ES2294719T3 - Quemador de premezcla con provision de combustible liquido escalonada. - Google Patents
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Abstract
Quemador de premezcla con provisión de combustible líquido escalonada, con al menos dos cubiertas de cono primitivo (2, 3) que delimitan radialmente un compartimiento de torsión cónico (1) que se ensancha axialmente, dichas cubiertas se superponen parcialmente; y los ejes centrales de las cubiertas de cono primitivo discurren escalonadamente el uno hacia el otro, y sus secciones de cubiertas de cono primitivo, mutuamente superpuestas, comprenden respectivamente una ranura para entrada de aire (4, 5), la cual se extiende tangencialmente al compartimiento de torsión (1), con una lanza de quemador (14) que penetra axialmente el compartimiento de torsión (1) que prevé medios (13) para suministro de combustible líquido al compartimiento de torsión (1); así como otros medios (11) para suministro de combustible líquido, los cuales están configurados y dispuestos en el área de las ranuras para entrada de aire (4, 5), de modo tal que la descarga de combustible líquido condicionada por losotros medios, se lleve a cabo en forma de un spray vertical, que se expande tangencialmente a la extensión longitudinal de la ranura para entrada de aire, o bien un combustible en spray que se expande perpendicularmente a una corriente de aire dirigida a través de la ranura para entrada de aire, asimismo, está previsto, axialmente al compartimiento de torsión (1), un tubo mezclador (15), caracterizado porque otros medios (16) para suministro de combustible líquido se extienden axialmente, al menos en secciones del tubo mezclador (15), de modo tal que en el tubo mezclador sea posible un suministro de combustible líquido orientado radialmente hacia dentro en el tubo mezclador (15).
Description
Quemador de premezcla con provisión de
combustible líquido escalonada.
La presente invención comprende un quemador de
premezcla con provisión de combustible líquido escalonada, con al
menos dos cubiertas de cono primitivo que delimitan radialmente un
compartimiento de torsión cónico que se ensancha axialmente, dichas
cubiertas se superponen parcialmente; y los ejes centrales de las
cubiertas de cono primitivo discurren escalonadamente el uno hacia
el otro, y sus secciones de cubiertas de cono primitivo, mutuamente
superpuestas, comprenden respectivamente una ranura para entrada de
aire, la cual se extiende tangencialmente al compartimiento de
torsión, con una lanza de quemador que penetra axialmente en el
compartimiento de torsión, que prevé medios para el suministro de
combustible líquido al compartimiento de torsión; así como otros
medios para el suministro de combustible líquido, los cuales están
previstos en el área de las ranuras para entrada de aire.
La memoria US 5.244.380 describe un quemador de
premezcla del tipo de un quemador de cono primitivo, cuya cámara de
combustión cónica está delimitada axialmente por dos cubiertas de
cono primitivo, las cuales están dispuestas una dentro de otra, de
modo tal que sus ejes centrales de cono primitivo corren
escalonadamente uno respecto del otro, asimismo las cubiertas de
cono primitivo se superponen a lo largo de sus aristas laterales de
cono primitivo e integran ranuras para entrada de aire que discurren
tangencialmente, a través de las cuales puede entrar aire en el
compartimiento de torsión para continuar la mezcla con combustible.
El quemador de premezcla descrito en la presente memoria prevé,
para el suministro de combustible, una tobera de combustible
dispuesta centralmente en el interior del quemador, la cual desde
los lados de la cámara de combustión, y en el área de menor
diámetro de la cámara de combustión, desemboca, al menos
parcialmente de forma axial en el quemador, y prevé al menos una
tobera de combustible, a través de la cual es posible suministrar
combustible líquido en forma de una nube de combustible en spray
que se propaga de forma cónica en el compartimiento de torsión.
El proceso de suministro de combustible líquido,
así como el proceso posterior de combustión, se pueden dividir en
principio en las siguientes fases separables temporalmente:
- 1.
- Pulverización del combustible líquido con ayuda de una tobera de pulverización del combustible,
- 2.
- Evaporación de las gotitas de combustible líquido formadas en el proceso de pulverización,
- 3.
- Formación de una mezcla de combustible y aire y, finalmente,
- 4.
- Encendido y combustión de la mezcla de combustible y aire.
