preparado”, o que significa que o mesmo é operável para injetar seletivamente combustível através dos dois ou mais estágios distintos, em que cada estágio é definido por trajetórias de fluxo de combustível individuais dentro do bico de combustível 10. A vazão de combustível pode também ser variável dentro de cada um dos estágios.

[023] O bico de combustível 10 é conectado a um sistema de combustível 12 de um tipo conhecido, operável para abastecer um fluxo de combustível líquido em vazões variáveis de acordo com a necessidade operacional. O sistema de combustível abastece combustível a uma válvula de controle piloto 14 que é acoplada a um conduto de combustível piloto 16 que, por sua vez, abastece combustível a um piloto 18 do bico de combustível 10. O sistema de combustível 12 abastece também combustível a uma válvula principal 20 que é acoplada a um conduto de combustível principal 22 que, por sua vez, abastece um anel de injeção principal 24 a partir do bico de combustível 10.

[024] Para propósito de descrição, a referência será feita a um eixo geométrico de linha central 26 do bico de combustível 10 que é geralmente paralelo a um eixo geométrico de linha central do motor (não mostrado) em que o bico de combustível 10 seria usado. A partir do eixo geométrico de linha central 26, e procedendo radialmente para fora, os componentes principais do bico de combustível ilustrado 10 são: o piloto 18, um divisor 28, uma bomba venturi 30, um corpo interno 32, o anel de injeção principal 24 e um corpo externo 36. Cada uma dessas estruturas será descrita em detalhes.

[025] O piloto 18 está disposto em uma extremidade a montante do bico de combustível 10, alinhado ao eixo geométrico de linha central 26 e circundado por uma carenagem 38.

[026] O piloto ilustrado 18 inclui um corpo central de piloto axialmente alongado geralmente cilíndrico 40. Uma extremidade a montante do corpo central de piloto 40 é conectada à carenagem 38. A extremidade a jusante do corpo central de piloto 40 inclui um orifício de descarga divergente-convergente 42 com uma saída cônica.

[027] Um plugue de medição 44 está disposto dentro de um furo central 46 do corpo central de piloto 40. O plugue de medição 44 se comunica com o conduto de combustível piloto. O plugue de medição 44 inclui buracos de transferência 48 que fluem o combustível para um anel de alimentação 50 definido entre o plugue de medição 44 e o furo central 46, e também inclui um arranjo de buracos de aspersão angulados 52 dispostos para receber combustível a partir do anel de alimentação 50 e fluir o mesmo na direção do orifício de descarga 42 em um padrão em redemoinho, com um componente de velocidade tangencial.

[028] O divisor anular 28 circunda o injetor piloto 18. O mesmo inclui, em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 54, uma garganta 56 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 58.

[029] Um redemoinho de ar interno compreende um arranjo radial de aletas em espiral internas 60 que se estende entre o corpo central de piloto 40 e a seção a montante 54 do divisor 28. As aletas em espiral internas 60 são conformadas e orientadas para induzir um efeito de redemoinho no fluxo de ar que passa através do redemoinho de ar interno.

[030] A bomba venturi anular 30 circunda o divisor 28. Isso inclui, em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 62, uma garganta 64 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 66. Um arranjo radial de aletas em espiral externas 68 que define um redemoinho de ar externo se estende entre o divisor 28 e a bomba venturi 30. As aletas em espiral externas 68, o divisor 28 e as aletas em espiral internas 60 sustentam fisicamente o piloto 18. As aletas em espiral externas 68 são conformadas e orientadas para introduzir um efeito de redemoinho no fluxo de ar que passa através do redemoinho de ar externo, O furo da bomba venturi 30 define uma trajetória de fluxo para um fluxo de ar piloto, geralmente determinado “P”, através do bico de combustível 10. Uma blindagem térmica 70 na forma de uma placa anular que se estende radialmente pode estar disposta em uma extremidade posterior da seção divergente 66. Um revestimento de barreira térmica (TBC) (não mostrado) de um tipo conhecido pode ser aplicado à superfície da blindagem térmica 70 e/ou da seção divergente 66.

[031] O corpo interno 32 pode ser conectado à carenagem 38, e serve como parte de uma conexão mecânica entre o anel de injeção principal 24 e a estrutura de montagem estacionária, tal como uma haste de bico de combustível, uma porção da qual é mostrada como item 72.

