MX2013004738A - Combustor de turbina de gas con montaje para resonadores de helmholtz. - Google Patents

Combustor de turbina de gas con montaje para resonadores de helmholtz.

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MX2013004738A
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Peter Sykes
Kenneth G Thomas
Richard Braeutigam
Danny Gauce
Alexander Krichever
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Timothy Caron
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Solar Turbines Inc
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Abstract

Un revestimiento de combustor puede incluir un revestimiento interior anular (82, 92) y un revestimiento exterior anular (84, 94) con una pluralidad de respiraderos (83, 85) sobre el mismo; el revestimiento exterior puede estar posicionado circunferencialmente alrededor del revestimiento interior de tal modo que un espacio de enfriamiento anular (74, 75) quede definido entre los revestimientos interior y exterior; el revestimiento de combustor puede incluir también por lo menos un resonador (40) acoplado al revestimiento exterior de tal modo que una base (40a) del resonador quede separado del revestimiento exterior para formar un espacio intermedio (62) con una superficie externa del revestimiento exterior; el revestimiento de combustor puede incluir también una garganta (44) que se extienda de la base del resonador que penetra el revestimiento interior y el revestimiento exterior; el revestimiento de combustor puede incluir además un ensamble de ojal (76, 78) que permita la expansión térmica relativa entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta.

Description

COMBUSTOR DE TURBINA DE GAS CON MONTAJE PARA RESONADORES DE HELMHOLTZ CAMPO TECNICO La presente invención se refiere en general a un combustor de turbina de gas y, más particularmente, a un combustor de turbina de gas con montaje para resonadores de Helmholtz.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En las cámaras de combustión (llamadas combustores) de motores de turbina, pueden ocurrir vibraciones acústicas durante el proceso de combustión bajo ciertas condiciones debidas a inestabilidades en el proceso de combustión. En la industria, se hace referencia a veces a estas vibraciones acústicas de alta frecuencia como oscilaciones. Se ha observado que las oscilaciones afectan la operación óptima del motor de turbina. Una vez que ocurren las oscilaciones, éstas pueden continuar hasta que se elimine la fuente de energía que causa las oscilaciones, o hasta que se cambien variables de sistema, para cambiar la operación del motor de turbina a una gama operacional sin oscilaciones. Sin embargo, no se entiende bien la mecánica de cómo interactúan las características operacionales para producir oscilaciones. Por lo tanto, el cambio de las características operacionales del motor de turbina para eliminar las oscilaciones puede ser difícil, ya que es difícil predecir las oscilaciones en un sistema con suficiente precisión. Por lo tanto, se puede diseñar un medio estructural positivo, tal como un resonador de Helmholtz, que conforme el combustor para amortiguar las vibraciones acústicas de alta frecuencia.
Un resonador de Helmholtz, en su forma más sencilla, consiste en un volumen encerrado (cavidad) que contiene aire conectado a la cámara de combustión con una abertura. Debido a una onda de presión que resulta del proceso de combustión, el aire es forzado a entrar a la cavidad aumentando la presión dentro de la cavidad. Una vez que se haya ido el impulsor externo que forzó el aire a entrar en la cavidad, la presión más alta en la cavidad empujará un pequeño volumen de aire (tapón de aire) cerca de la abertura atrás hacia la cámara de combustión para equilibrar la presión. Sin embargo, la inercia del tapón de aire en movimiento forzará el tapón a entrar en la cámara de combustión en una pequeña distancia adicional (más allá de la necesaria para equilibrar la presión), rarificando así el aire dentro de la cavidad. La baja presión dentro de la cavidad succionará ahora el tapón de aire de vuelta a la cavidad, aumentando así la presión dentro de la cavidad otra vez. Asi, el tapón de aire vibra como una masa en un resorte debido a la elasticidad del aire dentro de la cavidad. La magnitud de este tapón de aire vibrante disminuye progresivamente debido al amortiguamiento y las pérdidas de fricción. La energía de la onda de presión generada dentro del combustor es disipada así por la resonancia dentro del resonador de Helmholtz. Se optimiza la disipación de energía haciendo coincidir la frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz con el modo acústico del combustor. Típicamente, se efectúa la coincidencia (o "ajuste") de frecuencia de un resonador de Helmholtz cambiando las dimensiones de la cavidad de Helmholtz y la abertura.
Se puede construir una serie de resonadores de Helmholtz utilizando un espacio vacío entre los revestimientos interior y exterior de un combustor de doble pared. Sin embargo, en tales combustores de doble pared, se utiliza el espacio entre los revestimientos para suministrar aire de enfriamiento a las paredes de combustor. Por lo tanto, la colocación de los resonadores de Helmholtz en este espacio los hacen parte del sistema de enfriamiento. Los resonadores de Helmholtz, que son una parte del sistema de enfriamiento, reducen la capacidad de ajustar los resonadores de Helmholtz cambiando dimensiones de la cavidad y la abertura, sin afectar el enfriamiento del combustor. Esta limitación reduce la eficacia de los resonadores de Helmholtz para controlar las oscilaciones. Es por lo tanto conveniente situar los resonadores de Helmholtz cerca de la zona de liberación de calor del combustor, pero independientemente del sistema de enfriamiento de la cámara de combustión.
