Топливный инжектор с двойным впрыском основного топлива

Раскрыт топливный инжектор (600) для газотурбинного двигателя. Топливный инжектор (600) содержит две первичные трубки, вторичную трубку (603), первичный проход для газа и вторичный проход для газа. Две первичные трубки подключены параллельно для подачи основного газообразного топлива в первичный проход для газа. Вторичная трубка (603) подает основное газообразное топливо во вторичный проход для газа, независимый от двух первичных трубок и первичного прохода для газа. Первичный проход для газа и вторичный проход для газа подают основное газообразное топливо в канал для предварительного смешивания, независимо обеспечивая надежный контроль газотурбинного двигателя. 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным двигателям и к топливному инжектору с двойным впрыском основного топлива.

Уровень техники

Газотурбинные двигатели содержат компрессор, отсек сгорания и секции турбины. Отсек сгорания содержит топливные инжекторы, которые подают топливо для процесса сгорания. Различия в теплотворной способности газообразного топлива для сжигания предварительно смешанной обедненной смеси могут требовать различных условий для создания газообразного топлива и воздушной смеси для соответствия требуемым условиям по выбросам. Для удовлетворения этих различных условий используют раздельное оборудование для газообразного топлива с высокой теплотворной способностью и для газообразного топлива с низкой теплотворной способностью.

В публикации заявки на патент США № 2010/0162711, выданный Zuo и соавт., раскрыты первичные сопла для отсека сгорания без увлажнения с низким уровнем выбросов оксидов азота (DLN), выполненные с возможностью поочередного сжигания первого газообразного топлива или второго газообразного топлива, причем два газообразных топлива могут сильно различаться по энергосодержанию. Природный газ может представлять собой первое газообразное топливо, и синтетический газ может представлять собой второе газообразное топливо. Внутренний топливный контур и наружный топливный контур предусмотрены для обеспечения эффективного контроля профилей смешивания топлива/воздуха, динамических характеристик, первичного преждевременного зажигания и контроля выбросов посредством изменения разделения топлива между двумя топливными контурами. Внутренний топливный контур может работать в режиме диффузионного горения со многими видами газообразного топлива.

Настоящее изобретение направлено на преодоление одной или нескольких проблем, выявленных авторами изобретения.

Сущность настоящего изобретения

В данном документе раскрыт топливный инжектор для газотурбинного двигателя. В вариантах осуществления топливный инжектор содержит фланец, распределительный блок, первичный фитинг для газа, канал впуска газа, вторичный фитинг для газа, первый первичный канал, второй первичный канал, вторичный канал и распылительное устройство. Распределительный блок выступает из фланца. Первичный фитинг для газа подает основное газообразное топливо в распределительный блок. Канал впуска газа образован в распределительном блоке и проходит в распределительный блок от первичного фитинга для газа. Канал впуска газа находится в связи по текучей среде с первичным фитингом для газа. Вторичный фитинг для газа подает основное газообразное топливо в распределительный блок. Первый первичный канал образован в распределительном блоке и находится в связи по текучей среде с каналом впуска газа. Второй первичный канал образован в распределительном блоке, находится в связи по текучей среде с каналом впуска газа и подключен параллельно с первым первичным каналом. Вторичный канал образован в распределительном блоке и находится в связи по текучей среде со вторичным фитингом для газа. Вторичный канал изолирован от первого первичного канала и второго первичного канала.

В вариантах осуществления топливный инжектор также содержит первичный проход для газа, вторичный проход для газа, канал для предварительного смешивания, первую первичную трубку, вторую первичную трубку и вторичную трубку. Первичный проход для газа образован в распылительном устройстве и имеет первую кольцеобразную форму. Вторичный проход для газа образован в распылительном устройстве смежно с первичным проходом для газа и имеет вторую кольцеобразную форму. Канал для предварительного смешивания образован в распылительном устройстве и расположен ниже по потоку относительно первичного прохода для газа и вторичного прохода для газа для смешивания основного газообразного топлива с воздухом. Первая первичная трубка проходит от распределительного блока до корпуса инжектора. Первая первичная трубка находится в связи по текучей среде с первым первичным каналом и первичным проходом для газа. Вторая первичная трубка проходит от распределительного блока до корпуса инжектора. Вторая первичная трубка находится в связи по текучей среде со вторым первичным каналом и первичным проходом для газа. Вторичная трубка проходит от распределительного блока к распылительному устройству. Вторичная трубка находится в связи по текучей среде со вторичным каналом и вторичным проходом для газа. Первичный проход для газа и вторичный проход для газа выполнены с возможностью независимой подачи основного газообразного топлива в канал для предварительного смешивания.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлено схематическое изображение иллюстративного газотурбинного двигателя;

на фиг. 2 представлен разобранный вид топливного инжектора по фиг. 1;

на фиг. 3 представлен вид в разрезе варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2;

на фиг. 4 представлен вид в разрезе распределительного блока по фиг. 2 и 3, взятый по линии IV-IV;

на фиг. 5 представлен вид в разрезе распылительного устройства по фиг. 2 и 3;

на фиг. 6 представлен вид в разрезе альтернативного варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2;

на фиг. 7 представлен вид в разрезе распылительного устройства по фиг. 6;

на фиг. 8 представлен вид в разрезе части распылительного устройства по фиг. 6;

на фиг. 9 представлен вид в разрезе центрального корпуса в сборе по фиг. 2–8;

на фиг. 10 представлен вид в разрезе в разобранном виде центрального корпуса в сборе по фиг. 9;

на фиг. 11 представлен вид снизу завихрителя по фиг. 10 и 11;

на фиг. 12 представлен вид в разрезе части распылительного устройства согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8;

на фиг. 13 представлена блок-схема способа для прямого впрыска обедненной смеси жидкого топлива.

Подробное описание

В системах и способах, раскрытых в данном документе, предусмотрен топливный инжектор для газотурбинного двигателя. В вариантах осуществления топливный инжектор имеет двойную конфигурацию для газообразного топлива с первичным контуром для основного газообразного топлива и вторичным контуром для основного газообразного топлива. Первичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо через лопатки в распылительном устройстве в канал для предварительного смешивания, тогда как вторичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо через заднюю плоскость инжектора. Разные места впрыска в сочетании с раздельными контурами для основного газообразного топлива могут обеспечить надежный контроль топливного инжектора. Такой надежный контроль может обеспечить возможность работы газотурбинного двигателя как на газообразном топливе с низкой теплотворной способностью, так и на газообразном топливе с высокой теплотворной способностью с использованием одного и того же оборудования. Двойные контуры для основного газообразного топлива вместе с таким надежным контролем также могут обеспечивать контроль падения давления внутри контуров для основного газообразного топлива.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение иллюстративного газотурбинного двигателя. Некоторые поверхности были опущены или преувеличены (на этой и на других фигурах) для ясности и простоты объяснения. Кроме этого, настоящее раскрытие может ссылаться на переднее и заднее направление. В целом, все ссылки на «передний» и «задний» связаны с направлением потока первичного воздуха (т. е. воздуха, используемого в процессе сгорания), если не указано иное. Например, передний является «расположенным выше по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха, и задний является «расположенным ниже по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха.

Кроме того, описание может в целом ссылаться на центральную ось 95 вращения газотурбинного двигателя, которая может в целом быть определена продольной осью его вала 120 (удерживаемого несколькими блоками 150 подшипников). Центральная ось 95 может быть общей или совместной с различными другими концентричными компонентами двигателя. Все ссылки на радиальное, осевое и окружное направления и измерения относятся к центральной оси 95, если не указано иное, и такие термины, как «внутренний» и «наружный», в целом указывают на меньшую или большую удаленность в радиальном направлении, при этом радиус 96 может проходить в любом направлении, перпендикулярном центральной оси 95 и отходящем наружу от нее.

Газотурбинный двигатель 100 содержит впуск 110, вал 120, турбокомпрессор или «компрессор» 200, отсек 300 сгорания, турбину 400, выпуск 500 для отработавших газов и муфту 50 для передачи выходной мощности. Газотурбинный двигатель 100 может быть в конфигурации с одним валом или с двойным валом.

