Компоновка горелки



Компоновка горелки
Компоновка горелки
Компоновка горелки
Компоновка горелки
Компоновка горелки
Компоновка горелки
Компоновка горелки
F23R2900/03043 - Получение продуктов сгорания высокого давления или высокой скорости, например камеры сгорания газовых турбин (химические реакции при производстве газа C06D 5/00; газотурбинные двигательные установки, характеризующиеся устройством камеры сгорания в установке F02C 3/14; устройство дожигательных камер в реактивных двигательных установках F02K 3/10; камеры сгорания ракетных двигательных установок F02K 9/00; использование таких продуктов по определенному назначению, см. соответствующие подклассы)

Владельцы патента RU 2656177:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к области энергетики. Предлагается компоновка (1) горелки с камерой (2) горения, с множеством впадающих в камеру (2) горения смесительных каналов (3), в которых смешиваются поступающий при эксплуатации согласно предписанию топочный воздух (4) и поступающее топливо (5), причем смесительные каналы (3) образованы смесительными трубками (6), проходящими в осевом направлении через кольцевую полость (7), определенную между трубчатой внешней стенкой (8), расположенной радиально на некотором расстоянии от внешней стенки трубчатой внутренней стенкой (9), расположенной вверх по потоку кольцеобразной торцевой пластиной (10) и расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластиной (11), причем торцевые пластины (10, 11) снабжены сквозными отверстиями (12), вмещающими смесительные трубки (6) и/или продолжающими их и имеющими продолжающийся как радиально внутри, так и радиально снаружи в направлении кольцевой полости (7) огибающий край (13, 14), причем в расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластине (11) в крае (13, 14) предусмотрены осевые сверления (15), проходящие, по существу, параллельно к перпендикуляру торцевой пластины (11) от кольцевой полости (7) в торцевую пластину (11), и имеется по меньшей мере одно ответвляющееся от осевого сверления (15) отверстие (16) для отвода охлаждающего воздуха (17). Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность горелки. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к компоновке горелки, в частности, для газотурбинной установки.

В ходе усовершенствования газовых турбин для достижения увеличенной мощности и более высокого коэффициента полезного действия на входе турбин имеют место все более высокие температуры. Для этого, в частности, необходимо изготавливать соответствующие горелки.

Эти горелки должны также удовлетворять более высоким требованиям, в отношении их изготовления и обслуживания, а поэтому, кроме всего прочего, высокие требования предъявляются также к их сроку службы. В частности, подверженные высоким температурам или перепадам температур такие компоненты, как, например, обращенная камере горения торцевая пластина горелки, при эксплуатации получают большие локальные напряжения, приводящие, в частности, к откалыванию керамических покрытий, а вследствие этого к раннему отказу конструктивного элемента.

Задача изобретения состоит в создании такого вышеуказанного устройства, в котором даже при более высоких требованиях относительно температуры и перепада температур обеспечивается большой срок службы конструктивного элемента.

Изобретение решает эту задачу, предусматривая компоновку горелки с камерой горения, с множеством впадающих в камеру горения смесительных каналов, в которых смешиваются поступающий при эксплуатации согласно предписанию топочный воздух и поступающее топливо, причем смесительные каналы образованы смесительными трубками, проходящими в осевом направлении через кольцевую полость, определенную между трубчатой внешней стенкой, расположенной радиально на некотором расстоянии от внешней стенки трубчатой внутренней стенкой, расположенной вверх по потоку кольцеобразной торцевой пластиной и расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластиной, причем торцевые пластины снабжены сквозными отверстиями, вмещающими смесительные трубки и/или продолжающими их и имеющими продолжающийся как радиально внутри, так и радиально снаружи в направлении кольцевой полости огибающий край, в расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластине в крае предусмотрены осевые сверления, проходящие, по существу, параллельно к перпендикуляру торцевой пластины от кольцевой полости в торцевую пластину, и предусмотрено по меньшей мере одно ответвляющееся от осевого сверления отверстие для отвода охлаждающего воздуха.

