Прокладочное кольцо камеры сгорания с регулируемым пропусканием воздуха
Предлагается прокладочное кольцо (341) для камеры сгорания (320) газотурбинного агрегата (100). Прокладочное кольцо (341) включает нижнее основание (352) и буртик (351). Нижнее основание (352) включает несколько верхних пазов (347), расположенных на верхней поверхности (353), и несколько нижних пазов (348), расположенных на нижней поверхности (354). Каждый верхний паз (347) и каждый нижний паз (348) простираются в радиальном направлении вдоль нижнего кольцевого основания (352). Несколько верхних пазов (347) разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего кольцевого основания (352). Несколько нижних пазов (348) разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего кольцевого основания (352). Изобретение направлено на охлаждение газотурбинного агрегата. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным агрегатам, а в частности к прокладочному кольцу в сборе для камеры сгорания газотурбинного агрегата.
Предпосылки создания изобретения
Газотурбинные двигатели включают компрессор, камеру сгорания и секции турбины. Прокладочное кольцо располагается в жаровой трубе камеры сгорания для обеспечения доступа в зону горения, а также для охлаждения жаровой трубы камеры сгорания.
В патентной заявке США № 2014/0083112 Джазем и соавт. предлагается прокладочное кольцо жаровой трубы камеры сгорания, включающее внешнюю стенку, образующую отверстие в жаровой трубе камеры сгорания и дополнительно включающее, по меньшей мере, один канал для охлаждающего воздуха. Канал для охлаждающего воздуха в стенке прокладочного кольца может представлять собой паз или отверстие. Канал способен увеличить подачу охлаждающего воздуха в прокладочное кольцо и жаровую трубу камеры сгорания вокруг прокладочного кольца, предотвращая растрескивание из-за температурного напряжения.
Настоящее изобретение направлено на решение одной или нескольких проблем, обнаруженных автором изобретения или известных в отрасли техники, к которой относится данное изобретение.
Краткое изложение сущности изобретения
Описывается прокладочное кольцо для камеры сгорания газотурбинного агрегата. Прокладочное кольцо включает: нижнее кольцевое основание, имеющее верхнюю поверхность; нижнюю поверхность, противоположную верхней поверхности; внешнюю поверхность, простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью вдоль внешнего кольцеобразного торца нижнего основания и внутреннего кольцеобразного торца. Прокладочное кольцо дополнительно включает: буртик, простирающийся от верхней поверхности нижнего кольцевого основания и примыкающий к внутреннему кольцеобразному торцу нижнего кольцевого основания. Буртик включает: внешнюю поверхность, расположенную вдоль внешнего кольцеобразного торца буртика, причем внешняя поверхность буртика смещена по окружности от внешней поверхности нижнего кольцевого основания. Прокладочное кольцо включает несколько верхних пазов, расположенных на верхней поверхности нижнего основания и несколько нижних пазов, расположенных на нижней поверхности нижнего основания. Каждый верхний паз и нижний паз простираются в радиальном направлении от внешней поверхности буртика к внешней поверхности нижнего основания. Несколько верхних пазов разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего основания, а несколько нижних пазов разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего основания. Каждый верхний паз смещен по окружности от примыкающего нижнего паза.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез части камеры сгорания 320, изображенной на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен увеличенный поперечный разрез части камеры сгорания вокруг резонатора 339, изображенной на фиг. 2.
На фиг. 4 представлен увеличенный поперечный разрез части камеры сгорания вокруг резонатора 339, изображенной на фиг. 2, смещенный относительно фиг. 3.
На фиг. 5 представлен вид в перспективе части камеры сгорания, изображенной на фиг. 3.
На фиг. 6 представлен вид в перспективе прокладочного кольца для камеры сгорания газотурбинного агрегата.
Подробное описание изобретения
Системы и способы, раскрытые здесь, включают камеру сгорания с прокладочным кольцом в сборе. Прокладочное кольцо в сборе монтируется к кожуху жаровой трубы камеры сгорания и воздуховоду, проходящему через кожух жаровой трубы. Прокладочное кольцо в сборе включает плавающее прокладочное кольцо с несколькими охлаждающими пазами. Охлаждающие пазы образуют открытый канал для управляемой подачи охлаждающего воздуха в определенные места горячих зон жаровой трубы.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата 100. Для ясности и простоты объяснения некоторые из поверхностей были опущены или увеличены (здесь и на других фигурах). Кроме того в описании имеется ссылка на переднее и заднее направление. Как правило, все ссылки на «передний» и «задний» связаны с направлением потока первичного воздуха (т.е. воздуха, который используется в процессе горения), если не указано иное. Например, "передний" понимается как "передний по ходу" по отношению к первичному потоку воздуха, а "задний" понимается как "задний по ходу" по отношению к первичному потоку воздуха.
Кроме того, в описании имеются ссылки на центральную ось 95 вращения газотурбинного агрегата, которая, как правило, определяется продольной осью его вала 120 (уложенного в несколько подшипниковых узлов 150). Центральная ось 95 может быть общей или совпадать с другими различными концентрическими компонентами агрегата. Все ссылки на радиальные, осевые и окружные направления и размеры приводятся относительно центральной оси 95, если не указано иное, и такие термины, как "внутренний" и "внешний» обычно указывают на большее или меньшее радиальное расстоянии от центральной оси 95, где радиус 96 может быть в любом направлении перпендикулярном и расходящимся наружу от центральной оси 95.