[032] O anel de injeção principal 24 que tem forma anular circunda o corpo interno 32. O mesmo é conectado ao corpo interno 32 e ao corpo externo 36 por uma estrutura de suspensão que é descrita em mais detalhes abaixo.

[033] O anel de injeção principal 24 inclui uma galeria de combustível principal 76 (consulte a Figura 2) que é acoplada a e abastecida com combustível pelo conduto de combustível principal 22. Um arranjo radial de orifícios de combustível principais 78 formado no anel de injeção principal 24 se comunica com a galeria de combustível principal 76. Durante a operação de motor, o combustível é liberado através dos orifícios de combustível principais 78. O funcionamento através do anel de injeção principal 24 estreitamente adjacente à galeria de combustível principal 76 é de uma ou mais galerias de combustível piloto 80. Durante a operação de motor, o combustível circula constantemente através das galerias de combustível piloto 80 para resfriar o anel de injeção principal 24 e impedir a coqueifação da galeria de combustível principal 76 e dos orifícios de combustível principais 78.

[034] O corpo externo anular 36 circunda o anel de injeção principal 24, bomba venturi 30 e o piloto 18, e define a extensão externa do bico de combustível 10. No exemplo ilustrado, uma extremidade posterior do corpo interno 32 é conectada ao corpo externo 36 por um flange que se estende radialmente 35. Uma extremidade dianteira 82 do corpo externo 36 é unida à haste 72 quando montada (consulte a Figura 1). Uma extremidade posterior do corpo externo 36 pode incluir um defletor anular que se estende radialmente 84, o qual incorpora buracos de refrigeração 86 direcionados na blindagem térmica 70. A extensão entre as extremidades frontal e posterior é uma superfície exterior genericamente cilíndrica 88 que, em operação, é exposta a um fluxo de ar de misturador, geralmente determinado “Μ.” O corpo externo 36 define uma trajetória de fluxo secundária 90 em cooperação com a bomba venturi 30 e o corpo interno 32. O ar que passa através dessa trajetória de fluxo secundária 90 é descarregado através dos buracos de refrigeração 86.

[035] O corpo externo 36 inclui um arranjo anular de aberturas 94. Cada um dos orifícios de combustível principais 78 é alinhado a uma das aberturas 94.

[036] O corpo externo 36 e o corpo interno 32 cooperam para definir um espaço ou espaço vazio terciário anular 96 protegido contra o fluxo de ar externo circundante. O anel de injeção principal 24 está contido nesse espaço vazio. Dentro do bico de combustível 10, uma trajetória de fluxo é fornecida para o vértice de uma corrente de ar para se comunicar com e abastecer o espaço vazio 96 com um fluxo mínimo necessário para manter uma pequena margem de pressão acima da pressão externa em localizações próximas às aberturas 94. No exemplo ilustrado, esse fluxo é fornecido por pequenas fendas de abastecimento 98.

[037] O bico de combustível 10 e seus componentes podem ser construídos a partir de uma ou mais ligas metálicas. Os exemplos não limitantes de ligas adequadas incluem ligas à base de cobalto e níquel.

[038] Todo o bico de combustível 10 ou parte do mesmo ou porções do mesmo podem ser parte de um componente monolítico, de uma peça ou unitário e pode ser fabricado com uso de um processo de fabricação que envolve fabricação de aditivo ou de construção de camada por camada (conforme oposto à remoção de material como com processos de usinagem convencional). Tais processes podem ser referidos como “processos de fabricação rápida” e/ou “processos de fabricação de aditivo”, com o termo “processo de fabricação de aditivo” sendo o termo no presente para se referir geralmente a tais processos. Os processos de fabricação de aditivo incluem, mas são não limitados a: Fusão Metálica Direta a Laser (Dmlm), Fabricação de Formato Final de Laser (Lnsm), Sintetização de Feixe de Elétrons, Sintetização de Laser Seletivo (SIs), Impressão em 3D, tais como por Impressoras a jato de tinta e Laserjets, Estereolitografia (Sla), Derretimento de Feixe de Elétron (Ebm), Conformação Próxima ao Formato Final Via Laser (Lens) e Deposição de Metal Direto (Dmd).

[039] O anel de injeção principal 24, os orifícios de combustível principais 78 e as aberturas 94 podem ser configurados para fornecer um auxílio de ar e trajetória de ar de purga secundária controlada nos orifícios de combustível principais 78. Em referência às Figuras 2 e 3, as aberturas 94 são geralmente cilíndricas e orientadas em uma direção radial.