Una implementación de un resonador de Helmholtz en una cámara de combustión de turbina de gas se describe en la patente de E.U.A. No. 7,104,065 (la patente ?65) expedida a Benz et al. el 12 de Septiembre de 2006. En la patente ?65, los resonadores de Helmholtz están situados fuera del revestimiento exterior de un combustor de doble pared. Una sección de garganta que penetra a través de los revestimientos interior y exterior acopla fluídicamente la cavidad de resonador con el volumen de combustor dentro del revestimiento interior. En la patente ?65, se utiliza una junta soldada entre la sección de garganta de resonador y la pared del combustor para asegurar una selladura hermética a gases. Situándo el resonador de Helmholtz fuera del espacio entre los revestimientos interior y exterior, la patente '065 separa la cavidad de resonador de la vía de aire de enfriamiento entre los revestimientos interior y exterior.
Aunque se puede ajustar el resonador de Helmholtz de la patente ?65 sin afectar el espacio intermedio entre los revestimientos interior y exterior, el combustor de la patente ?65 puede tener otros inconvenientes. Por ejemplo, los resonadores de Helmholtz en el revestimiento exterior pueden afectar el flujo de aire de enfriamiento al espacio entre los revestimientos interior y exterior. Además, se pueden desarrollar esfuerzos termo-mecánicos en las juntas soldadas entre la garganta y el revestimiento debido a la incompatibilidad de expansión térmica entre estas partes. Estos esfuerzos termo-mecánicos pueden originar finalmente grietas en las juntas soldadas (o las partes unidas) que exponen la confiabilidad del combustor.
La presente descripción está dirigida a superar uno o más de los inconvenientes que se exponen anteriormente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, se da a conocer un revestimiento de combustor. El revestimiento de combustor puede incluir un revestimiento interior anular y un revestimiento exterior anular con una pluralidad de respiraderos sobre el mismo. El revestimiento exterior puede estar posicionado circuníerencialmente alrededor del revestimiento interior de tal modo que un espacio de enfriamiento anular quede definido entre los revestimientos interior y exterior. El revestimiento de combustor puede incluir también por lo menos un resonador acoplado al revestimiento exterior de tal modo que una base del resonador quede separada del revestimiento exterior para formar un espacio intermedio con una superficie externa del revestimiento exterior. El revestimiento de combustor puede incluir también una garganta que se extienda de la base del resonador que penetra el revestimiento interior y el revestimiento exterior. El revestimiento de combustor puede incluir además un ensamble de ojal que permite la expansión térmica relativa entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta.
En otro aspecto, se da a conocer un ensamble de resonador para un motor de turbina de gas. El ensamble de resonador puede incluir una primera banda de soporte circunferencial que incluye una serie de perforaciones sobre la misma. La primera banda de soporte puede incluir una forma que se asemeja a un tronco de cono. El ensamble de resonador puede incluir también una segunda banda de soporte sustancialmente cilindrica acoplada a la primera banda de soporte para formar una estructura de montaje en relieve para un resonador. El ensamble de resonador puede incluir también por lo menos un resonador montado en la segunda banda de soporte, y una garganta de resonador acoplada al por lo menos un resonador que se extiende a través de la estructura de montaje en relieve. La garganta de resonador puede estar configurada para acoplar fluídicamente el por lo menos un resonador al motor de turbina de gas.
