Бункерная камера сгорания и способ ее переоснащения

Настоящее изобретение касается бункерной камеры сгорания. Бункерная камера сгорания, включающая в себя вертикально распространяющуюся пламенную трубу с воспламенением сверху, боковая поверхность которой снабжена множеством отверстий для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами, при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы опираются на металлическое опорное кольцо; расположенную ниже по потоку от пламенной трубы, конически сходящуюся смесительную трубу, в которую заделана нижняя область пламенной трубы; и наружный корпус, который окружает пламенную трубу и смесительную трубу с образованием кольцевого подводящего канала, при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы полностью покрывают указывающие радиально внутрь поверхности опорного кольца. Это позволяет создать бункерную камеру сгорания. Конструкция обеспечивает сравнительно низкую потребность в охлаждении. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение касается бункерной камеры сгорания, включающей в себя вертикально распространяющуюся пламенную трубу с движением потока вниз и воспламенением сверху, боковая поверхность которой снабжена множеством отверстий для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами, при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы опираются на металлическое опорное кольцо; расположенную ниже по потоку от пламенной трубы, конически сходящуюся смесительную трубу, в которую заделана нижняя область пламенной трубы; и наружный корпус, который окружает пламенную трубу и смесительную трубу с образованием кольцевого подводящего канала.

Бункерные камеры сгорания вышеназванного вида известны в уровне техники. Так, такая бункерная камера сгорания применяется, например, в SGT5–2000E, одном из типов газовых турбин Сименс АГ. Во время эксплуатации газовой турбины сначала кислородосодержащий рабочий газ, чаще всего представляющий собой воздух, сжимается с применением компрессора, при этом температура рабочего газа повышается, и его давление возрастает. После этого рабочий газ вводится в бункерную камеру сгорания, где он продолжает нагреваться в пламенной трубе при соответствующем воспламенении. Потом сжатый и разогретый рабочий газ подводится по смесительной трубе к турбине, в которой он совершает механическую работу, когда он расширяется и при этом известным образом посредством лопаток осуществляет привод турбины.

В бункерной камере сгорания во время эксплуатации действуют очень высокие температуры, при этом самые высокие температуры возникают в пламенной трубе. Для защиты пламенной трубы от высоких температур предусмотрены теплозащитные экранирующие элементы. Помимо этого, эти теплозащитные экранирующие элементы и опорное кольцо охлаждаются. Для охлаждения применяются отдельные объемные потоки рабочей среды, подводимой к бункерной камере сгорания по подводящему каналу, которые, во–первых, через отверстия для охлаждающей текучей среды направляются к задним сторонам теплозащитных экранирующих элементов. Во–вторых, они направляются через каналы охлаждения опорного кольца, которые выполнены в незащищенной области опорного кольца под распространяющейся по существу горизонтально кольцевой поверхностью прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы.

Все отдельные объемные потоки рабочей текучей среды, которые применяются с целью охлаждения, приводят к снижению коэффициента полезного действия гидравлической машины. По этой причине всегда стремятся принять меры, снижающие потребность в охлаждении бункерной камеры сгорания или ее компонентов.

Исходя из этого уровня техники, задачей настоящего изобретения является создать бункерную камеру сгорания вышеназванного вида, имеющую альтернативную конструкцию, при которой возникает сравнительно низкая потребность в охлаждении.

Для решения этой задачи настоящее изобретение создает бункерную камеру сгорания вышеназванного вида, которая отличается тем, что самые нижние теплозащитные экранирующие элементы полностью покрывают указывающие радиально внутрь поверхности опорного кольца. Соответственно указывающие внутрь пламенной трубы области опорного кольца, в противоположность уровню техники, полностью защищены теплозащитными экранирующими элементами. Выяснилось, что благодаря этому варианту осуществления можно обойтись без дополнительного охлаждения металлического опорного кольца, что способствует снижению необходимого для охлаждения объемного потока охлаждающей текучей среды и вместе с тем повышению коэффициента полезного действия той гидравлической машины, в которой применяется предлагаемая изобретением бункерная камера сгорания.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения опорное кольцо имеет окружную, распространяющуюся по существу горизонтально поверхность прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы каждый своей контактной поверхностью, при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы, начиная от контактной поверхности, имеют распространяющиеся вниз выступы, покрывающие указывающие радиально внутрь поверхности опорного кольца. Благодаря таким выступам указывающие радиально внутрь поверхности опорного кольца могут простым образом полностью покрываться при простой в остальном конструкции теплозащитных экранирующих элементов.

