Инжекционный узел камеры сгорания
Инжекционный узел для использования с узлом камеры сгорания содержит эффузионную пластину с множеством отверстий, втулку, содержащую боковую стенку с передней кромкой и множество кольцевых выступов. Передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через узел камеры сгорания. Каждый из кольцевых выступов соединен с одним из множества отверстий пластины, причем каждый кольцевой выступ проходит назад, во втулку пластины. Узел камеры сгорания содержит множество аппаратов предварительного смешивания и узел головки, содержащий инжекционный узел. Изобретение направлено на продление сроков службы элементов воспламенителя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.
Уровень техники
Изобретение в целом относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно к камерам сгорания для обедненной топливной смеси, применяемым в газотурбинных двигателях.
Многие из известных газотурбинных двигателей воспламеняют в камере сгорания топливно-воздушную смесь и вырабатывают поток газообразных продуктов сгорания, подаваемый в турбину через канал горячего газа. В турбине тепловая энергия потока продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию, вращающую вал турбины. Энергия на выходе турбины может использоваться для приведения в действие машины, такой как электрогенератор или насос.
Экологические аспекты выброса отработавших газов в окружающую среду при осуществлении процессов, основанных на сгорании топлива, породили различные ограничения, связанные с использованием газотурбинных двигателей. Поэтому, по меньшей мере, некоторые промышленные газотурбинные двигатели включают в себя камеру сгорания с пониженным уровнем выбросов, например, камеру сгорания для обедненных топливных смесей. Известные камеры сгорания для обедненных топливных смесей обычно включают в себя множество горелок, или воспламенителей, примыкающих друг к другу в окружном направлении и расположенных по окружности двигателя, так что каждая горелка может содержать множество аппаратов предварительного смешивания, соединенных у заднего по ходу конца.
Однако камеры сгорания для обедненных топливных смесей более склонны к неустойчивости горения из-за колебаний давления в камере сгорания. Такая неустойчивость может вызывать нежелательный акустический шум, ухудшать работу двигателя и его надежность и/или увеличивать частоту необходимого ремонта. Неустойчивость горения может вызвать, к примеру, обратную вспышку, срыв пламени, затруднения при запуске, повреждение деталей камеры сгорания, затруднения при переключении, многоцикловую усталость элементов канала горячего газа и повреждение элементов турбины посторонним предметом. При значительных повреждениях конструкций возможен отказ всей системы.
Один из известных способов уменьшения неустойчивости горения состоит в осевом распределении пламени по камере сгорания путем физического смещения одной или более топливной форсунки в камере. Однако в такой камере сгорания необходимо активное охлаждение увеличившейся поверхности, связанной с расположенными ниже по потоку топливными форсунками, для защиты ее от воздействия пламени выше по потоку. Введение дополнительного воздуха для охлаждения, соответственно, порождает дополнительные выбросы оксидов азота (NOx). Еще один известный способ подразумевает изменение расстояния между центральным телом и головкой для разных аппаратов предварительного смешивания. При изменении этих расстояний пространственное распределение тепловыделения для каждого аппарата предварительного смешивания может уменьшить коэффициент усиления обратной связи. Однако этот способ требует значительных временных затрат, так как каждый аппарат предварительного смешивания, или форсунка, имеет свою конфигурацию и ориентацию и может работать не во всех эксплуатационных режимах.
Сущность изобретения
Согласно одному варианту обеспечивают инжекционный узел для использования в камере сгорания. Инжекционный узел содержит эффузионную пластину с множеством отверстий и втулкой, имеющей боковую стенку, содержащую переднюю кромку. Передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через камеры сгорания. Инжекционный узел также содержит множество кольцевых выступов, причем каждый из них связан с одним из множества отверстий пластин. Каждый кольцевой выступ проходит назад, во втулку пластины.