Газотурбинный агрегат 100 включает в себя устройство забора воздуха 110, вал 120, компрессор 200, камеру сгорания 300, турбину 400, систему отвода выхлопных газов 500 и муфту отбора выходной мощности 600. Газотурбинный агрегат 100 может быть одновальным или двухвальным.
Компрессор 200 включает в себя ротор компрессора в сборе 210, неподвижные лопатки компрессора (направляющие лопатки) 250 и входной направляющий аппарат 255. Ротор компрессора в сборе 210 механически соединен с валом 120. Как показано на фигуре, компрессор ротора в сборе 210 представляет собой осевой компрессор. Ротор компрессора в сборе 210 включает в себя один или несколько дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220 содержит диск ротора компрессора с установленными по окружности лопатками ротора компрессора. Неподвижные лопатки компрессора 250 следуют за каждой сборкой 220 диска компрессора в осевом направлении. Каждый диск компрессора в сборе 220 спарен с примыкающими направляющими лопатками 250, предваряющими диск компрессора в сборе 220, и представляет собой ступень компрессора. Компрессор 200 включает несколько ступеней компрессора. Входной направляющий аппарат 255 расположен вдоль оси, предваряя ступени компрессора.
Камера сгорания 300 включает одну и несколько топливных форсунок 310 и одну или несколько камер сгорания 320. Камера сгорания 320 включает в себя внешнюю жаровую трубу 311 и внутреннюю жаровую трубу 312. Внешняя жаровая труба 311 определяет внешнюю границу камеры сгорания 320 и имеет полый цилиндрический профиль. Внутренняя жаровая труба 312 располагается радиально внутрь от внешней жаровой трубы 311. Внутренняя жаровая труба 312 определяет внутреннюю границу камеры сгорания 320 и имеет полый цилиндрический профиль. Топливные форсунки 310 могут располагаться по окружности вокруг центральной оси 95.
Турбина 400 включает в себя ротор турбины в сборе 410 и сопла турбины 450. Ротор турбины в сборе 410 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор турбины в сборе 410 представляет собой осевую турбину. Ротор турбины в сборе 410 включает в себя один или несколько дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 включает в себя диск турбины с установленными по окружности лопатками турбины. Сопла турбины 450 расположены вдоль оси, предваряя каждый из дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 спарен с примыкающими соплами турбины 450, предваряющими диск турбины в сборе 420, и представляет собой ступень турбины. Турбина 400 включает в себя несколько ступеней.
Система отвода выхлопных газов 500 включает выхлопной диффузор 510 и коллектор выхлопных газов 520. Муфта отбора выходной мощности 600 размещается на торце вала 120.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез части камеры сгорания 320, изображенной на фиг. 1. Для ясности не показаны некоторые участки камеры сгорания 320. Как показано на фигуре, камера сгорания 320 представляет собой камеру с двойными стенками. В частности, внешняя жаровая труба 311 имеет две стенки: внешнюю стенку внешней жаровой трубы 322 и внутреннюю стенку внешней жаровой трубы 321. Внешняя стенка внешней жаровой трубы 322 образует внешний экран, а внутренняя стенка внешней жаровой трубы 321 образует внутренний экран. Внутренняя стенка внешней жаровой трубы 321 располагается радиально внутрь от внешней стенки внешней жаровой трубы 322, образуя между ними полость 333 с кольцевым профилем. Подобным образом, внутренняя жаровая труба 312 имеет две стенки: внутреннюю стенку внутренней жаровой трубы 323 и внешнюю стенку внутренней жаровой трубы 324. Внешняя стенка внутренней жаровой трубы 324 образует внешний экран, а внутренняя стенка внутренней жаровой трубы 323 образует внутренний экран. Внутренняя стенка внутренней жаровой трубы 323 располагается радиально внутрь от внешней стенки внутренней жаровой трубы 324, образуя между ними внутреннюю полость с кольцевым профилем. Кроме того, зона горения 319 располагается между внутренней стенкой внешней жаровой трубы 321 и внутренней стенкой внутренней жаровой трубы 323.
Камера сгорания 320 включает куполовидную пластину 335, расположенную в передней части камеры сгорания 320, где топливо и воздух впрыскиваются в камеру сгорания 320. Куполовидная пластина 335 имеет кольцевой или тороидальный профиль. Ось куполовидной пластины 335 соосна центральной оси 95.
Камера сгорания 320 включает воздуховод, например трубу 325, проходящую через внешнюю стенку внешней жаровой трубы 322 и внутреннюю стенку внешней жаровой трубы 321. Труба 325 проходит через обе стенки жаровой трубы и образует отверстие в зону горения 319. Канал 328 простирается между внутренними стенками трубы 325 и сообщается с зоной горения 319. В некоторых вариантах осуществления, камера сгорания 320 включает несколько труб 325, проходящих по окружности камеры сгорания 320. В ходе процесса горения топливо имеет тенденцию выбрасываться в направлении, показанном стрелкой 336. Некоторые элементы конструкции, например резонатор 339, способны предотвратить или препятствовать выбросу топлива в направлении, показанном стрелкой 336, что будет описано ниже.