[040] O anel de injeção principal 24 inclui uma pluralidade de postes de combustível suspensos 104 que se estendem radialmente para fora a partir do mesmo. Os postes de combustível 104 incluem uma parede de perímetro 102 que define uma superfície lateral cilíndrica 106. Um piso voltado radialmente 108 é rebaixado a partir de uma superfície de extremidade distai 112 da parede de perímetro 102 e, em combinação com a parede de perímetro 102, define uma cavidade de aspersão 192. Cada um dentre os orifícios de combustível principais 78 se comunica com a galeria de combustível principal 76 e passa através de um dentre os postes de combustível 104, saindo através do piso 108 do poste de combustível 104. Cada poste de combustível 104 é alinhado a uma dentre as aberturas 94 e é posicionado para definir um vão de perímetro 110 em cooperação com a abertura associada 94. Esses pequenos vãos controlados 110 em torno dos postes de combustível 104 permitem que o ar de purga mínima atravesse para proteger o espaço vazio ou espaço de vértice interno 96 contra a entrada de combustível.

[041] O anel de injeção principal 24 é afixado ao corpo interno 32 e ao corpo externo 36 por uma estrutura de suspensão 138. A estrutura de suspensão 138 inclui um braço interno anular 140 que se estende para frente a partir do flange 35 em uma direção genericamente axial. O braço interno 140 passa radialmente para dentro do anel de injeção principal 24. Na vista em corte, o braço interno 140 é curvado de modo convexo para dentro e é afastado da curvatura convexa de uma superfície interna 148 do anel de injeção principal 24 e geraimente paralelo à mesma. Um braço externo anular 150 se estende axialmente para frente a partir do anel de injeção principal 24. Uma curva em U 152 interconecta os braços interno e externo 140 e 150 em um local axialmente à frente do anel de injeção principal 24. Um defletor 154 se estende para frente a partir do flange 35 em uma direção genericamente axial. O defletor 154 passa radialmente fora do anel de injeção principal 24, entre o anel de injeção principal 24 e o corpo externo 36. Em vista em corte, o defletor 154 é curvado de modo convexo para fora e é afastado da curvatura convexa de uma superfície externa 156 do anel de injeção principal 24 e geralmente paralelo à mesma. O defletor 154 inclui uma abertura 158, através da qual o poste de combustível 104 passa, e uma extremidade dianteira 160 do defletor é conectada ao corpo externo 36 à frente da abertura 94.

[042] A estrutura de suspensão 138 é eficaz para localizar substancial e rigidamente a posição do anel de injeção principal 24 em direções axial e tangencial (ou lateral), enquanto permite a deflexão controlada em uma direção radial. Isso é efetuado através do tamanho, formato e orientação dos elementos da estrutura de suspensão. Em particular, os braços interno e externo 140, 150 e a curva em U 152 são configurados para atuar como um elemento de mola na direção radial. Em efeito, o anel de injeção principal 24 tem substancialmente um grau de liberdade de movimento (“1-DOF”).

[043] Durante a operação de motor, o corpo externo 36 é exposto a um fluxo de ar de alta temperatura e, portanto, sofre contração e expansão térmica significantes, enquanto o anel de injeção principal 24 é constantemente resfriado por um fluxo de combustível líquido e permanece relativamente estável. O efeito da estrutura de suspensão 138 é de permitir o crescimento térmico do corpo externo 36 em relação ao anel de injeção principal 24 enquanto mantém o tamanho dos vãos de perímetro 110 descritos acima, mantendo, desse modo, a eficácia do fluxo de purga.

[044] As Figuras 4 a 6 ilustram uma configuração alternativa para fornecer auxilio de ar de injeção e saída de ar de purga controlada. Especificamente, essas figuras ilustram uma porção de um anel de injeção principal 224 e um corpo externo 236, que podem ser substituídos pelo anel de injeção principal 24 e pelo corpo externo 36 descritos acima. Quaisquer estruturas ou recursos do anel de injeção principal 224 e do corpo externo 236 que não estiverem especificamente descritos no presente documento podem ser presumidos que sejam idênticos ao anel de injeção principal 24 e ao corpo externo 36 descritos acima. O corpo externo 236 inclui um arranjo anular de aberturas 294, as quais são geralmente alongadas em vista plana. As mesmas podem ter formato oval, elíptico ou outro formato alongado. No exemplo específico ilustrado, as mesmas têm “formato de lágrimas”, com duas extremidades curvadas de modo convexo, com uma extremidade com uma largura maior do que a outra extremidade.