En un aspecto adicional, se da a conocer un método de operar un motor de turbina. El motor de turbina puede incluir un combustor de doble pared con un revestimiento interior, un revestimiento exterior y un espacio de enfriamiento anular entre los revestimientos interior y exterior. El revestimiento exterior puede incluir una pluralidad de respiraderos que permita el flujo de aire al espacio de enfriamiento. El método puede incluir el amortiguamiento de las vibraciones acústicas en el combustor utilizando por lo menos un resonador. El por lo menos un resonador puede estar acoplado al revestimiento exterior de tal modo que una base del por lo menos un resonador quede posicionada resaltando de una superficie externa del revestimiento exterior. El método puede incluir también permitir la expansión térmica diferencial entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior en la proximidad de una garganta de resonador en un ensamble de ojal. El ensamble de ojal puede estar configurado para acoplar la garganta al combustor al permitir la expansión térmica diferencial entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es la ilustración de una vista en corte de un motor de turbina ejemplar dado a conocer; la figura 2 es la ilustración de una vista en corte de un sistema ejemplar de combustor del motor de turbina de la figura 1 ; las figuras 3A y 3B son vistas externas de un sistema ejemplar de combustor del motor de turbina de la figura 1 ; la figura 4A es ilustración de vista en corte de un resonador de Helmholtz conectado al combustor del motor de turbina de la figura 1 ; y La figura 4B es la ilustración de una vista en sección transversal de ojales ejemplares conectados a las paredes de combustor del motor de turbina de la figura 1 : DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 ilustra un motor ejemplar de turbina de gas (GTE) 100. El GTE 100 puede tener, entre otros sistemas, un sistema compresor 10, un sistema combustor 20, un sistema de turbina 70 y un sistema de escape 90 dispuesto longitudinalmente sobre un eje de motor 98. El sistema compresor 10 puede comprimir aire a una presión de descarga de compresor y suministrar el aire comprimido a un recinto 72 del sistema combustor 20. Se puede dirigir entonces el aire comprimido del recinto 72 a uno o más inyectores de combustible 30 posicionado en el mismo. Se puede mezclar el aire comprimido con un combustible en el inyector de combustible 30 y se pueden dirigir la mezcla a un combustor 50. La mezcla de combustible y aire puede encenderse y arder en el combustor 50 para producir gases de combustión a temperatura y presión altas. Se pueden dirigir estos gases de combustión al sistema de turbina 70. El sistema de turbina 70 puede extraer energía de estos gases de combustión y dirigir los gases de escape a la atmósfera a través del sistema de escape 90. La disposición general del GTE 100 ilustrado en la figura 1 , y descrita anteriormente, es sólo ejemplar y se pueden utilizar los combustores de la presente invención con cualquier configuración y la disposición del GTE 100.
La figura 2 es una vista en corte del sistema combustor 20 que muestra una pluralidad de inyectores de combustible 30 fluídicamente acoplados al combustor 50. En la modalidad de la figura 2, el combustor 50 está posicionado dentro de una cubierta exterior 96 del sistema combustor 20 y dispuesto anularmente alrededor del eje de motor 98. La cubierta exterior 96 y el combustor 50 definen el recinto 72 entre los mismos. Como se discute con referencia a las figuras 1, el recinto 72 contiene aire comprimido a presión y temperatura de descarga de compresor. El combustor 50 incluye una pared exterior de combustor 80a y una pared interior de combustor 80b dispuesta anularmente alrededor del eje de motor 98. Las paredes de combustor exterior e interior (80a, 80b) están unidas entre si en un extremo ascendente por un ensamble de cúpula 52 para definir un volumen de combustor 58 entre las mismas. El volumen de combustor 58 puede ser un espacio anular limitado por las paredes interior y exterior de combustor (80a, 80b) que se extienden del ensamble de cúpula 52 a un extremo descendente sobre el eje de motor 98. El volumen de combustor 58 está acoplado fluídicamente al sistema de turbina 70 en el extremo descendente. Una pluralidad de inyectores de combustible 30, posicionados simétricamente alrededor del eje de motor 98 en el ensamble de cúpula 52, dirigen una mezcla de combustible y aire al volumen de combustor 58 para la combustión. Esta mezcla del combustible y aire arde en el volumen de combustor 58, próximo el extremo ascendente (zona de combustión), creando gases de combustión de alta presión y de alta temperatura. Se dirigen estos gases al sistema de turbina 70 a través del extremo descendente del combustor 50. Se debe mencionar que la configuración general de sistema combustor 20 descrita en la presente (e ilustrada en la figura 2) es ejemplar solamente, y que son posibles varias variaciones. Dado que estas diferentes configuraciones son bien conocidas en la técnica, con propósitos de brevedad, no se provee aquí la discusión de las diferentes posibles configuraciones.
La combustión de mezcla de combustible y aire dentro de volumen de combustor 58 calienta las paredes de combustor (80a y 80b). Para una confiabilidad y un rendimiento incrementados, es conveniente enfriar estas paredes. La pared exterior de combustor 80a incluye un revestimiento interior 82 y un revestimiento exterior 84, y la pared interior de combustor 80b incluye un revestimiento interior 92 y un revestimiento exterior 94. Los revestimientos interiores 82, 92 y los revestimientos exteriores 84, 94 definen los espacios de enfriamiento 74, 75 entre los mismos. Los revestimientos exteriores 84, 94 incluyen una pluralidad de respiraderos 83, 85 que dirigen el aire de alta presión desde el recinto 72 para que haga colisión con, y enfríe los revestimientos interiores 82, 92. Se hace referencia a esta tecnología de colisión que enfría las paredes de combustor en la industria como tecnología de parte posterior incrementada enfriada (ABC). SE sabe que el uso de la tecnología ABC disminuye la emisión de contaminantes en la atmósfera.