Компрессор 200 содержит ротор компрессора в сборе 210, неподвижные лопатки 250 компрессора («статоры») и впускные направляющие лопатки 255. Ротор компрессора в сборе 210 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор компрессора в сборе 210 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор компрессора в сборе 210 содержит один или несколько дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220 содержит диск ротора компрессора, который по окружности заполнен лопастями ротора компрессора. Статоры 250 в осевом направлении подчиняются каждому из дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220, спаренный со смежным статором 250, который подчиняется диску компрессора в сборе 220, считается ступенью компрессора. Компрессор 200 содержит множество ступеней компрессора. Впускные направляющие лопатки 255 в осевом направлении предшествуют ступеням компрессора.

Отсек 300 сгорания содержит один или несколько топливных инжекторов 600 и содержит одну или несколько камер 390 сгорания. Каждый топливный инжектор 600 содержит фланец в сборе 610, распылительное устройство 630 и топливные трубки 690, проходящие между фланцем в сборе 610 и распылительным устройством 630. В показанном газотурбинном двигателе каждый топливный инжектор 600 установлен в отсеке 300 сгорания в осевом направлении по отношению к центральной оси 95 через радиальную часть 399 кожуха 398 отсека сгорания или кожуха диффузора компрессора.

Турбина 400 содержит ротор турбины в сборе 410 и сопла 450 турбины. Ротор турбины в сборе 410 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор турбины в сборе 410 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор турбины в сборе 410 содержит один или несколько дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 содержит диск ротора турбины, который по окружности заполнен лопастями ротора турбины. Сопла 450 турбины в осевом направлении предшествуют каждому из дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420, спаренный со смежным соплом 450 турбины, которое предшествует диску турбины в сборе 420, считается ступенью турбины. Турбина 400 содержит множество ступеней турбины.

Выпуск 500 для отработавших газов содержит диффузор 510 отработавших газов и коллектор отработавших газов 520.

Топливный инжектор 600 может содержать множество топливных контуров для доставки топлива в камеру 390 сгорания. На фиг. 2 представлен разобранный вид топливного инжектора 600 по фиг. 1. Как показано на фиг. 2, фланец в сборе 610 может содержать фланец 611, распределительный блок 612, фитинги и ручки 620. Один фитинг может быть использован для каждого топливного контура. Фланец 611 может представлять собой цилиндрический диск и может иметь отверстия для крепления топливного инжектора 600 к кожуху 398 отсека сгорания.

Распределительный блок 612 выступает из фланца 611 и может выступать из фланца 611 в осевом направлении. Фланец 611 и распределительный блок 612 могут быть выполнены как одно целое. Распределительный блок 612 может действовать как магистраль для одного или нескольких топливных контуров для распределения потока топлива одного или нескольких контуров через множество топливных трубок или каналов.

Топливные трубки 690 могут включать первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, вторичную трубку 603 и трубчатый стержень 604. Первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 могут быть частью первичного контура для основного газообразного топлива. Первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 могут быть параллельными и могут проходить параллельно оси 797 сборки.

Вторичная трубка 603 может быть частью первичного контура для основного газообразного топлива или может быть частью вторичного контура для основного газообразного топлива. Вторичная трубка 603 может проходить от распределительного блока 612 к распылительному устройству под углом по отношению к первой первичной трубке 601 и второй первичной трубке 602 и может действовать как опорная трубка для распылительного устройства 630, чтобы предотвратить отклонение распылительного устройства 630. Трубчатый стержень 604 может содержать каналы для контура для основного жидкого топлива, контур для пилотного жидкого топлива и контур для пилотного газообразного топлива.

Распылительное устройство 630 может содержать корпус 640 инжектора, наружный колпак 632, внутреннюю трубку 660 для предварительного смешивания, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания, центральный корпус в сборе 700, фиксирующее кольцо 634 и крепежи 635. Корпус 640 инжектора может содержать первый первичный фитинг 651 для передачи топлива, второй первичный фитинг 652 для передачи топлива и вторичный фитинг 653 для передачи топлива. Первая первичная трубка 601 может быть соединена с распылительным устройством 630 в первом первичном фитинге 651 для передачи топлива. Вторая первичная трубка 602 может быть соединена с распылительным устройством 630 во втором первичном фитинге 652 для передачи топлива, и вторичная трубка 603 может быть соединена с распылительным устройством 630 во вторичном фитинге 653 для передачи топлива.

Наружный колпак 632 может быть соединен с корпусом 640 инжектора и может быть размещен между корпусом 640 инжектора и фланцем в сборе 610. Наружный колпак 632 может иметь проемы, которые позволяют воздуху, нагнетаемому компрессором, поступать в распылительное устройство 630.

Фланец в сборе 610, трубки для газа, трубки для жидкости, трубчатый стержень 604, корпус 640 инжектора, внутренняя трубка 660 для предварительного смешивания, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания и центральный корпус в сборе 700 включают или могут быть собраны с образованием каналов для контура (контуров) для основного газообразного топлива, контура для основного жидкого топлива, контура для пилотного жидкого топлива и контура для пилотного газообразного топлива. Варианты осуществления этих топливных контуров раскрыты в данном документе и будут описаны в сочетании с другими фигурами.

Фиксирующее кольцо 634 и крепежи 635 могут быть использованы для удержания различных компонентов вместе. Фиксирующее кольцо 634 может быть использовано для крепления внутренней трубки 660 для предварительного смешивания к корпусу 640 инжектора.

На фиг. 3 представлен вид в разрезе варианта осуществления топливного инжектора 600 по фиг. 2. На фиг. 4 представлен вид в разрезе распределительного блока 612 по фиг. 2 и 3, взятый по линии IV-IV. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 3 и 4, первая первичная трубка 601, вторая первичная трубка 602 и вторичная трубка 603 образуют один первичный контур для газообразного топлива.

Как показано на фиг. 3, фланец в сборе 610 может содержать первичный фитинг 621 для газа, прикрепленный к фланцу 611, и канал 614 впуска газа находится в связи по текучей среде с первичным фитингом 621 для газа. Канал 614 впуска газа может проходить через фланец 611 и затем в распределительный блок 612. Как показано на фиг. 4, распределительный блок 612 содержит первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617. В изображенном варианте осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 находятся в связи по текучей среде с каналом 614 впуска газа. Как показано на фиг. 4, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут быть соединены с каналом 614 впуска газа и могут иметь конфигурацию с параллельным потоком.

Фланец в сборе 610 также может содержать патрубок 638 первой первичной трубки, патрубок 639 второй первичной трубки и патрубок 619 вторичной трубки. Первая первичная трубка 601 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 638 первой первичной трубки, находится в связи по текучей среде с первым первичным каналом 615 и может соединять по текучей среде первый первичный канал 615 с первой первичной трубкой 601. Вторая первичная трубка 602 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 639 второй первичной трубки, находится в связи по текучей среде со вторым первичным каналом 616 и может соединять по текучей среде второй первичный канал 616 со второй первичной трубкой 602. Вторичная трубка 603 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 619 вторичной трубки, может находиться в связи по текучей среде со вторичным каналом 617 и может соединять по текучей среде вторичный канал 617 со вторичной трубкой 603.

Как показано на фиг. 3 и 4, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут пересекать канал 614 впуска газа в одном и том же месте. В изображенном варианте осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 выполнены с помощью поперечного сверления. Первый первичный канал 615 просверлен под углом со стороны распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа и проходит к патрубку 638 первой первичной трубки. Второй первичный канал 616 просверлен под углом с противоположной стороны распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа и первым первичным каналом 615 и проходит к патрубку 639 второй первичной трубки. Вторичный канал 617 просверлен снизу распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа, первым первичным каналом 615 и вторым первичным каналом 616 и проходит к патрубку 619 вторичной трубки. Фланец в сборе 610 может содержать заглушку 618 на конце каждого канала, дистального по отношению к своему соответствующему патрубку трубки.

В некоторых вариантах осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут начинаться в канале 614 впуска газа и проходить к своим соответствующим патрубкам трубок. Например, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут быть выполнены одновременно с распределительным блоком 612 во время процесса аддитивного производства и могут не требовать поперечного сверления.

Фланец в сборе 610 также может содержать полость 622 стержня. Полость 622 стержня может проходить через фланец 611 и также может проходить через распределительный блок 612. В изображенном варианте осуществления распределительный блок 612 имеет такую форму, чтобы окружать трубчатый стержень 604.