[045] Um arranjo radial de orifícios de combustível principais 278 formado no anel de injeção principal 224 se comunica com uma galeria de combustível principal 276. O anel de injeção principal 224 inclui uma pluralidade de postes de combustível suspensos 204 que se estendem radialmente para fora a partir do mesmo. Os postes de combustível 204 incluem uma parede de perímetro 202 que define uma superfície lateral 206. Em vista plana, os postes de combustível 204 são alongados e podem ter formato, por exemplo, oval, elíptico ou formato de lágrima, conforme ilustrado. Um furo circular é formado no poste de combustível 204, o qual define um piso 208 rebaixado a partir de uma face de extremidade distai 212 da parede de perímetro 202 e, em combinação com a parede de perímetro 202, define uma cavidade de aspersão 292. Cada um dentre os orifícios de combustível principais 278 se comunica com uma galeria de combustível principal 276 e passa através de um dentre os postes de combustível 204, saindo através do piso 208 do poste de combustível 204. Cada poste de combustível 204 é alinhado a uma dentre as aberturas 294 e é posicionado para definir um vão de perímetro 210 em cooperação com a abertura associada 294. Esses pequenos vãos controlados 210 em torno dos postes de combustível 204 permitem que um mínimo de ar de purga atravesse para proteger o espaço de vértice interno a partir contra a entrada de combustível.

[046] O anel de injeção principal 224 é afixado ao suporte de anel principal 224 e ao corpo externo 236 por uma estrutura de suspensão 238 substancialmente idêntica à estrutura de suspensão 138 descrita acima, a qual inclui um braço interno 240, um braço externo 250, uma curva em U 252 e um defletor 254.

[047] O formato alongado dos postes de combustível 204 fornece uma área de superfície, de modo que a extremidade distai 212 de um ou mais dentre os postes de combustível 204 possa ser configurada para incorporar uma “escarva” em formato de rampa. As escarvas podem ser dispostas para gerar diferenças de pressão estática local entre orifícios de combustível principais adjacentes 278. Essas diferenças de pressão estática local entre os orifícios de combustível principais adjacentes 278 podem ser usadas para purgar o combustível principal estagnado a partir do anel de injeção principal 224 durante os períodos de operação apenas para piloto, como para evitar a coqueifação de circuito principal.

[048] Quando visualizadas em corte transversal conforme visto na Figura 4, a escarva 220 tem sua maior profundidade radial (medida em relação à extremidade distai 212) em sua interface com a cavidade de aspersão associada 292 e se movimenta ou se afunila para fora na altura radial, se unindo à face de extremidade distai 212 em alguma distância na direção contrária à cavidade de aspersão 292. Em vista plana, conforme visto na Figura 5, a escarva 220 se estende na direção contrária à porta de porta de combustível principal 278 ao longo de uma linha 222 e se afunila em largura lateral a uma largura mínima em sua extremidade distai. A direção que a linha 222 se estende define a orientação da escarva 220. A escarva 220 mostrada na Figura 5 é referida como uma escarva “a jusante”, à medida que a mesma é paralela a uma linha de fluxo do fluxo de ar de misturador em redemoinho ou de rotação M e tem sua extremidade distai localizada a jusante a partir do orifício de combustível principal associado 278 em relação ao fluxo de ar de misturador M.

[049] A presença ou ausência da escarva 220, e a orientação da escarva 220, determinam a pressão de ar estática presente no orifício de combustível principal associado 278 durante a operação de motor. O fluxo de ar de misturador M exibe “efeito de redemoinho”, ou seja, sua velocidade tem componentes tanto axial quanto tangencial em relação ao eixo geométrico de linha central 26. Para alcançar a função de purga mencionada acima, as cavidades de aspersão 292 podem estar dispostas de modo que aquelas diferentes dos orifícios de combustível principais 278 sejam expostas a diferentes pressões estáticas durante a operação de motor. Por exemplo, cada um dos orifícios de combustível principais 278 não associados a uma escarva 220 seriam expostos à pressão geralmente prevalecente no fluxo de ar de misturador M. Para propósitos descritivos, esses são referidos no presente documento como “portas de pressão neutra”. Cada um dos orifícios de combustível principais 278 associados a uma escarva “a jusante” 220 conforme visto na Figura 5 seria exposto à pressão estática reduzida em relação à pressão estática prevalecente no fluxo de ar de misturador M. Para propósitos descritivos, esses são referidos no presente documento como “portas de baixa pressão”. Embora não mostrado, também é possível que uma ou mais escarvas 220 sejam orientadas de modo oposto à orientação das escarvas a jusante 220. Isso seria “escarvas a montante” e os orifícios de combustível principais associados 278 seriam expostos à pressão estática aumentada em relação à pressão estática prevalecente no fluxo de ar de misturador M. Para propósitos descritivos, esses são referidos no presente documento como “portas de alta pressão”.