В конкретном варианте осуществления, резонатор 339 соединен с камерой сгорания 320. Резонатор 339 может монтироваться за пределами трубы 325. Резонатор 339 может располагаться рядом с передним концом камеры сгорания 320 и монтироваться на внешней стенке внешней жаровой трубы 322. В некоторых вариантах осуществления, резонатор 339 крепится опорным кронштейном 326 к внешней стенке внешней жаровой трубы 322. Кроме того, дополнительный опорный кронштейн 329, изогнутый под углом, способен содействовать опорному кронштейну 326 в креплении резонатора 339 к внешней стенке внешней жаровой трубы 322. Опорный кронштейн 326 располагается радиально наружу от внешней стенки внешней жаровой трубы 322, образуя между ними канал 334. Резонатор 339 имеет полую конструкцию, например, конструкцию полого цилиндра. В некоторых вариантах осуществления, резонатор 339 представляет собой полую банку. В некоторых вариантах осуществления, резонатор 339 содержит несколько отверстий, простирающихся через верхнюю поверхность или через боковые стенки резонатора 339. Данные несколько отверстий позволяют потоку воздуха с внешней стороны резонатора 339 поступать внутрь резонатора 339. Это позволяет удалять топливо (или горячий газ) из полости резонатора 339 в направлении внутрь, показанном стрелкой 340. В дополнение, резонатор 339 может представлять собой объемный резонатор, способный поглощать вибрации, возникающие в ходе горения.
Прокладочное кольцо в сборе 330 может монтироваться на кольцеобразном компоненте, проходящем через отверстие внешнюю стенку внешней жаровой трубы 322 и внутреннюю стенку внешней жаровой трубы 321. Например, прокладочное кольцо в сборе 330 может монтироваться на трубе 325, сообщающейся с зоной горения 319. Прокладочное кольцо в сборе 330 способно защитить трубу 325 от вибраций, теплового расширения или стягивания. В некоторых вариантах осуществления, используется несколько прокладочных колец в сборе 330, смонтированных по окружности камеры сгорания 320, причем каждое прокладочное кольцо в сборе 330 соединено с трубой 325. В некоторых вариантах осуществления, прокладочное кольцо в сборе 330 представляет собой прокладку резонатора, прокладку горелки, прокладку запальной свечи, прокладку смотрового окошка или прокладку топливной форсунки.
На фиг. 3 представлен увеличенный поперечный разрез части камеры сгорания вокруг резонатора 339, изображенной на фиг. 2. На фиг. 4 представлен увеличенный поперечный разрез части камеры сгорания вокруг резонатора 339, изображенной на фиг. 2, смещенный относительно фиг. 3. На фиг. 5 представлен вид в перспективе части камеры сгорания, изображенной на фиг. 3. Как показано на фиг. 3-5, прокладочное кольцо в сборе 330 включает в себя две сборочные единицы: внутреннее прокладочное кольцо в сборе 331 и внешнее прокладочное кольцо в сборе 332 (иногда называемые вторым прокладочным кольцом в сборе). Внутреннее прокладочное кольцо в сборе 331 включает: плавающее прокладочное кольцо 341 (иногда называемое охлаждающим прокладочным кольцом с пазами), бандаж 342 и стопорную гайку 343. Внешнее прокладочное кольцо в сборе 332 включает: продолговатое прокладочное кольцо 344, внешний бандаж 345 и внешнюю стопорную гайку 346.
Прокладочное кольцо в сборе 330 способно вращаться вокруг сборочной оси 385. Сборочная ось 385 может представлять собой центральную ось трубы 325. Все ссылки на радиальные, осевые направления, направления по окружности и размеры, относящиеся к прокладочному кольцу в сборе 330 и его компонентам, со ссылкой на сборочную ось 385 и термины «внутренний» и «наружный» обычно указывают на меньшее или большее расстояние по радиусу от сборочной оси 385.
В некоторых вариантах осуществления, бандаж 342 (иногда называемый первый крепежный компонент) представляет собой кольцеобразный компонент образующий опорную площадку 360 и верхнюю площадку 361 (иногда называемый верхним кольцеобразным телом). Опорная площадка 360 имеет кольцевое исполнение, образующее: кольцевую верхнюю поверхность 379; кольцевую нижнюю поверхность; и внутреннюю поверхность 380, расположенную рядом и образующую внутренний кольцеобразный торец опорной площадки 360. Верхняя площадка 361 также имеет кольцевое исполнение, образующее: кольцевую верхнюю поверхность; кольцевую нижнюю поверхность; и внутреннюю поверхность 369, расположенную на кольцеобразном торце верхней площадки 361. Верхняя площадка 361 простирается в осевом направлении наружу от верхней поверхности 379 опорной площадки 360. Кроме того, верхняя площадка 361 способна образовывать стенку над внешним кольцеобразным торцом опорной площадки 360. В некоторых вариантах осуществления, бандаж 342 представляет собой прокладочное кольцо. Кроме того, бандаж 342, может иметь внешнюю поверхность с резьбой. В конкретных вариантах осуществления, нижнее основание 360 гибко крепится к внутренней стенке внешней жаровой трубы 321. Нижнее основание 360 может крепиться к внутренней стенке внешней жаровой трубы 321 пайкой твердым припоем или сваркой. В конкретных вариантах осуществления, верхняя поверхность 379 опорной площадки 360 выполняется в виде уступа, принимающего другой компонент, например, плавающее прокладочное кольцо 341. Верхняя поверхность 379 может называться принимающей поверхностью.