Это позволяет транспортировать простым способом охлаждающий воздух в термически нагруженные участки горелки для уменьшения в них температуры при эксплуатации или обеспечивать более гомогенное распределение температуры. Данное мероприятие уменьшает вызванные влиянием температуры напряжения в материале и удлиняет срок службы конструктивного элемента.

В предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере одно отверстие впадает в камеру или карман для охлаждающего воздуха, открытый в кольцевую полость. Благодаря этим камерам или карманам для охлаждающего воздуха уменьшается скопление материала в близком к камере горения участке. Кроме того, получается более гомогенное распределение температуры. Вследствие этого можно в значительной степени уменьшать вызванные влиянием температуры напряжения.

Целесообразно, если несколько сверлений впадают в камеру или в карман охлаждающего воздуха. Это максимизирует эффект охлаждения в камере или кармане охлаждающего воздуха.

Обычно самым большим тепловым нагрузкам торцевой пластины подвержены ее радиально внешний и ее радиально внутренний края. Поэтому предпочтительно, если сверления расположены в этих участках.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения отверстие впадает в продолговатое углубление, проходящее из камеры горения вверх по потоку в крае торцевой пластины. Выполнение разгрузочных прорезей в термически нагруженных участках делает этот компонент более гибким в наиболее нагруженных местах, а вследствие этого он может лучше реагировать на тепловые расширения без значительного увеличения величин напряжения.

Поэтому особенно предпочтительно, если углубление расположено радиально внутри во внутреннем крае, так как в нем самые большие величины напряжения конструктивного элемента. Продувание воздухом из сверлений служит для предотвращения мертвых зон в углублении, в которых останавливается горячий воздух.

Кроме того, для уплотнения торцевой пластины относительно камеры горения целесообразно, если длина углубления меньше высоты края.

Кроме того, принимая во внимание, что с помощью этих мероприятий в материале должны уменьшаться напряжения, целесообразно, если дно углубления имеет профиль поперечного сечения из большого количества кружков, овалов, эллипсов, так чтобы исключать такие источники для увеличенных напряжений материала, как, например, кромки.

Предпочтительно, если отверстия двух сверлений впадают в углубление так, что расположенные напротив стороны углубления могут охлаждаться ударным охлаждением.

Наконец, предпочтительно, если в углублении в направлении кольцевой полости расположены другие отверстия. Другие отверстия могут использоваться в качестве отверстий резонатора. Эти дополнительные резонаторы могут уменьшить количество уже имеющихся резонаторных сверлений в торцевой пластине со стороны горелки, вследствие чего увеличивается расстояние между резонаторными сверлениями и таким образом между ними уменьшаются напряжения.

Изготовление таких торцевых пластин возможно осуществлять с помощью электрохимического снятия (ECM), электроискровой обработки (EDM) и селективного лазерного плавления (SLM).

Взятые в отдельности или в комбинации названные варианты выполнения изобретения приводят к сокращению максимальных величин напряжений, а вследствие этого к увеличенному сроку службы торцевой пластины. При охлаждении холодным воздухом в местах, подверженных высокой температурной нагрузке, торцевая пластина прогревается более равномерно при переходных режимах, а также при постоянной эксплуатации происходит более равномерное распределение температуры. Это приводит при одинаковых температурных условиях к меньшим температурным нагрузкам. Благодаря этим вариантам обеспечивается существенное удлинение срока службы торцевой пластины при одинаковых тепловых граничных условиях. Это увеличивает диапазон регулирования при эксплуатации и является более экономичной альтернативой также и в отношении материалов и покрытия.

