Сжигающее устройство газотурбинной установки
Изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки. Сжигающее устройство включает в себя: жаровую трубу, образующую камеру сгорания, множество топливных форсунок, топливный коллектор, с которым соединены множество топливных форсунок, и канал подачи топлива, соединенный с топливным коллектором, при этом топливный коллектор включает в себя первую камеру, с которой соединен канал подачи топлива, и вторую камеру, с которой соединены множество топливных форсунок. Выпуск канала подачи топлива открыт в первую камеру, и по меньшей мере одно отверстие для сообщения, сообщающееся с первой камерой, открыто во вторую камеру. Выпуск канала подачи топлива обращен к внутренней поверхности стенки первой камеры. Вторая камера включает в себя область, продолжающуюся от отверстия для сообщения в направлении камеры сгорания, и впуски топливных форсунок расположены ближе к камере сгорания, чем все отверстие для сообщения. Изобретение позволяет устранить отклонение количеств впрыска топлива между множеством топливных форсунок, соединенных с одним топливным коллектором, снизить количество образования NOx. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки (в дальнейшем называемому как «сжигающее устройство») и, в частности, относится к сжигающему устройству, которое распределяет топливо от одного топливного коллектора в множество топливных форсунок.
Уровень техники
В случае использования топлива с низким содержанием азота (природный газ, керосин, бензин или т.п.), большая часть оксидов азота (NOx), образовавшихся в сжигающем устройстве, представляет собой термические NOx, образующиеся за счет окисления азота в воздухе. Так как образование термических NOx сильно зависит от температуры, в газотурбинной установке, использующей топливо с низким содержанием азота, обычно пытаются уменьшить выбросы NOx путем управления температурой пламени.
В качестве мер для снижения температуры пламени известно горение предварительно приготовленной смеси для предварительного смешения топлива с воздухом и затем сжигания смеси. Однако при обычном горении предварительно приготовленной смеси возможно возникновение явления (обратного удара пламени) сгорания топлива в устройстве для предварительного смешения в случае, если температура воздуха для горения является высокой, в случае, если температура самовоспламенения топлива является низкой и т.п.
Для решения этой проблемы известен подход к сжиганию бедной смеси для достижения уменьшения выбросов NOx путем соответствующего управления температурой, при этом предотвращая обратный удар пламени (см., например, публикацию JP 2018-128215 A). Сжигающее устройство при этом подходе снабжено, например, пластиной с воздушными отверстиями, имеющей множество воздушных отверстий небольшого диаметра и множество топливных форсунок небольшого диаметра, впрыскивает топливо из каждой топливной форсунки в направлении соответствующего воздушного отверстия и подает множество коаксиальных струй, образованных потоком топлива и потоком воздуха, окружающим поток топлива, в камеру сгорания.
В случае достижения уменьшения выбросов NOx путем подачи множества коаксиальных струй в камеру сгорания, важно подавлять неравномерность соотношений топлива и воздуха (соотношений топливовоздух) между коаксиальными струями. Для подавления этой неравномерности необходимо подавлять отклонения расходов воздуха и расходов топлива между коаксиальными струями.
Причины неравномерности расходов топлива коаксиальных струй включают в себя возникновение распределений статических давлений топлива и динамических давлений топлива на впусках между топливными форсунками из-за взаимных расположений позиции втекания топлива относительно топливного коллектора (позицией присоединения трубопровода подачи топлива) и впусков отдельных топливных форсунок. Другими словами, трубопровод подачи топлива обычно соединен только с одним участком топливного коллектора, в то время как множество топливных форсунок соединены с топливным коллектором. Большая площадь необходима на расположенной на стороне камеры сгорания внутренней поверхности стенки топливного коллектора для прикрепления множества топливных форсунок. Вследствие этого топливные форсунки различаются по расстоянию до трубопровода подачи топлива, топливу легче течь в топливной форсунке, которая обращена к любой из струй топлива, выбрасываемых в виде струи из трубопровода подачи топлива в топливный коллектор, и топливу более сложно течь в топливной форсунке, которая имеет большую величину осевого смещения относительно струй топлива. Хотя известен способ подавления отклонения расходов топлива между топливными форсунками путем обеспечения сужающих отверстий на топливных форсунках, обеспечение сужающих отверстий на множестве топливных форсунок неблагоприятным образом ведет к увеличению количества человеко-часов и стоимости, а также к увеличению потерь давления топлива.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание сжигающего устройства газотурбинной установки, способного подавлять отклонение количеств впрыска топлива между множеством топливных форсунок, соединенных с одним топливным коллектором, и подавлять увеличение количества человеко-часов при изготовлении и потерь давления топлива.
Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает сжигающее устройство газотурбинной установки, включающее в себя: цилиндрическую жаровую трубу, образующую камеру сгорания внутри цилиндрической жаровой трубы; множество топливных форсунок, каждая из которых расположена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении камеры сгорания; топливный коллектор, с которым соединены множество топливных форсунок; и канал подачи топлива, соединенный с топливным коллектором. Топливный коллектор включает в себя первую камеру, с которой соединен канал подачи топлива, и вторую камеру, с которой соединены множество топливных форсунок. Далее, выпуск канала подачи топлива открыт в первую камеру, по меньшей мере одно отверстие для сообщения, сообщающееся с первой камерой, открыто во вторую камеру, и выпуск канала подачи топлива обращен к внутренней поверхности стенки первой камеры. Кроме того, вторая камера включает в себя область, продолжающуюся от отверстия для сообщения в направлении камеры сгорания, и впуски множества топливных форсунок расположены ближе к камере сгорания, чем все отверстие для сообщения.