В некоторых вариантах осуществления, стопорная гайка 343 (иногда называемая вторым крепежным компонентом) представляет собой кольцеобразный компонент, образующий охватывающий участок 362 и участок стенки 363 (иногда называемый нижней кольцеобразной стенкой). Охватывающий участок 362 может представлять собой кольцевую охватывающую структуру, образующую внутреннюю поверхность 366, расположенную на одном кольцеобразном торце охватывающего участка 362. В некоторых вариантах осуществления, внутренняя поверхность 366 имеет цилиндрический профиль. Охватывающий участок 362 также включает отверстие 364, простирающееся от верхней поверхности охватывающего участка 362 (см. фиг. 5). Отверстие 364 может иметь резьбу для ввинчивания крепежного элемента, например, винта, болта, шпильки и т.п. В некоторых вариантах осуществления, отверстие 364 используется для накладки сварного шва. В некоторых вариантах осуществления, охватывающий участок 362 содержит несколько отверстий 364. Участок стенки 363 может представлять собой цилиндрическую стенку, простирающуюся ниже внешнего кольцеобразного торца охватывающего участка 362. В некоторых вариантах осуществления, внутренняя поверхность участка стенки 363 имеет резьбу. Участок стенки 363 может включать спад затылка на резьбе 365 на внутренней поверхности участка стенки 363.
Стопорная гайка 343 прочно крепится к бандажу 342. В некоторых вариантах осуществления, стопорная гайка 343 монтируется поверх бандажа 342. В вариантах осуществления, в которых внешняя поверхность стопорной гайки 343 имеет резьбу, стопорная гайка 343 ввинчивается в резьбовую внутреннюю поверхность участка стенки 363 бандажа 342. В некоторых вариантах осуществления, стопорная гайка 343 и бандаж 342 крепятся между собой сваркой. В данных вариантах осуществления, сварочный шов накладывается через отверстие 364. В некоторых вариантах осуществления, стопорная гайка 343 и бандаж 342 крепятся между собой крепежными элементами через отверстие 364.
В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 представляет собой цилиндрический компонент, имеющий верхнюю площадку 351 (иногда называемую цилиндрической площадкой или буртиком) и нижнюю площадку 352 (иногда называемую нижнее кольцевое основание). Верхняя площадка 351 может представлять собой цилиндрический бурт крепежного изделия, простирающийся от нижней площадки 352. Кроме того, верхняя площадка 351 включает внешнюю поверхность 355. Нижняя площадка 352 представляет собой кольцеобразную дисковую структуру с верхней поверхностью 353 и нижней поверхностью 354. Нижняя площадка 352 включает внешнюю поверхность 356.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 5, на верхней поверхности 353 могут размещаться несколько пазов. Например, верхняя поверхность 353 может содержать, по меньшей мере, один верхний паз 347. Верхний паз 347 может представлять собой желоб с цилиндрическим профилем, простирающийся на определенную глубину от верхней поверхности 353 к нижней поверхности 354. Верхний паз 347 простирается в радиальном направлении вдоль верхней поверхности 353. Более того, верхний паз 347 может простираться в радиальном направлении от внешней поверхности 355 верхней площадки 351 к внешней поверхности 356 нижней площадки 352. В некоторых вариантах осуществления, верхний паз 347 представляет собой прямой желоб с цилиндрическим профилем. В некоторых вариантах осуществления, верхний паз 347 представляет собой криволинейный желоб с цилиндрическим профилем или изогнутый криволинейный желоб с цилиндрическим профилем.
В конкретных вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 не крепится жестко к бандажу 342 или стопорной гайке 343. Плавающее прокладочное кольцо 341 располагается между опорной площадкой 360 бандажа 342 и охватывающим участком 362 стопорной гайки 343. В частности, нижняя площадка 352 плавающего прокладочного кольца 341 может простираться в радиальном направлении между охватывающим участком 362 и опорной площадкой 360. Верхняя площадка 351 плавающего прокладочного кольца 341 может находиться в радиальном направлении на расстоянии от охватывающего участка 362. В некоторых вариантах осуществления, во время работы газотурбинного агрегата 100 плавающее прокладочное кольцо 341 способно расширяться под воздействие тепла.
Продолговатое прокладочное кольцо 344 представляет собой прокладочное кольцо, содержащее участок втулки 370 и участок фланца 371. Участок втулки 370 имеет продолговатое кольцевое исполнение, образующее цилиндрическую верхнюю поверхность. Более того, участок втулки 370 монтируется вокруг трубы 325. Участок фланца 371 представляет собой кольцеобразную деталь, простирающуюся в окружном направлении наружу от участка фланца 370. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 крепится напротив продолговатого прокладочного кольца 344.