En caso de que el lapso en el que se llevan a
cabo las tres fases sea más corto que el tiempo de permanencia del
combustible dentro del quemador (fase 4), se supone que el proceso
de combustión se efectuó bajo completa premezcla y con baja
liberación de óxidos de nitrógeno. Si, por el contrario, el tiempo
de permanencia del combustible dentro de la cámara de combustión es
cada vez menor al periodo dentro del cual se forman las demás
fases, la combustión se efectúa en el proceso de una difusión, por
la cual finalmente se liberan grandes cantidades de óxido de
nitrógeno y, además de eso, se producen altas temperaturas de salida
de la turbina. Para evitar esto de forma segura, se mezcla el
combustible líquido saliente de la tobera de combustible central con
agua desmineralizada, por lo cual se reducen tanto la emisión de
óxido de nitrógeno, como las altas temperaturas de salida de la
combustión, por lo cual finalmente también se puede limitar la vida
útil de los componentes del quemador; así como los componentes que
pueden entrar en contacto con los gases calientes.
Para optimizar la distribución de combustible
que se forma dentro del quemador y crear condiciones en las cuales
se pueda garantizar una combustión, en lo posible completa, del
combustible suministrado al quemador, el quemador de premezcla
descrito en la presente patente prevé toberas de combustible
adicionales instaladas en el área de las ranuras para entrada de
aire. Así se realiza la pulverización del combustible líquido en
dirección de la extensión longitudinal de las respectivas ranuras
para entrada de aire, a fin de posibilitar una mezcla del
combustible con el aire adicional aún antes de su entrada en la
cámara de combustión. No obstante, resulta desventajoso el
solamente bajo poder de penetración del suministro de combustible en
dirección longitudinal hacia las ranuras para entrada de aire. Esto
tiene como consecuencia, que la zona de las paredes internas de las
cubiertas de cono primitivo pueden humedecerse con combustible, por
lo cual fenómenos de combustión que se presentan directamente en
las paredes internas, generan el peligro de sobrecalentamiento de
material local en las mismas cubiertas de cono primitivo.
La presente invención está fundada en el
objetivo de perfeccionar un quemador de premezcla con provisión de
combustible líquido escalonada con al menos dos cubiertas de cono
primitivo que delimitan un compartimiento de torsión cónico que se
extiende axialmente, de acuerdo con las características del término
genérico 1, de modo tal que puedan evitarse los perjuicios
mencionados en el estado de la técnica. Corresponde especialmente
accionar un quemador de premezcla con combustible líquido de modo
escalonado, es decir, accionar individualmente con combustible
líquido tanto un suministro de combustible a través de una tobera de
combustible central, como a lo largo de la ranura para entrada de
aire; dependiendo de la carga del quemador, con el fin de una
emisión de óxido de nitrógeno reducida en toda el área de carga del
quemador. Especial atención requiere en este caso la configuración
de una combustión siempre estable, evitando ampliamente todo tipo de
oscilaciones termoacústicas dentro del sistema del quemador.
El concepto de quemador de premezcla conforme a
la invención se enuncia en la reivindicación 1. Las ventajas del
quemador de premezcla desarrollado conforme a la invención, son
objeto de las subreivindicaciones y se desprenden de la descripción
subsiguiente y de los ejemplos de ejecución de la invención.
El quemador de premezcla acorde a las
características de la reivindicación 1 presenta, conforme a la
invención, medios para suministro de combustible líquido dispuestos
a o largo de al menos una ranura para entrada de aire, de modo tal
que la descarga de combustible líquido condicionada por los medios
para suministro de combustible líquido, se efectúe en forma de un
combustible en spray vertical, tangencial a la extensión
longitudinal de la ranura para entrada de aire, así como un
combustible en spray vertical que se expande perpendicular a una
corriente de aire dirigida a través de la ranura para entrada de
aire. A diferencia del quemador de premezcla descrito
anteriormente, los medios para suministro de combustible líquido
están configurados a lo largo de la ranura para entrada de aire en
forma de una gran cantidad de toberas de combustible individuales,
dispuestas a lo largo de la ranura para entrada de aire,
preferentemente en el área de la pared interna de una cubierta de
cono primitivo, asimismo el orificio de salida de cada una de las
toberas termina al mismo nivel de la pared de cono primitivo local,
de modo que de cada tobera se origina, por pulverización del
combustible, un spray combustible que se expande esencialmente
perpendicular a la pared de cono primitivo en el área de la ranura
para entrada de aire o en el espacio contiguo a la ranura para
entrada de aire. Naturalmente el spray combustible se expande,
configurando respectivamente una nube cónica, cuya dirección
principal de propagación es perpendicular al nivel del orificio de
salida de la tobera. De este modo se evita eficazmente el
humedecimiento de la superficie de las paredes de cono primitivo
con combustible líquido. Fenómenos locales de combustión del
combustible, directamente en la superficie de la pared de cono
primitivo, quedan así completamente excluidos.