Согласно настоящему изобретению возможно подавить отклонение количеств впрыска топлива между множеством топливных форсунок, соединенных с одним топливным коллектором, и подавить увеличение количества человеко-часов при изготовлении и потерь давления топлива.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид газотурбинной электростанции в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий взаимное расположение между топливной форсункой и воздушным отверстием в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - показывает пластину с воздушными отверстиями, если смотреть со стороны камеры сгорания, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления;
Фиг. 4 - вид в перспективе в поперечном разрезе по линии IV-IV с фиг. 3;
Фиг. 5 - вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии V-V с фиг. 1;
Фиг. 6 - частичный вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе конфигурации топливного коллектора, обеспеченного в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - вид в поперечном разрезе сжигающего устройства газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 - показывает пластину с воздушными отверстиями, если смотреть со стороны камеры сгорания, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 - частичный вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе конфигурации топливного коллектора, обеспеченного в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10 - вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии X-X с фиг. 7;
Фиг. 11 - вид в поперечном разрезе сжигающего устройства газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 12 - вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии XII-XII с фиг. 11;
Фиг. 13 - показывает пластину с воздушными отверстиями, если смотреть со стороны камеры сгорания, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 14 - вид в поперечном разрезе сжигающего устройства газотурбинной установки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
Первый вариант осуществления
Газотурбинная установка
На фиг. 1 представлен схематический вид газотурбинной электростанции в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 сжигающее устройство 10 (будет описано позднее) иллюстрируется с помощью вида в поперечном разрезе, включающем в себя центральную ось O жаровой трубы 11 (будет описана позднее). Следует отметить, что в случае простой ссылки на «выше по потоку» и «верхний по потоку» или «ниже по потоку» и «нижний по потоку» в настоящем описании, это означает «выше по потоку» и «верхний по потоку» или «ниже по потоку» и «нижний по потоку» в отношении направления впрыска топлива (направление вправо на фиг. 1) топливных форсунок N1-N3 (будут описаны позднее). Другими словами, в случае, например, выражения «область выше по потоку от жаровой трубы 11», это означает область слева от жаровой трубы 11 на фиг. 1.
Газотурбинная электростанция, показанная на фиг. 1, снабжена электрическим генератором 100 и газотурбинной установкой 1, выполняющей функцию первичного двигателя, приводящего в движение электрический генератор 100. Газотурбинная установка 1 снабжена компрессором 2, сжигающим устройством 10 газотурбинной установки (в дальнейшем называемым как «сжигающее устройство») и турбиной 3. Компрессор 2 всасывает и сжимает воздух A1 (атмосферный воздух) и генерирует сжатый воздух A2 высокого давления. Сжигающее устройство 10 смешивает воздух для горения, направляемый от компрессора 2, с топливами (газообразными топливами) F1-F3, сжигает смеси и генерирует газообразный продукт G1 горения. Турбина 3 приводится в движение газообразным продуктом G1 горения, генерируемым сжигающим устройством 10. Газообразный продукт G1 горения, который привел в движение турбину 3, выпускается как отработанный газ G2. В рассматриваемом варианте осуществления роторы (не показаны) компрессора 2 и турбины 3 соединены друг с другом, компрессор 2 приводится в движение вращательной силой турбины 3, и электрический генератор 100, соединенный с компрессором 2, приводится в движение, чтобы генерировать электрическую энергию. Следует отметить, что газотурбинная установка 1 приводится в движение пусковым двигателем (не показан) только во время начала пуска.
Сжигающее устройство
Сжигающее устройство 10 представляет собой устройство типа так называемого сжигающего устройства для сжигания бедной смеси и прикреплено к корпусу турбины (не показано) газотурбинной установки 1. Сжигающее устройство 10 снабжено жаровой трубой 11, направляющим патрубком 12 потока газа (наружным корпусом сжигающего устройства), горелкой 20 и системой 50 подачи топлива.
Жаровая труба
Жаровая труба 11 представляет собой элемент, образованный таким образом, чтобы иметь цилиндрическую форму, образующий внутри камеру 13 сгорания и расположенный ниже по потоку от пластины 21 с воздушными отверстиями (будет описана позднее). Верхний по потоку концевой участок жаровой трубы 11 окружает внешнюю окружность пластины 21 с воздушными отверстиями.
Направляющий патрубок потока газа
Направляющий патрубок 12 потока газа представляет собой цилиндрический элемент, имеющий внутренний диаметр больше, чем диаметр жаровой трубы 11 и окружающий внешнюю окружность жаровой трубы 11, и образует цилиндрический канал 14 потока воздуха между направляющим патрубком 12 потока газа и жаровой трубой 11. Пластина 21 с воздушными отверстиями и топливные форсунки N1-N3 расположены внутри направляющего патрубка 12 потока газа. Концевой участок направляющего патрубка 12 потока газа, противоположный турбине 3 (левая сторона 1), закрыт концевой крышкой 15 (крышкой сжигающего устройства).