Внешний бандаж 345 имеет конфигурацию сходную с бандажом 342. Внешний бандаж 345 представляет собой кольцеобразный компонент, образующий опорную площадку 372 и верхнюю площадку 373. Опорная площадка 372 имеет кольцевое исполнение, образующее кольцевую верхнюю поверхность и кольцевую нижнюю поверхность. Верхняя площадка 373 также имеет кольцевое исполнение, образующее кольцевую верхнюю поверхность и кольцевую нижнюю поверхность, а также внутреннюю поверхность, расположенную на одном кольцеобразном торце верхней площадки 373. Верхняя площадка 373 простирается в осевом направлении наружу от данной верхней поверхности опорной площадки 372. Кроме того, верхняя площадка 373 способна образовывать стенку над опорной площадкой 372. В некоторых вариантах осуществления, внешний бандаж 345 представляет собой прокладочное кольцо. Кроме того, внешний бандаж 345 может иметь внешнюю поверхность с резьбой. В конкретных вариантах осуществления, опорная площадка 372 прочно крепится к внутренней стенке внешней жаровой трубы 321. Опорная площадка 372 может крепиться к внешней стенке внешней жаровой трубы 322 пайкой твердым припоем или сваркой. В конкретных вариантах осуществления, опорная площадка 372 выполняется в виде уступа, принимающего другой компонент, например, продолговатое прокладочное кольцо 344. Опорная площадка 372 может называться принимающей поверхностью.
Внешняя стопорная гайка 346 имеет конфигурацию сходную со стопорной гайкой 343. В некоторых вариантах осуществления, внешняя стопорная гайка 346 представляет собой кольцеобразный компонент, образующий охватывающий участок 374 и участок стенки 375. Охватывающий участок 374 может представлять собой кольцевую охватывающую структуру, образующую внутреннюю поверхность, расположенную на одном кольцеобразном торце охватывающего участка 374. Охватывающий участок 374 также включает отверстие 376, простирающееся от верхней поверхности охватывающего участка 374 (см. фиг. 5). Отверстие 376 может иметь резьбу для ввинчивания крепежного элемента, например, винта, болта, шпильки и т.п. В некоторых вариантах осуществления, отверстие 376 используется для накладки сварного шва. В некоторых вариантах осуществления, охватывающий участок 374 содержит несколько отверстий 376. Участок стенки 375 может представлять собой цилиндрическую стенку, простирающуюся ниже охватывающего участка 374. Участок стенки 375 может включать спад затылка на резьбе 377 на внутренней поверхности участка стенки 375.
Внешняя стопорная гайка 346 прочно крепится к внешнему бандажу 345. В некоторых вариантах осуществления, внешняя стопорная гайка 346 монтируется над внешним бандажом 345. В вариантах осуществления, в которых внешняя поверхность внешней стопорной гайки 346 имеет резьбу, внешняя стопорная гайка 346 ввинчивается во внутреннюю поверхность участка стенки 375 внешнего бандажа 345. В некоторых вариантах осуществления, внешняя стопорная гайка 346 и внешний бандаж 345 крепятся между собой сваркой. В данных вариантах осуществления, сварочный шов накладывается через отверстие 376. В некоторых вариантах осуществления, внешняя стопорная гайка 346 и внешний бандаж 345 крепятся между собой крепежными элементами через отверстие 376.
Как показано, верхний зазор 367 образуется между внешней поверхностью 355 плавающего прокладочного кольца 341 и внутренней поверхностью 366 стопорной гайки 343. В конкретных вариантах осуществления, верхний паз 347 образует канал для потока воздуха между верхним пазом 347 и нижней поверхностью 383 охватывающего участка 374 стопорной гайки 343. Кроме того, поток воздуха может входить в верхний зазор 367 и проходить через верхний паз 347, как показано стрелкой 337. Поток воздуха обусловлен протеканием воздуха в полости 333, например, из отражающих охлаждающих отверстий, простирающихся через внешнюю стенку внешней жаровой трубы 322 (не показано). Более того, поток воздуха может дальше течь в нижний зазор 368, что также показано стрелкой 337. Нижний зазор 368 образуется между внешней поверхностью 356 плавающего прокладочного кольца 341 и внутренней поверхностью 369 бандажа 342. В некоторых вариантах осуществления, поток воздуха может проходить далее через нижний зазор 368 в нижний паз 348, как показано на фиг. 4.
На фиг. 4 показано прокладочное кольцо в сборе 330, смонтированное на трубе 325 тем же образом, что и на фиг. 3. Более того, на фиг. 4 изображено плавающее прокладочное кольцо 341 под другим углом, по сравнению с плавающим прокладочным кольцом 341, изображенным на фиг. 3. В частности, на фиг. 4 представлен нижний паз 348 и не изображен верхний паз 347. Как показано ниже на фиг. 6, верхний паз 347 и нижний паз 348 смещены по окружности друг от друга.