Dado que, además, la corriente de aire que entra
en el quemador a través de, respectivamente una ranura para entrada
de aire, se dirige perpendicularmente a la dirección de propagación
del spray combustible producido por cada una de las toberas de
combustible, las fuerzas de corte ejercidas entre el spray
combustible y la corriente de aire producen un efecto de corte que
mejora el grado de pulverización, con lo cual las gotitas de
combustible líquido descargadas por las toberas de combustible
siguen reventándose y reducen aún más su tamaño de modo que se
forman gotitas de combustible líquido de entre 20 y 50 \mum, las
cuales sufren un proceso de evaporación instantáneo, con lo cual se
genera finalmente una mezcla completamente homogénea de combustible
y aire.
En un modo de ejecución preferido, las toberas
de combustible líquido dispuestas a lo largo de las respectivas
ranuras para entrada de aire, están unidas por medio de una tubería
de combustible líquido común, la cual está integrada modularmente
en el área de la pared de una cubierta de con primitivo. La
cantidad, así como la respectiva distancia entre dos toberas de
combustible líquido contiguas a lo largo de una unidad de provisión
de combustible líquido configurada modularmente, se deben
seleccionar teniendo en cuenta una mezcla de aire y combustible que
se forma dentro del quemador. Otras características ventajosas
mediante las cuales se puede completar el quemador de premezcla
acorde a la invención, así como una descripción más detallada de un
ejemplo de ejecución concreto, se obtiene de las figuras descritas
a continuación.
La memoria EP 0 916 894 A publica un quemador de
premezcla del tipo de una quemador de cono primitivo en cuyo
compartimiento de torsión se conecta axialmente un tubo mezclador.
La pared del tubo mezclador está provista de perforaciones para el
suministro de aire.
\vskip1.000000\baselineskip
Se muestran:
Figura 1 una representación lateral esquemática
de un quemador de premezcla configurado conforme a la invención.
Figura 2 una representación esquemática de un
corte transversal a través de líneas de corte dibujadas a lo largo
del quemador de premezcla representado en figura 1.
Figura 3a, b unidades de provisión de
combustible líquido configuradas de forma modular,
Figura 4a, b representaciones esquemáticas de
cortes a través de un quemador de premezcla constituido conforme a
la invención, así como de un quemador de premezcla con un tubo
mezclador postconectado.
Para describir el quemador de premezcla cónico
representado en la figura 1 que se muestra en la representación
lateral, se remite también a la representación de corte transversal
según figura 2. Sin más distinciones entre las figuras 1 y 2, se
remite en adelante a ambas figuras.
El quemador de premezcla expuesto presenta, así,
un compartimiento de torsión cónico axial 1, delimitado radialmente
por dos cubiertas de cono primitivo 2, 3. Las cubiertas de cono
primitivo 2, 3 están parcialmente superpuestas y delimitan con sus
cantos tangenciales dos ranuras para entrada de aire 4,5. A través
de las ranura para entrada de aire 4,5 simétricamente enfrentadas
respecto del eje central A, entra aire de combustión tangencialmente
al compartimiento de torsión 1 y se propaga axialmente dentro del
compartimiento de torsión, como una corriente de torsión que se
expande cónicamente. La característica de corriente de la corriente
de torsión formada dentro del compartimiento de torsión 1, es
determinada esencialmente por el diámetro interior de las ranuras
para entrada de aire 4,5, así como por el ángulo de entrada formado
por ambas cubiertas de con primitivo 2, 3 y el eje central A.