Сжатый воздух A2 из воздушного компрессора 2 циркулирует в канале 14 потока воздуха, образованном направляющим патрубком 12 потока газа вокруг жаровой трубы 11, в направлении от турбины 3, и внешняя окружная поверхность жаровой трубы 11 подвергается конвекционному охлаждению сжатым воздухом A2, текущим в канале 14 потока воздуха. Дополнительно, множество отверстий образованы в поверхности стенки жаровой трубы 11, часть сжатого воздуха A2, текущего в канале 14 потока воздуха, течет в камеру 13 сгорания через эти отверстия в качестве охлаждающего воздуха A3, и внутренняя окружная поверхность жаровой трубы 11 подвергается пленочному охлаждению охлаждающим воздухом A3. Далее, сжатый воздух A2, прошедший через канал 14 потока воздуха, подается в горелку 20 в качестве воздуха A4 для горения и выбрасывается в виде струи, вместе с газообразными топливами F1-F3, подаваемыми из системы 50 подачи топлива в горелку 20, из воздушных отверстий H1-H3 пластины 21 с воздушными отверстиями в камеру 13 сгорания. Газообразные топливовоздушные смеси из топлив F1-F3 и сжатого воздуха A4, выбрасываемые в виде струи из воздушных отверстий H1-H3 пластины 21 с воздушными отверстиями, сгорают в камере 13 сгорания, генерируя газообразный продукт G1 горения, и газообразный продукт G1 горения подается в турбину 3 через переходную часть (не показана).
Горелка
На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий взаимное расположение между топливной форсункой и воздушным отверстием в сжигающем устройстве в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, на фиг. 3 показана пластина с воздушными отверстиями, если смотреть со стороны камеры сгорания, и на фиг. 4 представлен вид в перспективе в поперечном разрезе по линии IV-IV на фиг. 3. На фиг. 5 представлен вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии V-V на фиг. 1, и на фиг. 6 представлен частичный вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе конфигурации топливного коллектора D2 (будет описан позднее). На фиг. 6 не показан топливный коллектор D3, который будет описан позднее.
Как показано на фиг. 1-6, горелка 20 расположена выше по потоку от жаровой трубы 11 и включает в себя пластину 21 с воздушными отверстиями, топливные форсунки N1-N3 и топливные коллекторы D1-D3 (распределители топлива).
Пластина 21 с воздушными отверстиями представляет собой дискообразную пластину, концентричную с жаровой трубой 11, расположена на верхнем по потоку концевом участке (одной осевой стороне) жаровой трубы 11 и обращена к камере 13 сгорания. Множество каждых из воздушных отверстий H1-H3 для подачи воздуха A4 для горения в камеру 13 сгорания обеспечены таким образом, чтобы проходить насквозь через пластину 21 с воздушными отверстиями. В рассматриваемом варианте осуществления воздушные отверстия H1-H3 образуют концентричные ряды воздушных отверстий вокруг центральной оси O жаровой трубы 11. Воздушные отверстия H1 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд воздушных отверстий (четыре ряда в рассматриваемом варианте осуществления) на центральном участке пластины 21 с воздушными отверстиями (фиг. 3). Воздушные отверстия H1 образуют круглую F1-горелку 20a, которая выбрасывает в виде струи газообразную топливовоздушную смесь из топлива F1 и воздуха A4 для горения. Воздушные отверстия H2 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд воздушных отверстий (один ряд в рассматриваемом варианте осуществления), окружающий F1-горелку 20a (фиг. 3). Воздушные отверстия H2 образуют кольцевую F2-горелку 20b, которая выбрасывает в виде струи газообразную топливовоздушную смесь из топлива F2 и воздуха A4 для горения. Воздушные отверстия H3 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд воздушных отверстий (три ряда в рассматриваемом варианте осуществления), окружающий F2-горелку 20b (фиг. 3). Воздушные отверстия H3 образуют кольцевую F3-горелку 20c, которая выбрасывает в виде струи газообразную топливовоздушную смесь из топлива F3 и воздуха A4 для горения.
В рассматриваемом варианте осуществления следует отметить, что каждое из воздушных отверстий H1, принадлежащих центральной F1-горелке 20a, имеет угол α закручивания (фиг. 4), каждое воздушное отверстие H1 наклонено в тангенциальном направлении к окружности центров отверстий, и выпуск каждого воздушного отверстия H1 смещен в направлении одной стороны окружности относительно его впуска. Газообразная топливовоздушная смесь из топлива F1 и воздуха A4 для горения тем самым вращается в целом, и циркулирующий поток, генерируемый этим вращением, стабилизирует пламя. Далее, тепло от горения стабильного пламени, образованного F1-горелкой 20a, стабилизирует пламени, образуемые F2-горелкой 20b и F3-горелкой 20c. Хотя каждое из воздушных отверстий H2 и H3, принадлежащих F2-горелке 20b и F3-горелке 20c, может иметь угол закручивания, воздушные отверстия H2 и H3 обеспечены параллельно центральной оси O в рассматриваемом варианте осуществления.