Трубчатый стержень 604 может проходить через фланец в сборе 610 и затем в распылительное устройство 630. Трубчатый стержень 604 может содержать полость 605 трубки для основной жидкости, полость 606 трубки для пилотной жидкости и канал 625 для пилотного газа, проходящие через него.

Топливный инжектор 600 также может содержать фитинг 627 для основной жидкости, фитинг 628 для пилотной жидкости и фитинг 691 для пилотного газа, присоединенные к трубчатому стержню 604 дистально по отношению к распылительному устройству 630. В вариантах осуществления топливный инжектор 600 содержит трубку 607 для основной жидкости, проходящую через полость 605 трубки для основной жидкости, и трубку 608 для пилотной жидкости, проходящую через полость 606 трубки для пилотной жидкости. Трубка 607 для основной жидкости находится в связи по текучей среде с фитингом 627 для основной жидкости, и трубка 608 для пилотной жидкости находится в связи по текучей среде с фитингом 628 для пилотной жидкости. В изображенном варианте осуществления топливный инжектор 600 содержит зазоры для трубки 608 для пилотной жидкости, чтобы обеспечить пространство между трубкой 608 для пилотной жидкости и трубчатым стержнем 604 в полости 606 трубки для пилотной жидкости.

На фиг. 5 представлен вид в разрезе распылительного устройства 630 по фиг. 2 и 3. Распылительное устройство 630 может иметь ось 797 сборки. Все ссылки на радиальное, осевое и окружное направления и измерения распылительного устройства 630 и элементов распылительного устройство 630 относятся к оси 797 сборки, и такие термины, как «внутренний» и «наружный», в целом указывают на меньшую или большую удаленность в радиальном направлении от оси 797 сборки. Центр фланца 611 может быть смещен относительно оси 797 сборки.

Как показано на фиг. 3 и 5, распылительное устройство 630 может содержать корпус 640 инжектора, наружный колпак 632, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания, внутреннюю трубку 660 для предварительного смешивания, колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания, экран 629 пилотной трубки и центральный корпус в сборе 700. Корпус 640 инжектора может иметь заднюю часть 641 и переднюю часть 642.

Задняя часть 641 может иметь цилиндрическую форму и может быть полым цилиндром с «C»-, «U»- или «J»-образным сечением, вращаемым вокруг оси 797 сборки. Передняя часть 642 также может иметь основание цилиндрической формы и также может быть полым цилиндром. Передняя часть 642 также может иметь соосную полую цилиндрическую часть, проходящую в направлении назад от основания. Диаметр полой цилиндрической части может быть больше диаметра основания, образующего выточку для внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Передняя часть 642 также может иметь выточку для фиксирующего кольца 634, которое может быть использовано для крепления внутренней трубки 660 для предварительного смешивания к передней части 642. Передняя часть 642 также может иметь поверхность 649 корпуса инжектора. Поверхность 649 корпуса инжектора может быть кольцеобразной и может быть обращена в осевом направлении вперед, противоположно задней части 641. Передняя часть 642 и задняя часть 641 могут быть соединены металлургически, например, посредством пайки или сварки.

Первый первичный фитинг 651 для передачи топлива, второй первичный фитинг 652 для передачи топлива и вторичный фитинг 653 для передачи топлива могут быть цельными с задней частью и могут быть расположены на противоположной стороне оси задней части 641 по отношению к передней части 642.

Распылительное устройство 630 также содержит первичный проход 643 для газа, впуски 658 первичного прохода, впуск 659 вторичного прохода и первичные каналы 646 корпуса для газа. Задняя часть 641 и передняя часть 642 могут быть соединены вместе с образованием первичного прохода 643 для газа. Первичный проход 643 для газа может представлять собой кольцеобразную полость, проходящую вокруг оси 797 сборки. В вариантах осуществления «C»-, «U»- или «J»-образное сечение задней части 641, вращаемое вокруг оси 797 сборки, может формировать первичный проход 643 для газа при прикреплении к передней части 642.

Распылительное устройство 630 может содержать впуск 658 первичного прохода, смежный с каждым первичным фитингом для передачи топлива, например, первым первичным фитингом 651 для передачи топлива и вторым первичным фитингом 652 для передачи топлива. Впуск 658 первичного прохода может представлять собой проем, проходящий через задний конец задней части 641, который проходит до первичного прохода 643 для газа так, чтобы первичная трубка для газа, соединенная со смежным первичным фитингом 651 для передачи топлива, находилась в связи по текучей среде с первичным проходом 643 для газа. В изображенном варианте осуществления впуск 659 вторичного прохода представляет собой проем, проходящий через задний конец задней части 641, который проходит к первичному проходу 643 для газа так, чтобы вторичная трубка 603 находилась в связи по текучей среде с первичным проходом 643 для газа.

Первичные каналы 646 корпуса для газа проходят в осевом направлении через переднюю часть от первичного прохода 643 для газа, чтобы обеспечить путь для первичного газообразного топлива в наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания. В вариантах осуществления, изображенных на фиг. 3—5, основное газообразное топливо подается в наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания в одном контуре для основного газообразного топлива. Контур для основного газообразного топлива содержит первичный фитинг 621 для газа, канал 614 впуска газа, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616, вторичный канал 617, первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, вторичную трубку 603, первичный проход 643 для газа и первичные каналы 646 корпуса для газа.

Распылительное устройство также может содержать полость 650 стержня в распылительном устройстве, проем 655 для центрального корпуса и каналы 654 для подачи воздуха. Полость 650 стержня в распылительном устройстве может проходить через заднюю часть 641 и может быть полой частью с полой цилиндрической формой задней части 641. Проем 655 для центрального корпуса может быть соосным с передней частью 642 и может проходить через основание передней части 642 в осевом направлении. Каналы 654 для подачи воздуха также могут проходить через основание передней части 642 в осевом направлении. Каналы 654 для подачи воздуха могут быть расположены в радиальном направлении снаружи от оси 797 сборки и проема 655 для центрального корпуса и могут быть расположены в радиальном направлении внутри от внутренней поверхности полой цилиндрической части передней части 642.

Наружный колпак 632 может представлять собой выпуклый колпак, который прикреплен к корпусу 640 инжектора на наружной в радиальном направлении поверхности задней части 641. Наружный колпак 632 может иметь множество отверстий и каналов для одной или нескольких топливных трубок 690, чтобы воздух, нагнетаемый компрессором, поступал в топливный инжектор 600.

Наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания соединен с корпусом 640 инжектора и расположен в радиальном направлении снаружи от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания может содержать цилиндр 671, торец 672 цилиндра и наружную поверхность 680 трубки для предварительного смешивания. Цилиндр 671 может содержать корпусную часть 674, цилиндрическую часть 675, лопатки 673, первичные каналы 676 лопаток для газа, первичные выпуски 677 для газа, вентиляционные каналы 678 для воздуха и вентиляционные выпуски 679 для воздуха. Корпусная часть 674 может иметь форму кольцеобразного диска. Цилиндрическая часть 675 может проходить в осевом направлении назад от корпусной части 674. В показанном варианте осуществления цилиндрическая часть 675 проходит от задней и внутренней в радиальном направлении части корпусной части 674. Цилиндрическая часть 675 может иметь форму полого цилиндра или цилиндрической трубки. Форма полого цилиндра или цилиндрической формы может быть конической или иметь коническую внутреннюю поверхность.

Лопатки 673 могут проходить в осевом направлении вперед от корпусной части 674. Лопатки 673 могут иметь клиновидную форму и могут иметь усеченный или удаленный кончик клина. Лопатки 673 могут иметь и другие формы, выполненные с возможностью направления и завихрения воздуха в трубке 669 для предварительного смешивания.

Первичный канал 676 лопатки для газа может проходить в осевом направлении внутри каждой лопатки 673. Каждый первичный канал 676 лопатки для газа выровнен и находится в связи по текучей среде с первичным каналом 646 корпуса для газа. Первичные выпуски 677 для газа проходят от первичного канала 676 лопатки для газа и через лопатки 673. В изображенном варианте осуществления первичные выпуски 677 для газа проходят в поперечном направлении к первичным каналам 676 лопаток для газа так, чтобы первичное газообразное топливо выходило из первичных выпусков 677 для газа между смежными лопатками 673 в касательном направлении по отношению к оси 797 сборки и в канал 669 для предварительного смешивания. В изображенном варианте осуществления первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа являются частью контура для основного газообразного топлива.