La combustión en el volumen de combustor 58 puede crear también inestabilidades manifestadas por las oscilaciones de presión y acústicas (ondas de presión) dentro del volumen de combustor 58. Cuando la frecuencia de estas oscilaciones se acopla con el modo acústico del combustor 50, las vibraciones estructurales resultantes pueden dañar el GTE 100. Por lo tanto, una serie anular de resonadores de Helmholtz 40 ("resonadores 40") está provista en el combustor 50 para amortiguar estas oscilaciones. Se pueden adaptar estos resonadores 40 para que amortigüen las oscilaciones que ocurren a frecuencias cercanas a los modos acústicos del combustor 50. Para lograr características mejoradas de amortiguamiento, estos resonadores 40 pueden estar posicionados en el extremo ascendente de combustor 50 (es decir en la zona de combustión del volumen de combustor 58). La serie de resonadores 40 está acoplada al revestimiento exterior 84 de la pared exterior de combustor 80a y está adaptada para estar acoplada fluidicamente al volumen de combustor 58. Se puede utilizar cualquier tipo de resonador conocido en la técnica como resonadores 40. En algunas modalidades, los resonadores 40 pueden incluir hoyos de purga (no mostrados) para permitir que el aire de enfriamiento fluya a los resonadores 40.
Estos resonadores 40 están conectados al revestimiento exterior 84 de tal modo que los respiraderos 83 del revestimiento exterior 84 en la región de conexión no se bloqueen. El bloqueo de estos respiraderos 83 puede evitar que el aire comprimido entre al espacio de enfriamiento 74 y haga colisión en una región del revestimiento interior 82 en la proximidad de los hoyos bloqueados. Dado que los resonadores 40 están situados en la zona de combustión del combustor 50, el bloqueo de los respiraderos 83 en esta región puede aumentar inaceptablemente la temperatura del revestimiento interior 82 en la zona de combustión. Para evitar el bloqueo de los respiraderos 83 en la región de conexión, los resonadores 40 están montados resaltando de la superficie exterior del revestimiento exterior 84 de tal modo que exista un espacio intermedio entre la base 40a (mostrada en la figura 4A) de los resonadores 40 y superficie externa del revestimiento exterior 84.
Las figuras 3A y 3B muestran ilustraciones de la superficie exterior del revestimiento exterior 84 con la serie de resonadores 40 conectada sobre la misma. La figura 3A muestra una vista de la superficie exterior con el sistema compresor 10 a la izquierda y el sistema de turbina 70 a la derecha, y la figura 3B muestra una vista con el sistema de turbina 70 a la izquierda y el sistema compresor 10 a la derecha. Como se observa en las figuras 3A y 3B, los resonadores 40 están montados en el combustor 50 de tal modo que exista un espacio intermedio 62 entre la base de los resonadores 40 y la superficie exterior del revestimiento exterior 84. Los resonadores 40 pueden estar conectados al combustor 50 utilizando un montaje que está configurado para proveer este espacio intermedio 62 entre los resonadores 40 y el revestimiento exterior 84. En la modalidad ilustrada en las figuras 3A y 3B, este montaje incluye dos bandas de soporte circunferenciales - una primera banda de soporte 64 y una segunda banda de soporte 68 - dispuestas en el revestimiento exterior 84 para proveer una superficie de montaje en relieve para los resonadores 40. Estas bandas de soporte circunferenciales pueden estar conectadas al revestimiento exterior 84 mediante soldeo o cualesquier otros procedimientos de unión conocidos en la técnica.
La primera banda de soporte 64 (vista en la figura 3A) es un componente que tiene una forma que se asemeja a un tronco de cono hueco. La primera banda de soporte 64 puede incluir un primer extremo 64b que tenga un diámetro sustancialmente igual a (o ligeramente mayor que) el diámetro externo del revestimiento exterior 84. La primera banda de soporte 64 puede incluir también un segundo extremo opuesto 64c que tenga un diámetro que sea mayor que el diámetro del primer extremo 64b en aproximadamente dos veces el grosor del espacio intermedio 62. Entre el primer extremo 64b y el segundo extremo 64c, la primera banda de soporte 64 incluye una pluralidad de aberturas 64a. Esta pluralidad de aberturas 64a puede estar anularmente dispuesta alrededor de la primera banda de soporte 64 y puede estar adaptada para permitir el flujo de aire a través de la misma. Las aberturas 64a permiten que entre el aire del recinto 72 al espacio espacio intermedio 62 entre la segunda banda de soporte 68 y el revestimiento exterior 84. Del espacio intermedio 62, este aire de enfriamiento puede entrar al espacio de enfriamiento 74 a través de los respiraderos 83 no obstruidos debajo de la segunda banda de soporte 68. Este aire de enfriamiento puede hacer colisión en y enfriar el revestimiento interior 82 en la zona de combustión. El grosor del espacio intermedio 62, y el número y el tamaño de las aberturas 64a, pueden estar configurados de manera que permitan el flujo suficiente de aire de enfriamiento al espacio de enfriamiento 74. En la modalidad ilustrada en las figuras 3A y 3B, el grosor del espacio intermedio 62 puede estar entre aproximadamente 6.35 mm y 25.4 mm, el tamaño de las aberturas 64a puede estar entre aproximadamente 6.35 mm y 25.4 mm, y el número de aberturas 64a puede ser de aproximadamente 80. Se cree que las aberturas 64a de esta configuración permiten el enfriamiento adecuado del revestimiento interior 82. En general, aproximadamente 20-150 hoyos de 6.35 mm a 25.4 mm pueden estar dispuestos anularmente en la primera banda de soporte 64. El segundo extremo 64c de la primera banda de soporte 64 puede estar conectado para soportar la banda de soporte 68.