Corriente abajo de la cámara de combustión, o bien de las cubiertas
de cono primitivo 2, 3, hay una placa anular 6 que, por un lado,
procura un paso de corriente discontinuo a la salida del quemador
y, por otro, prevé una gran cantidad de perforaciones, a través de
las cuales se suministra aire adicional a la sección de la cámara
de combustión (no graficada) conectada corriente abajo del quemador,
a fin de estabilizar la llama. Debido al paso discontinuo de
corriente entre el quemador y la cámara de combustión, la corriente
de torsión se desprende del quemador y forma una zona de reflujo,
dentro de la cual la mezcla de combustible es llevada a
ignición.
El suministro de combustible al quemador se
realiza habitualmente a través de una tobera de combustible
dispuesta centralmente 13, a través de la cual el combustible
líquido es introducido en el compartimiento de torsión en forma de
combustible en spray finamente pulverizado. Se muestra que el
contorno exterior de la tobera de combustible 13, así como su
ubicación en relación con el compartimiento de torsión 1 posee un
efecto hidrodinámico estabilizador sobre la corriente de torsión
que se forma dentro del compartimiento de torsión 1. De acuerdo con
la forma de ejecución, la tobera de combustible dispuesta
centralmente 13 puede instalarse en el área de menor circunferencia
del compartimiento de torsión en el medio, como se desprende del
ejemplo de ejecución acorde a la figura 1. Del mismo modo, es
posible colocar la tobera de combustible 13 en la punta de una lanza
de quemador 6 que ingresa profundamente en el compartimiento de
torsión 1 del quemador (véase para ello la representación de corte
transversal acorde a la figura 2a, la cual se explicará a
continuación con mayor detalle). La última disposición de la tobera
de combustible mencionada asegura que el efecto de encendido del
combustible en spray, eliminado por la lanza de quemador y que se
mezcla con la corriente de aire de la corriente de torsión, se
produce fuera del quemador dentro de la zona de reflujo.
Para conformar la mezcla de combustible y aire
dentro del compartimiento de torsión 1, un quemador de premezcla en
sí conocido prevé, además de la tobera de combustible dispuesta
centralmente descrita aquí, medios adicionales para el suministro
de combustible, a través de los cuales puede introducirse
combustible gaseoso en el área a lo largo de las ranuras para
entrada de aire 4, 5. El combustible gaseoso es provisto por medio
de tuberías de suministro de combustible 7, 8, las cuales corren
tangencialmente a las ranuras para la entrada de aire 4, 5, y no es
alimentado a través de toberas de combustible, no representadas en
detalle, en el área de las ranuras para entrada de aire. Por la
posibilidad del suministro de combustible, tanto a través de la
tobera de combustible dispuesta centralmente 2, como por medio de
las tuberías de suministro de combustible 7, 8, dispuestas a lo
largo de las ranuras para entrada de aire 4, 5, es posible realizar
suministro de combustible por separado, y esto dependiendo de la
carga del quemador. Por medio del suministro de combustible separado
espacialmente, también conocido como suministro de combustible
escalonado, es posible accionar al quemador en toda el área de
carga del quemador configurando una llama estable dentro de la zona
de reflujo, así como reduciendo al mínimo las emisiones de óxido de
nitrógeno. En este contexto se designa a la tobera de combustible
dispuesta centralmente como nivel 1, y al suministro de combustible,
distribuido a lo largo de las ranuras para entrada de aire 4, 5,
como nivel 2.
Los quemadores en uso hasta el momento prevén el
suministro de combustible líquido por medio de la tobera de
combustible dispuesta centralmente, a través de la cual se introduce
combustible líquido, o bien una mezcla de combustible líquido y
agua, en el compartimiento de torsión. En caso de una emulsión
emergente de combustible y agua desde la tobera de combustible
dispuesta en el centro, la razón de masa de agua respecto del
combustible líquido es siempre inferior a 1,0. Se conoce también,
en el marco de un concepto de quemador dual, en la disposición
central de la tobera de combustible, prever al menos una tobera de
combustible, a través de la cual el combustible gaseoso puede
suministrarse axial y/o radialmente al compartimiento de
torsión.