Далее, настоящее изобретение создает способ переоснащения бункерной камеры сгорания, которая включает в себя вертикально распространяющуюся пламенную трубу с движением потока вниз и воспламенением сверху, боковая поверхность которой снабжена множеством отверстий для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами, при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы опираются на металлическое опорное кольцо, имеющее окружную, распространяющуюся по существу горизонтально поверхность прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы каждый своей контактной поверхностью, и снабжена множеством радиально распространяющихся сверлений для охлаждающей текучей среды, расположенную ниже по потоку от пламенной трубы, конически сходящуюся смесительную трубу, в которую заделана нижняя область пламенной трубы, и наружный корпус, который окружает пламенную трубу и смесительную трубу с образованием кольцевого подводящего канала, включающий в себя шаги:

a) удаление самых нижних теплозащитных экранирующих элементов и

b) замена удаленных самых нижних теплозащитных экранирующих элементов замещающими теплозащитными экранирующими элементами, которые имеют распространяющиеся вниз, начиная от их контактной поверхности, выступы, покрывающие части внутренней стороны опорного кольца.

Благодаря предлагаемому изобретением способу путем простой замены самых нижних теплозащитных экранирующих элементов может существенно улучшаться коэффициент полезного действия коэффициент полезного действия той гидравлической машины, в которой применяется бункерная камера сгорания, так как можно обойтись без дополнительного охлаждения опорного кольца.

По одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретением способа между шагами a) и b) сверления для охлаждающей текучей среды опорного кольца закрываются, в частности с применением способа сварки. Таким образом предотвращаются нежелательные потоки утечки через сверления для охлаждающей текучей среды опорного кольца во время эксплуатации бункерной камеры сгорания.

Предпочтительно в следующем шаге поверхность прилегания опорного кольца путем снятия материала по периметру уменьшается в радиальном направлении. Это приводит к тому, что толщина покрывающего опорное кольцо под его поверхностью прилегания выступа данных теплозащитных экранирующих элементов может увеличиваться, благодаря чему улучшается термически изолирующее действие замещающих теплозащитных экранирующих элементов в этой области.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются с помощью последующего описания способа по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж. На нем:

фиг.1: схематичный рассеченный частичный вид бункерной камеры сгорания, которая уже применяется сегодня;

фиг.2: увеличенный вид фрагмента, обозначенного на фиг.1 ссылочным обозначением II;

фиг.3: увеличенный вид, аналогичный фиг.2, после выполнения способа по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

фиг.4: увеличенный вид, аналогичный фиг.2, после выполнения способа по другому варианту осуществления настоящего изобретения

Одинаковые ссылочные обозначения относятся ниже к одинаковым или сходным конструктивным элементам или, соответственно, компонентам.

