Завихритель, горелка и система сгорания для газотурбинного двигателя
Изобретение относится к завихрителю, предназначенному для использования в системе сгорания газотурбинного двигателя (10), содержащему множество простирающихся в основном радиально внутрь каналов, циклически разнесенных по окружности в шахматном порядке, причем каждый канал имеет радиально внешний входной конец, радиально внутренний выходной конец, первую и вторую простирающиеся в основном радиально внутрь боковые поверхности, а также поверхность основания и верхнюю поверхность. Так, во время эксплуатации завихрителя топливо и воздух движутся по каналам от их входных концов к их выходном концам таким образом, что создают рядом с выходными концами завихряющуюся топливовоздушную смесь, при этом по меньшей мере одна поверхность по меньшей мере одного канала содержит по меньшей мере одно отверстие для впрыска газообразного топлива. Также поверхность завихрителя, имеющая отверстие для впрыска газообразного топлива, содержит по меньшей мере одно глухое отверстие, радиально окружающее отверстие для впрыска газообразного топлива, и при этом отверстие для впрыска газообразного топлива расположено в основании глухого отверстия. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к завихрителю для использования в системе сгорания газотурбинного двигателя, содержащему множество простирающихся в основном радиально внутрь каналов, циклически разнесенных по окружности в шахматном порядке, причем каждый канал имеет радиально внешний входной конец, радиально внутренний выходной конец, первую и вторую простирающиеся в основном радиально внутрь боковые поверхности, а также поверхность основания и верхнюю поверхность, причем во время эксплуатации завихрителя топливо и воздух движутся по каналам от их входных концов к их выходном концам таким образом, что создают рядом с выходными концами завихряющуюся топливовоздушную смесь, при этом, по меньшей мере, одна поверхность содержит, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска газообразного топлива.
Кроме того, изобретение относится к горелке для газотурбинного двигателя.
Помимо этого, изобретение относится к системе сгорания для газотурбинного двигателя.
Газотурбинный двигатель содержит канал подачи окружающего воздуха, компрессор, систему сгорания, детандер, т.е. турбину, и канал выхлопных газов.
Желательно снижать загрязняющие выбросы, в частности - выбросы оксида азота (NOx), оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (НУВ), дыма и частиц, из газотурбинных двигателей.
Один путь снижения загрязняющих выбросов заключается в том, чтобы снабдить горелку в системе сгорания газотурбинного двигателя завихрителем. Завихритель располагают в канале, по которому сжатый воздух подается в камеру сгорания системы сгорания через горелку. Завихритель соединяют с устройством для подачи газообразного топлива. Завихритель придает подаваемому воздуху тангенциальное направление, поворачивая поток, т.е., обеспечивая завихряющийся поток воздуха в камеру сгорания. В то же самое время, газообразное топливо вводят в воздух по внутренним каналам для газообразного топлива, расположенным в завихрителе. Завихряющуюся смесь воздуха и газообразного топлива подают в камеру сгорания системы сгорания. Завихрение смеси воздуха и газообразного топлива приводит к высокооднородной смеси воздуха и газообразного топлива в виде бедной рабочей смеси. Такие бедные рабочие смеси горят при более низких температурах сгорания, чем богатые рабочие смеси. В частности, сниженные температуры сгорания приводят к сниженным выбросам оксида азота.
В документе EP 1867925 A1 раскрыта горелка, в частности, горелка газовой турбины, содержащая по меньшей мере, один завихритель. Завихритель имеет, по меньшей мере, одно воздуховходное отверстие, по меньшей мере, одно воздухоотводящее отверстие для воздуха, расположенное ниже по течению от воздуховходного отверстия и, по меньшей мере, один канал для воздуха в завихрителе, простирающийся от упомянутого, по меньшей мере, одного воздуховходного отверстия до упомянутого, по меньшей мере, одного выпускного отверстия для воздуха, которые ограничены каналом для воздуха в стенках завихрителя. Стенки воздушных каналов содержат находящие ниже по течению участки стенок, примыкающие к упомянутому, по меньшей мере, одному воздухоотводящему отверстию; и имеется система для впрыска топлива, которая содержит отверстия для впрыска топлива, расположенные, по меньшей мере, в одном канале для воздуха в стенке завихрителя, предназначенные для впрыска топлива в канал для воздуха в завихрителе; при этом, по меньшей мере, находящийся ниже по течению участок стенки одного воздушного канала является рифленым.