Топливные форсунки N1-N3 поддерживаются концевой крышкой 15 в рассматриваемом варианте осуществления и расположены выше по потоку от пластины 21 с воздушными отверстиями, то есть расположены напротив камеры 13 сгорания через пластину 21 с воздушными отверстиями. Топливные форсунки N1-N3 соответствуют воздушным отверстиям H1-H3 по количеству и позициям (одна топливная форсунка соответствует одному воздушному отверстию), если смотреть со стороны камеры 13 сгорания, и образуют, вместе с воздушными отверстиями H1-H3, множество концентричных кольцевых рядов вокруг центральной оси O жаровой трубы 11. В частности, топливные форсунки N1 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд форсунок (три ряда в рассматриваемом варианте осуществления) таким образом, чтобы соответствовать воздушным отверстиям H1, и образуют, вместе с воздушными отверстиями H1, F1-горелку 20a, описанную выше. Топливные форсунки N2 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд форсунок (один ряд в рассматриваемом варианте осуществления), окружающий F1-горелку 20a таким образом, чтобы соответствовать воздушным отверстиям H2, и образуют, вместе с воздушными отверстиями H2, F2-горелку 20b, описанную выше. Топливные форсунки N3 образуют по меньшей мере один кольцевой ряд форсунок (три ряда в рассматриваемом варианте осуществления), окружающий F2-горелку 20b таким образом, чтобы соответствовать воздушным отверстиям H3, и образуют, вместе с воздушными отверстиями H3, F3-горелку 20c, описанную выше. Топливные форсунки N1-N3 каждая обеспечена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении впуска соответствующего воздушного отверстия. Хотя каждая топливная форсунка N1 обеспечена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении соответствующего воздушного отверстия H1, каждая топливная форсунка N1 может быть выполнена таким образом, что кончик топливной форсунки N1 вставлен в соответствующее воздушное отверстие H1 (отверстие для впрыска топливной форсунки N1 расположено внутри воздушного отверстия H1). То же самое справедливо для топливных форсунок N2 и N3.
Каждая из топливных форсунок N1-N3 прикреплена к концевой крышке 15 в положении, в котором отверстие для впрыска ориентировано в направлении камеры 13 сгорания через пластину 21 с воздушными отверстиями, и выбрасывает в виде струи топливо F1, F2 или F3 в камеру 13 сгорания через соответствующее воздушное отверстие. Топлива, выбрасываемые в виде струи из топливных форсунок N1-N3 тем самым покрываются воздухом A4 для горения, выбрасываемым в виде струи из воздушных отверстий в камеру 13 сгорания, во время прохождения через соответствующие воздушные отверстия, и газообразные топливовоздушные смеси из топлив и воздуха A4 для горения выбрасываются в виде струи в камеру 13 сгорания (фиг. 2). Так как топлива, проходящие через воздушные отверстия, еще не смешаны с воздухом A4 для горения, возможно предотвратить самовоспламенение выше по потоку от пластины 21 с воздушными отверстиями и обеспечить высокую надежность сжигающего устройства 10. Кроме того, подача газообразных топливовоздушных смесей в камеру 13 сгорания с использованием множества распределенных воздушных отверстий позволяет увеличить поверхности контакта между топливами и воздухом, ускорить смеси топлив и воздуха и подавить количество образования NOx. Сжигающее устройство 10 для сжигания бедной смеси в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления может тем самым достигнуть и уменьшения выбросов NOx и стабильного сжигания.
Каждый из топливных коллекторов D1-D3 представляет собой столбчатое или кольцевое пространство, образованное внутри торцевой крышки 15, распределяет и подает топливо в множество соответствующих топливных форсунок. Топливный коллектор D1 принадлежит F1-горелке 20a, топливный коллектор D2 принадлежит F2-горелке 20b и топливный коллектор D3 принадлежит F3-горелке 20c.
Топливный коллектор D1 представляет собой столбчатое пространство, расположенное на центральной оси O, и множество топливных форсунок N1 все соединены с этим топливным коллектором D1. Один канал P1 подачи топлива соединен с первым топливным коллектором D1. Канал P1 подачи топлива представляет собой длинный и тонкий канал, образованный трубой P1a с фланцем и каналом P1b для сообщения, имеющий круглое поперечное сечение и продолжающийся по центральной оси O. Труба P1a с фланцем представляет собой цилиндрический элемент, имеющий фланец, обеспеченный на концевом участке, и выступает в направлении выше по потоку от концевой крышки 15. Канал P1b для сообщения образован внутри концевой крышки 15 и соединяет с топливным коллектором D1 полый канал трубы P1a с фланцем. В рассматриваемом варианте осуществления нижняя по потоку часть канала P1b для сообщения имеет коническую форму, имеет площадь поперечного сечения канала, которая увеличивается по мере приближения к топливному коллектору D1, и имеет диаметр выпуска, совпадающий с внутренним диаметром топливного коллектора D1. Когда топливо F1 подают из канала P1 подачи топлива в топливный коллектор D1, топливо F1, которым заполняется топливный коллектор D1, распределяется в топливные форсунки N1 и выбрасывается в виде струи из топливных форсунок N1.