Далее приводится более подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи. На них схематически и не в масштабе показаны:

фиг. 1 - схематичный вид в разрезе компоновки горелки;

фиг. 2 - торцевая пластина с осевыми сверлениями в крае;

фиг. 3 - детальный вид торцевой пластины;

фиг. 4 - другой детальный вид торцевой пластины;

фиг. 5 - вид в разрезе сверлений в торцевой пластине;

фиг. 6 - торцевая пластина с продолговатыми углублениями;

фиг. 7 - изображение внутренних структур торцевой пластины;

фиг. 8 - вид в разрезе продолговатого углубления и

фиг. 9 - вид вдоль оси углубления.

На чертежах показана компоновка 1 горелки согласно варианту выполнения данного изобретения или ее компоненты. Компоновка 1 горелки, представленная на фиг. 1, содержит камеру 2 горения, центрально расположенную пилотную горелку 23, компоновку 24 смесительных трубок с множеством смесительных трубок 6, образующих смесительные каналы 3, впадающие в камеру 2 горения, множество топливных форсунок 25, выступающих до подходящего положения в смесительные трубки 6, и монтажную пластину 26, вмещающую компоновку 24 смесительных трубок и служащую для фиксации компоновки 1 горелки в не изображенном подробно корпусе машины.

Компоновка 24 смесительных трубок содержит трубчатую внешнюю стенку 8, расположенную радиально на некотором расстоянии от внешней стенки 8 трубчатую внутреннюю стенку 9, расположенную вверх по потоку кольцеобразную торцевую пластину 10 и расположенную вниз по потоку торцевую пластину 11, которые определяют кольцевую полость 7, через которую в осевом направлении проходят смесительные трубки 6. Торцевая пластина 11 имеет проходящий как радиально внутри, так и радиально снаружи в направлении кольцевой полости 7 огибающий край 13, 14. Кроме того, компоновка 24 смесительных трубок содержит кольцеобразную разделительную пластину 27.

Расположенная вверх по потоку торцевая пластина 10 содержит множество сквозных отверстий 12, вмещающих и/или продолжающих смесительные трубки 6. Сквозные отверстия 12 определяют предпочтительно две окружности центра отверстия отличающимися друг от друга различными диаметрами окружности центров отверстий, причем сквозные отверстия 12 первой окружности центра отверстия и сквозные отверстия 12 второй окружности центра отверстия расположены со смещением относительно друг друга в радиальном направлении. Кроме того, торцевая пластина 10 имеет множество не показанных на фиг. 1 вентиляционных каналов, проходящих в осевом направлении и распределенных по кольцевой поверхности торцевой пластины 10.

Разделительная пластина 27 снабжена аналогично торцевой пластине 10 сквозными отверстиями 28, располагающимися на одной прямой в осевом направлении со сквозными отверстиями 12 торцевой пластины 10. Кроме того, разделительная пластина 27 снабжена множеством каналов 29 продувочного воздуха, распределенных по кольцевой поверхности разделительной пластины 27.

Расположенная вниз по потоку торцевая пластина 11 содержит аналогично торцевой пластине 10 и разделительной пластине 27 сквозные отверстия 12, располагающиеся на одной прямой со сквозными отверстиями 12 торцевой пластины 10 и сквозными отверстиями 28 разделительной пластины 27. Кроме того, в торцевой пластине 11 выполнены проходящие по оси вентиляционные каналы 30, соединяющие гидравлически кольцевую полость 7 с камерой горения 2.

При эксплуатации топливо 5 и топочный воздух 4 протекают через струйные сопла, т.е. смесительные трубки 6, и входят в виде смеси воздуха и топлива в камеру 2 горения.

На фиг. 2 показана расположенная вниз по потоку кольцеобразная торцевая пластина 11 со сквозными отверстиями 12 и осевыми сверлениями 15 в крае 13, 14 как радиально внутри, так и радиально снаружи. Сверления 15 проходят, по существу, параллельно к перпендикуляру торцевой пластины 11 от кольцевой полости 7 внутрь торцевой пластины 11.

На фиг. 3 можно увидеть, что предусмотрено по меньшей мере одно ответвляющееся от осевого сверления 15 отверстие 16 для отвода охлаждающего воздуха 17.