В документе US2010/011770 A1 раскрыта предварительная камера для системы сгорания газовой турбины, включающая в себя осевой завихритель, включающий в себя множество поворотных лопаток, которые придают скорость завихрения осевому потоку воздуха через предварительной камеру, и, по меньшей мере, один участок инжекции топлива, позволяющий смешивать топливо с потоком воздуха в предварительной камере. Участок инжекции топлива оканчивается в воронкообразном отверстии. Воронкообразное отверстие увеличивает эффективность смешивания и увеличивает сопротивление возникновению обратных вспышек/стабилизации пламени.
В документе US2012/0111015 A1 раскрыта система сгорания, имеющая горелку типа радиального завихрителя, в которой топливовоздушную смесь вовлекают в вихрь посредством завихрителя перед ее сгоранием в главной камере сгорания. Радиальный завихритель содержит кольцевой ряд лопаток, которые образуют между собой каналы для воздуха. Каналы для воздуха располагаются, простираясь, в основном, радиально внутрь для создания вихря. В этих каналах топливо смешивается с воздухом.
Задачей изобретения является дальнейшее снижение загрязняющих выбросов, в частности, выбросов оксида азота, связанных с эксплуатацией газотурбинных двигателей.
Эта задача решается посредством независимых пунктов формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, которые - либо по отдельности, либо в любой комбинации друг с другом, - можно отнести к некоторому аспекту изобретения.
Завихритель в соответствии с изобретением, предназначенный для использования в системе сгорания газотурбинного двигателя, содержит множество простирающихся в основном радиально внутрь каналов, циклически разнесенных по окружности в шахматном порядке, причем каждый канал имеет радиально внешний входной конец, радиально внутренний выходной конец, первую и вторую простирающиеся в основном радиально внутрь боковые поверхности, а также поверхность основания и верхнюю поверхность, причем во время эксплуатации завихрителя топливо и воздух движутся по каналам от их входных концов к их выходном концам таким образом, что создают рядом с выходными концами завихряющуюся топливовоздушную смесь, при этом, по меньшей мере, одна поверхность содержит, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска газообразного топлива. При этом упомянутая поверхность, имеющая отверстие для впрыска газообразного топлива, содержит, по меньшей мере, одно глухое отверстие, радиально окружающее отверстие для впрыска газообразного топлива, и при этом отверстие для впрыска газообразного топлива расположено в основании глухого отверстия.
В соответствии с изобретением, отверстие для впрыска газообразного топлива не располагается, как обычно известные, непосредственно на поверхности канала, а находится в глухом отверстии, поверхность которого ограничивает полость в поверхности канала. За счет этого, в полости, т.е., в глухом отверстии создается область низкой скорости, приводящая к уменьшению количества движения струи газообразного топлива, покидающей отверстие для впрыска газообразного топлива. Тем самым, поперечный поток воздуха, поступающий внутрь полости, будет смешиваться с локальной рециркуляцией в полости, интенсифицируя смешивание воздуха и газообразного топлива. Это интенсифицированное или адаптированное смешивание сопровождается меньшими загрязняющими выбросами. Кроме того, интенсифицированное или адаптированное смешивание приводит к сокращению количества точек перегрева, дополнительно снижая загрязняющие выбросы.
В частности, скорость поперечного потока сжатого воздуха, текущего по поверхности канала, содержащей глухое отверстие, уменьшает количество движения потока газообразного топлива, покидающего отверстие для впрыска газообразного топлива, за счет рециркуляции воздуха с низким давлением внутри глухого отверстия. Посредством этого, происходит улучшение аэродинамики смешивания газообразного топлива и воздуха.
В отличие от этого, известные завихрители содержат каналы с отверстиями для впрыска газообразного топлива, непосредственно расположенными, например, на боковой поверхности, которая ограничена плоскостью боковой поверхности лопатки завихрителя, не имеющей предлагаемого глухого отверстия.
Это приводит к менее эффективному и/или управляемому смешиванию газообразного топлива и воздуха, потому что потоки газообразного топлива, поступающие из отверстий для впрыска газообразного топлива, движутся к области расширения камер сгорания системы сгорания, не подвергаясь эффективному воздействию смешивания.
Предлагаемый завихритель может иметь один или несколько каналов, выполненных в соответствии с изобретением. В частности, все каналы завихрителя можно выполнить соответственными. Поперечное сечение, по меньшей мере, одного канала может быть прямоугольным, квадратным, круглым, эллиптическим или аналогичным.