A fin de optimizar el concepto de quemador dual,
pero especialmente para generar la posibilidad de operar un
quemador en toda el área de carga del quemador exclusivamente con
combustible líquido, se prevén unidades de provisión de combustible
líquido 9,10; ampliamente paralelas a las tuberías de suministro de
gas existentes 7, 8 en el área de las ranuras para entrada de aire
4, 5, a través de dichas unidades el combustible líquido pueda
mezclarse adecuadamente con la corriente de aire que entra por las
ranuras para entrada de aire 4,5. En un modo de ejecución
especialmente ventajoso acorde a la figura 2, cada una de las
unidades de provisión de combustible líquido 9, 10 está configurada
como unidad modular, que puede integrarse al menos parcialmente en
una cubierta de cono primitivo 2, 3 respectiva, en el área de su
arista de soplado, de modo tal que las corrientes de aire
provenientes de las ranuras para entrada de aire 4, 5 puedan
permanecer lo más posible sin perjuicio a causa de ello. Las
unidades de provisión de combustible 9, 10, conocidas como nivel 2,
prevén respectivamente una cantidad de orificios de salida de
toberas 11 dispuestas en dirección longitudinal a la arista de
soplado de las cubiertas de cono primitivo 2, 3, a través de las
cuales el combustible líquido es reducido a gotitas de combustible
mínimas. La cantidad de los orificios de salidas de las toberas 11
individuales, así como su distancia tangencial entre sí, dependen
de la distribución deseada de aire y combustible y pueden ser
seleccionadas adecuadamente de acuerdo con el tamaño, la forma y la
configuración del quemador de premezcla, teniendo en cuenta las
emisiones de óxido de nitrógeno deseadas lo más bajas posibles, y el
aspecto de la evitación de pulsaciones en la cámara de combustión.
Corresponde especialmente seleccionar la cantidad, así como la
distribución espacial de las aberturas de las toberas de combustible
líquido a lo largo de la arista de soplado de las respectivas
cubiertas de cono primitivo 2, 3, de forma tal de excluir
inflamaciones espontáneas en determinadas áreas de
funcionamiento.
Han demostrado ser especialmente apropiados los
diámetros de apertura de las toberas de menos de 1 mm, combinados
con una longitud típica de las toberas de entre 1 y 10 mm. En este
contexto se remite a la representación de corte transversal en
figura 2, de la cual puede deducirse, que cada tobera de combustible
líquido está compuesta de un canal de alimentación 12 y una boca
del surtidor 11, la cual colinda al ras de la cara interna de la
cubierta de cono primitivo, de modo tal que el combustible líquido
en spray proveniente de cada tobera de combustible se propaga
preferentemente perpendicular a la pared interna de la cubierta de
cono primitivo. El combustible en spray proveniente de cada tobera
de combustible forma una nube cónica de combustible en spray, que
forma un ángulo de entrada de 45º respecto de un eje cortante
perpendicular. Para evitar que las zonas de las paredes de las
cubiertas de cono primitivo, en frente a las bocas de los
surtidores, se humedezcan con las nubes de combustible en spray que
se expanden, las unidades de provisión de combustible líquido 9, 10
están dispuestas preferentemente corriente abajo, en la arista de
soplado de una cubierta de cono primitivo 2, 3 respectiva, de modo
que los orificios de salida de las toberas 11 no estén situados
frente a ninguna pared de cono primitivo, y, de ese modo, la nube
de combustible en spray proveniente de las bocas de surtidor de
combustible pueda propagarse libremente en el interior de
compartimiento de torsión 1.
A fin de garantizar un grado lo más alto posible
de pulverización, así como la mayor profundidad de penetración
posible del combustible líquido introducido en el compartimiento de
torsión, a través de las unidades de provisión de combustible
líquido; se debe intentar preferentemente producir gotitas de
combustible con diámetros de, como máximo, 50 \mum, de
preferencia entre 20 y 50 \mum, y se debe procurar una presión de
provisión del combustible dentro de las tuberías de combustible
líquido de al menos 20 bar.
Además de la implementación de las toberas de
combustible más simples, con un canal de alimentación que discurre
recto y una boca de surtidor plana, como se puede desprender de la
representación gráfica esquemática en figura 2, y como se conocen
en el ámbito de los motores diesel; una forma de ejecución
especialmente ventajosa prevé la implementación de toberas de
combustible líquido que presentan perfiles de toberas a través de
los cuales se genera un incremento en la presión local que lleva a
una mayor turbulencia en el líquido a ser pulverizado.