На фиг. 4 показаны несколько сверлений 15, впадающих в камеру 18. На фиг. 5 они еще раз показаны, только под другим углом и в разрезе. Камеры 18 или также карманы охлаждающего воздуха могут состоять из комбинации сверлений и вырезов или изготавливаться с помощью других способов. В частности, размещение в местах с высокой температурой во внутренней и внешней частях цилиндровой поверхности торцевой пластины приводит к лучшему распределению температуры, а вследствие этого, - к меньшим напряжениям, вызванным влиянием температуры.

На фиг. 6 показан вариант выполнения изобретения с продолговатыми углублениями 19, продолжающимися от камеры 2 горения вверх по потоку в крае 13 торцевой пластины 11. Углубления расположены радиально внутри во внутреннем крае 13. Их длина меньше, чем высота края 13.

На фиг. 7 показаны структуры внутри края 13 торцевой пластины 11. В примере выполнения каждое углубление 19 имеет по два сверления 15. Сверления 15 имеют отверстия 16 для отвода охлаждающего воздуха 17. Этот охлаждающий воздух 17 протекает по каналам 31 к углублению 19. Отверстия 16 или каналы 31 расположены так, что находящиеся напротив стороны 21 углубления 19 могут охлаждаться ударным охлаждением. На фиг. 7 также показано, что дно 20 углубления 19 имеет профиль поперечного сечения из большого количества кружков, овалов и эллипсов. Кроме того, на фиг. 7 можно видеть, что в углублении 19 расположены другие отверстия 22 в направлении кольцевой полости 7.

На фиг. 8 показан вид в разрезе углубления 19 этого же примера выполнения. На ней можно увидеть круглое дно 20 углубления 19, а также каналы 31, приходящие из отверстий 16 сверлений 15 и впадающие в углубление 19, а также другие исходящие из углубления 19 отверстия 22, впадающие из углублений 19 в кольцевую полость 7.

На фиг. 9 показан вид со стороны камеры горения на край 13 в углубление вдоль его продольной оси. Видны выпуски каналов 31.

Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано посредством предпочтительного примера выполнения, оно не ограничено опубликованными примерами выполнения, а специалист может извлечь из него другие варианты, не выходя за рамки объема правовой охраны изобретения.


1. Компоновка (1) горелки с камерой (2) горения, с множеством впадающих в камеру (2) горения смесительных каналов (3), в которых смешиваются поступающий при эксплуатации согласно предписанию топочный воздух (4) и поступающее топливо (5), причем смесительные каналы (3) образованы смесительными трубками (6), проходящими в осевом направлении через кольцевую полость (7), определенную между трубчатой внешней стенкой (8), расположенной радиально на некотором расстоянии от внешней стенки трубчатой внутренней стенкой (9), расположенной вверх по потоку кольцеобразной торцевой пластиной (10) и расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластиной (11), причем торцевые пластины (10, 11) снабжены сквозными отверстиями (12), вмещающими смесительные трубки (6) и/или продолжающими их и имеющими продолжающийся как радиально внутри, так и радиально снаружи в направлении кольцевой полости (7) огибающий край (13, 14), отличающаяся тем, что в расположенной вниз по потоку кольцеобразной торцевой пластине (11) в крае (13, 14) имеются осевые сверления (15), проходящие, по существу, параллельно к перпендикуляру торцевой пластины (11) от кольцевой полости (7) - в торцевую пластину (11), причем имеется по меньшей мере одно ответвляющееся от осевого сверления (15) отверстие (16) для отвода охлаждающего воздуха (17).

2. Компоновка (1) горелки по п. 1, причем по меньшей мере одно отверстие (16) впадает в камеру (18), открытую в кольцевую полость (7).

3. Компоновка (1) горелки по п. 2, причем несколько сверлений (15) впадают в камеру (18).