[050] Os orifícios de combustível principais 278 e as escarvas 220 podem estar dispostos em qualquer configuração que gerará um diferencial de pressão eficaz para acionar uma função de purga que pode ser usada para purgar o combustível residual a partir da galeria de combustível principal 276 quando o anel de injeção principal 224 não está em uso ativo. Por exemplo, as portas de pressão positiva se alternariam com portas de pressão neutra, ou as portas de pressão positiva se alternariam com as portas de pressão negativa.

[051] As Figuras 7 a 9 ilustram uma variação do anel de injeção principal 224 mostrado nas Figuras 4 e 5, notado em 224'. O anel de injeção principal 224' e as estruturas circundantes podem ser idênticos ao anel de injeção principal 224, exceto para a configuração dos postes de combustível 204'. Nessa variação, os postes de combustível 204' incluem uma parede de perímetro 202' que define uma superfície lateral 206' e incorporam um furo circular que define um piso 208' rebaixado a partir de uma face de extremidade distai 212' da parede de perímetro 202'. Em combinação com a parede de perímetro 202', o piso 208' define uma cavidade de aspersão 292' que se comunica com o orifício de combustível principal 278. A cavidade de aspersão 292' pode incluir uma escarva 220’ conforme descrito acima. Cada poste de combustível 204' é alinhado a uma dentre as aberturas 294 e é posicionado para definir um vão de perímetro 210' em cooperação à abertura associada 294.

[052] Uma ou mais portas de portas de auxílio de diâmetro pequeno 218' podem ser formadas através da parede de perímetro 202' de cada poste de combustível 204' próximo a sua interseção com o piso 208' da poste de combustível 204'. O fluxo de ar que passa através das portas de auxílio 218' fornece um auxílio de ar para facilitar a penetração de combustível que flui a partir dos orifícios de combustível principais 278 através das cavidades de aspersão 292' e, no local, corrente de ar de misturador de alta velocidade M.

[053] As Figuras 10 e 11 ilustram outra configuração alternativa para fornecer auxílio de ar de injeção e saída de ar de purga controlada. Especificamente, essas figuras ilustram uma porção de um anel de injeção principal 324 e um corpo externo 336, que podem ser substituídos pelo anel de injeção principal 24 e corpo externo 36 descritos acima. Quaisquer estruturas ou recursos do anel de injeção principal 324 e do corpo externo 336 que não estiverem especificamente descritos no presente documento podem ser presumidos que sejam idênticos ao anel de injeção principal 24 e ao corpo externo 36 descritos acima. O corpo externo 336 inclui um arranjo anular de aberturas 394, as quais são geralmente alongadas em vista plana. As mesmas podem ter formato oval, elíptico ou outro formato alongado. No exemplo específico ilustrado, as mesmas são geralmente cilíndricas e orientadas em uma direção radial.

[054] O anel de injeção principal 324 inclui uma pluralidade de postes de combustível suspensos 304 que se estendem radialmente para fora a partir do mesmo. Os postes de combustível 304 incluem o furo circular que é formado no poste de combustível 304, que define um piso 308 rebaixado a partir de uma face de extremidade distai 312, que é radialmente afastada a partir do corpo externo 336 por um pequeno vão radial. Um arranjo radial de orifícios de combustível principais 378 é formado no anel de injeção principal 324. Cada um dentre os orifícios de combustível principais 378 se comunica com uma galeria de combustível principal 376 e passa através de um dentre os postes de combustível 304, saindo através do piso 308 do poste de combustível 304.