Поверхность упомянутого, по меньшей мере, одного канала завихрителя в соответствии с изобретением может иметь два или более отверстий для впрыска газообразного топлива. Каждое отверстие для впрыска газообразного топлива сообщается, по меньшей мере, с одним имеющимся в завихрителе внутренним каналом для подачи газа. По меньшей мере, одна поверхность может быть плоской, наклонной, имеющей огранку, криволинейной или аналогичной.
Глухое отверстие можно оптимизировать по его характеристикам смешивания. Например, размеры глухого отверстия, такие как его глубина, диаметр или аналогичный параметр, можно адаптировать к конкретному приложению завихрителя, чтобы оптимизировать присущие завихрителю характеристики смешивания.
Глухое отверстие предпочтительно является прямоугольным, овальным, эллиптическим или круглым. Для повышения характеристик смешивания, присущих отверстию, возможны также другие формы глухого отверстия.
По меньшей мере, одна поверхность предпочтительно содержит, по меньшей мере, два отверстия для впрыска газообразного топлива и, по меньшей мере, одно глухое отверстие, причем глухое отверстие радиально окружает оба отверстия для впрыска газообразного топлива, при этом отверстия для впрыска газообразного топлива расположены в основании глухого отверстия. В соответствии с этим, все отверстия для впрыска газообразного топлива могут быть объединены в общее единственное глухое отверстие этой поверхности.
При этом, по меньшей мере, одна поверхность предпочтительно содержит, по меньшей мере, два отверстия для впрыска газообразного топлива и, по меньшей мере, два глухих отверстия, причем каждое отверстие для впрыска газообразного топлива радиально окружено своим собственным глухим отверстием, и расположено в основании этого глухого отверстия. В соответствии с этим вариантом осуществления, на одной единственной поверхности канала завихрителя расположено более одного глухого отверстия, при этом каждое глухое отверстие окружает, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска газообразного топлива.
Поверхность, имеющая упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска газообразного топлива и упомянутое, по меньшей мере, одно глухое отверстие предпочтительно является боковой поверхностью. Боковая поверхность может быть ограничена боковой поверхностью лопатки завихрителя.
Поверхность, имеющая упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие для впрыска газообразного топлива и упомянутое, по меньшей мере, одно глухое отверстие предпочтительно является поверхностью основания.
Горелка в соответствии с изобретением, предназначенная для газотурбинного двигателя, содержит, по меньшей мере, один завихритель, соответствуюший любому из предыдущих вариантов осуществления или какой-либо их комбинации. Вышеупомянутые преимущества, связанные с завихрителем, соответственно связаны и с предлагаемой горелкой.
Система сгорания в соответствии с изобретением, предназначенная для газотурбинного двигателя, содержит, по меньшей мере, одну горелку в соответствии с изобретением. Вышеупомянутые преимущества, связанные с завихрителем, соответственно связаны и с предлагаемой системой сгорания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые атрибуты и другие признаки и преимущества этого изобретения и метод их достижения станут яснее, а само изобретение - понятнее, при обращении к нижеследующему описанию вариантов осуществления изобретения, приводимому в связи с прилагаемыми чертежами, при этом:
на фиг.1 показана часть турбинного двигателя в сечении;
на фиг.2 показано продольное сечение через систему сгорания турбинного двигателя;
на фиг.3 показано перспективное изображение предлагаемого завихрителя системы сгорания;
на фиг.4 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно варианту осуществления предлагаемого завихрителя;
на фиг.5 показано сечение завихрителя, показанного на фиг.4,
на фиг.6 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя;
на фиг.7 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя; и
на фиг.8 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя.
ОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 представлено схематическое изображение общей компоновки газотурбинного двигателя 10, имеющего вход 12, компрессор 14, систему 16 сгорания, систему 18 турбин, выхлопной канал 20 и двухвальный агрегат 22, 24. Газотурбинный двигатель 10 в целом скомпонован вокруг оси 26 которая для вращающихся компонентов является их осью вращения. Валы 22, 24 могут иметь одни и те же или противоположные направления вращения.
Система 16 сгорания содержит кольцевой ряд фронтовых устройств камеры сгорания, т.е. горелок 36, лишь одна из которых показана. В одном примере, имеются 6 горелок 36, равномерно разнесенных вокруг двигателя 10.