La segunda banda de soporte 68 es un componente que tiene forma que se asemeja a un cilindro hueco y puede incluir un tercer extremo 68b que se conecta al segundo extremo 64c de la primera banda de soporte 64. La segunda banda de soporte 68 puede incluir también un cuarto extremo opuesto 68c que se extienda sobre el eje de motor 98 en una longitud 68a. El cuarto extremo 68c puede conectarse a la superficie externa del revestimiento exterior 84 utilizando una pluralidad de sustentáculos 66 de tal modo que exista un espacio intermedio anular 62 entre la segunda banda de soporte 68 y la superficie externa del revestimiento exterior 84. La segunda banda de soporte 68 puede tener un diámetro que se mayor que el diámetro de la superficie externa del revestimiento exterior 84 en aproximadamente dos veces el grosor del espacio intermedio 62. La segunda banda de soporte 68 puede proveer una superficie de montaje para los resonadores 40 que se mantienen a distancia del revestimiento exterior 84 por el espacio intermedio 62. Entre el tercer extremo 68b y el cuarto extremo 68c, la segunda banda de soporte 68 puede incluir aberturas (visibles en la figura 4A) que permite acoplar fluidicamente los resonadores 40 al volumen de combustor 58. En algunas modalidades, la segunda banda de soporte 68 puede incluir también aberturas adicionales que permitan que el aire del recinto 72 entre al espacio intermedio 62.
En general, la primera banda de soporte 64, la segunda banda de soporte 68 y los sustentáculos 66 pueden incluir cualquier material, tal como acero inoxidable, aleaciones a base de níquel, etc. En algunas modalidades, estos componentes pueden incluir el mismo material que el revestimiento exterior 84. Cabe señalar que la descripción de la primera banda de soporte 64, la segunda banda de soporte 68 y los sustentáculos 66 son ejemplares solamente, y se les puede realizar muchas modificaciones a estos componentes sin apartarse del alcance de la presente invención. Cabe señalar también que, aunque se han analizado aquí componentes de montaje específico (que incluya la primera banda de soporte 64, la segunda banda de soporte 68 y los sustentáculos 66), los resonadores 40 pueden conectarse al combustor 50 utilizando montajes alternativos que no bloqueen el flujo de aire al espacio de enfriamiento 74 entre los revestimientos a través de los respiraderos 83 en la región de conexión de los resonadores. Por ejemplo en algunas modalidades, la primera banda de soporte 64, la segunda banda de soporte 68 y los sustentáculos 66 pueden combinarse para formar una parte circunferencial que se conecte al revestimiento exterior 84.
La figura 4A ilustra una vista local del resonador 40 conectado al combustor 50. Como se puede ver en la figura 4A, el resonador 40 está montado en el revestimiento exterior 84 de tal manera que se provea un espacio intermedio 62 entre la base 40a del resonador 40 y la superficie externa del revestimiento exterior 84. Y, las aberturas 64a en la primera banda de soporte 64 y el espacio entre los sustentáculos 66 permiten que entre aire comprimido del recinto 72 al espacio intermedio 62 entre el resonador 40 y el revestimiento exterior 84. Este aire comprimido continúa fluyendo al espacio de enfriamiento 74 a través los respiraderos 83 para hacer colisión en y enfriar el revestimiento interior 82.