Otro aspecto importante para la conformación de
gotitas de combustible líquido mínimas, refiere a las fuerzas de
corte extraordinariamente altas reinantes entre el combustible
líquido en spray proveniente de las distintas toberas y las
corrientes de aire provenientes de las ranuras para entrada de aire
4,5. Dado que las bocas de surtidor de combustible 11 están
dispuestas inmediatamente después del corte transversal de corriente
más estrecho de las ranuras para entrada de aire 4, 5, en el área
de las bocas de surtidor de combustible líquido se generan
velocidades máximas de las corrientes de aire, las cuales generan
fuerzas de corte máximas, debido a las que, por un lado, la nube de
combustible líquido formada es arrastrada correctamente en dirección
de la corriente de aire, con lo cual se evitan humedecimientos con
combustibles líquidos en las paredes de las cubiertas de cono
primitivo; y, por otro lado, las gotitas de líquido descargadas
desde las toberas de combustible líquido pueden seguir
dividiéndose.
A causa del tamaño muy reducido de las gotitas
de combustible con diámetros de gotitas de combustible de entre 20
y 50 \mum, se asegura una evaporación total del combustible
líquido dentro de la corriente de aire formada en la corriente de
torsión, con lo cual se enciende una mezcla de combustible homogénea
y completamente evaporada en la sección de la zona de reflujo,
formando una llama estable en el espacio.
De modo ventajoso el quemador, a causa de los
suministros de combustibles líquidos y gaseosos que discurren
paralelos a lo largo de las ranuras para entrada de aire, prevé la
posibilidad de un concepto de quemador dual que pueda ser operado
dependiendo del almacenaje de combustible respectivo y/o de la carga
del quemador.
Mediante la estructuración modular de las
unidades de provisión de combustible líquido 9, 10, es posible, en
principio, además, reequipar los sistemas de combustión existentes.
De este modo las unidades de provisión de combustible a integrarse
modularmente en las escotaduras previstas dentro de las cubiertas de
cono primitivo, pueden configurarse como tuberías de provisión de
una pieza, como las que se representan detalladamente en la figura
3. La representación gráfica superior en la figura 3 muestra un
canal de combustible líquido, el cual puede adaptarse al contorno
exterior de un quemador doble conformado cónicamente de acuerdo con
las figuras 1 ó 2. Las toberas de combustible equidistantes entre
sí están representadas respectivamente con el número de referencia
11.
El gráfico inferior en figura 3 muestra una
tubería de combustible configurada de modo recto, que es aplicada
junto con un tubo mezclador conectado directamente corriente abajo a
un quemador de premezcla cónico. Se hace referencia expresa a una
variante de ejecución de este tipo en relación con la figura 4.
En figura 4 se señala primero nuevamente a la
aplicación de una lanza larga de quemador 14, en cuya punta de
lanza de quemador se prevé una disposición de tobera de combustible
13, de la cual se propaga una nube de combustible líquido que se
extiende cónicamente, en un ángulo \beta, en dirección axial. Las
diferentes técnicas de pulverización a presión con las cuales se
descarga combustible líquido desde el área extrema de la lanza de
quemador 14, ya son conocidas por el especialista. Se puede, de este
modo, regular un ángulo de pulverización \beta de entre 0º y 90º,
de acuerdo con la forma de la tobera. También es posible, a fin de
proteger la punta de lanza del quemador de sobrecalentamiento,
prever salidas de aire adicionales que puedan refrigerar
afectivamente la punta de la lanza del quemador. A eso se añade que
es posible, a través de una conformación aerodinámica apropiada de
la punta de la lanza, influir favorablemente en el campo de
corriente que determina la llama, de modo tal que dentro de la
cámara de combustión se forme una llama tan estable como sea
posible.
La descarga de combustible líquido por medio de
la lanza de quemador 14 dispuesta centralmente se adecua
especialmente al ingreso o ignición del quemador, como también a
las zonas inferiores de carga del quemador. Para carga media y
superior del quemador, debe llevarse a cabo el suministro de
combustible a través de las toberas de combustible dispuestas a lo
largo de las ranuras para entrada de aire 4, 5, descritas con
anterioridad.