В некоторых вариантах осуществления, на нижней поверхности 354 плавающего прокладочного кольца 341 выполняются несколько пазов. Например, нижняя поверхность 354 может содержать, по меньшей мере, один верхний паз 348. Нижний паз 348 может представлять собой желоб с цилиндрическим профилем, простирающийся на определенную глубину от нижней поверхности 354 к верхней поверхности 353. Нижний паз 348 простирается в радиальном направлении вдоль нижней поверхности 354. Более того, нижний паз 348 может простираться в радиальном направлении от внешней поверхности 355 верхней площадки 351 к внешней поверхности 356 нижней площадки 352. В некоторых вариантах осуществления, нижний паз 348 представляет собой прямой желоб с цилиндрическим профилем. В некоторых вариантах осуществления, нижний паз 348 представляет собой криволинейный желоб с цилиндрическим профилем.
В конкретных вариантах осуществления, нижний паз 348 образует канал для потока воздуха между нижним пазом 348 и верхней поверхностью 379 опорной площадки 360 бандажа 342. Поток воздуха может выходить из нижнего зазора 368 и проходить через нижний паз 348, как показано стрелкой 338. Поток воздуха может продолжать течь через нижний паз 348 и вытекать в зоне выхода 378, как показано стрелкой 338. Зона выхода 378, может представлять собой отверстие, образованное между нижней поверхностью 354 нижней площадки 352 плавающего прокладочного кольца 341, верхней поверхностью 381 внутренней стенки внешней жаровой трубы 321 и внутренней поверхностью 380 бандажа 342. Поток воздуха также может течь после примыкающего участка жаровой трубы 327 (иногда называемого горячей зоной) и охлаждать примыкающий участок жаровой трубы 327. В некоторых вариантах осуществления, примыкающий участок жаровой трубы 327 представляет собой участок внутренней стенки внутренней жаровой трубы 321, непосредственно примыкающий к зоне выхода 378.
На фиг. 6 представлен вид в перспективе прокладочного кольца для камеры сгорания газотурбинного агрегата. В частности, на фиг. 6 представлен вид в перспективе плавающего прокладочного кольца 341. Как описано выше, плавающее прокладочное кольцо 341 включает нижнюю площадку 352 и верхнюю площадку 351. Верхняя площадка 351 простирается наружу от верхней поверхности 353 нижней площадки 352. Плавающее прокладочное кольцо 341 способно вращаться вокруг оси 395. Все ссылки на радиальные, осевые направления, направления по окружности и размеры, относящиеся к плавающему прокладочному кольцу 341 и его компонентам со ссылкой на ось 395 и термины «внутренний» и «наружный» обычно указывают на меньшее или большее расстояние по радиусу от оси 395.
В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает несколькими верхних пазов 347 и несколько нижних пазов 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, два верхних паза 347 и, по меньшей мере, два нижних паза 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, три верхних паза 347 и, по меньшей мере, три нижних паза 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, четыре верхних паза 347 и, по меньшей мере, четыре нижних паза 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, шесть верхних пазов 347 и, по меньшей мере, шесть нижних пазов 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, восемь верхних пазов 347 и, по меньшей мере, восемь нижних пазов 348. В некоторых вариантах осуществления, плавающее прокладочное кольцо 341 включает, по меньшей мере, 12 верхних пазов 347 и, по меньшей мере, 12 нижних пазов 348.
Каждый верхний паз 347 имеет ширину 349. В некоторых вариантах осуществления, ширина 349 составляет от 0,015” до 0,1”. В некоторых вариантах осуществления, ширина 349 составляет 0,04”. Каждый нижний паз 348 имеет ширину 350. В некоторых вариантах осуществления, ширина 350 составляет от 0,015” до 0,1”. В некоторых вариантах осуществления, ширина 350 составляет 0,03”.
Каждый верхний паз 347 имеет глубину 384. В некоторых вариантах осуществления, глубина 384 составляет от 0,015” до 0,1”. В некоторых вариантах осуществления, глубина 384 составляет 0,04”. Каждый нижний паз 348 имеет глубину 382. В некоторых вариантах осуществления, глубина 382 составляет от 0,015” до 0,1”. В некоторых вариантах осуществления, глубина 382 составляет 0,03”.
В конкретных вариантах осуществления, глубина 384 и ширина 349 имеют одинаковую длину. В этом случае каждый верхний паз 347 будет иметь квадратное поперечное сечение. В конкретных вариантах осуществления, глубина 382 и ширина 350 имеют одинаковую длину. В этом случае каждый нижний паз 348 будет иметь квадратное поперечное сечение.
Каждый верхний паз 347 отделен друг от друга расстоянием 358, равным длине окружности нижней площадки 352, деленной на количество верхних пазов. Каждый нижний паз 348 отделен друг от друга расстоянием 359, равным длине окружности нижней площадки 352, деленной на количество нижних пазов 348. Другими словами, каждый верхний паз 347 отделен друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижней площадки 352, и каждый нижний паз 348 отделен друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижней площадки 352. В конкретных вариантах осуществления, расстояние 358 составляет от 0,1” до 1,0”. В конкретных вариантах осуществления, расстояние 359 составляет от 0,1” до 1,0”.