Топливный коллектор D2 представляет собой кольцевое пространство, образованное таким образом, чтобы окружать внешнюю окружность топливного коллектора D1, и множество топливных форсунок N2 все соединены с этим топливным коллектором D2. Один канал P2 подачи топлива соединен с топливным коллектором D2. Канал P2 подачи топлива представляет собой длинный и тонкий канал (просверленное отверстие), образованный трубой P2a с фланцем и каналом P2b для сообщения, имеющий круглое поперечное сечение и продолжающийся параллельно центральной оси O в позиции, смещенной от центральной оси O в направлении стороны внешней окружности концевой крышки 15. Труба P2a с фланцем представляет собой цилиндрический элемент, имеющий фланец, обеспеченный на концевом участке, и выступает в направлении выше по потоку от концевой крышки 15. Канал P2b для сообщения образован внутри концевой крышки 15 и соединяет с топливным коллектором D2 полый канал трубы P2a с фланцем. В отличие от канала P1b для сообщения канала P1 подачи топлива, канал P2b для сообщения канала P2 подачи топлива имеет одинаковую площадь поперечного сечения по всей длине и соединен с одним участком из общей окружности имеющего форму кольца топливного коллектора D2. Когда топливо F2 подают из канала P2 подачи топлива в топливный коллектор D2, топливо F2, которым заполняется топливный коллектор D2, распределяется в топливные форсунки N2 и выбрасывается в виде струи из топливных форсунок N2.
Топливный коллектор D3 представляет собой кольцевое пространство, образованное таким образом, чтобы дальше окружать внешнюю окружность топливного коллектора D2, и множество топливных форсунок N3 все соединены с этим топливным коллектором D3. Один канал P3 подачи топлива соединен с топливным коллектором D3. Канал P3 подачи топлива представляет собой длинный и тонкий канал (просверленное отверстие), образованное трубой P3a с фланцем и каналом P3b для сообщения, имеющий круглое поперечное сечение и продолжающийся параллельно центральной оси O в позиции, смещенной еще дальше от центральной оси O в направлении стороны внешней окружности концевой крышки 15, по сравнению с каналом P2 подачи топлива. Труба P3a с фланцем представляет собой цилиндрический элемент, имеющий фланец, обеспеченный на концевом участке, и выступает в направлении выше по потоку от концевой крышки 15. Канал P3b для сообщения образован внутри концевой крышки 15 и соединяет с топливным коллектором D3 полый канал трубы P3a с фланцем. Подобно каналу P2b для сообщения канала P2 подачи топлива, канал P3b для сообщения канала P3 подачи топлива имеет одинаковую площадь поперечного сечения по всей длине и соединен с одним участком общей окружности имеющего форму кольца топливного коллектора D3. Когда топливо F3 подают из канала P3 подачи топлива в топливный коллектор D3, топливо F3, которым заполняется топливный коллектор D3, распределяется в топливные форсунки N3 и выбрасывается в виде струи из топливных форсунок N3.
Подробные конфигурации топливных коллекторов D2 и D3 будут описаны позднее.
Система подачи топлива
Система 50 подачи топлива снабжена системой подачи топлива F1, системой подачи топлива F2 и системой подачи топлива F3. Магистральный подающий трубопровод (не показан), продолжающийся от источника подачи топлива (не показан), разветвляется на три трубопровода, и эти ответвляющиеся трубопроводы образуют трубопроводы системы подачи топлива F1, системы подачи топлива F2 и системы подачи топлива F3, соответственно. Трубопровод системы подачи топлива F1 соединен с трубой P1a с фланцем канала P1 подачи топлива, трубопровод системы подачи топлива F2 соединен с трубой P2a с фланцем канала P2 подачи топлива и трубопровод системы подачи топлива F2 соединен с трубой P3a с фланцем канала P3 подачи топлива. Запорный клапан V11 и клапан V12 регулирования подачи топлива обеспечены в трубопроводе системы подачи топлива F1. Подобным образом, запорный клапан V21 и клапан V22 регулирования подачи топлива обеспечены в трубопроводе системы подачи топлива F2 и запорный клапан V31 и клапан V32 регулирования подачи топлива обеспечены в трубопроводе системы подачи топлива F3. Подача топлив в систему подачи топлива F1, систему подачи топлива F2 и систему подачи топлива F3 может быть прекращена с помощью запорных клапанов V11, V21 и V31 индивидуальным образом. Расходы топлив, текущих в трубопроводах системы подачи топлива F1, системы подачи топлива F2 и системы подачи топлива F3, можно регулировать с помощью клапанов V12, V22 и V32 регулирования подачи топлива индивидуальным образом. Таким образом, F1-горелка 20a, F2-горелка 20b и F3-горелка 20c могут индивидуальным образом выбрасывать в виде струи топлива или прекращать выброс в виде струи топлив, а также индивидуальным образом регулировать расходы впрыска топлива F1-горелки 20a, F2-горелки 20b и F3-горелки 20c.
Следует отметить, что топлива F1-F3, подаваемые от источника подачи топлива (не показан), представляют собой, например, газообразные топлива, и не только природный газ, который является стандартным топливом для газотурбинной установки, но также газ, содержащий водород или окись углерода, такой как нефтяной газ, коксовый газ, отходящий газ, получаемый на нефтеперерабатывающих заводах, и газ, получаемый из угля, могут использоваться в качестве топлив F1-F3.
Топливный коллектор D2
Как показано на фиг. 6 на виде в увеличенном масштабе, топливный коллектор D2, описанный выше, снабжен двумя полыми пространствами, а именно, первой камерой D21 и второй камерой D22, и каналом C2 для сообщения, сообщающим первую камеру D21 со второй камерой D22.