Согласно другому варианту изобретения обеспечен воспламенитель. Воспламенитель содержит множество аппаратов предварительного смешивания. Кроме того, воспламенитель содержит узел головки, которая содержит инжекционный узел, который включает в себя эффузионную пластину с множеством отверстий. Инжекционный узел также содержит втулку пластины, имеющую боковую стенку с передней кромкой. Передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через воспламенитель. Инжекционный узел также содержит множество кольцевых выступов, причем каждый из них связан с одним из множества отверстий пластины. Каждый кольцевой выступ проходит назад, во втулку пластины, и сообщается по потоку с одним из множества аппаратов предварительного смешивания.
Согласно еще одному варианту изобретения обеспечен способ сборки воспламенителя, способствующий уменьшению динамических явлений в узле камеры внутреннего сгорания. Способ включает в себя обеспечение, по меньшей мере, одного узла головки, содержащей инжекционный узел, который включает в себя эффузионную пластину с множеством отверстий. Инжекционный узел также содержит втулку пластины, имеющую боковую стенку с передней кромкой. Передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через воспламенитель. Каждый из множества кольцевых выступов связан с одним из множества отверстий пластины таким образом, что каждый кольцевой выступ проходит во втулку пластины. Способ также включает в себя соединение каждого кольцевого выступа с аппаратом предварительного смешивания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой пример контура обратной связи, который возникает при термоакустическом взаимодействии;
Фиг.2 представляет собой схематичный пример газотурбинного двигателя;
Фиг.3 представляет собой местный вид участка камеры сгорания, подходящей для газотурбинного двигателя, показанного на Фиг.2;
Фиг.4 представляет собой увеличенный вид в разрезе примера узла головки, подходящей для газотурбинного двигателя, показанного на Фиг.2;
Фиг.5А-5С представляют собой общие виды узла головки, подходящей для газотурбинного двигателя, показанного на Фиг.2, на разных стадиях сборки;
Фиг.6 представляет собой пример инжекционного узла, к которому подходит узел головки, показанный на Фиг.5А-5С;
Фиг.7А и 7В представляют собой примеры эффузионных пластин, подходящих для инжекционного узла, показанного на Фиг.6.
Подробное описание изобретения
Камеры сгорания предварительно смешанной топливной смеси обычно содержат множество аппаратов предварительного смешивания, направляющих топливно-воздушную смесь в камеру сгорания. Поскольку известные аппараты предварительного смешивания обычно имеют цилиндрическую форму, существует возможность взаимодействия колебаний, порождаемых выделением теплоты из пламени, со звуковыми волнами, выделяемыми аппаратом предварительного смешивания топливно-воздушной смеси. Это явление называют «термоакустическим взаимодействием», и при чрезмерном усилении оно может оказывать вредное воздействие на камеру сгорания и газотурбинный двигатель.
Процесс термоакустического взаимодействия показан контуром обратной связи (Фиг.1). Акустические процессы, свойственные аппарату предварительного смешивания, вызывают отклонения состава топливно-воздушной смеси, в свою очередь вызывающие отклонения скорости тепловыделения по фронту горения. Отклонения скорости тепловыделения происходят с задержкой по времени (τ) относительно отклонений состава смеси. Задержка по времени τ равна L/U, где L - расстояние между общей точкой впрыскивания топлива и фронтом горения. U - средняя скорость потока топливно-воздушной смеси. Колебания скорости тепловыделения заставляют волны давления распространяться в обратном направлении, назад по потоку от фронта горения, а вслед за этим происходит модуляция колебаний по коэффициенту обратной связи G, известному как коэффициент усиления Рэлея. Уравнение (1) показывает, что коэффициент Рэлея может быть представлен как произведение неустойчивого тепловыделения и колебаний давления и что он зависит от частоты колебаний ω и задержки по времени τ.
Уравнение (1)
Положительный коэффициент усиления Рэлея означает, что неустойчивый расход тепла усиливает колебания давления, и они растут с течением времени, пока не достигнут равновесного уровня, при котором вязкостное демпфирование уравновешивает рост колебаний. При отрицательном значении G колебания давления гасятся.