На фиг.1 и 2 показаны отдельные области известной бункерной камеры 1 сгорания, которая применяется, например, в SGT5–2000E, одном из типов газовых турбин Сименс АГ. Бункерная камера 1 сгорания включает в себя вертикально распространяющуюся пламенную трубу 3 с движением потока вниз и воспламенением сверху посредством нескольких горелок 2, боковая поверхность которой снабжена по своему периметру множеством распределено расположенных отверстий 4 для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами 5. В нижней области пламенной трубы 3 предусмотрено металлическое опорное кольцо 6, на которое опираются самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5. Для этого опорное кольцо 6 имеет окружную, распространяющуюся по существу горизонтально поверхность 7 прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5 каждый своей контактной поверхностью 8. Определяющий поверхность 7 прилегания кольцевой уступ 9 опорного кольца 6 по своему периметру снабжен множеством сверлений 10 для охлаждающей текучей среды, которые распространяются каждое в радиальном направлении сквозь все опорное кольцо 6. Бункерная камера 1 сгорания включает в себя также расположенную ниже по потоку от пламенной трубы 3, конически сходящуюся, в настоящем случае выполненную изогнутой смесительную трубу 11, в которую заделана нижняя область пламенной трубы 3. В качестве другого компонента бункерная камера 1 сгорания имеет наружный корпус 12, который окружает пламенную трубу 3 и смесительную трубу 11 с образованием кольцевого подводящего канала 13.

Во время эксплуатации кислородосодержащий рабочий газ сжимается с применением, не изображенного подробно компрессора, при этом температура рабочего газа повышается, и его давление возрастает. После этого рабочий газ в направлении стрелок 14 по подводящему каналу 13 вводится в бункерную камеру 1 сгорания и подводится к пламенной трубе 3, где он продолжает нагреваться при соответствующем воспламенении с применением горелок 2. Потом сжатый и разогретый рабочий газ подводится по смесительной трубе 11 в направлении стрелок 15 к не изображенной подробно турбине, в которой он совершает механическую работу, когда он расширяется и при этом посредством лопаток осуществляет привод турбины.

Для охлаждения теплозащитных экранирующих элементов 5 отдельные объемные потоки направляемого через подводящий канал 13 рабочего газа через отверстия 4 для охлаждающей текучей среды направляются к задним сторонам данных теплозащитных экранирующих элементов 5, у которых они поглощают тепло, после чего они входят в пламенную трубу 3, как это обозначено стрелками 16, и после этого подводятся к турбине в направлении стрелок 15. Другие отдельные объемные потоки рабочего газа направляются через сверления 10 для охлаждающей текучей среды опорного кольца 6 соответственно стрелкам 17 и затем в направлении стрелок 15 подводятся к турбине.

Еще один отдельный объемный поток проходит через имеющийся между опорными кольцами 6 и смесительной трубой кольцевой зазор 18, как это изображено стрелкой 19.

На фиг.3 показана одна из модификаций бункерной камеры 1 сгорания в области опорного кольца 6 после выполнения способа по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. При этом способе в первом шаге самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5 удаляются. В следующем шаге удаленные самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5 заменяются замещающими теплозащитными экранирующими элементами 20, которые, начиная от их контактной поверхности 8, имеют распространяющиеся вниз выступы 21, покрывающие внутреннюю сторону опорного кольца 6. Это приводит к тому, что замещающие теплозащитные экранирующие элементы 20 теперь уже полностью покрывают указывающие радиально внутрь поверхности 22 опорного кольца 6, так что все опорное кольцо 6 защищено замещающими теплозащитными экранирующими элементами 20 от действующих в пламенной трубе 3 высоких температур. Как можно видеть на фиг.3, таким образом, снижается также отдельный объемный поток, направляемый через опорное кольцо 6, вследствие чего улучшается коэффициент полезного действия той гидравлической машины, в которой применяется бункерная камера 1 сгорания.

На фиг.4 показан вид, похожий на фиг.3, который получается после выполнения способа по другому варианту осуществления настоящего изобретения. При этом варианте в первом шаге самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5 удаляются. Во втором шаге поверхности 7 прилегания опорного кольца 6 путем снятия материала по периметру уменьшаются в радиальном направлении, при этом снятые области на фиг.4 для лучшей наглядности также показаны на чертеже и снабжены ссылочным обозначением 23. В третьем шаге сверления 10 для охлаждающей текучей среды опорного кольца 6 закрываются, для чего в настоящем случае применяется способ сварки. В последнем шаге удаленные самые нижние теплозащитные экранирующие элементы 5 заменяются замещающими теплозащитными экранирующими элементами 20, которые, начиная от их контактной поверхности 8, имеют распространяющиеся вниз выступы 21, покрывающие внутреннюю сторону опорного кольца.