Вентиляционный канал 678 для воздуха также может проходить в осевом направлении в каждой лопатке 673 и может быть расположен смежно с первичным каналом 676 лопатки для газа. Вентиляционные выпуски 679 для воздуха проходят от вентиляционных каналов 678 для воздуха через лопатки 673 и могут выходить из лопаток 673 на узком конце клинообразной формы, чтобы предотвратить образование на конце лопаток 673 карманов пониженного давления.

Торец 672 цилиндра может быть металлургически соединен с цилиндром 671 на заднем конце цилиндрической части 675, например, посредством сварки или пайки. Торец 672 цилиндра может иметь форму полого цилиндра или цилиндрической трубки, подобную форме цилиндрической части 675. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может быть металлургически соединен, например, посредством сварки или пайки, с задним концом торца 672 цилиндра на наружной поверхности торца 672 цилиндра. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может иметь «C»-, «U»- или «J»-образное сечение, вращаемое вокруг оси 797 сборки. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может создать воздушный карман или канал с торцом 672 цилиндра.

Наружная поверхность 680 трубки для предварительного смешивания может содержать внутренние в радиальном направлении цилиндрические поверхности цилиндра 671 и торец 672 цилиндра. При установке в распылительном устройстве 630 наружная поверхность 680 трубки для предварительного смешивания может быть расположена в радиальном направлении снаружи от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.

Как показано на фиг. 2, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания может быть прикреплен к корпусу 640 инжектора крепежами 635. Лопатки 673 могут контактировать с поверхностью 649 корпуса инжектора, когда наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания соединен с корпусом 640 инжектора.

Снова, как показано на фиг. 3 и 5, внутренняя трубка 660 для предварительного смешивания может быть присоединена к корпусу 640 инжектора и может иметь переходной конец 661, промежуточную трубку 662, торец 663 кончика, поверхность 665 кончика, а также внутреннюю поверхность 664 трубки для предварительного смешивания. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 3, переходной конец 661 представляет собой гиперболическую воронку, которая начинает переход от радиального направления к осевому направлению по отношению к оси 797 сборки.

Промежуточная трубка 662 может быть металлургически соединена с задним концом переходного конца 661, например, посредством сварки или пайки. В показанном варианте осуществления промежуточная трубка 662 продолжает форму гиперболической воронки переходного конца 661. В других вариантах осуществления промежуточная трубка 662 может быть усеченным конусом, воронкой или выполнена с сечением с изогнутыми наружной и внутренней поверхностями, вращаемыми вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.

Торец 663 кончика может быть металлургически соединен с задним концом промежуточной трубки 662 дистально к переходному концу 661. Поверхность 665 кончика проходит в радиальном направлении внутрь от торца 663 кончика и может быть цельной с торцом 663 кончика. Торец 663 кончика может иметь форму кольцеобразного диска, который образует проем 666 кончика.

Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания составляет по меньшей мере часть наружной поверхности внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания может быть поверхностью, вращающейся вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания, которая переходит от радиальной поверхности или кольцеобразной поверхности в окружающую или цилиндрическую поверхность. В изображенном варианте осуществления внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания является гиперболической воронкой или сегментом псевдосферы. В других вариантах осуществления радиальная поверхность может переходить в цилиндрическую поверхность с комбинацией линейных сегментов или кривых, вращаемых вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.

Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания расположена на расстоянии от наружной поверхности 680 трубки для предварительного смешивания, образующей канал 669 для предварительного смешивания между ними. Канал 669 для предварительного смешивания может быть кольцеобразным каналом. Воздух, нагнетаемый компрессором, может поступать в канал 669 для предварительного смешивания между лопатками 673 и может смешиваться с газообразным топливом, выходящим из первичных выпусков 677 для газа. Канал 669 для предварительного смешивания может направлять топливовоздушную смесь в камеру 390 сгорания для сжигания.

Трубка 608 для пилотной жидкости может содержать кончик 609 пилотной трубки. Кончик 609 пилотной трубки может быть отдельным распылителем и может быть частью контура для пилотного жидкого топлива. Кончик 609 пилотной трубки может иметь конфигурацию, образующую завихрение под давлением, или конфигурацию с прямым отверстием. Экран 629 пилотной трубки может иметь осевую часть, расположенную в радиальном направлении от центрального корпуса в сборе 700 и выполненную с возможностью защиты кончика 609 пилотной трубки.

Центральный корпус в сборе 700 может быть расположен в радиальном направлении внутри от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания и от корпуса 640 инжектора. Центральный корпус в сборе 700 также может быть смежным в осевом направлении с трубчатым стержнем 604 и может быть металлургически соединен, например, посредством пайки или сварки, с трубчатым стержнем 604.

Как показано на фиг. 5, центральный корпус в сборе 700 может содержать центральный корпус 710, стакан 750 и завихритель 770. Центральный корпус 710 может быть смежным с трубчатым стержнем 604. Стакан 750 и завихритель 770 могут быть расположены на конце центрального корпуса 710 напротив трубчатого стержня 604. Стакан 750 проходит от конца центрального корпуса 710 и расположен в радиальном направлении внутри от завихрителя 770. Завихритель 770 также проходит от конца центрального корпуса 710. Завихритель 770 содержит корпус 771 завихрителя и фланец 772 завихрителя. Фланец 772 завихрителя проходит в радиальном направлении наружу от корпуса 771 завихрителя к торцу 663 кончика внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.

Центральный корпус 710 содержит задний пилотный канал 716, патрубок 725 для пилотного газа и впуск 719 для пилотного газа. Задний пилотный канал 716 может быть выточкой, которая проходит в осевом направлении в центральный корпус 710 по отношению к оси 797 сборки. Патрубок 725 для пилотного газа находится в связи по текучей среде с каналом 625 для пилотного газа и может проходить в осевом направлении в центральный корпус 710 в радиальном направлении смежно с задним пилотным каналом 716. Впуск 719 для пилотного газа соединяет патрубок 725 для пилотного газа с задним пилотным каналом 716 и может проходить в радиальном направлении между патрубком 725 для пилотного газа и задним пилотным каналом 716. Фитинг 691 для пилотного газа, канал 625 для пилотного газа, патрубок 725 для пилотного газа и впуск 719 для пилотного газа образуют контур для пилотного газообразного топлива для подачи пилотного газообразного топлива в задний пилотный канал 716 для направления пилотного газообразного топлива из проема 666 кончика для сжигания.

Как показано на фиг. 3, центральный корпус 710 также содержит патрубок 722 трубки для жидкости и первичный канал 721 для жидкости. Патрубок 722 трубки для жидкости находится в связи по текучей среде с трубкой 607 для основной жидкости. Патрубок 722 трубки для жидкости может проходить в осевом направлении в центральный корпус 710. Первичный канал 721 для жидкости проходит от патрубка 722 трубки для жидкости через центральный корпус 710 для доставки основного жидкого топлива в проход 774 для жидкости, показанный на фиг. 9–11. Фитинг 627 для основной жидкости, трубка 607 для основной жидкости, патрубок 722 трубки для жидкости и первичный канал 721 для жидкости образуют контур для основного жидкого топлива для подачи топлива от фитинга 627 для основной жидкости в проход 774 для жидкости так, чтобы жидкое топливо могло образовывать предварительную пленку перед направлением жидкого топлива из проема 666 кончика для сгорания.

На фиг. 6 представлен вид в разрезе альтернативного варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 образуют часть первичного контура для газообразного топлива, тогда как вторичная трубка 603 образует часть вторичного контура для газообразного топлива.

Первичный фитинг 621 для газа находится в связи по текучей среде с первой первичной трубкой 601 и второй первичной трубкой 602. Первичный фитинг 621 для газа не находится в связи по текучей среде со вторичной трубкой 603. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, фланец в сборе 610 содержит вторичный фитинг 623 для газа, который находится в связи по текучей среде со вторичным каналом 617 и вторичной трубкой 603. Фланец в сборе 610 может содержать вторичный канал 692 впуска газа, который соединяет по текучей среде вторичный фитинг 623 для газа со вторичным каналом 617. Распределительный блок 612 может быть выполнен с возможностью изоляции вторичного фитинга 623 для газа и вторичной трубки 603 от первичного фитинга 621 для газа, первой первичной трубки 601 и второй первичной трубки 602.