Положение каждого верхнего паза 347 смещено относительно положения примыкающего нижнего паза 348 вдоль плоскости окружности нижней площадки 352. Например, верхний паз 347 может отстоять от нижнего паза 348 на расстояние 357 по окружности. В некоторых вариантах осуществления, каждый нижний паз 348 располагается на половине расстояния между парой верхних пазов 347. В таком случае расстояние 357 по окружности может составить ½ расстояния 358.
Один или несколько из перечисленных выше компонентов (или их составляющих) изготавливаются из нержавеющей стали и/или прочных высокотемпературных материалов, известных как "жаропрочный сплав". Жаропрочный сплав или сплав с высокими рабочими характеристиками, представляет собой сплав, обладающий исключительной механической прочностью и жаропрочностью, хорошей стабильностью свойств поверхности и стойкостью к коррозии и окислению. Сверхпрочные сплавы могут включать такие материалы, как ХАСТЕЛОЙ, сплав x, ИНКОНЕЛЬ, ВАСПАЛЛОЙ, сплавы РЕНЕ, сплавы ХАЙНС, сплав 188, сплав 230, ИНКОЛОЙ, МР98Т, сплавы TMS и монокристаллические сплавы СМSX.
Промышленная применимость
Двигатели газовой турбины могут быть пригодны для любых промышленных применений, таких как различные аспекты нефтяной и газовой промышленности (в том числе передача, сбор, хранение, изъятие и подъем нефти и природного газа), отрасль электроснабжения, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, воздушное и космическое пространство и другие транспортные отрасли.
Согласно фиг. 1, газ (обычно воздух 10) поступает в устройство впуска 110 в качестве "рабочей среды" и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочая среда сжимается в кольцевом канале 115 рядом дисков ротора компрессора в сборе 220. В частности, воздух 10 сжимается в некотором числе "ступеней", где ступени связаны с каждой сборкой 220 диска компрессора. Например, "4-я ступень подачи воздуха" может быть связана с 4-й сборкой 220 диска компрессора в "заднем" по ходу направлении, идущем от устройства забора воздуха 110 к системе отвода выхлопных газов 500. Точно так же, каждый диск турбины в сборе 420 связан с конкретной ступенью.
После выхода сжатого воздуха 10 из компрессора 200, он подается в камеру сгорания 300, где распыляется и смешивается с топливом. Воздух 10 и топливо впрыскивается в камеру сгорания 320 топливной форсункой 310 и воспламеняются. Энергия реакции горения вращает турбину 400 в каждой ступени серий сборок диска турбины 420. Отходящий газ 90 распыляется в выхлопном диффузоре 510, собирается и перенаправляется. Отходящий газ 90 выходит из системы через коллектор выхлопных газов 520 и подвергается дополнительной обработке (например, для уменьшения вредных выбросов или рекуперации тепла из отходящего газа 90).
По мере увеличения температуры сгорания в современных газотурбинных агрегатах все более распространенным становится появление трещин или других деформаций в камерах сгорания. В частности, горячие зоны могут развиваться на участках жаровой трубы камеры сгорания, примыкающих к открытому каналу, ведущему в зону горения, например, в трубу резонатора. Данные горячие зоны возникать из-за близости к экстремально высоким температурам, например, в зоне горения. Компоненты, окружающие трубу резонатора, например, прокладочное кольцо в сборе, могут выполнять некоторые функции охлаждения для снижения температуры в местах горячих зон. Например, прокладочные кольца с множеством верхних охлаждающих пазов и нижних охлаждающих пазов могут присоединяться к трубе резонатора, создавая канал для охлаждающего воздуха в места расположения горячих зон.
Узлы 330 прокладочного кольца могут включать в себя плавающее прокладочное кольцо 341 с несколькими верхними охлаждающими пазами 347 и нижними охлаждающими пазами 348. Охлаждающий воздух сможет проходить через верхние охлаждающие пазы 347 плавающего прокладочного кольца 341, мимо внешней поверхности 356 нижнего основания 352 плавающего прокладочного кольца 341 и выходить через нижние охлаждающие пазы 348. Охлаждающий воздух может проходить мимо горячей зоны 327 и, таким образом, понижать температуру жаровой трубы камеры сгорания. Комбинация охлаждающих воздушных каналов способна обеспечить контролируемый объем подачи воздуха в горячую зону.
Предшествующее детальное описание носит лишь иллюстративный характер и не предназначено для ограничения объема изобретения или сферы применения изобретения. Описанные варианты осуществления не ограничены в использовании в сочетании с определенным типом газотурбинного агрегата. Следовательно, хотя в настоящем раскрытии для удобства объяснения изображается и описывается конкретное прокладочное кольцо в сборе, следует понимать, что в соответствии с данным изобретением прокладочное кольцо в сборе может быть реализовано в других различных конфигурациях, может быть использовано с другими различными типами газотурбинных агрегатов и может быть использовано в других типах машин. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в предшествующих предпосылках создания изобретения или подробном описании. Следует также понимать, что иллюстрации могут иметь увеличенные размеры для лучшей иллюстрации представленных ссылочных позиций и не рассматриваются как ограничивающие объем изобретения, если не указано иное.