Первая камера D21
Первая камера D21 образована таким образом, чтобы иметь форму кольца, и расположена таким образом, чтобы окружать внешнюю сторону второй камеры D22 в радиальном направлении жаровой трубы. Первая камера D21 образована нижней по потоку поверхностью D21a стенки (первой нижней по потоку поверхностью стенки), верхней по потоку поверхностью D21b стенки (первой верхней по потоку поверхностью стенки), внутренней окружной поверхностью D21c стенки (первой поверхностью стенки стороны внутренней окружности) и внешней окружной поверхностью D21d стенки (первой поверхностью стенки стороны внешней окружности). Нижняя по потоку поверхность D21a стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную в сторону, противоположную камере 13 сгорания (фиг. 1) (т.е. расположенную ближе к камере 13 сгорания), и образована таким образом, чтобы иметь форму кольца вокруг центральной оси O. Верхняя по потоку поверхность D21b стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную к нижней по потоку поверхности D21a стенки (т.е. расположенную дальше от камеры 13 сгорания), и образована таким образом, чтобы иметь форму кольца вокруг центральной оси O так, чтобы соответствовать нижней по потоку поверхности D21a стенки. Внутренняя окружная поверхность D21c стенки представляет собой поверхности стенки, расположенную ближе к центральной оси O первой камеры D21, проходит цилиндрическим образом вдоль центральной оси O и соединяет внутренние окружности нижней по потоку поверхности D21a стенки и верхней по потоку поверхности D21b стенки друг с другом. Внешняя окружная поверхность D21d стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную к внутренней окружной поверхности D21c стенки (т.е. расположенную дальше от центральной оси O в первой камере D21), проходит цилиндрическим образом вдоль центральной оси O и соединяет внешние окружности нижней по потоку поверхности D21a стенки и верхней по потоку поверхности D21b стенки друг с другом.
Канал P2 подачи топлива (канал P2b для сообщения) соединен с первой камерой D21. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива открыт в верхней по потоку поверхности D21b стенки первой камеры D21. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива обращен к внутренней поверхности стенки (нижней по потоку поверхности D21a стенки в рассматриваемом примере) первой камеры D21 и смещен относительно впусков N2a всех из множества топливных форсунок N2, которые открыты во вторую камеру D22, в радиальном направлении жаровой трубы (в направлении внешней стороны окружности в рассматриваемом варианте осуществления), как будет описано позднее.
Вторая камера D22
Вторая камера D22 образована таким образом, чтобы иметь форму кольца, имеющего диаметр меньше, чем диаметр первой камеры D21, и расположена на стороне внутренней окружности первой камеры D21. Вторая камера D22 образована нижней по потоку поверхностью D22a стенки (второй нижней по потоку поверхностью стенки), верхней по потоку поверхностью D22b стенки (второй верхней по потоку поверхностью стенки), внутренней окружной поверхностью D22c стенки (второй поверхностью стенки стороны внутренней окружности) и внешней окружной поверхностью D22d стенки (второй поверхностью стенки стороны внешней окружности). Нижняя по потоку поверхность D22a стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную в сторону, противоположную камере 13 сгорания (фиг. 1) (т.е. расположенную ближе к камере 13 сгорания), и образована таким образом, чтобы иметь форму кольца вокруг центральной оси O. Верхняя по потоку поверхность D22b стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную к нижней по потоку поверхности D22a стенки (т.е. расположенную дальше от камеры 13 сгорания), и образована таким образом, чтобы иметь форму кольца вокруг центральной оси O так, чтобы соответствовать нижней по потоку поверхности D22a стенки. Внутренняя окружная поверхность D22c стенки представляет собой поверхность стенки, расположенную ближе к центральной оси O во второй камере D22, проходит цилиндрическим образом вдоль центральной оси O и соединяет внутренние окружности нижней по потоку поверхности D22a стенки и верхней по потоку поверхности D22b стенки друг с другом. Внешняя окружная поверхность D22d стенки представляет собой поверхность стенки, обращенную к внутренней окружной поверхности D22c стенки (т.е. расположенную ближе к первой камере D21), проходит цилиндрическим образом вдоль центральной оси O и соединяет внешние окружности нижней по потоку поверхности D22a стенки и верхней по потоку поверхности D22b стенки друг с другом.
Множество топливных форсунок N2 соединены со второй камерой D22. Впуски N2a всех топливных форсунок N2 открыты в нижней по потоку поверхности D22a стенки второй камеры D22. Впуски N2a топливных форсунок N2 обращены к верхней по потоку поверхности D22b стенки второй камеры D22 и смещены относительно выпуска P2c канала P2 подачи топлива в радиальном направлении жаровой трубы (в направлении стороны внутренней окружности), как было описано выше. Кроме того, отверстие C2a для сообщения открыто во внешней окружной поверхности D22d стенки второй камеры D22, и отверстие C2a для сообщения обращено к внутренней окружной поверхности D22с стенки второй камеры D22. Отверстие C2a для сообщения представляет собой выпуск канала C2 для сообщения и сообщается с первой камерой D21. Вторая камера D22 снабжена областью D22x (фиг. 6), продолжающейся от отверстия C2a для сообщения в направлении камеры 13 сгорания (ниже по потоку). Впуски N2a множества (всех) топливных форсунок N2 тем самым расположены ближе к камере 13 сгорания, чем все отверстие C2a для сообщения. В рассматриваемом варианте осуществления вторая камера D22 образована таким образом, чтобы иметь толщину больше ниже по потоку вдоль центральной оси O, чем первая камера D21. Предполагается, что размер области D22x в направлении продолжения центральной оси O, например, равен или больше диаметра открытия отверстия C2a для сообщения. Кроме того, топливо F2, текущее в канале C2 подачи топлива, выбрасывается в виде струи внутрь в радиальном направлении жаровой трубы (в направлении поперек направления течения в топливных форсунках N2) в позиции, отделенной от впуска N2a ближайшей топливной форсунки N2 (ближайшей к отверстию C2a для сообщения) во второй камере D22 областью D22x.