Los resonadores 40 incluyen una cavidad de resonador 42 que se acopla fluidicamente al volumen de combustor 58 para amortiguar las oscilaciones inducidas por la combustión que ocurren en el volumen de combustor 58. La función general de un resonador es bien conocida en la técnica y no se describirá por lo tanto en esta descripción. La cavidad de resonador 42 puede acoplarse fluidicamente al volumen de combustor 58 mediante una garganta 44 del resonador. La garganta 44 puede ser un conducto cilindrico que se extiende de la base 40a de un resonador 40 para sobresalir a través de los revestimientos interior y exterior 82, 84 de pared exterior de combustor 80a. Durante la operación del GTE 100, la temperatura del revestimiento interior 82 próximo a la garganta 44 se aproximará a la temperatura de la llama en el volumen de combustor 58, y la temperatura del revestimiento exterior 84 próximo a la garganta 44 se aproximará a la temperatura del aire en el recinto 72 (temperatura de descarga del compresor). Dado que podría haber una gran diferencia entre estas dos temperaturas, podría haber una diferencia correspondientemente grande en la expansión térmica entre los revestimientos interior y exterior 82, 84 próximos a la garganta 44. La prevención de que los revestimientos interior y exterior 82, 84 en esta región se expandan de manera diferente en respuesta a las diferentes temperaturas puede inducir esfuerzos termo-mecánicos grandes sobre los mismos. Dado que la garganta 44 penetra a través de los dos revestimientos para acoplar fluidicamente la cavidad de resonador 42 al volumen de combustor 58, la garganta 44 puede sujetar una región del núcleo exterior 84 (la región a través de la cual penetra la garganta) a una región del núcleo interior 82 (la región a través de la cual penetra la garganta) y restringe la expansión/contracción térmica relativa entre estas regiones de los revestimientos interior y exterior 82, 84. La restricción de la expansión térmica diferencial de los núcleos interior y exterior, próximos a la región a través de la cual penetra la garganta 44 puede inducir grandes esfuerzos termo-mecánicos en la garganta 44 y los revestimientos interior y exterior 82, 84. Para ajusfar la expansión térmica diferencial entre los revestimientos interior y exterior 82, 84 sin inducir esfuerzos grandes en la garganta 44 y la pared de combustor, se han provisto los ojales de deslizamiento 76, 86 en las ubicaciones a través de las cuales la garganta 44 penetra los revestimientos interior y exterior 82, 84. Los ojales de deslizamiento 76, 86 proveen también desplazamiento relativo entre la garganta 44 y los revestimientos interior y exterior 82, 84 en una dirección axial (dirección sobre la longitud de la garganta 44). Este desplazamiento relativo axial permite que la garganta 44 se expanda/contraiga libremente en la dirección axial (sobre la longitud de garganta 44) en respuesta a las diferentes temperaturas en las diferentes regiones de la garganta 44. Adicionalmente, esta capacidad de desplazamiento relativo axial entre la garganta y los revestimientos puede permitir que el revestimiento interior 82 se expanda (o se dilate) radialmente en respuesta a un aumento de la presión en el volumen de combustor 58 sin inducir esfuerzos en la garganta o los revestimientos.
Los ojales de deslizamiento 76, 86 pueden incluir el primer ojal de deslizamiento 76 entre la garganta 44 y el revestimiento exterior 84, y un segundo ojal de deslizamiento 86 entre la garganta 44 y el revestimiento interior 82 respectivamente. Los ojales de deslizamiento primero y segundo 76, 86 pueden incluir componentes que estén adaptados en conjunto para ajustar una incompatibilidad de expansión térmica entre los revestimientos interior y exterior 82, 84 sin inducir esfuerzos grandes en la garganta 44 y los revestimientos. Estos ojales pueden incluir materiales que sean iguales a los materiales del revestimiento o pueden incluir materiales diferentes. La figura 4B es un esquema que ¡lustra una vista en sección transversal de los ojales de deslizamiento primero y segundo 76, 86. En la discusión que sigue, se hará referencia a ambas figuras 4A y 4B. El primer ojal de deslizamiento 76 puede incluir una primera parte 76a, y el segundo ojal de deslizamiento 86 puede incluir una tercera parte 86a que se conectan al revestimiento exterior 84 y al revestimiento interior 82, respectivamente. La primera parte 76a y la tercera parte 86a pueden incluir un componente en forma de anillo que tiene forma en sección transversal sustancialmente en forma de L. Una pata 176a de la sección transversal sustancialmente en forma de L de la primera parte 76a puede conectarse al revestimiento exterior 84 y la otra pata 276a puede extenderse sustancialmente en dirección perpendicular del mismo. Similarmente, una pata 186a de la sección transversal sustancialmente en forma de L de la tercera parte 86a puede conectarse al revestimiento interior 82 y la otra pata 286a puede extenderse sustancialmente en dirección perpendicular del mismo. El primer ojal de deslizamiento 76 puede incluir también una segunda parte 76b sustancialmente cilindrica que tenga forma en sección transversal sustancialmente en forma de L. Una pata 176b de la segunda parte 76b puede conectarse deslizablemente a la garganta 44 y la otra pata 276b puede extenderse sustancialmente en dirección perpendicular del mismo. El segundo ojal 86 puede incluir una cuarta parte 86b en forma de anillo que tenga forma en sección transversal sustancialmente en forma de L. Una pata 286b de la cuarta parte 86b puede conectarse deslizablemente a la pata 186a de la tercera parte 86a y la otra pata puede extenderse sustancialmente en dirección perpendicular del mismo.