Согласно уравнению (1) коэффициент усиления контура обратной связи для каждого аппарата 34 предварительного смешивания является функцией L, U, ω. Однако обычные системы сгорания, применяемые в газовых турбинах, содержат множество таких аппаратов предварительного смешивания. Суммарный коэффициент усиления контура обратной связи описывается уравнением (2).
Уравнение (2)
Как показано выше, суммарный коэффициент усиления можно значительно изменить изменением расстояния L между общей точкой впрыскивания топлива и фронтом горения. Однако из-за того, что частота колебаний может меняться, использование стандартной величины L для всех аппаратов предварительного смешивания приведет к появлению отрицательного коэффициента усиления при одной частоте и положительного коэффициента усиления при другой частоте. Поэтому во избежание появления положительного коэффициента усиления в некоторых вариантах осуществления изобретения устройства и конструкции аппаратов предварительного смешивания и головок дают возможность изменения расстояния L в камере сгорания.
На Фиг.2 показан схематичный пример газотурбинного двигателя 10. Двигатель 10 содержит компрессор 12 и узел 14 камеры сгорания. Узел 14 камеры сгорания содержит камеру 16 сгорания и топливную форсунку 18. Двигатель 10 также включает в себя турбину 17 и общий вал 19 компрессора или турбины (иногда называемый ротором 19). Область применения настоящего изобретения не ограничена конкретной моделью двигателя, оно может быть внедрено в разные двигатели, включая, например, модели MS7001FA (7FA), MS9001FA(9FA) и MS9001FB(9FB), производимые компанией General Electric.
Узел 14 камеры сгорания может содержать один или более воспламенителей 24. При эксплуатации воздух проходит через компрессор 12 для того, чтобы подать сжатый воздух в воспламенитель (воспламенители) 24. В частности, значительное количество сжатого воздуха направляется в топливную форсунку 18, встроенную в узел 14 камеры сгорания. Некоторые воспламенители 24 направляют, по меньшей мере, часть воздушного потока из компрессора 12, распределяя его в системе подсоса воздуха (не показана на Фиг.2), и в большинстве воспламенителей 24 существует, по меньшей мере, небольшая утечка через уплотнение. Топливная форсунка 18 сообщается по потоку с камерой 16 сгорания, а также с источником топлива (не показан на Фиг.2), направляющим топливо и воздух к воспламенителям. Согласно варианту осуществления, приведенному в качестве примера, узел 14 камеры сгорания содержит множество воспламенителей 24 и топливных форсунок 18.
Каждый воспламенитель 24 в узле 14 камеры сгорания воспламеняет и сжигает топливо, такое как природный газ и/или нефть, в результате чего возникает поток газообразных продуктов сгорания, имеющий высокую температуру. Узел 14 камеры сгорания сообщается по текучей среде с турбиной 17, в которой тепловая энергия потока газов преобразуется в механическую энергию вращения. Турбина 17 с возможностью вращения соединена с ротором 19 и вращает его. Компрессор 12 с возможностью вращения соединен с валом 19.
На Фиг.3 показан пример воспламенителя 24, который можно использовать в газотурбинном двигателе 10. Воспламенитель 24 является одним из множества воспламенителей 24, которые можно использовать в узле 14 камеры сгорания, однако в целях иллюстрации подробно описан только один воспламенитель 24. Воспламенитель 24 содержит камеру 26 сгорания, образованную трубчатым корпусом 28 камеры сгорания (который также называется кожухом), в которой происходит сгорание топлива. Корпус 28 связан с узлом 30 головки в верхнем по потоку конце камеры 26. Узел 30 головки содержит инжекционный узел 31. Камера 26 также содержит выпуск 32, образованный в заднем по потоку конце камеры 26. Выпуски 32 множества камер 26 сгорания объединяются по потоку в общий выпуск, направленный к турбине 17.