Канал C2 для сообщения
Канал C2 для сообщения проходит в радиальном направлении жаровой трубы и сообщает первую камеру D21 со второй камерой D22. Впуск канала C2 для сообщения открыт во внутренней окружной поверхности D21c стенки первой камеры D21, а его выпуск (отверстие C2a для сообщения) открыт во внешней окружной поверхности D22d стенки второй камеры D22 таким образом, что он обращен к внутренней окружной поверхности D22c стенки, как было описано выше. В рассматриваемом варианте осуществления размер канала C2 для сообщения в осевом направлении жаровой трубы (вдоль центральной оси O) задается меньше, чем размеры первой камеры D21 и второй камеры D22 в том же направлении. Например, множество групп отверстий C2a для сообщения (выпусков канала C2 для сообщения) обеспечены в окружном направлении жаровой трубы, и первая камера D21 и вторая камера D22 сообщаются друг с другом на множестве участков в окружном направлении. В качестве альтернативы, коллектор D2 может иметь конфигурацию, в которой отверстие C2a для сообщения и канал C2 для сообщения каждый образован таким образом, чтобы иметь форму кольца, и первая камера D21 и вторая камера D22 сообщаются друг с другом по всей окружности.
Топливный коллектор D3
Подобно топливному коллектору D2, топливный коллектор D3 снабжен двумя полыми пространствами, то есть первой камерой D31 и второй камерой D32, и каналом C3 для сообщения, сообщающим первую камеру D31 со второй камерой D32. Вторая камера D32 топливного коллектора D3 расположена между первой камерой D31 топливного коллектора D3 и второй камерой D22 топливного коллектора D2, и расположена ниже по потоку от первой камеры D21 топливного коллектора D2. Первая камера D31 и вторая камера D32 имеют почти идентичные размеры в осевом направлении жаровой трубы. Конфигурация топливного коллектора D3 по существу аналогична конфигурации топливного коллектора D2 за исключением этого аспекта. Во второй камере D32 отверстие для сообщения (выпуск канала C3 для сообщения) открыто в позиции, отделенной ниже по потоку от впусков топливных форсунок N3. Кроме того, вторая камера D32 снабжена областью (соответствующей области D22x на фиг. 6), продолжающейся от отверстия для сообщения в направлении камеры 13 сгорания (ниже по потоку), и впуски множества (всех) топливных форсунок N3 расположены ближе к камере 13 сгорания, чем все отверстие для сообщения.
Работа
F1-горелка
При открытии запорного клапана V11 топливо F1 подается из системы подачи топлива F1 в F1-горелку 20a, и расходом впрыска топлива F1 из F1-горелки 20a управляют путем управления степенью открытия клапана V12 регулирования подачи топлива. Топливо F1, подаваемое из системы подачи топлива F1, поступает через канал P1 подачи топлива, подается в топливный коллектор D1 и распределяется в множество топливных форсунок N1. Топливо F1, выбрасываемое в виде струи из каждой топливной форсунки N1, проходит, вместе с воздухом A4 для горения, через соответствующее воздушное отверстие H1 и выбрасывается в виде струи в камеру 13 сгорания. В это время топливо F1, подаваемое в топливный коллектор D1, замедляется в соответствии с плавным увеличением площади поперечного сечения канала в канале P1 подачи топлива. Таким образом, возможно подавить отклонение расходов топлива F1, текущего в топливных форсунках N1, без разделения топливного коллектора D1 на две камеры.
F2-горелка
При открытии запорного клапана V21 топливо F2 подается из системы подачи топлива F2 в F2-горелку 20b, и расходом впрыска топлива F2 из F2-горелки 20b управляют путем управления степенью открытия клапана V22 регулирования подачи топлива. Топливо F2, подаваемое из системы подачи топлива F2, поступает через канал P2 подачи топлива и подается в первую камеру D21 топливного коллектора D2. Топливо F2, выбрасываемое в виде струи из второго канала P2 подачи топлива в первую камеру D21, сталкивается с расположенной напротив нижней по потоку поверхностью D21a стенки, уменьшая динамическое давление топлива F2, первая камера D21 заполняется топливом F2, и топливо F2 течет во вторую камеру D22 через канал C2 для сообщения. Топливо F2, выбрасываемое в виде струи из канала C2 для сообщения, сталкивается с внутренней окружной поверхностью D22c стенки второй камеры D22 в позиции, отделенной от впусков N2a топливных форсунок N2 областью D22x, и вторая камера D22 заполняется топливом F2. Топливо F2, которым таким образом заполняется вторая камера D22, распределяется в топливные форсунки N2. Топливо F2, выбрасываемое в виде струи из каждой топливной форсунки N2, проходит, вместе с воздухом A4 для горения, через соответствующее воздушное отверстие H2 и выбрасывается в виде струи в камеру 13 сгорания.