Система 18 турбин включает в себя турбину 28 высокого давления, соединенную с возможностью привода с компрессором 14 посредством первого вала 22 двухвального агрегата 22, 24. Система 18 турбин также включает в себя турбину 30 низкого давления, соединенную с возможностью привода с нагрузкой (не показана) посредством второго вала 24 двухвального агрегата.
Термин «осевой» употребляется в отношении оси 26. Термины «выше по течению» и «ниже по течению» употребляются в отношении общего направления потока газа через двигатель 10, видимого на фиг.1, которое проходит в основном слева направо.
Компрессор 14 содержит осевой ряд спрямляющих лопаток статора и рабочих лопаток ротора, установленных обычным образом. Спрямляющие лопатки статора или компрессора могут быть неподвижными или имеющими изменяемую геометрию для улучшения потока воздуха, попадающего на находящиеся ниже по течению рабочие лопатки ротора или компрессора.
Каждая турбина 28, 30 содержит осевой ряд спрямляющих лопаток статора и рабочих лопаток ротора, установленных посредством дисков ротора, расположенных и работающих обычным образом. Узел ротора содержит кольцевой ряд рабочих лопаток или рабочие лопатки и диск ротора.
При эксплуатации, забор воздуха 32 в двигатель 10 происходит через вход 12 в компрессор 14, где последовательные ступени спрямляющих лопаток и рабочих лопаток сжимают воздух перед подачей сжатого воздуха в систему 16 сгорания. В камере сгорания системы 16 сгорания смесь сжатого воздуха и топлива воспламеняется. Получаемый поток горячего рабочего газа направляется в турбину 28 высокого давления, расширяется и осуществляет привод турбины 28 высокого давления, которая, в свою очередь, осуществляет привод компрессора 14 посредством первого вала 22. После прохождения через турбину 28 высокого давления, поток горячего рабочего газа направляется в турбину 30 низкого давления, которая осуществляет привод нагрузки посредством второго вала 24.
Турбину 30 низкого давления можно также назвать силовой турбиной, а второй вал 24 можно также назвать валом отбора мощности. Нагрузкой обычно является электрическая машина для производства электроэнергии или механическая машина, такая, как насос или технологический компрессор. Через турбину 30 низкого давления возможен привод и других известных нагрузок. Топливо может присутствовать в газообразном и/или жидком виде.
Турбинный двигатель 10, показанный и описанный со ссылками на фиг.1, представляет собой лишь один пример семейства двигателей или турбомашин, в состав которых можно включить предлагаемое техническое решение.
Такие двигатели могут быть газовыми турбинами или паровыми турбинами и включают в себя одно- двух- и трехвальные двигатели, применяемые в секторах машиностроения, у промышленных потребителей газа и а аэрокосмической промышленности.
На фиг.2 показано продольное сечение через систему 100 сгорания газотурбинного двигателя. Система 100 сгорания содержит последовательно установленные в направлении потока горелку 131, завихритель 102 и головку 101 горелки, прикрепленную к завихрителю 102, переходный отсек или предварительную камеру 103 сгорания и основную камеру 104 сгорания. Основная камера 104 сгорания имеет диаметр, больший, чем диаметр предварительной камеры 103. Основная камера 104 сгорания соединена с предварительной камерой 103 посредством купола 110, который содержит пластину 111 купола и который расходится в направлении от предварительной камеры 103 к основной камере 104 сгорания. В общем случае, предварительную камеру 103 можно воплотить как продолжение горелки 101, выполненное как единое целое с ней и простирающееся к камере 104 сгорания, или как отдельную между горелкой 101 и камерой 104 сгорания. Горелка и система сгорания в целом симметричен относительно продольной оси S.
Для направления в горелку газообразного или жидкого топлива, которое подлежит смешиванию со втекающим воздухом в завихрителе 102, предусмотрен топливный канал 105. Затем топливовоздушная смесь 107 направляется к зону 109 первичного горения, где сжигается с образованием горячих, находящихся под давлением выхлопных газов, поток которых движется в направлении 108, обозначенном стрелками, к турбине газотурбинного двигателя.
Возможный завихритель 102, соответствующий изобретению, подробно показан на фиг.3. Завихритель 102 содержит кольцевой ряд лопаток 112 завихрителя, и в этом примере имеются двенадцать лопаток 112 завихрителя, расположенных на опоре или основании 113 лопаток завихрителя.