Воспламенитель 24 также содержит множество аппаратов 34 предварительного смешивания, окруженных узлом 30 головки и соединенных с ним. Хотя показаны только два смежных аппарата 34 предварительного смешивания, настоящее изобретение не ограничивается подобной конфигурацией. Например, на Фиг.5А-5С (описанных ниже) показан узел головки, который может использоваться с воспламенителем, содержащий шесть аппаратов предварительного смешивания. Специалистам в данной области техники понятно, что существует множество конфигураций аппаратов 34 предварительного смешивания, которые можно использовать в воспламенителе.
Каждый аппарат 34 содержит трубчатый проход 36, имеющий впуск 38 у расположенного выше по потоку конца аппарата 34 предварительного смешивания. Во впуск 38 поступает сжатый воздух 20 из компрессора 12 (Фиг.2). Кроме того, проход 36 имеет выпуск 40 у расположенного ниже по потоку конца. Выпуск 40 сообщается по потоку с камерой 26 сгорания через соответствующее отверстие, выполненное в инжекционном узле 31. Диаметр инжекционного узла 31 больше общей диаметральной протяженности множества аппаратов 34 предварительного смешивания, что позволяет каждому аппарату 34 предварительного смешивания выпускать топливно-воздушную смесь в объем большего размера, образованный камерой 26 сгорания. Как известно, инжекционный узел 31 является, по существу, плоским.
Согласно приведенному варианту осуществления аппарат 34 предварительного смешивания также включает в себя продолговатое центральное тело 46, расположенное концентрично в проходе 36. Каждое центральное тело 46 включает в себя расположенный выше по потоку конец 47, примыкающий к впуску 38 прохода, и плоский, расположенный ниже по потоку конец 50, примыкающий к выпуску 40 прохода. Каждое центральное тело 46 расположено на расстоянии радиально внутри от прохода 36 таким образом, что между ними образуется цилиндрический загрузочный канал 52.
Кроме того, согласно приведенному варианту осуществления аппарат 34 предварительного смешивания также содержит завихритель 42, предназначенный для завихрения сжатого воздуха 20. Завихритель 42 расположен внутри прохода 36, а в некоторых вариантах осуществления центральное тело 46 соединено с завихрителем 42 и проходит приблизительно через его центр. Завихритель 42 содержит множество разнесенных по окружности лопаток, выступающих в канал 52 прохода 36. Хотя на Фиг.3 показано, что завихрители 42 расположены ближе к впуску 38, в альтернативных вариантах осуществления изобретения завихрители могут находиться между впуском 38 и выпуском 40 или ближе к выпуску 40.
Топливный инжектор 44 впрыскивает топливо 22, такое как природный газ, в каждый канал 52 каждого прохода 36, для смешивания с завихренным воздухом 20. При эксплуатации воспламенителя 24 топливно-воздушная смесь проходит через канал 52 к выпуску 40 и в камеру 26 сгорания, образуя пламя 25. В некоторых вариантах осуществления топливный инжектор 44 сообщается по потоку с каждым каналом 52 посредством центрального тела 46. Топливный инжектор 44 может содержать обычные элементы, такие как топливный резервуар, трубы, клапаны и любые требуемые насосы, для подачи топлива 22 в центральные тела 46. На Фиг.3 выпуск 48 для впрыска топлива расположен между завихрителями 42 и выпуском 40. Выпуск 48 для впрыска топлива связан с топливным инжектором 44 для впрыскивания топлива 22 в канал 52. Выпуск 48 для впрыска топлива может содержать одно или более отверстий 49, расположенных на расстоянии друг от друга, чтобы способствовать смешиванию топлива с воздухом. В одном из вариантов осуществления отверстия 49 разнесены друг относительно друга в осевом направлении.
Аппараты 34 предварительного смешивания, используемые в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут иметь различные размеры и конфигурации. Например, на Фиг.7А и 7В показана эффузионная пластина (описана ниже), применяемая в одном из вариантов осуществления, в котором расположенный в середине аппарат предварительного смешивания имеет меньший диаметр, чем остальные. Завихрители 42 или отверстия 49 для впрыска топлива для каждого аппарата 34 предварительного смешивания в воспламенителе 24 могут быть размещены на различных осевых расстояниях внутри прохода 36.