Полость 622 стержня, трубчатый стержень 604, фитинг 627 для основной жидкости, фитинг 628 для пилотной жидкости, фитинг 691 для пилотного газа и свои соответствующие признаки могут быть одинаковыми или подобными тем, что были описаны выше в отношении предыдущего варианта осуществления.

На фиг. 7 представлен вид в разрезе распылительного устройства 630 по фиг. 6. На фиг. 8 представлен вид в разрезе части распылительного устройства 630 по фиг. 6. Как показано на фиг. 6–8, распылительное устройство 630 в данном варианте осуществления содержит первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа. Первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа могут быть смежными с кольцеобразными полостями. Как показано, первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа могут находиться на расстоянии в радиальном направлении, где один находится в радиальном направлении внутри от другого.

Вариант осуществления по фиг. 6–8 также содержит впуски 658 первичного прохода (показано на фиг. 8), первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа. Впуск 658 первичного прохода расположен между первой первичной трубкой 601 и первичным проходом 643 для газа и между второй первичной трубкой 602 и первичным проходом 643 для газа. Первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа могут быть одинаковыми или подобными тем, что описаны в сочетании с предыдущим вариантом осуществления.

Первичный контур для газообразного топлива содержит первичный фитинг 621 для газа, первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, первичный проход 643 для газа, первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа. Каждая из первой первичной трубки 601 и второй первичной трубки 602 находится в связи по текучей среде с первичным фитингом 621 для газа и первичным проходом 643 для газа. Первичный проход 643 для газа находится в связи по текучей среде с первичными каналами 646 корпуса для газа, первичными каналами 676 лопаток для газа и первичными выпусками 677 для газа. Первичный контур для газообразного топлива выполнен с возможностью доставки основного газообразного топлива от первичного фитинга 621 для газа в канал 669 для предварительного смешивания через первичные выпуски 677 для газа.

Варианты осуществления по фиг. 6–8 также содержат впуск 659 вторичного прохода (показано на фиг. 6 и 7), вторичные выпуски 648 для газа и вторичные каналы 647 для газа. Впуск 659 вторичного прохода расположен между вторичной трубкой 603 и вторичным проходом 644 для газа. Каждый вторичный выпуск 648 для газа может быть расположен на поверхности 649 корпуса инжектора между смежными лопатками 673. Вторичные выпуски 648 для газа могут быть выполнены с возможностью направления основного газообразного топлива между лопатками 673 в осевом направлении. Каждый вторичный выпуск 648 для газа может проходить в переднюю часть 642 от поверхности 649 корпуса инжектора. Вторичные выпуски 648 для газа могут быть равномерно разнесены в направлении по окружности, так что вторичный выпуск 648 для газа расположен между каждым набором смежных лопаток 673.

Каждый вторичный канал 647 для газа проходит через переднюю часть 642 от вторичного выпуска 648 для газа ко вторичному проходу 644 для газа для соединения вторичного выпуска 648 для газа со вторичным проходом 644 для газа. В вариантах осуществления каждый вторичный канал 647 для газа проходит в осевом направлении назад и в радиальном направлении наружу от вторичного прохода 644 для газа ко вторичным выпускам 648 для газа.

Вторичный контур для газообразного топлива содержит вторичный фитинг 623 для газа, вторичную трубку 603, вторичный проход 644 для газа, вторичные каналы 647 для газа и вторичные выпуски 648 для газа. Вторичный контур для газообразного топлива выполнен с возможностью доставки основного газообразного топлива от вторичного фитинга 623 для газа в канал 669 для предварительного смешивания через вторичные выпуски 648 для газа.

На фиг. 9 представлен вид в разрезе центрального корпуса в сборе 700 по фиг. 2–8. На фиг. 10 представлен вид в разрезе в разобранном виде центрального корпуса в сборе 700 по фиг. 9. Как показано на фиг. 9 и 10, центральный корпус 710 может содержать конец 711 основания, среднюю часть 712, завихряющий конец 713 и соединитель 714 стержня. Конец 711 основания может иметь цилиндрическую форму и может иметь фланец относительно средней части 712. Средняя часть 712 проходит между концом 711 основания и завихряющим концом 713 и может сужаться от конца 711 основания к завихряющему концу 713. Завихряющий конец 713 является дистальным по отношению к концу 711 основания и может иметь фланец по отношению к средней части 712. Соединитель 714 стержня может иметь полую цилиндрическую форму и может проходить от конца 711 основания в направлении, противоположном завихряющему концу 713. Соединитель 714 стержня может быть использован для соединения центрального корпуса 710 с трубчатым стержнем 604. В некоторых вариантах осуществления соединитель 714 стержня также может иметь выточку, которая проходит в конце 711 основания и принимает часть трубчатого стержня 604.

Центральный корпус 710 также содержит задний пилотный канал 716, патрубок 723 завихрителя, передний пилотный канал 717, внутренний фланец 715 и пилотный трубчатый канал 718. Задний пилотный канал 716 может проходить от конца 711 основания и в среднюю часть 712. Задний пилотный канал 716 может проходить от соединителя 714 стержня к внутреннему фланцу 715. Патрубок 723 завихрителя может проходить в завихряющий конец 713. Патрубок 723 завихрителя может быть выточкой, которая выполнена с возможностью приема завихрителя 770. Передний пилотный канал 717 может проходить от патрубка 723 завихрителя к внутреннему фланцу 715. Патрубок 723 завихрителя может содержать поверхность 724 патрубка завихрителя, которая является нижней поверхностью патрубка 723 завихрителя. Поверхность 724 патрубка завихрителя может иметь форму кольца.

Внутренний фланец 715 может проходить в радиальном направлении внутрь от средней части 712. Внутренний фланец 715 может быть полым цилиндром и может формировать пилотный трубчатый канал 718. Пилотный трубчатый канал 718 может соединять задний пилотный канал 716 с передним пилотным каналом 717. Центральный корпус 710 также может иметь пилотные впуски 720 для воздуха, проходящие через среднюю часть 712 в передний пилотный канал 717. Пилотные впуски 720 для воздуха могут обеспечить попадание воздуха, нагнетаемого компрессором, в передний пилотный канал 717 и смешать его с газообразным топливом перед направлением в камеру 390 сгорания.

Впуск 719 для пилотного газа, задний пилотный канал 716, пилотный трубчатый канал 718 и передний пилотный канал 717 также могут формировать часть контура для пилотного газообразного топлива.

Стакан 750 может содержать корпус 751 стакана, основание 752 стакана и кончик 753 стакана. Корпус 751 стакана может иметь форму полого цилиндра и может формировать канал 756 стакана внутри. Канал 756 стакана может направлять пилотное газообразное топливо и воздушную смесь от переднего пилотного канала 717 в камеру 390 сгорания через проем 666 кончика. Корпус 751 стакана может иметь поверхность 754 корпуса стакана. Поверхность 754 корпуса стакана может быть прямым круговым цилиндром и может быть наружной поверхностью корпуса 751 стакана.

Основание 752 стакана может проходить в осевом направлении от корпуса 751 стакана. Основание 752 стакана может иметь форму полого цилиндра и может иметь наружный диаметр, который меньше, чем наружный диаметр основания 752 стакана. Основание 752 стакана может иметь такие размеры, чтобы входить в передний пилотный канал 717 так, чтобы корпус 751 стакана мог упираться в завихряющий конец 713 в патрубке 723 завихрителя смежном с передним пилотным каналом 717.

Кончик 753 стакана может проходить от корпуса 751 стакана в направлении, противоположном основанию 752 стакана. Кончик 753 стакана может иметь форму воронки, например, полого усеченного конуса. Кончик 753 стакана может сужаться так, чтобы толщина кончика 753 стакана сужалась по мере сужения воронки. Кончик 753 стакана может иметь поверхность 755 стакана для предварительного образования пленки. Поверхность 755 стакана для предварительного образования пленки может быть наружной поверхностью кончика 753 стакана. Поверхность 755 стакана для предварительного образования пленки может иметь форму усеченного конуса.

Завихритель 770 может содержать корпус 771 завихрителя и фланец 772 завихрителя, как было описано выше. Корпус 771 завихрителя может быть цельным и образованным за счет вращения, осуществляемого вокруг оси 797 сборки.