[055] O anel de injeção principal 324 é afixado ao corpo externo 36 por uma estrutura de suspensão 338 substancialmente idêntica à estrutura de suspensão 138 descrita acima, a qual inclui um braço interno 340, um braço externo 350, uma curva em U 352 e um defletor 354.

[056] Uma vedação deslizante 380 abrange o vão entre o poste de combustível 304 e o corpo externo 336. No exemplo ilustrado, a vedação deslizante 380 é um tubo cilíndrico pequeno com um flange que se estende radialmente 382. O flange 382 é recebido em um entalhe anular 384 na abertura 394. A vedação deslizante 380 é fixada em relação ao corpo externo 336. Isso pode ser executado, por exemplo, por um método de ligação, tal como soldagem ou brasagem.

[057] A vedação deslizante 380 é recebida no furo com um encaixe deslizante, isto é, com uma folga diamétrica pequena. Em operação, o anel de injeção principal 324 pode se mover em relação ao corpo externo 336 exclusivamente em uma direção radial, e permanecer engatado à vedação deslizante 380 permanentemente.

[058] A invenção descrita acima tem diversos benefícios. Isso fornece um meio para impedir que espaços vazios dentro de um bico de combustível igiram combustível e para auxiliar a penetração de combustível em uma corrente de ar. Isso também fornece tamanho de vão de purga consistente, independente de qualquer movimento térmico relativo do anel de combustível e do corpo externo adjacente.

[059] O supracitado descreveu uma estrutura de injeção principal para um bico de combustível de motor de turbina a gás. Todos os recursos descritos neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos anexos) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo aqui revelados podem ser combinados em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos alguns dos recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivos.

[060] Cada recurso revelado neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos) pode ser substituído por recursos alternativos que cumpram propósito similar, igual ou equivalente, a menos que expressamente indicado o contrário. Desse modo, a menos que expressamente indicado o contrário, cada recurso revelado é um exemplo somente de uma série genérica de recursos similares ou equivalentes.

[061] A invenção não é restringida aos detalhes da(s) realização(ões) anterior(es). A invenção se estende a quaisquer recursos inovadores ou combinações inovadoras de recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), ou a qualquer etapa inovadora ou qualquer combinação inovadora de etapas de qualquer um dentre o método ou processo aqui revelados.

Listagem de Partes fluxo de ar de piloto P

Fluxo de ar de misturador M

Bico de combustível 10 Sistema de combustível 12 válvula de controle de piloto 14 piloto 18 válvula principal 20 conduto de combustível principal 22 anel de injeção principal 24 eixo geométrico de linha central 26 um divisor 28 bomba venturi 30 corpo interno 32 Flange 35 corpo externo 36. regular 38. corpo central de piloto 40. orifício de descarga 42 plugue de medição 44 furo central 46 buracos de transferência 48 anel de fluxo de alimentação 50 buracos de aspersão 52 seção a montante 54 Garganta 56 seção divergente 58. aletas em espiral internas 60 seção a montante 62 Garganta 64 seção divergente 66 aietas em espiral externas 68 blindagem térmica 70 haste de bico de combustível 72 galeria de combustível principal 76 orifícios de combustível principais 78 galerias de combustível de piloto 80 extremidades anteriores 82 defletor 84 buracos de resfriamento 86 superfície externa cilíndrica 88 trajetória de fluxo secundária 90 aberturas 94 espaço terciário 96 fendas de abastecimento 98. parede de perímetro 102 postes de combustível 104 superfície lateral 106. piso 108 vão de perímetro 110 superfície de extremidade distai 112 estrutura de suspensão 138 braço interno 140 superfície interna 148 braço externo 150 curva em U 152 defletor 154 superfície externa 156 abertura 158 extremidades anteriores 160 cavidade de aspersão 192 parede de perímetro 202 parede de perímetro 202 postes de combustível 204 postes de combustível 204 superfície lateral 206 superfície lateral 206 piso 208 piso 208. vão de perímetro 210 vão de perímetro 210 face de extremidade distai 212 face de extremidade distai 212 portas de auxílio 218 escarva 220 linha 222 anel de injeção principal 224 anel de injeção principal 224 corpo externo 236 estrutura de suspensão 238 braço interno 240 um braço externo 250 curva em U 252 defletor 254 orifícios de combustível principal 278 cavidade de aspersão 292 cavidade de aspersão 292. aberturas 294 postes de combustível 304 piso 308 face de extremidade distai 312 anel de injeção principal 324 corpo externo 336 estrutura de suspensão 338 braço interno 340 braço externo 350 curva em U 352 defletor 354 galeria de combustível principal 376 orifícios de combustível principais 378 vedação deslizante 380 Flange 382 entalhe 384 aberturas 394 Reivindicações