Между соседними спрямляющими лопатками 112 завихрителя сформированы воздушные каналы 114. Воздушные каналы 114 простираются между входным проемом 116 для воздуха и выходным проемом 118 для воздуха. Воздушные каналы 114 ограничены противоположными торцами 120, 122 соседних лопаток 112 завихрителя и поверхностью 124 основания 113 лопаток завихрителя. Торцы 120, 122 и поверхность основания 113 лопаток завихрителя образуют стенки воздушных каналов, ограничивающие воздушные каналы 114. У концевой поверхности лопаток завихрителя, противоположной опоре или основанию, находится дополнительное основание или часть системы сгорания, которая вследствие этого завершает ограничение воздушных каналов 114.
Торцы 120, 122 являются рифлеными на их находящихся ниже по течению участках, образуя смесительные выступы 123 на лопатках 112 завихрителя. Рифления противоположных торцов 120, 122 являются дополняющими друг друга, что приводит к дополнительной турбулентности в протекающей топливовоздушной смеси и к управляемому размещению топлива на выходе воздушного канала. В других примерах, находящаяся ниже по течению или выходная кромка лопаток 112 завихрителя может быть прямой.
В торцах 120 расположены отверстия 126a, 126b для впрыска топлива. Кроме того, в опоре 113 завихрителя расположены отверстия 128 для впрыска топлива. Как известно в данной области техники, отверстия 126a, 126b, 128 для впрыска топлива играют роли форсунок предварительного и основного впрыска. Во время работы горелки, воздух течет в воздушные каналы 114 через входные проемы 116 для воздуха. Внутри воздушных каналов 114 топливо впрыскивается в протекающий воздух за счет использования отверстий 126a, 126b, 128 для впрыска топлива. Топливовоздушная смесь затем покидает воздушные каналы 114 через выходные проемы 118 для воздуха и течет через центральный проем 130 ряда лопаток завихрителя в предварительную камеру 103. Из предварительной камеры 103 смесь течет в зону 109 горения основной камеры 104 сгорания, где и сгорает. Как показано на фиг.4 в торцах 120 лопаток 112 завихрителя расположены два первых отверстия для впрыска топлива, и таким образом ограничиваются нижнее и верхнее первые отверстия 126a для впрыска топлива. Альтернативные места нахождения отверстий для впрыска топлива обозначены позицией 126b.
На фиг.4 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно варианту осуществления предлагаемого завихрителя 1 для использования в системе сгорания газотурбинного двигателя.
Завихритель 102 содержит множество простирающихся в основном радиально внутрь каналов 114, циклически разнесенных по окружности в шахматном порядке, причем на фиг.4 показан лишь один канал 114. Простирающиеся радиально внутрь воздушные каналы 114 можно также назвать располагающимися под наклоном к радиусу, идущему от оси S завихрителя. Этот завихритель известен как радиальный завихритель, а его воздушные каналы 114 расположены так, что составляющей их направления является радиальное направление.
Каждый канал 114 имеет радиально внешний входной конец 116 и радиально внутренний выходной конец 118, которые показаны на фиг.3. Каждый канал 114 ограничен поверхностями 3, причем на фиг.4 показана лишь одна поверхность 3. Эта поверхность 3 может быть поперечной или боковой поверхностью 120, 122, поверхностью 124 основания или верхней поверхностью. При использовании завихрителя 1, топливо и воздух проходят по каналам 114 от их входных концов к их выходным концам, создавая рядом с выходными концами завихряющуюся топливовоздушную смесь.
Поверхность 3 содержит два отверстия 5 для впрыска газообразного топлива, сообщающиеся с внутренним каналом 4 для подачи газообразного топлива, имеющимся в завихрителе 102. Помимо этого, поверхность 3 содержит глухое отверстие 6 прямоугольной формы, в частности - коробчатой формы, радиально окружающее отверстия 5 для впрыска газообразного топлива. Отверстия 5 для впрыска газообразного топлива расположены в основании 38 глухого отверстия 6. Следовательно, обычное глухое отверстие 6 радиально окружает оба отверстия 5 для впрыска газообразного топлива. Поток газообразного топлива по каналу 4 для подачи газообразного топлива обозначен стрелкой 7.