Para acoplar un resonador 40 con el combustor 50, el resonador 40 puede estar posicionado sobre la segunda banda de soporte 68 de tal modo que la garganta 44 del resonador 40 se extienda en el volumen de combustor 58 a través de las aberturas 82a y 84a de los revestimientos interior y extérior respectivamente. En esta orientación, la base 40a del resonador 40 se conecta rígidamente a la superficie de la segunda banda de soporte 68. Cuando se posiciona así el resonador 40, la pata 276b de la segunda parte 76b puede coincidir deslizablemente con la pata 176a de la primera parte 76a del primer ojal de deslizamiento 76, y la pata 186b de la cuarta parte 86b puede coincidir deslizablemente con la pata 176b de la segunda parte 76b. Una tapa de conexión 78a se asegura sobre la primera parte 76a y la segunda parte 76b del primer ojal de deslizamiento 76 para asegurar sustancialmente de manera hermética a los gases los componentes entre sí. La tapa de conexión 78a puede incluir también una forma en sección transversal sustancialmente en forma de L. Para acoplar la primera parte 76a con la segunda parte 76b, una pata 278a de la tapa de conexión 78a puede incluir elementos característicos de conexión, tales como por ejemplo roscas, que coinciden con correspondientes elementos característicos de conexión en la pata 276a sobre una superficie exterior de la primera parte 76a. El segundo ojal de deslizamiento 86 puede incluir también una tapa de conexión 88a semejante que acopla sustancialmente de manera hermética a los gases la tercera parte 86a y la cuarta parte 86b del segundo ojal de deslizamiento 86 entre si. Después de la conexión, las patas 276b y 276a del primer ojal de deslizamiento 76 incluyen un primer espacio intermedio 76c, y las patas 286b y 286a del segundo ojal de deslizamiento 86 incluyen un segundo espacio intermedio 86c que están adaptados para ajustar una incompatibilidad de expansión térmica entre los revestimientos interior y exterior 82, 84 sin inducir esfuerzos grandes en la garganta 44 y los revestimientos (revestimiento interior 82 y revestimiento exterior 84). Para ajustar la incompatibilidad de expansión térmica, el revestimiento interior 82 puede expandirse para aumentar o disminuir el segundo espacio intermedio 86c y el revestimiento exterior 84 puede expandirse para aumentar o disminuir el primer espacio intermedio 76c sin inducir esfuerzos en los componentes que se acoplan entre sí. Asi, los ojales de deslizamiento 76, 86 permiten la expansión térmica relativa entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta. El acoplamiento, deslizable de la garganta a los revestimientos permiten también el desplazamiento relativo axial entre la garganta y los revestimientos para ajustar los cambios de longitud de la garganta debido a un gradiente de temperatura. El hecho de permitir estos desplazamientos relativos previene la introducción de esfuerzos termo-mecánicos en los revestimientos y la garganta.
Cabe señalar que la estructura de los ojales de deslizamiento primero y segundo 76, 86 analizados en la presente es ejemplar solamente y otras modalidades pueden incluir ojales que tengan una estructura diferente. En general se puede utilizar cualquier ojal que permita que se expandan los revestimientos interior y exterior 82, 84 en cantidades diferentes sin inducir cantidades significativas de esfuerzos en el resonador y los componentes de pared de combustor, a la vez que acople de manera hermética a los gases el resonador al combustor, para acoplar los resonadores 40 al revestimiento exterior 84.
Aplicación industrial El combustor de turbina de gas dado a conocer con montaje para resonadores de Helmholtz se puede utilizar en cualquier aplicación en la cual se apliquen los resonadores de Helmholtz sin afectar el enfriamiento de los revestimientos de combustor. Se explicará ahora la operación de un motor de turbina con un combustor dado a conocer que tenga montaje para los resonadores de Helmholtz.
Se puede posicionar una serie de resonadores 40 después del montaje (que incluye la primera banda de soporte 64, la segunda banda de soporte 68 y los sustentáculos 66) y acoplar fluidicamente al combustor 50 de tal modo que exista un espacio intermedio entre la base de los resonadores 40 y la superficie externa del revestimiento exterior 84. Durante la operación, se puede arrastrar aire al GTE 100 y comprimirlo utilizando el sistema compresor 10 (véase la figura 1). Se puede dirigir este aire comprimido al recinto 72 y de allí al combustor 50, mediante inyectores de combustible 40 posicionados en el mismo. Se puede dirigir también aire del recinto 72 al espacio de enfriamiento 74 entre los revestimientos interior y exterior 82, 84 del combustor 50 para hacer colisión en y enfriar el revestimiento interior 82. El montaje que acopla los resonadores 40 al combustor 50 puede ser de tal modo que no se bloquee el flujo de aire al espacio de enfriamiento 74 a través de los respiraderos 83 del revestimiento exterior 84. Se pueden acoplar también los resonadores 40 al combustor 50 de tal modo que estén provistos ojales (primer ojal de deslizamiento 76 y segundo ojal de deslizamiento 86) entre la garganta 44 del resonador 40 que penetra los revestimientos y los revestimientos interior y exterior 82, 84. Estos ojales permiten que los revestimientos interior y exterior 82, 84 se expandan de manera distinta sin inducir esfuerzos significativos en la garganta y los revestimientos de combustor, a la vez que acopla de manera hermética a los gases el resonador al combustor.