Завихритель 770 также может содержать основание 782 завихрителя, кончик 773 завихрителя, вырез 784 прохода для жидкости, канал 777 завихрителя, поверхность 780 канала завихрителя, канал 778 для предварительного образования пленки и завихряющие вырезы 775. Основание 782 завихрителя может быть смежным с корпусом 771 завихрителя и может иметь размеры, соотносительные с патрубком 723 завихрителя. Завихритель 770 и центральный корпус 710 могут быть соединены у основания 782 завихрителя и патрубка 723 завихрителя. Корпус 771 завихрителя может сужаться от основания 782 завихрителя к фланцу 772 завихрителя. Основание 782 завихрителя расположено в патрубок 723 завихрителя и может упираться в поверхность 724 патрубка завихрителя.

Кончик 773 завихрителя проходит от корпуса 771 завихрителя дистально и напротив от основания 782 завихрителя. Кончик 773 завихрителя может иметь форму воронки, например, полого усеченного конуса. Кончик 773 завихрителя может сужаться так, чтобы толщина кончика 773 завихрителя сужалась по мере сужения воронки. Кончик 773 завихрителя может иметь поверхность 779 завихрителя для предварительного образования пленки. Поверхность 779 завихрителя для предварительного образования пленки может быть наружной поверхностью кончика 773. Поверхность 779 завихрителя для предварительного образования пленки может иметь форму усеченного конуса. В собранном состоянии поверхность 779 завихрителя для предварительного образования пленки может находиться на расстоянии от поверхности 755 стакана для предварительного образования пленки.

Канал 777 завихрителя может проходить от основания 782 завихрителя и в корпус 771 завихрителя. Канал 777 завихрителя может иметь цилиндрическую форму. Поверхность 780 канала завихрителя может быть поверхностью канала 777 завихрителя. Поверхность 780 канала завихрителя может иметь цилиндрическую форму, такую как прямой круговой цилиндр. В собранном состоянии поверхность 780 канала завихрителя примыкает к поверхности 754 корпуса стакана. Стакан 750 и завихритель 770 могут быть собраны для создания уплотнения между ними, например, собраны с помощью тугой посадки, когда поверхность 780 канала завихрителя имеет меньший диаметр, чем диаметр поверхности 754 корпуса стакана.

Канал 778 для предварительного образования пленки может быть смежным с каналом 777 завихрителя и может иметь поверхность 783 канала для предварительного образования пленки. Поверхность 783 канала для предварительного образования пленки может иметь диаметр, который больше, чем поверхность 780 канала завихрителя. В собранном состоянии поверхность 783 канала для предварительного образования пленки смещена от поверхности 754 корпуса стакана с образованием кольцеобразный промежуток между ними. Такой кольцеобразный промежуток может формировать переднюю часть канала 769 для предварительного образования пленки. Канал 769 для предварительного образования пленки может проходить в осевом направлении прежде, чем повернуть внутрь в направлении к оси 797 сборки. При повороте внутрь канал 769 для предварительного образования пленки может проходить как в осевом направлении назад, так и в направлении внутрь в радиальном направлении по отношению к оси 797 сборки.

Вырезы 784 прохода для жидкости расположены в основании 782 завихрителя. На фиг. 11 представлен вид снизу завихрителя 770 по фиг. 10 и 11. Как показано на фиг. 9–11, вырез 784 прохода для жидкости может быть кругообразным вырезом, который проходит относительно большей части основания 782 завихрителя смежно с каналом 777 завихрителя. Вырез 784 прохода для жидкости может проходить по окружности от конца 781 прохода впуска до конца 785 прохода выпуска. Конец 781 прохода впуска и конец 785 прохода выпуска могут быть смежными без соприкосновения, т. е. расположенными на небольшом расстоянии с материалом между ними.

Вырез 784 прохода для жидкости может сужаться от конца 781 прохода впуска до конца 785 прохода выпуска с площадью сечения выреза 784 прохода для жидкости, уменьшающейся от конца 781 прохода впуска к концу 785 выпуска прохода. Вырез 784 прохода для жидкости может иметь постоянное сужение от конца 781 прохода впуска к концу 785 прохода выпуска или может сужаться по секциям. Вырез 784 прохода для жидкости может сужаться в радиальном направлении, как показано на фиг. 11, и может сужаться в осевом направлении, как показано на фиг. 10.

Как показано на фиг. 9, вырез 784 прохода для жидкости может примыкать к поверхности 780 канала завихрителя и поверхности 724 патрубка завихрителя, когда завихритель 770 собран с центральным корпусом 710. Вырез 784 прохода для жидкости, поверхность 780 канала завихрителя и поверхность 724 патрубка завихрителя могут формировать проход 774 для жидкости для распределения основного жидкого топлива из первичного канала 721 для жидкости. Конец 781 прохода впуска может примыкать и находится в связи по текучей среде с первичным каналом 721 для жидкости.

Как показано на фиг. 10, завихряющие вырезы 775 проходят от выреза 784 прохода для жидкости до канала 778 для предварительного образования пленки вдоль поверхности 780 канала завихрителя. Завихряющие вырезы 775 могут проходить в корпус 771 завихрителя от поверхности 780 канала завихрителя. Завихряющие вырезы 775 могут проходить как в осевом направлении, так и в направлении по окружности, например, спиралевидно, чтобы выполнять завихрение основного жидкого топлива посредством добавления тангенциальной составляющей к направлению, в котором перемещается основное жидкое топливо.

Как показано на фиг. 9, завихряющие вырезы 775 примыкают к поверхности 754 корпуса стакана завихряющих каналов для основного жидкого топлива. Между корпусом 751 стакана и корпусом 771 завихрителя может быть выполнена пригонка для создания уплотнения завихряющих вырезов 775, чтобы предотвратить протекание основного жидкого топлива из завихряющих вырезов 775.

Количество завихряющих вырезов 775 может быть выбрано так, чтобы гарантировать, что основное жидкое топливо, выходящее из завихряющих вырезов 775 в канал 769 для предварительного образования пленки, образует пленку прежде чем покинуть канал 769 для предварительного образования пленки. В вариантах осуществления завихритель 770 может иметь от шести до десяти завихряющих вырезов 775, чтобы гарантировать, что основное жидкое топливо образует пленку в канале 769 для предварительного образования пленки. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 9–11, завихритель 770 имеет восемь завихряющих вырезов 775.

Контур для основного жидкого топлива также может иметь проход 774 для жидкости, завихряющие вырезы 775 и канал 769 для предварительного образования пленки.

Тогда как варианты осуществления центрального корпуса в сборе 700 имеют центральный корпус 710, стакан 750 и завихритель 770 в виде отдельных компонентов, которые соединены вместе, например с помощью металлургического связывания, некоторые варианты осуществления имеют два или более компонентов центрального корпуса в сборе 700 в виде цельного элемента. Такой цельный элемент может быть образован посредством аддитивного производства или подобного производственного процесса.

Проходы, каналы, полости, отверстия и другие подобные элементы, описанные в данном документе, образованы в одном из фланца в сборе 610, трубчатого стержня 604 или распылительного устройства 630, например, посредством литья или процесса машинной обработки. Проходы, каналы, полости, отверстия и другие подобные элементы определяются компонентом, через который они проходят.

Промышленная применимость

Газотурбинные двигатели могут подходить для различных промышленных применений, например, различных аспектов нефтегазовой отрасли (включающих передачу, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), энергетической промышленности, отрасли производства электрической и тепловой энергии, аэрокосмической отрасли и других транспортных отраслей.

Как показано на фиг. 1, газ (как правило, воздух 10) поступает на впуск 110 как «рабочее текучее вещество» и нагнетается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочее вещество нагнетается по пути 115 кольцевого потока посредством ряда дисков компрессора в сборе 220. В частности, воздух 10 нагнетается в пронумерованных «ступенях», при этом ступени связаны с каждым диском компрессора в сборе 220. Например, «воздух 4-й ступени» может быть связан с 4-м диском компрессора в сборе 220 в расположенном ниже по потоку или «заднем» направлении, проходящем от впуска 110 к выпуску 500 для отработавших газов. Подобным образом, каждый диск турбины в сборе 420 может быть связан с пронумерованной ступенью.