Как описано выше, узел 30 головки соединен с корпусом 28. Узел 30 головки окружает и поддерживает аппараты 34 предварительного смешивания. На Фиг.5А показан узел 30 головки, содержащий по существу цилиндрическую первую втулку 60. В некоторых вариантах осуществления втулка 60 выполнена с расположенными на расстоянии по окружности охладительными отверстиями 62, пропускающими воздух из компрессора внутрь камеры 26. Узел 30 головки может содержать заднюю пластину (не показана), которая по существу имеет круглую форму и приварена к втулке 60 по периферийной кромке. Задняя пластина содержит множество отверстий, причем каждое отверстие соответствует одному аппарату 34 предварительного смешивания. Когда узел 30 головки полностью собран, задние пластины обеспечивают опору для аппаратов 34 предварительного смешивания.
Передний, или задний по потоку, конец первой цилиндрической втулки 60 заканчивается кольцевой кромкой 68. Отверстие 70, образованное кольцевой кромкой 68 втулки 60, выполнено с возможностью размещения инжекционного подузла 72. Как показано на Фиг.5А-5С и 6 инжекционный узел 72 содержит эффузионную пластину 74 с множеством отверстий 76, проходящую назад втулку 78 пластины и множество кольцевых выступов 80. В основном инжекционные узлы (такие как инжекционный узел 31 на Фиг.3) образуют плоскость, по существу перпендикулярную направлению потока топливно-воздушной смеси. На Фиг.4, 5А-5С и 6 показан инжекционный узел 72, не перпендикулярный воздушному потоку. Инжекционный узел 72 образует наклонную плоскость 190, расположенную под небольшим углом к воздушному потоку.
Как показано на Фиг.6, каждый кольцевой выступ 80 содержит боковую стенку 81, окружающую и образующую кольцевой канал. Кольцевые выступы 80 заканчиваются у переднего края боковой стенки 81, образуя наклонную кромку 83. Кромка 83 образует переднее отверстие 85 кольцевого выступа 80. С другой стороны кольцевой выступ 80 заканчивается задним концом, образующим заднюю кромку 87. В некоторых вариантах осуществления задняя кромка 87 и участок прилегающей боковой стенки 81 по меньшей мере одного кольцевого выступа 80 выполнены с пазами. Задняя кромка 87 образует окружность выступа 80, размер которой обычно достаточен для размещения конца аппарата 34 предварительного смешивания. Во время эксплуатации каждый кольцевой выступ 80 выровнен по оси с соответствующим аппаратом 34 предварительного смешивания.
Наклонная кромка 83 каждого кольцевого выступа 80 выполнена с возможностью соединения с кромкой 77 соответствующего отверстия эффузионной пластины 74. Каждая кромка 77 отверстия образует отверстие 76 эффузионной пластины 74. Как показано на Фиг.7А и 7В, в некоторых вариантах осуществления эффузионная пластина содержит множество охладительных отверстий 86. Охладительные отверстия 86 могут быть прямыми или наклонными. В одном из вариантов осуществления охладительные отверстия 86 расположены прямо. Как показано на Фиг.7А и 7В охладительные отверстия 86 на эффузионной пластине 74 могут иметь разную структуру.
Проходящая назад втулка 78 пластины содержит боковую стенку 79 и наружную кромку 82, которая в приведенном варианте осуществления образует эллиптическое отверстие (не показано). Кромка 82 соединяется с наружной кромкой 84 эффузионной пластины 74. Из-за наклона, или расположения под углом, инжекционного узла 72 относительно аппаратов 34 предварительного смешивания в некоторых вариантах осуществления отверстие втулки, отверстие 76 эффузионной пластины, кромка 76 отверстия, эффузионная пластина 74, отверстие 85 выступа и кромка 83 имеют слегка овальную или эллиптическую форму. В одном из вариантов осуществления инжекционный узел 72 расположен под углом примерно 26º относительно каждого выпуска 40 прохода аппаратов 34 предварительного смешивания. Выпускное отверстие 40 приблизительно перпендикулярно воздушному потоку.