Dado que los resonadores 40 y el montaje de estos resonadores 40 no bloquean los respiraderos 83 en el revestimiento exterior 84, el enfriamiento del combustor 40 permanece inalterado debido a la presencia de los resonadores 40. También, dado que la conexión entre los resonadores 40 y la pared 80a de combustor permiten la expansión térmica diferencial entre las capas de la pared de combustor 80a, se reducen al mínimo los esfuerzos termo-mecánicos inducidos en estos componentes.
Será evidente para los expertos en la técnica que se pueden hacer diversas modificaciones y variaciones al combustor con montaje para resonadores de Helmholtz que se describen. Otras modalidades serán evidentes para el experto en técnica después de la consideración de la especificación y práctica del combustor descrito. Se pretende que la especificación y ejemplos sean considerados como ejemplares únicamente, con un alcance verdadero como se indica por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Un revestimiento de combustor, que comprende: un revestimiento interior anular (82, 92); un revestimiento exterior anular (84, 94) que incluye una pluralidad de respiraderos (83, 85) sobre el mismo, en donde el revestimiento exterior está posicionado circunferencialmente alrededor del revestimiento interior de tal modo que un espacio de enfriamiento anular (74, 75) queda definido entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior; por lo menos un resonador (40) acoplado al revestimiento exterior de tal modo que una base (40a) del resonador queda separado del revestimiento exterior para formar un espacio intermedio (62) con una superficie externa del revestimiento exterior; una garganta (44) que se extiende de la base del resonador y penetra el revestimiento interior y el revestimiento exterior; y un ensamble de ojal (76, 78) que permite la expansión térmica relativa entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta.
2.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos uno de la pluralidad de respiraderos en el revestimiento exterior está posicionado debajo de la base del por lo menos un resonador, y el por lo menos un resonador está acoplado al revestimiento exterior de tal modo que nos se bloquee el flujo de aire al espacio de enfriamiento a través del por lo menos un respiradero.
3.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el por lo menos un resonador incluye una pluralidad de resonadores posicionados anularmente alrededor de la superficie externa del revestimiento exterior.
4.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye adicionalmente un montaje de resonador (64, 66, 68) que está configurado para acoplar el por lo menos un resonador al revestimiento exterior, en que el montaje incluye aberturas que están configuradas para permitir el flujo de aire al espacio intermedio.
5.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el montaje incluye por lo menos dos bandas de soporte circunferenciales (64, 68) posicionadas alrededor del revestimiento exterior.
6.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el montaje incluye una primera banda de soporte (64) que tiene una forma que se asemeja a un tronco de cono y conectado por un primer extremo (64b) al revestimiento exterior, en que la primera banda de soporte incluye una pluralidad de aberturas (64a) que permite el flujo de aire al espacio intermedio.
7.- El revestimiento de combustor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el montaje incluye una segunda banda de soporte (68) sustancialmente cilindrica que está posicionada alrededor del revestimiento exterior para definir el espacio intermedio.
8. - Un método de operar un motor de turbina, en que el motor de turbina (100) incluye un combustor de doble pared (50) con un revestimiento interior (82, 92), un revestimiento exterior (84, 94), y un espacio de enfriamiento anular (74, 75) entre los mismos, el revestimiento exterior incluye una pluralidad de respiraderos (83, 85) que permite el flujo de aire al espacio de enfriamiento, que comprende: amortiguar las vibraciones acústicas en el combustor utilizando por lo menos un resonador (40), el por lo menos un resonador está acoplado al revestimiento exterior de tal modo que una base (40a) de lo menos un resonador esté posicionada sobresaliendo de una superficie externa del revestimiento exterior; y permitir la expansión térmica diferencial entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior en la proximidad de una garganta (44) del resonador por un ensamble de ojal (76, 78), el ensamble de ojal está configurado para acoplar la garganta al combustor a la vez que permite la expansión térmica diferencial entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior próximos a la garganta.
9. - El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la pluralidad de respiraderos en el revestimiento exterior incluye por lo menos un respiradero posicionado debajo de la base del por lo menos un resonador, y el amortiguamiento de las vibraciones acústicas incluye hacer fluir el aire al espacio de enfriamiento a través del por lo menos un respiradero.
10.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el revestimiento interior incluye un primer ojal de deslizamiento (86) del ensamble de ojal y el revestimiento exterior incluye un segundo ojal (76) del ensamble de ojal, y el paso de permitir la expansión térmica diferencial incluye permitir que el revestimiento exterior se expanda en una primera cantidad en el primer ojal de deslizamiento y permitir que el revestimiento interior se expanda en una segunda cantidad diferente en el segundo ojal de deslizamiento.
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