После нагнетания воздух 10 покидает компрессор 200, он попадает в отсек 300 сгорания, где он тормозится и добавляется топливо, например жидкое топливо или газообразное топливо. Воздух 10 и топливо впрыскиваются в камеру 390 сгорания через инжектор 600 и сжигаются. Энергию получают от реакции сгорания через турбину 400 посредством каждой ступени ряда дисков турбины в сборе 420. Отработавшие газы 90 могут быть затем заторможены в диффузоре 510 отработавших газов, собраны и перенаправлены. Отработавшие газы 90 покидают систему через коллектор 520 отработавших газов и могут быть дополнительно обработаны (например, чтобы снизить выбросы вредных веществ и/или чтобы рекуперировать тепло от отработавших газов 90).

Топливо, проходящее через трубку в топливном инжекторе 600, может вызвать изменение температуры в трубке и может вызвать расширение или сжатие трубки. В варианте осуществления, описанном на фиг. 3–5, топливный инжектор 600 выполнен с возможностью предоставления одного первичного контура для газообразного топлива, который делит один источник основного газообразного топлива на три параллельных пути, которые направляют основное газообразное топливо в первичный проход 643 для газа. В изображенном варианте осуществления распределительный блок 612 разделен на первый первичный канал 615, который направляет топливо в первую первичную трубку 601, второй первичный канал 616, который направляет топливо во вторую первичную трубку 602, и вторичный канал 617, который направляет топливо во вторичную трубку 603.

Благодаря разделению топлива на три пути в распределительном блоке 612, основное газообразное топливо может равномерно подаваться в каждую из трубок и может обеспечивать подобные градиенты температуры в каждой трубке, что приводит к одинаковому термическому расширению в каждой трубке. Достижение одинакового термического расширения в каждой из трубок может предотвратить, помимо прочего, механическую деформацию одной или более трубок и может предотвратить отклонение распылительного устройства 630.

В варианте осуществления, описанном на фиг. 6–8, основное газообразное топливо подается посредством сдвоенных контуров для основного газообразного топлива, таких как первичный контур для газообразного топлива и вторичный контур для газообразного топлива. В изображенном варианте осуществления первичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо в канал 669 для предварительного смешивания через лопатки 673, и вторичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо в канал 669 для предварительного смешивания через заднюю плоскость корпуса 640 инжектора на поверхности 649 корпуса инжектора.

Сдвоенные контуры для основного газообразного топлива могут минимизировать требования к давлению топлива в рабочем диапазоне газотурбинного двигателя и могут обеспечить надежный контроль за подачей основного газообразного топлива в канал 669 для предварительного смешивания для экономичного сжигания предварительно смешанной обедненной смеси. Такой надежный контроль может обеспечить соответствие обязательствам по выбросам как для топлива с низкой теплотворной способностью, такого как топливо на основе гидрокарбоната с низким числом Воббе, так и для топлива с высокой теплотворной способностью, такого как природный газ, с помощью того же оборудования.

Когда газотурбинный двигатель 100 работает на газообразном топливе с низкой теплотворной способностью, таком как газообразное топливо с числом Воббе 450–750, как первичный, так и вторичный контуры для основного газообразного топлива могут подавать топливо в канал 669 для предварительного смешивания по всему рабочему диапазону, включающему разжигание, разгон до незагруженного состояния и полный диапазон нагрузки от незагруженного состояния до полной нагрузки. Контур для пилотного газообразного топлива также может подавать газообразное топливо для сгорания в течение всего рабочего диапазона. В вариантах осуществления процентное содержание потока топлива, подаваемого через вторичный контур для основного газообразного топлива, может оставаться постоянным, тогда как уровень потока топлива в процентах, подаваемого через первичный контур для основного газообразного топлива и через контур для пилотного газообразного топлива, может меняться в зависимости от условий работы и требований соответствия обязательствам по выбросам.

Когда газотурбинный двигатель 100 работает на газообразном топливе с высокой теплотворной способностью, таком как газообразное топливо с числом Воббе 750–1320, вторичный контур для основного газообразного топлива и контур для пилотного газообразного топлива могут предоставлять газообразное топливо для режимов с более низким потоком, например зажигание, незагруженное состояние, и до предварительно заданного уровня нагрузки в процентах. Первичный контур для основного газообразного топлива также может предоставлять газообразное топливо с помощью вторичного контура для основного газообразного топлива и контура для пилотного газообразного топлива для режимов с более высоким потоком, например, от предварительно заданного уровня в процентах до полной нагрузки. Подача газообразного топлива для режимов с более низким потоком только через вторичный контур для основного газообразного топлива и контур для пилотного газообразного топлива может помочь контролировать перепады давления во вторичном контуре для основного газообразного топлива при режимах с более низким потоком топлива. Подача газообразного топлива через первичный контур для основного газообразного топлива и вторичный контур для основного газообразного топлива при режимах с более высоким потоком топлива может помочь контролировать перепады давления при более высоких потоках топлива и может использовать подходящий профиль смесеобразования в канале 669 для предварительного смешивания, чтобы обеспечить соответствие обязательствам по выбросам.

Центральный корпус в сборе 700 выполнен с возможностью впрыска пленки жидкого топлива в камеру 390 сгорания. На фиг. 12 представлен вид в разрезе части распылительного устройства 630 согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8. Как показано основными опорными линиями 799 на фиг. 12, пленка жидкого топлива может покидать канал 769 для предварительного образования пленки и образовывать пленку конической формы. Тогда как канал 769 для предварительного образования пленки является кольцеобразным каналом, который заворачивает к оси 797 сборки, завихряющие вырезы 775 придают окружную составляющую скорости жидкого топлива, что вызывает перемещение топлива наружу от оси 797 сборки, когда оно покидает канал 769 для предварительного образования пленки с образованием жидкой пленки конической формы.

Центральный корпус в сборе 700 также может быть выполнен с возможностью достижения почти постоянной скорости жидкости вокруг прохода 774 для жидкости. Площадь поперечного сечения выреза 784 прохода для жидкости может уменьшаться в размере от конца 781 прохода впуска и смежного завихряющего выреза 775 и между смежными завихряющими вырезами 775. Такое уменьшение площади поперечного сечения может иметь постоянное сужение или может меняться для каждой секции выреза 784 прохода для жидкости между смежными завихряющими вырезами 775. Например, сужение между секциями может быть выполнено так, чтобы скорость жидкости в проходе 774 для жидкости была одинаковой на впуске каждого завихряющего выреза 775. Уменьшение площади поперечного сечения выреза 784 прохода для жидкости может гарантировать, что на пути потока не будет никаких неожиданных выступов. Уменьшение площади поперечного сечения выреза 784 прохода для жидкости также может способствовать равномерной подаче жидкого топлива в завихряющие вырезы 775 и способствовать равномерному распределению жидкого топлива в пленке.

Уменьшение площади поперечного сечения выреза 784 прохода для жидкости также может поддерживать скорость жидкого топлива выше порогового значение для предотвращения слишком большей теплопередачи к жидкому топливу, что может привести к коксованию жидкого топлива.

Снова, как показано на фиг. 12, кончик 609 пилотной трубки может впрыскивать пилотное жидкое топливо в камеру 390 сгорания конусообразно, как показано пилотными опорными линиями 798. Коническое распространение пилотного жидкого топлива может находиться в пределах конического распространения пленки жидкого топлива, впрыскиваемой посредством центрального корпуса в сборе 700.

Количество жидкого топлива, впрыскиваемого посредством контура для основного жидкого топлива через центральный корпус в сборе 700 и посредством контура для пилотного жидкого топлива через кончик 609 пилотной трубки, может быть оптимизировано для прямого впрыска обедненной смеси на различных стадиях работы для минимизации дыма во время зажигания и разгона до незагруженного состояния и минимизации требований системы к давлению топлива.

На фиг. 13 представлена блок-схема способа для прямого впрыска обедненной смеси жидкого топлива. Способ включает впрыск всего, т. е. ста процентов, жидкого топлива в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива, такой как контур для пилотного жидкого топлива, описанный в данном документе, во время зажигания на этапе 810. Способ также включает впрыск всего жидкого топлива в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива во время разгона газотурбинного двигателя 100 до незагруженного состояния на этапе 820. Распыление жидкого топлива, выходящего из кончика 609 пилотной трубки во время зажигания и разгона до незагруженного состояния, может минимизировать создание дыма, обеспечивая при этом надежное зажигание вокруг системы сгорания.