Размер втулки 78 пластины обеспечивает ее размещение в первой цилиндрической втулке 60, расположенной позади втулки 78, и после размещения втулки 78 во втулке 60 происходит их соединение (Фиг.5А-5С). В одном из вариантов осуществления втулку 78 пластины прикрепляют к цилиндрической втулке 60 с помощью заклепок.
Кольцевая пластинчатая пружина 92 (Фиг.3, 4 и 5С) закреплена вокруг переднего участка втулки 60 и выполнена с возможностью зацепления с головкой 30 и/или корпусом 28. В одном из вариантов осуществления пружина 92 выполнена с возможностью зацепления с внутренней поверхностью корпуса 28 камеры сгорания при вставке головки 30 в задний конец корпуса 28.
На Фиг.4 показан пример варианта осуществления настоящего изобретения. Более конкретно, на Фиг.4 в увеличенном масштабе показан участок воспламенителя 124, который, по существу, аналогичен описанному выше воспламенителю 24. Топливно-воздушная смесь попадает в камеру 126 через инжекционный узел 72 и наклонную плоскость 190 (Фиг.4). В инжекционном узле 72 происходит последовательное изменение расстояния L для каждого аппарата 134 предварительного смешивания, что приводит к не совпадению фаз колебаний, такому, что колебания гасят друг друга, уменьшая динамические явления при сгорании. В каждом кольцевом выступе 80 расположен аппарат 134 предварительного смешивания. В некоторых вариантах осуществления передний участок каждого аппарата 134 предварительного смешивания не прикреплен к инжекционному узлу 72, что облегчает снятие каждого аппарата 134 для ремонта и/или замены без демонтажа остальных частей головки 130.
Воспламенитель 124 содержит множество аппаратов 134 предварительного смешивания, каждый из которых включает в себя центральные тела 146, каналы 152 и завихрители (не показаны). Выпуск 148 для впрыска топлива впрыскивает топливо в соответствующий аппарат 134, соединенный с инжекционным узлом 72. Каждый инжекционный узел 72 продолжается на расстояние, которое должна пройти топливно-воздушная смесь в каждом аппарате 134 (ΔL1 и ΔL2). Это расстояние измеряют от выпускного элемента 148, расположенного ниже по потоку, до наклонной плоскости 190, которая находится приблизительно там, где образуется фронт горения пламени 125.
Эффузионная пластина 74 и центральное тело 146 образуют тело необтекаемой формы, выполняющее функцию стабилизатора пламени 125. При использовании инжекционного узла 72 увеличение осевой протяженности канала 52 может повлиять на его способность к стабилизации пламени. Например, сгорание может происходить внутри кольцевого выступа 80. Поэтому в некоторых вариантах осуществления одно или более центральные тела 146 выполняют с удлинением 246 центрального тела. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления проход 136 выполнен с удлинением 150 прохода аппарата предварительного смешивания, что облегчает протекание топливно-воздушной смеси и препятствование утечке через головку.
Инжекционный узел 72 обеспечивает способ настройки (т.е. уменьшения коэффициента усиления) воспламенителей на различные эксплуатационные условия, чтобы не допускать избыточных колебаний давления. Настройку можно производить путем изменения углов наклона головки, меняя тем самым относительную длину акустической обратной связи для разных аппаратов предварительного смешивания. Угол Θ определяется как угол между осью 90 и наклонной плоскостью 190. Ось 90 (Фиг.3 и 4) перпендикулярна направлению потока топливно-воздушной смеси. В некоторых вариантах осуществления угол Θ меньше или равен 26°. В одном из вариантов осуществления угол Θ равен 26°.