На фиг.5 показано сечение завихрителя 102, изображенного на фиг.3. Воздух, текущий по поверхности 3, обозначен стрелкой 8. Спиралевидные линии 9 показывают, как воздух циркулирует в упомянутом глухом отверстии 6, тем самым уменьшая количество движения струи газообразного топлива, выходящей из отверстий 5 для впрыска газообразного топлива. Поступающий перекрестный поток воздуха внутри глухого отверстия 6, будет смешиваться с этими локальными рециркуляциями в глухом отверстии 6, тем самым интенсифицируя смешивание воздуха и газообразного топлива.
Вариант осуществления глухого отверстия 6, показанный на фиг.4 и 5, предусматривает в целом треугольную форму этого глухого отверстия и ее глубину D ниже поверхности 3, ширину W по нормали к направлению потока 8 воздуха и длину L, в целом параллельную направлению потока 8 воздуха. Отверстия 5 для впрыска газообразного топлива имеют диаметр d. В этом варианте осуществления предпочтительными параметрами при по отношению к диаметру d являются: длина L, составляющая, по меньшей мере, 4d; ширина W, составляющая, по меньшей мере, 3d; и глубина D, составляющая, по меньшей мере, 2d. Эти минимальные относительные размеры известны как обеспечивающие преимущества, упоминаемые ниже.
На фиг.6 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя 102. Этот вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.4, только тем, что глухое отверстие 6 является овальным.
Вариант осуществления глухого отверстия 6, показанный на фиг.6, предусматривает в целом овальную форму с более длинным размером «а», в целом параллельным направлению потока 8 воздуха. Более короткий размер «b» определен в целом по нормали к направлению потока 8 воздуха и более длинному размеру «a». Глухое отверстие 6 имеет некоторую глубину D ниже поверхности 3. Отверстия 5 для впрыска газообразного топлива имеют диаметр d. В этом варианте осуществления предпочтительными параметрами при по отношению к диаметру d являются: более длинный размер «а», составляющий, по меньшей мере, 4d; более короткий размер W, составляющий, по меньшей мере, 3d; и глубина D, составляющая, по меньшей мере, 2d. Эти минимальные относительные размеры известны как обеспечивающие преимущества, упоминаемые ниже.
на фиг.7 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя 102. Этот вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.4 только тем, что глухое отверстие 6 является круглым.
Вариант осуществления глухого отверстия 6, предусматривающий ее круглую форму и показанный на фиг.7, обуславливает глубину D ниже поверхности 3 и диаметр L. Отверстия 5 для впрыска газообразного топлива имеют диаметр d. В этом варианте осуществления предпочтительными параметрами по отношению к диаметру d являются диаметр L, составляющий, по меньшей мере, 4d, и глубина D, составляющая, по меньшей мере, 2d. Эти минимальные относительные размеры известны как обеспечивающие преимущества, упоминаемые ниже.
На фиг.8 показан перспективный прозрачный чертеж подробности согласно дополнительному варианту осуществления предлагаемого завихрителя 102. Этот вариант осуществления отличается от вариантов осуществления, показанных на фиг.4 - фиг.7, тем, что поверхность 3 содержит два отверстия 5 для впрыска газообразного топлива и два глухих отверстия 6, причем каждое отверстие 5 для впрыска газообразного топлива радиально окружено своим собственным глухим отверстием 6 и расположено в основании 38 этого глухого отверстия 6.
Каждая из двух расточек 6 может быть любой из вышеописанных круглой, прямоугольной или овальной расточек 6. Однако в этом варианте осуществления предпочтительными параметрами по отношению к диаметру d являются диаметр L (или более длинный размер L), составляющий, по меньшей мере, 2d, и глубина D, составляющая, по меньшей мере, 2d. Вдобавок, промежуток X между глухими отверстиями 6 составляет, по меньшей мере, 2d.
В описанных вариантах осуществления, отверстия 5 для впрыска газообразного топлива расположены в ряд по отношению к обозначенному стрелкой 8 направлению потока воздуха, текущего по поверхности 3. В альтернативном варианте, отверстия 5 для впрыска газообразного топлива могут быть расположены в направлении, поперечном по отношению к упомянутому направлению потока.