Si el quemador prevé, como se indica en figura
4b, un tubo mezclador 15 conectado a las cubiertas de cono
primitivo 2, 3, en el cual la mezcla de aire y combustible formada
dentro del compartimiento de torsión 1 pueda mezclarse más
completamente, entonces ha demostrado ser especialmente ventajoso
disponer toberas de combustible líquido 16 a lo largo del tubo
mezclador 15, del mismo modo en que se hizo con aquellas instaladas
conforme a la invención en proximidad de las ranuras para entrada de
aire 4, 5. Para suministros de combustible líquido de este tipo que
se efectúan a lo largo del tubo mezclador, se ajustan unidades de
provisión de combustible como las que se representan
esquemáticamente en la figura 2.
En figura 4c se muestra una representación de
corte longitudinal a través de un quemador de premezcla con
cubiertas de cono primitivo 2, 3 y una lanza de quemador 14 larga.
Las toberas de combustible 11 dispuestas repartidas a lo largo de
las ranuras para entrada de aire (no visibles) integradas a las
cubiertas de cono primitivo 2, 3, de las cuales solamente una está
dibujada de forma estilizada, están dispuestas en un ángulo \beta
respecto del eje de quemador A. El ángulo de inclinación \beta
está orientado de forma tal que la dirección de salida de la tobera
se orienta preferentemente contra la corriente principal (ver
flecha) formada dentro del compartimiento de torsión 1. Del mismo
modo son posibles inclinaciones en el sentido de la corriente
principal. De esta forma, \beta puede asumir valores para los
cuales se aplique, siempre que el ángulo \gamma de apertura del
quemador de premezcla sea: \gamma < \beta < (\gamma +
180º).
En las figuras 4d y 4e se están representados
quemadores de premezcla con respectivamente un tubo mezclador 15.
Los ejemplos de ejecución se presentan a fin de aclarar la geometría
de la disposición de las toberas de combustible líquido 16. De este
modo las toberas de combustible líquido 16 pueden disponerse en
dirección de la circunferencia (figura 4d) o en cadena axial, con
respectivamente diferentes posiciones de orientación en dirección
de la circunferencia (figura 4e). En el caso de la figura 4d pueden
colocarse varias hileras de toberas de combustible líquido
dispuestas en dirección de la circunferencia, a fin de reducir
apropiadamente las oscilaciones termoacústicas dentro del quemador.
En el caso de la disposición de toberas de combustible líquido
acorde a la figura 4e pueden crearse radial y/o axialmente
determinadas zonas enriquecidas con combustible, o
correspondientemente, zonas pobres.
En resumen puede sostenerse que, mediante el
suministro de combustible líquido conforme a la invención, a lo
largo de las ranuras para entrada de aire en la forma expuesta
precedentemente acorde a la invención, se posibilita una mezcla
claramente mejorada de combustible líquido evaporado con el aire
entrante al compartimiento de torsión a través de las ranuras para
entrada de aire, la cual provoca una combustión estable, con muy
reducida emisión de óxido de nitrógeno. La pulverización del
combustible líquido conforme a la invención a lo largo de las
ranuras para entrada de aire hace posible, en especial, un
funcionamiento estable del quemador, sin adición de agua, o bien
con muy pequeñas proporciones de agua.