В некоторых вариантах осуществления для облегчения настройки воспламенителя 124 или уменьшения зазора между свечами зажигания эффузионную пластину 74 (и инжекционный узел 72) поворачивают относительно центральной линии, проходящей через узел 14 камеры сгорания, по часовой или против часовой стрелки, если смотреть по потоку. В одном из вариантов осуществления величина данного поворота составляет приблизительно 28,5° против часовой стрелки.
Согласно настоящему изобретению обеспечивают также способ изготовления воспламенителя, подобного описанному выше воспламенителю 124, который выполнен с возможностью уменьшения динамики горения. Этот способ включает в себя соединения множества аппаратов предварительного смешивания с инжекционным узлом. Инжекционный узел содержит эффузионную пластину, втулку пластины и множество кольцевых выступов, причем каждый аппарат предварительного смешивания соединен с соответствующим кольцевым выступом. Аппараты предварительного смешивания, по существу, выполнены аналогично аппаратам 34 и 134, описанным выше.
Согласно изобретению также предусмотрен способ изготовления инжекционного узла, подобного инжекционному узлу 72, описанному выше. Способ включает в себя соединения кромки инжекционной втулки с эффузионной пластиной, имеющей отверстия. Кроме того, способ включает в себя соединение каждого отверстия эффузионной пластины с кольцевым выступом. Инжекционный узел выполнен с возможностью размещения его в узле головки.
Кроме того, согласно изобретению предусмотрен способ уменьшения динамики горения в камере сгорания. Камера сгорания представляет собой камеру сгорания с узлом головки у верхнего по потоку конца и выпуском у заднего по потоку конца, а также множество аппаратов предварительного смешивания. Способ включает в себя впрыскивание топлива через топливный инжектор, содержащий множество отверстий для впрыска топлива в каждый аппарат из множества аппаратов предварительного смешивания. Способ также включает в себя смешивание воздуха с топливом в каждом аппарате предварительного смешивания, в результате чего образуется топливно-воздушная смесь, которую затем выпускают в камеру сгорания, где сгорают смеси, полученные из каждого аппарата предварительного смешивания. Сгорание происходит в соответствующем участке пламени. Пламя выделяется на расстоянии (L) от отверстий для впрыска топлива соответствующего аппарата предварительного смешивания. Соответствующий участок пламени заставляет смесь колебаться волнами концентрации топлива, таким образом, что соответствующие волны находятся в противофазе, т.е. оказывают друг на друга разрушительное влияние.
Вышеописанные воспламенители, узлы и способы уменьшения динамики горения обеспечивают продление срока службы некоторых элементов воспламенителя и позволяют выполнять более надежные и дешевые конструкции элементов воспламенителя. Более конкретно, описанные здесь воспламенители и способы обеспечивают продление срока службы элементов газотурбинного двигателя.
Выше подробно описаны примеры вариантов осуществления способа, воспламенителя и инжекционного узла, способствующих уменьшению динамики горения. Варианты осуществления способа, воспламенителя и инжекционного узла не ограничены описанными в данной заявке, и этапы способа и/или элементы воспламенителя и инжекционного узла могут быть использованы независимо и отдельно от других этапов и/или элементов, описанных в данной заявке. Кроме того, описанные этапы способа и/или элементы воспламенителя также могут быть использованы в сочетании с другими способами и/или с другими элементами камеры сгорания, и их применение не ограничивается описанными здесь способом и воспламенителем.
Хотя описание изобретения было описано на примере различных, конкретных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что изобретение может быть выполнено с изменениями, в пределах сущности и объема формулы изобретения.