Claims (14)

1. APARELHO DE BICO DE COMBUSTÍVEL PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo externo anular, sendo que o corpo externo se estende de modo paralelo a um eixo geométrico de linha central, em que o corpo externo tem uma superfície exterior genericamente cilíndrica que se estende entre extremidades frontal e posterior e tem uma pluralidade de aberturas que passam através da superfície exterior; um anel de injeção principal anular disposto no interior do corpo externo, sendo que o anel de injeção principal inclui um arranjo anular de postes de combustível que se estende radialmente para fora do mesmo; uma galeria de combustível principal que se estende dentro do anel de injeção principal em uma direção circunferencial; uma pluralidade de orifícios de combustível principais, sendo que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal e se estende através de um dos postes de combustível; e uma estrutura de suspensão que conecta o anel de injeção principal ao corpo externo, sendo que a estrutura de suspensão é configurada para situar de modo substancialmente rígido a posição do anel principal nas direções axial e lateral enquanto permite a deflexão controlada em uma direção radial.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de suspensão inclui: um flange anular que se estende radialmente para dentro a partir do corpo externo atrás das aberturas; um braço interno anular que se estende para frente a partir do flange em uma direção genericamente axial e que passa radialmente para dentro do anel de injeção principal; um braço externo anular que se estende axialmente para frente a partir do anel de injeção principal; e uma curva em U que interconecta os braços interno e externo em um local axialmente à frente do anel de injeção principal.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: um defletor se estende para frente a partir do flange em uma direção genericamente axial e passa radialmente fora do anel de injeção principal; e o defletor inclui uma abertura através da qual o poste de combustível passa.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um extremidade dianteira do defletor é conectada ao corpo externo à frente das aberturas.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: cada poste de combustível inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral cilíndrica e um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro para definir uma cavidade de aspersão; e cada poste de combustível é alinhado a uma das aberturas no corpo externo e separado da abertura por um vão de perímetro que é definido entre a abertura e a superfície lateral.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o poste de combustível se estende radialmente para fora além de uma superfície externa do corpo externo.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: cada poste de combustível é alongado em vista plana e inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral e um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro para definir uma cavidade de aspersão; e cada poste de combustível é alinhado a uma das aberturas no corpo externo e separado da abertura por um vão de perímetro que é definido entre a abertura e a superfície lateral.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porta auxiliar de ar é formada na parede de perímetro próximo a uma interseção da parede de perímetro com o piso.

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos postes de combustível incorpora uma escarva em formato de rampa que se estende ao longo de uma linha paralela à superfície de extremidade distai, sendo que a escarva tem uma profundidade radial máxima na cavidade de aspersão e afunila para fora na altura radial, unindo a superfície de extremidade distai a uma distância afastada da cavidade de aspersão.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a parede de perímetro de cada poste de combustível tem formato de lágrima em vista plana.

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: um vão radial está presente entre os postes de combustível e o corpo externo; cada poste de combustível inclui uma parede de perímetro que define uma superfície lateral cilíndrica e um furo que define um piso voltado radialmente para fora rebaixado radialmente para dentro a partir de uma superfície de extremidade distai da parede de perímetro; e uma vedação deslizante genericamente tubular é recebida no furo de cada poste de combustível e abrange o vão radial.

12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada vedação deslizante é fixada em uma das aberturas do corpo externo e é recebida no furo correspondente de um poste de combustível com um encaixe deslizante.

13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente: uma bomba venturi anular que inclui uma garganta de diâmetro mínimo disposto no interior do anel de injeção principal; um divisor anular disposto no interior da bomba venturi; um arranjo de aletas em espiral externas que se estendem entre a bomba venturi e o divisor; um injetor de combustível piloto disposto dentro do divisor; e um arranjo de aletas em espiral internas que se estendem entre o divisor e o injetor de combustível piloto.

14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente: um sistema de combustível operável para abastecer um fluxo de combustível líquido em vazões variáveis; um conduto de combustível piloto acoplado entre o sistema de combustível e o injetor de combustível piloto; e um conduto de combustível principal acoplado entre o sistema de combustível e o anel de injeção principal.