Способ дополнительно включает впрыск жидкого топлива в два потока в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива и через контур для основного жидкого топлива, имеющих конфигурацию кольцеобразного элемента для предварительного образования пленки, например, контур для основного жидкого топлива, содержащий центральный корпус в сборе 700, когда данный газотурбинный двигатель 100 находится в незагруженном состоянии на этапе 830. Этап 830 включает впрыск большей части, например приблизительно восьмидесяти пяти процентов, жидкого топлива через контур для основного жидкого топлива и оставшейся части жидкого топлива через контур для пилотного жидкого топлива. В некоторых вариантах осуществления большая часть жидкого топлива составляет от восьмидесяти до девяноста процентов впрыскиваемого жидкого топлива. В других вариантах осуществления большая часть составляет от восьмидесяти трех до восьмидесяти семи процентов впрыскиваемого жидкого топлива.

Способ может включать переход от впрыска всего жидкого топлива через контур для пилотного жидкого топлива для впрыска жидкого топлива посредством двух потоков, когда большую часть жидкого топлива впрыскивают через контур для основного жидкого топлива во время периода перехода при незагруженном состоянии или до него, например в состоянии, близком к незагруженному.

Способ также дополнительно включает впрыск жидкого топлива в два потока с такими же или подобными уровнями впрыска, как на этапе 830, при рабочих диапазонах выше незагруженного состояния на этапе 840. Впрыск жидкого топлива посредством двух потоков, когда большую часть жидкого топлива впрыскивают в кольцеобразную пленку через контур для основного жидкого топлива, может минимизировать требования системы к давлению топлива, при этом обеспечивая жидкое топливо и воздушную смесь, необходимые для прямого впрыска обедненной смеси.

Предыдущее подробное описание является лишь иллюстративным по своей природе и не предназначено для ограничения настоящего изобретения или заявки и способов применения настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления не ограничены применением в сочетании с конкретным типом газотурбинного двигателя. Следовательно, хотя в настоящем изобретении для удобства пояснения изображен и описан конкретный топливный инжектор, следует понимать, что топливный инжектор согласно настоящему изобретению может быть реализован в различных других конфигурациях, может быть применен с различными другими типами газотурбинных двигателей и может быть применен в других типах машин. Более того, нет намерения привязываться к какой-либо теории, представленной в предыдущем уровне техники или подробном описании. Также следует понимать, что изображения могут иметь преувеличенные размеры для лучшей наглядности показываемых ссылочных элементов и не являются ограничивающими, если явно не будет указано так.

1. Топливный инжектор (600) для газотурбинного двигателя (100), содержащий:

фланец (611);

распределительный блок (612), выступающий из фланц (611);

первичный фитинг (621) для газа для подачи основного газообразного топлива в распределительный блок (612);

канал (614) впуска газа, образованный в распределительном блоке (612) и проходящий в распределительный блок (612) из первичного фитинга (621) для газа, при этом канал (614) впуска газа находится в связи по текучей среде с первичным фитингом (621) для газа;

вторичный фитинг (623) для газа для подачи основного газообразного топлива в распределительный блок (612);

первый первичный канал (615), образованный в распределительном блоке (612) и находящийся в связи по текучей среде с каналом (614) впуска газа,

второй первичный канал (616), образованный в распределительном блоке (612), находящийся в связи по текучей среде с каналом (614) впуска газа и подключенный параллельно с первым первичным каналом (615), и

вторичный канал (617), образованный в распределительном блоке (612) и находящийся в связи по текучей среде со вторичным фитингом (623) для газа, при этом вторичный канал (617) изолирован от первого первичного канала (615) и второго первичного канала (616);

распылительное устройство (630);

первичный проход (643) для газа, образованный в распылительном устройстве (630), при этом первичный проход (643) для газа имеет первую кольцеобразную форму;

вторичный проход (644) для газа, образованный в распылительном устройстве (630) смежно с первичным проходом (643) для газа, при этом вторичный проход (644) для газа имеет вторую кольцеобразную форму;

канал (669) для предварительного смешивания, образованный в распылительном устройстве (630) ниже по потоку относительно первичного прохода (643) для газа и вторичного прохода (644) для газа для смешивания основного газообразного топлива с воздухом;

первую первичную трубку (601), проходящую от распределительного блока (612) к распылительному устройству (630), при этом первая первичная трубка (601) находится в связи по текучей среде с первым первичным каналом (615) и первичным проходом (643) для газа;

вторую первичную трубку (602), проходящую от распределительного блока (612) к распылительному устройству (630), при этом вторая первичная трубка (602) находится в связи по текучей среде со вторым первичным каналом (616) и первичным проходом (643) для газа; и

вторичную трубку (603), проходящую от распределительного блока (612) к распылительному устройству (630), при этом вторичная трубка (603) находится в связи по текучей среде со вторичным каналом (617) и вторичным проходом (644) для газа;

при этом первичный проход (643) для газа и вторичный проход (644) для газа выполнены с возможностью независимой подачи основного газообразного топлива в канал (669) для предварительного смешивания.

2. Топливный инжектор (600) по п. 1, отличающийся тем, что первичный проход (643) для газа и вторичный проход (644) для газа выполнены с возможностью одновременной подачи основного газообразного топлива в канал (669) для предварительного смешивания.

3. Топливный инжектор (600) по п. 1, отличающийся тем, что вторичный проход (644) для газа расположен внутри от первичного прохода (643) для газа.

4. Топливный инжектор (600) по п. 1, отличающийся тем, что распределительный блок (612) является цельным с фланцем (611) и выступает в осевом направлении от фланца (611) относительно оси (797) сборки топливного инжектора (600).

5. Топливный инжектор (600) по п. 1, отличающийся тем, что распылительное устройство (630) дополнительно содержит наружный цилиндр (670) для предварительного смешивания, содержащий несколько лопаток (673), и при этом первичный проход (643) для газа выполнен с возможностью направления основного газообразного топлива в несколько первичных выпусков (677) для газа, образованных в нескольких лопатках (673), и вторичный проход (644) для газа выполнен с возможностью направления основного газообразного топлива в несколько вторичных выпусков (648) для газа, образованных в распылительном устройстве (630) смежно с наружным цилиндром (670) для предварительного смешивания.

6. Топливный инжектор (600) по п. 5, отличающийся тем, что несколько первичных выпусков (677) для газа выполнены с возможностью направления основного газообразного топлива между несколькими лопатками (673) в касательном направлении по отношению к оси (797) сборки топливного инжектора (600).

7. Топливный инжектор (600) по п. 5, отличающийся тем, что несколько вторичных выпусков (648) для газа выполнены с возможностью направления основного газообразного топлива между несколькими лопатками (673) в осевом направлении по отношению к оси (797) сборки топливного инжектора (600).

8. Топливный инжектор (600) по п. 5, отличающийся тем, что вторичный проход (644) для газа расположен внутри от первичного прохода (643) для газа, при этом распылительное устройство содержит несколько вторичных каналов для газа, каждый из которых проходит в осевом направлении назад и в радиальном направлении наружу ко вторичному выпуску (648) для газа из нескольких вторичных выпусков (648) для газа, и при этом распылительное устройство (630) содержит несколько первичных каналов (646) корпуса для газа, каждый из которых проходит в осевом направлении назад для направления основного газообразного топлива к одной из нескольких лопаток (673).

9. Топливный инжектор (600) по п. 1, отличающийся тем, что вторичная трубка (603) проходит от распределительного блока (612) к распылительному устройству (630) для удержания распылительного устройства (630) и предотвращения отклонения распылительного устройства (630).

10. Топливный инжектор (600) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит:

трубчатый стержень (604), проходящий через фланец (611) к распылительному устройству (630);

канал (625) для пилотного газа, образованный в трубчатом стержне (604) для подачи пилотного газообразного топлива в распылительное устройство (630),

полость (605) трубки для основной жидкости, образованную в трубчатом стержне (604) для предоставления основного жидкого топлива в распылительное устройство (630), и

полость (606) трубки для пилотной жидкости, образованную в трубчатом стержне (604) для предоставления пилотного жидкого топлива в распылительное устройство (630).