4. Компоновка (1) горелки по любому из предыдущих пунктов, причем сверления (15) расположены как в радиально внешнем, так и в радиально внутреннем крае 13, 14 торцевой пластины (11).

5. Компоновка (1) горелки по п. 1, причем отверстие (15) впадает в продолговатое углубление (19), проходящее из камеры горения (2) вверх по потоку в крае (13) торцевой пластины (11).

6. Компоновка (1) горелки по п. 5, причем углубление (19) расположено радиально внутри во внутреннем крае (13).

7. Компоновка (1) горелки по п. 5 или 6, причем длина углубления (19) меньше высоты края (13).

8. Компоновка (1) горелки по любому из пп. 5-7, причем дно (20) углубления (19) имеет профиль поперечного сечения из большого количества кружков, овалов, эллипсов.

9. Компоновка (1) горелки по любому из пп. 5-8, причем отверстия (16) двух сверлений (15) впадают в углубление (19) так, что расположенные напротив стороны (21) углубления (19) могут охлаждаться ударным охлаждением.

10. Компоновка (1) горелки по любому из пп. 5-9, причем в углублении (19) в направлении кольцевой полости (7) расположены другие отверстия (22).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбинному двигателю и, в частности, к системе для повышения эксплуатационной пригодности топливной форсунки. Топливная форсунка содержит центральный корпус, выполненный с возможностью приема первой части воздуха и доставки этого воздуха в зону горения.

Изобретение относится к системе сгорания и способу прогнозирования концентрации загрязняющих веществ системы сгорания для газотурбинного двигателя. Задачей изобретения является обеспечение более надежной прогнозирующей системы контроля выбросов.

Ленточная уплотнительная конструкция для уплотнения первой передней панели блока горелок со второй передней панелью прилегающего блока горелок газовой турбины содержит уплотнительную пластину с каналами, а также контейнеры, присоединенные к задней стороне уплотнительной пластины.

Изобретение относится к способу уплотнения анодных красок посредством пескоструйной обработки. Направляют две струи абразивного материала в сторону детали, покрытой упомянутой краской.

Изобретение относится к энергетике. Элемент (14) теплозащитного экрана, в частности, для облицовки стенки камеры сгорания, включающий в себя первую стенку (17) с горячей стороной (18), на которую может подаваться горячая среда, с противолежащей горячей стороне (18) холодной стороной (19) и с круговой кромкой (24), которая проходит по первой боковой стороне (20), второй боковой стороне (21) и третьей боковой стороне (22) первой стенки (17) за пределы холодной стороны (19), в основном, до первой высоты (25), причем круговая кромка (24) на четвертой боковой стороне (23) проходит до второй высоты (26), которая меньше первой высоты (25) и, что, в основном, на второй высоте (26) вторая стенка (27) противолежит холодной стороне (19) и проходит по ширине четвертой боковой стороны (23) от четвертой боковой стороны (23) через часть длины смежных с четвертой боковой стороной (23) боковых сторон (20, 22), причем вторая стенка (27) на своем обращенном от четвертой боковой стороны (23) конце (28) имеет кромку (29), которая проходит до первой высоты (25).

Изобретение относится к керамической плитке для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин. Керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, содержит слой основания, изготовленный из керамического материала, например глинозема или глинозема-муллита, и покрытие, наносимое, по меньшей мере, на одну сторону слоя основания; покрытие представляет собой многослойное керамическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один внешний слой, изготовленный из глинозема или керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой, расположенный между внешним слоем и слоем основания и изготовленный из керамического материала, содержащегося муллит и предпочтительно муллит или глинозем-муллит.

Изобретение относится к энергетике. Корпус камеры сгорания, образованный внешним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью и внутренним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью, причем внешний кожух камеры сгорания и внутренний кожух камеры сгорания содержат каждый по одному открытому к торцевой стороне, сплошному, проходящему по окружности пазу, обращенному в сторону внутренней полости кожуха, причем в пазах предусмотрена установка сменной прокладки из двух частей, причем указанная прокладка соединена с внешним кожухом камеры сгорания и внутренним кожухом камеры сгорания с возможностью разъединения.