Перечень элементов
| 10 | Газотурбинный двигатель |
| 12 | Компрессор |
| 14 | Узел камеры сгорания |
| 16 | Камера сгорания |
| 17 | Турбина |
| 18 | Топливная форсунка |
| 19 | Ротор |
| 20 | Сжатый воздух |
| 22 | Топливо |
| 24 | Воспламенитель |
| 25 | Пламя |
| 26 | Камера сгорания |
| 28 | Корпус |
| 30 | Узел головки |
| 31 | Инжекционный узел |
| 32 | Выпуск |
| 34 | Аппарат предварительного смешивания |
| 36 | Проход |
| 38 | Впуск |
| 40 | Выпуск |
| 42 | Завихрители |
| 44 | Топливный инжектор |
| 46 | Центральное тело |
| 47 | Верхний по потоку конец |
| 48 | Выпуск для впрыска топлива |
| 49 | Отверстия для впрыска топлива |
| 50 | Задний по потоку конец |
| 52 | Канал |
| 60 | Цилиндрическая втулка |
| 62 | Охладительные отверстия |
| 68 | Кольцевая кромка |
| 70 | Отверстие |
| 72 | Инжекционный узел |
| 74 | Эффузионная пластина |
| 76 | Отверстие пластины |
| 77 | Кромка отверстия |
| 78 | Втулка пластины |
| 79 | Боковая стенка |
| 80 | Кольцевой выступ |
| 81 | Боковая стенка |
| 82 | Наружная кромка |
| 83 | Кромка |
| 84 | Наружная кромка |
| 85 | Переднее отверстие |
| 86 | Охладительные отверстия |
| 87 | Задняя кромка |
| 90 | Ось |
| 92 | Пластинчатая пружина |
| 124 | Воспламенитель |
| 125 | Пламя |
| 126 | Камера |
| 130 | Узел головки |
| 134 | Аппарат предварительного смешивания |
| 136 | Проход |
| 146 | Центральные тела |
| 148 | Выпуск для впрыска топлива |
| 150 | Удлинение прохода аппарата предварительного смешивания |
| 152 | Каналы |
| 190 | Наклонная плоскость |
| 246 | Удлинение центрального тела |
1. Инжекционный узел (31) для использования с узлом (14) камеры сгорания, содержащий эффузионную пластину (74) с множеством отверстий (76); втулку (78), содержащую боковую стенку (79) с передней кромкой, причем передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через узел камеры сгорания; и множество кольцевых выступов (80), каждый из которых соединен с одним из множества отверстий пластины, причем каждый кольцевой выступ проходит назад во втулку пластины.
2. Узел по п.1, в котором передняя кромка образует отверстие в указанной втулке (78), причем отверстие втулки, по существу, имеет эллиптическую форму.
3. Узел по п.1, в котором, по меньшей мере, один из множества кольцевых выступов (80) выполнен с возможностью размещения аппарата (34) предварительного смешивания воспламенителя.
4. Узел по п.1, в котором эффузионная пластина (74) дополнительно содержит множество охладительных отверстий (62).
5. Узел по п.1, в котором, по меньшей мере, один из множества кольцевых выступов (80) выполнен с пазами.
6. Узел по п.2, в котором эффузионная пластина (74), по существу, имеет эллиптическую форму.
7. Узел по п.1, в котором инжекционный узел (31) выполнен с возможностью вращения относительно центральной линии, проходящей через узел (14) камеры сгорания.
8. Узел (14) камеры сгорания, содержащий: множество аппаратов (34) предварительного смешивания; и узел (30) головки, содержащий инжекционный узел (31), причем инжекционный узел содержит: эффузионную пластину (74), содержащую множество отверстий (76); втулку (78), содержащую боковую стенку (79) с передней кромкой, причем передняя кромка соединена с эффузионной пластиной таким образом, что эффузионная пластина ориентирована под наклоном относительно центральной линии, проходящей через узел камеры сгорания; и множество кольцевых выступов (80), каждый из которых соединен с одним из множества отверстий пластины, причем каждый кольцевой выступ проходит назад во втулку пластины, при этом каждый из выступов сообщается по потоку с одним из множества аппаратов предварительного смешивания.
9. Узел (14) камеры сгорания по п.8, в котором передняя кромка образует отверстие в указанной втулке (78), причем отверстие втулки, по существу, имеет эллиптическую форму.
10. Узел (14) камеры сгорания по п.8, в котором узел (30) головки содействует уменьшению динамики горения в узле камеры сгорания.