Изображенная на фиг.4 система предпочтительна по сравнению с системой, изображенной на фиг.3, во–первых, в том отношении, что полностью устранены отдельные объемные расходы, направляемые через опорное кольцо 6. Далее, толщина d покрывающего опорное кольцо 6 под его поверхностью 7 прилегания выступа 21 изображенного на фиг.4 теплозащитного экранирующего элемента 20 больше, чем соответствующая толщина d изображенного на фиг.3 выступа 1, что становится возможным благодаря осуществленному в третьем шаге способа снятию материала. Таким образом улучшается термически изолирующее действие замещающих теплозащитных экранирующих элементов 20 в нижней области опорного кольца 6.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительном примере осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалистом могут быть выведены отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения. Так, чтобы назвать только один пример, у изображенной на фиг.3 системы сверления 10 для охлаждающей текучей среды опорного кольца 6 могут также закрываться в следующем шаге способа.

1. Бункерная камера (1) сгорания, включающая в себя

– вертикально распространяющуюся пламенную трубу (3) с движением потока вниз и воспламенением сверху, боковая поверхность которой снабжена множеством отверстий (4) для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами (5, 20), при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (20) опираются на металлическое опорное кольцо (6);

– расположенную ниже по потоку от пламенной трубы (3), конически сходящуюся смесительную трубу (11), в которую заделана нижняя область пламенной трубы (3); и

– наружный корпус (12), который окружает пламенную трубу (3) и смесительную трубу (11) с образованием кольцевого подводящего канала (13),

отличающийся тем, что самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (20) полностью покрывают указывающие радиально внутрь поверхности опорного кольца (6).

2. Бункерная камера (1) сгорания по п.1,

отличающаяся тем, что

опорное кольцо (6) имеет окружную, распространяющуюся по существу горизонтально поверхность (7) прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (5) каждый своей контактной поверхностью (8), и

что самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (20), начиная от контактной поверхности (8), имеют распространяющиеся вниз выступы (21), покрывающие указывающие радиально внутрь поверхности (22) опорного кольца (6).

3. Способ переоснащения бункерной камеры (1) сгорания, которая включает в себя вертикально распространяющуюся пламенную трубу (3) с движением потока вниз и воспламенением сверху, боковая поверхность которой снабжена множеством отверстий (4) для подвода охлаждающей текучей среды, а внутри облицована керамическими теплозащитными экранирующими элементами (5),

при этом самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (5) опираются на металлическое опорное кольцо (6), имеющее окружную, распространяющуюся по существу горизонтально поверхность (7) прилегания, к которой прилегают самые нижние теплозащитные экранирующие элементы (5) каждый своей контактной поверхностью (8), и снабжена множеством радиально распространяющихся сверлений (10) для охлаждающей текучей среды, расположенную ниже по потоку от пламенной трубы (3), конически сходящуюся смесительную трубу (11), в которую заделана нижняя область пламенной трубы (3), и наружный корпус (12), который окружает пламенную трубу (3) и смесительную трубу (11) с образованием кольцевого подводящего канала (13), включающий в себя шаги:

a) удаление самых нижних теплозащитных экранирующих элементов (5) и

b) замена удаленных самых нижних теплозащитных экранирующих элементов (5) замещающими теплозащитными экранирующими элементами (20), которые имеют распространяющиеся вниз, начиная от их контактной поверхности (8), выступы (21), покрывающие части внутренней стороны опорного кольца (6).

4. Способ по п.3,

отличающийся тем, что

между шагами a) и b) сверления (10) для охлаждающей текучей среды опорного кольца (6) закрываются, в частности с применением способа сварки.

5. Способ по п.3 или 4,

отличающийся тем, что

в следующем шаге поверхность (7) прилегания опорного кольца (6) путем снятия материала по периметру уменьшается в радиальном направлении.