Элемент теплозащитного экрана камеры сгорания газотурбинного двигателя (14) с боковой стенкой (16), имеющей углубление (4) с ориентированным в направлении несущей конструкции (17) пропускным отверстием (30).

Способ диагностирования склонности камеры сгорания к гудению в рабочем состоянии, включающий следующие этапы: эксплуатацию камеры сгорания в рабочем состоянии; регистрацию термоакустической величины газового объема камеры сгорания и/или величины колебаний конструкции камеры сгорания в рабочем состоянии и определение параметрической величины по термоакустической величине и/или по величине колебаний; определение спектра параметрической величины в рабочем состоянии в виде ее амплитудной характеристики в зависимости от времени; идентификацию первого и второго резонансов параметрической величины с помощью спектра; определение амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; расчет параметра стабильности в качестве функции амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; определение нижнего и/или верхнего значения расстояния, на которое параметр стабильности лежит выше нижнего заданного порогового и/или ниже верхнего заданного порогового значения.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания газовой турбины, у которой предусмотрены вставка для горелки, которая имеет стенку с холодной и горячей сторонами и край, ограничивающий стенку вставки для горелки.

Изобретение относится главным образом к системе впрыска топливовоздушной смеси в днище кольцевой камеры сгорания турбомашины, которая включает по меньшей мере два топливных форсуночных устройства, одно из которых - центральная форсунка (26) и второе - кольцевая периферическая форсунка (43), расположенная вокруг указанной центральной форсунки (26), и внутренний кольцевой канал (71) воздухозаборника, в который заходит центральная форсунка (26), чтобы обеспечить смешение топлива, поступающего из центральной форсунки (26), и воздуха, принятого во внутреннем кольцевом канале (71), и по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30) воздухозаборника, который позволяет обогащать воздухом эту смесь и стабилизировать зону горения предварительного впрыска.

Изобретение относится к турбинному двигателю и, в частности, к системе для повышения эксплуатационной пригодности топливной форсунки. Топливная форсунка содержит центральный корпус, выполненный с возможностью приема первой части воздуха и доставки этого воздуха в зону горения.

Вторичное устройство сгорания предназначено для введения топливно-воздушной смеси в поток газов сгорания в камере сгорания газотурбинного двигателя и содержит кольцевой распределитель и инжекторы, проходящие от кольцевого распределителя в поток газов сгорания.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в газотурбинных двигателях типа стационарной и транспортной энергетики.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания для газовой турбины, которая содержит переднюю панель, продолговатый рукав с первым концом и вторым концом и горелку, установленную в рукаве.

Изобретение относится к пусковой форсунке для камеры сгорания турбинного двигателя. Пусковая форсунка содержит контур впрыска топлива, контур зажигания топлива, включающий в себя топливную форсунку, питаемую посредством контура впрыска топлива, а также свечу зажигания для зажигания впрыснутого топлива.

Изобретение относится к энергетике. Предложен трубный узел, который содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой.

Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для газотурбинного двигателя включает в себя следующие шаги - обеспечивают камеру сгорания, содержащую наружную оболочку, внутреннюю оболочку и перфорированную переднюю стенку, топливные форсунки.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно к конструкциям основных камер сгорания. Система топливопитания камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевой топливный коллектор, установленный вокруг внешней стороны корпуса камеры сгорания, и множество кронштейнов крепления кольцевого коллектора.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор. Кольцевой коллектор, к которому присоединен топливопровод, установлен в передней полости на форсуночной плите.

Кольцевой обтекатель имеет внутреннюю сторону, закрывающую заднюю торцевую стенку кольцевой камеры сгорания турбомашины, оснащенной центробежным компрессором, и внешнюю сторону, расположенную напротив внутренней стороны.
Наверх