Преимущества вариантов осуществления расточек и их нахождения на боковых поверхностях лопаток 112 завихрителя включают в себя снижение количества точек перегрева и сниженные выбросы Nox, что является результатом интенсифицированного смешивания топлива и воздуха и улучшенного размещения топлива. Смешивание топлива и воздуха, которые текут поперек боковой поверхности, улучшается, потому что происходит локальное уменьшение количества движения топлива в глухом отверстии. Поэтому локальное соотношение компонентов топливовоздушной смеси, обеспечиваемое глухими отверстиями, ближе к доле, соответствующей локальному стехиометрическому соотношению смеси, чем в случае других средств впрыска топлива.
Хотя изобретение пояснено и подробно описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления, отметим, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Специалист в данной области техники сможет вывести из этих вариантов осуществления другие варианты в рамках объема защиты изобретения.
1. Завихритель (102), предназначенный для использования в системе сгорания газотурбинного двигателя (10), при этом завихритель (102) имеет ось (S) и содержит кольцевой ряд лопаток (112) завихрителя, расположенных вокруг оси (S) и по меньшей мере частично ограничивающих множество простирающихся в основном радиально внутрь каналов (114), выполненных с возможностью создания вихря топлива и воздуха вокруг оси (S),
причем каждый канал (114) содержит радиально внешний входной конец (116), радиально внутренний выходной конец (118), первую и вторую простирающиеся в основном радиально внутрь боковые поверхности (3), так что во время эксплуатации завихрителя (102) топливо и воздух, движущиеся по каналам (114) от соответствующих входных концов к соответствующим выходным концам, создают рядом с выходными концами завихряющуюся топливовоздушную смесь,
при этом по меньшей мере одна боковая поверхность (3) из указанных первой и второй простирающихся в основном радиально внутрь боковых поверхностей (3) содержит по меньшей мере одно отверстие (5) для впрыска газообразного топлива,
отличающийся тем, что указанная по меньшей мере одна боковая поверхность (3), содержащая указанное по меньшей мере одно отверстие (5) для впрыска газообразного топлива, содержит по меньшей мере одно глухое отверстие (6), радиально окружающее указанное по меньшей мере одно отверстие (5) для впрыска газообразного топлива, при этом указанное по меньшей мере одно глухое отверстие содержит боковую стенку и основание (38), причем боковая стенка содержит линейный профиль между основанием (38) и указанной по меньшей мере одной боковой поверхностью (3),
причем указанное по меньшей мере одно глухое отверстие (6) имеет глубину D ниже указанной по меньшей мере одной боковой поверхности (3), ширину W по нормали к направлению потока (8) воздуха поперек указанной по меньшей мере одной боковой поверхности (3) и длину L, в целом параллельную направлению потока (8) воздуха, а указанное по меньшей мере одно отверстие (5) для впрыска газообразного топлива имеет диаметр d;
при этом длина L составляет по меньшей мере 4d и/или ширина W составляет по меньшей мере 3d, и/или глубина D составляет по меньшей мере 2d.
2. Завихритель (102) по п.1, отличающийся тем, что глухое отверстие (6) является прямоугольным, овальным, эллиптическим или круглым.
3. Завихритель (102) по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна боковая поверхность (3) содержит по меньшей мере два отверстия (5) для впрыска газообразного топлива и по меньшей мере одно глухое отверстие (6), причем глухое отверстие (6) радиально окружает оба отверстия (5) для впрыска газообразного топлива, при этом отверстия (5) для впрыска газообразного топлива расположены в основании (38) глухого отверстия (6).
4. Завихритель (102) по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна боковая поверхность (3) содержит по меньшей мере два отверстия (5) для впрыска газообразного топлива и по меньшей мере два глухих отверстия (6), причем каждое отверстие (5) для впрыска газообразного топлива окружено своим собственным глухим отверстием (6) и расположено в основании (38) этого глухого отверстия (6).
5. Завихритель (102) по п.4, отличающийся тем, что глухие отверстия (6) разнесены на некоторое расстояние, а это расстояние X составляет по меньшей мере 2d, где d - диаметр отверстий (5) для впрыска газообразного топлива.
6. Завихритель (102) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дополнительно содержит поверхность (3) основания между указанными первой и второй простирающимися в основном радиально внутрь боковыми поверхностями (3), имеющую по меньшей мере одно отверстие (5) для впрыска газообразного топлива и по меньшей мере одно глухое отверстие (6).
7. Горелка (36) для газотурбинного двигателя (10), отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один завихритель (102) по любому из предыдущих пунктов.
8. Система сгорания для газотурбинного двигателя (10), содержащая по меньшей мере одну горелку (36) по п.7.