- 1
- Compartimiento de torsión
- 2,3
- Cubierta de cono primitivo
- 4, 5
- Ranura para entrada de aire
- 6
- Placa terminal anular
- 7, 8
- tubo de alimentación de gas
- 9, 10
- tubo de alimentación de combustible líquido
- 11
- tobera de combustible
- 12
- canal de alimentación
- 12'
- boca del surtidor
- 13
- tobera de combustible
- 14
- lanza de quemador
- 15
- tubo mezclador
- 16
- toberas de combustible líquido
Claims (13)
1. Quemador de premezcla con provisión de
combustible líquido escalonada, con al menos dos cubiertas de cono
primitivo (2, 3) que delimitan radialmente un compartimiento de
torsión cónico (1) que se ensancha axialmente, dichas cubiertas se
superponen parcialmente; y los ejes centrales de las cubiertas de
cono primitivo discurren escalonadamente el uno hacia el otro, y
sus secciones de cubiertas de cono primitivo, mutuamente
superpuestas, comprenden respectivamente una ranura para entrada de
aire (4, 5), la cual se extiende tangencialmente al compartimiento
de torsión (1), con una lanza de quemador (14) que penetra
axialmente el compartimiento de torsión (1) que prevé medios (13)
para suministro de combustible líquido al compartimiento de torsión
(1); así como otros medios (11) para suministro de combustible
líquido, los cuales están configurados y dispuestos en el área de
las ranuras para entrada de aire (4, 5), de modo tal que la
descarga de combustible líquido condicionada por los otros medios,
se lleve a cabo en forma de un spray vertical, que se expande
tangencialmente a la extensión longitudinal de la ranura para
entrada de aire, o bien un combustible en spray que se expande
perpendicularmente a una corriente de aire dirigida a través de la
ranura para entrada de aire, asimismo, está previsto, axialmente al
compartimiento de torsión (1), un tubo mezclador (15),
caracterizado porque otros medios (16) para suministro de
combustible líquido se extienden axialmente, al menos en secciones
del tubo mezclador (15), de modo tal que en el tubo mezclador sea
posible un suministro de combustible líquido orientado radialmente
hacia dentro en el tubo mezclador (15).
2. Quemador de premezcla acorde a la
reivindicación 2, caracterizado porque los demás medios están
constituidos como toberas de combustible (11) distribuidas a lo
largo de las ranuras para entrada de aire (4, 5).
3. Quemador de premezcla acorde a la
reivindicación 2, caracterizado porque cada una de las
toberas de combustible (11) presenta un diámetro de abertura de la
boca del surtidor menor o igual a 1 mm.
4. Quemador de premezcla acorde a la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque las toberas de
combustible (11) presentan un canal de alimentación (12) menor o
igual a 10 mm, preferentemente entre 1 mm y 10 mm.
5. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el combustible
en spray que sale de cada una de las toberas de combustible (11) se
expande en forma de una nube de combustible cónica, la cual
presenta un ángulo de apertura de 45º en relación con el eje central
de la nube de combustible cónica.
6. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada uno de los
demás medios (11) para suministro de combustible líquido está
configurado de forma modular en forma de una unidad de provisión de
combustible líquido (9, 10), cada una de las cuales puede integrarse
en una cubierta de cono primitivo y dispone de un número de toberas
de combustible (11) dispuestas a lo largo de la unidad de provisión
de combustible líquido (9, 10).
7. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque cada una de las
toberas de combustible (11) está dispuesta en una cubierta de cono
primitivo, corriente abajo de la ranura para entrada de aire
delimitada por las cubiertas de cono primitivo (2, 3) superpuestas
entre sí.
8. Quemador de premezcla acorde a la
reivindicación 7, caracterizado porque las toberas de
combustible (11) están dispuestas en una cubierta de cono primitivo
(2, 3) de forma tal que el combustible en spray que sale de cada
una de las toberas de combustible (11) se expande sin obstáculo en
el compartimiento de torsión (1).
9. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los demás medios
(16) para suministro de combustible líquido, conformados como
toberas de combustible, están dispuestos circularmente en torno al
tubo mezclador en dirección de la circunferencia.
10. Quemador de premezcla de acuerdo con alguna
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los demás
medios (16) para suministro de combustible, líquido, conformados
como toberas de combustible, están dispuestos axialmente y, en cada
caso, en diferentes posiciones, en torno al tubo mezclador en
dirección de la circunferencia.
11. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los demás
medios (11) para suministro de combustible líquido, están
dispuestos y configurados de modo tal que una carga de combustible
líquido se efectúa en el área de la ranura para entrada de aire (4,
5) respectiva, en un ángulo \beta variable o predeterminado de
manera fija, en relación con el eje del quemador de premezcla A.
12. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la lanza del
quemador (14) que penetra axialmente el compartimiento de torsión
(1) prevé, además del medio (13) para suministro de combustible
líquido, también medios para suministro de agua o vapor de agua en
el compartimiento de torsión.
13. Quemador de premezcla acorde a una de las
reivindicaciones 2 a 12, caracterizado porque las toberas de
combustible (11) distribuidas a lo largo de las ranuras para entrada
de aire (4, 5) para la generación de combustible en spray en
gotitas de un diámetro de entre 20 y 30 \mum, ocasionan una caída
de la presión de al menos 20 bar.
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