1. Охлаждающее прокладочное кольцо (341) с пазами для воздуховода (325) внутри камеры сгорания (320) газотурбинного агрегата (100), содержащее:
нижнее кольцевое основание (352), имеющее:
верхнюю поверхность (353); нижнюю поверхность (354), напротив верхней поверхности (353); внешнюю поверхность (356), простирающуюся между верхней поверхностью (353) и нижней поверхностью (354) вдоль внешнего кольцеобразного торца нижнего кольцевого основания (352) и внутреннего кольцеобразного торца;
буртик (351), простирающийся от верхней поверхности (353) нижнего кольцевого основания (352) и примыкающий к внутреннему кольцеобразному торцу нижнего кольцевого основания (352); буртик (351), имеющий:
внешнюю поверхность (355), расположенную вдоль внешнего кольцеобразного торца буртика (351); внешнюю поверхность (355) буртика (351), смещенную по окружности от внешней поверхности (356) нижнего кольцевого основания (352);
несколько верхних пазов (347), расположенных на верхней поверхности (353) нижнего кольцевого основания (352), и несколько нижних пазов (348), расположенных на нижней поверхности (354) нижнего кольцевого основания (352), где каждый верхний паз (347) и каждый нижний паз (348) простираются в радиальном направлении от внешней поверхности (355) буртика (351) к внешней поверхности (356) нижнего кольцевого основания (352); и
отличающееся тем, что несколько верхних пазов (347) разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего кольцевого основания (352), а несколько нижних пазов (348) разнесены друг от друга на равное расстояние вдоль окружности нижнего кольцевого основания, причем каждый верхний паз (347) смещен по окружности от примыкающего нижнего паза (348).
2. Охлаждающее прокладочное кольцо (341) с пазами по п. 1, отличающееся тем, что ширина (349) каждого верхнего паза (347) составляет 0,04”; ширина (350) каждого нижнего паза (348) составляет 0,03”; глубина (384) каждого верхнего паза (347) составляет 0,04”; глубина (382) каждого нижнего паза (348) составляет 0,03”.
3. Охлаждающее прокладочное кольцо (341) с пазами по п. 1, отличающееся тем, что охлаждающее прокладочное кольцо (341) включает 12 верхних пазов (347) и 12 нижних пазов (348).
4. Охлаждающее прокладочное кольцо (341) с пазами по п. 1, отличающееся тем, что каждый верхний паз (347) смещен по окружности от каждого нижнего паза (348), и отличающееся тем, что каждый верхний паз (347) и каждый нижний паз (348) представляют собой желоб с цилиндрическим профилем.
5. Прокладочное кольцо в сборе (331) для камеры сгорания (320) газотурбинного агрегата (100); прокладочное кольцо в сборе (331), содержащее:
охлаждающее прокладочное кольцо (341) с пазами по п. 1;
бандаж (342), включающий верхнее кольцеобразное тело (361), имеющее внутреннюю поверхность (369);
стопорную гайку (343), соединенную с бандажом (342), стопорную гайку (343), включающую охватывающий участок (362), имеющий внутреннюю поверхность (366); и,
по меньшей мере, участок нижнего кольцевого основания (352) охлаждающего прокладочного кольца (341) с пазами, простирающийся между стопорной гайкой (343) и бандажом (342); внутреннюю поверхность (366) охватывающей части (362) стопорной гайки (343) и внешнюю поверхность (355) буртика (351) охлаждающего прокладочного кольца (341) с пазами, образующими верхний зазор (367); внешнюю поверхность (356) нижнего кольцевого основания (352) охлаждающего прокладочного кольца (341) с пазами и внутреннюю поверхность (369) верхнего кольцеобразного тела (361) бандажа (342), образующими нижний зазор (368), причем верхний зазор (367) сообщается с нижним зазором (368).
6. Прокладочное кольцо в сборе (331) по п. 5, отличающееся тем, что верхний зазор (367), несколько верхний пазов (347), нижний зазор (368) и несколько нижних пазов (348) образуют канал.
7. Прокладочное кольцо в сборе (331) по п. 6, отличающееся тем, что камера сгорания (320) включает: внешний участок жаровой трубы (322) и внутренний участок жаровой трубы (321); воздуховод (325), проходящий через внешний участок жаровой трубы (322); внутренний участок жаровой трубы (321); и прокладочное кольцо в сборе (331), соединенное с воздуховодом (325).
8. Прокладочное кольцо в сборе (331) по п. 7, дополнительно содержащее второе прокладочное кольцо в сборе (332), включающее продолговатое прокладочное кольцо (344), внешний бандаж (345) и внешнюю стопорную гайку (346), отличающееся тем, что второе прокладочное кольцо в сборе (332) соединено с воздуховодом (325).
9. Прокладочное кольцо в сборе (331) по п. 5, отличающееся тем, что нижнее кольцевое основание (352) охлаждающего прокладочного кольца (341) с пазами способно расширяться под воздействием тепла между стопорной гайкой (343) и бандажом (342).
10. Прокладочное кольцо в сборе (331) по любому из пп. 7-9, отличающееся тем, что канал сообщается с частью внутреннего участка жаровой трубы (327).