F3-горелка
F3-горелка 20с работает аналогично F2-горелке 20b. Другими словами, при открытии запорного клапана V31 топливо F3 подается из системы подачи топлива F3 в F3-горелку 20c, и расходом впрыска топлива F3 из F3-горелки 20c управляют путем управления степенью открытия клапана V32 регулирования подачи топлива. Топливо F3, выбрасываемое в виде струи в первую камеру D31, сталкивается с расположенной напротив нижней по потоку поверхностью стенки (соответствующей нижней по потоку поверхности D21a стенки первой камеры D21), уменьшая динамическое давление топлива F3, и течет во вторую камеру D32 через канал C3 для сообщения. Топливо F3, выбрасываемое в виде струи из канала C3 для сообщения, сталкивается с внутренней окружной поверхностью стенки в позиции, отделенной от впусков топливных форсунок N3 на некоторое расстояние (соответствующее области D22x), вторая камера D32 заполняется топливом F3, и топливо F3 распределяется в топливные форсунки N3. Топливо F3, выбрасываемое в виде струи из каждой топливной форсунки N3, проходит, вместе с воздухом A4 для горения, через соответствующее воздушное отверстие H3, и выбрасывается в виде струи в камеру 13 сгорания.
Преимущества
Так как F2-горелка 20b, окружающая центральную F1-горелку 20a, образована таким образом, чтобы иметь форму кольца, топливный коллектор D2 F2-горелки 20b также имеет форму кольца. С другой стороны, так как канал P2 подачи топлива представляет собой длинное и тонкое отверстие, имеющее круглое поперечное сечение, канал P2 соединен с одним участком в окружном направлении имеющего форму кольца топливного коллектора D2. Если топливный коллектор D2 представляет собой одну тороидальную камеру без разделения на две камеры, возможно возникновение отклонения расходов топлива F2, текущего в топливных форсунках N2, в зависимости от расстояний до выпуска P2c канала P2 подачи топлива.
В отличие от этого, в рассматриваемом варианте осуществления топливный коллектор D2 разделен на две камеры, то есть первую камеру D21 и вторую камеру D22, и первая камера D21 временно принимает топливо F2, подаваемое из канала P2 подачи топлива. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива смещен относительно впусков N2a всех топливных форсунок N2, и топливо F2, направляемое в первую камеру D21, сталкивается с нижней по потоку поверхностью D21a стенки первой камеры D21, уменьшая динамическое давление, и вращается. Благодаря этому последующее отклонение расходов может быть подавлено для количеств топлив, текущих в топливных форсунках N2, и, в конечном итоге, количеств топлив, выбрасываемых в виде струи из топливных форсунок N2.
Кроме того, во время выброса в виде струи топлива F2 во вторую камеру D22 топливного коллектора D2, топливо F2, выбрасываемое в виде струи из канала C2 подачи топлива, проходит поперек впуска N2a ближайшей топливной форсунки N2, если отверстие C2a для сообщения обеспечено на нижнем по потоку концевом участке внешней окружной поверхности D22d стенки второй камеры D22. Другими словами, топливо F2, выбрасываемое в виде струи из канала C2 для сообщения, представляет собой поток с поперечным градиентом скорости, в отличие от потока топлива F2, текущего в топливных форсунках N2. В этом случае, даже если динамическое давление F2 уменьшается в первой камере D21, то разница статического давления влияет на операцию втекания топлива F2 в топливные форсунки N2, в зависимости от скорости струи топлива F2 во второй камере D22, и имеется тенденция к возникновению отклонения в расходах впрыска топлива топливных форсунок N2.
В отличие от этого, в рассматриваемом варианте осуществления топливо F2 отделено от впусков N2a топливных форсунок N2 областью D22x во второй камере D22. Благодаря этому, разнице статического давления, вызываемой скоростью струи топлива F2, будет трудно влиять на операцию втекания топлива в топливные форсунки N2, и отклонение расходов впрыска топлива между топливным форсунками N2 подавляется.
Как было описано выше, возможно подавить отклонение количеств впрыска топлива между множеством топливных форсунок N2, соединенных с одним и тем же топливным коллектором D2, и подавить увеличение количества человеко-часов при изготовлении и потерь давления топлива даже без обеспечения сужающего отверстия на каждой топливной форсунке N2. Аналогичный принцип применим для F3-горелки 20c, и возможно подавить отклонение количеств впрыска топлива между топливными форсунками N3, при этом подавляя увеличение количества человеко-часов при изготовлении и потерь давления топлива. Кроме того, в F1-горелке 20a отклонение количеств впрыска топлива между топливными форсунками N1 является небольшим, как было описано выше. Далее, так как отклонения количеств впрыска топлива между топливными форсунками может быть подавлено в F1-горелке 20a, F2-горелке 20b и F3-горелке 20c, возможно достигнуть уменьшения выбросов NOx газотурбинной установки 1. Кроме того, возможно отказаться от компрессора для повышения давления топлива или уменьшить мощность повышения давления.
Второй вариант осуществления
На фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе сжигающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, и на фиг. 8 показана пластина с воздушными отверстиями в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, если смотреть со стороны камеры сгорания. На фиг. 9 представлен частичный вид в разрезе в увеличенном масштабе конфигурации топливного коллектора, обеспеченного в сжигающем устройстве в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, и на фиг. 10 представлен вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии X-X на фиг. 7. Элементы на фиг. 7-10, аналогичные или соответствующие элементам первого варианта осуществления, обозначены такими же ссылочными позициями, как на фиг. 1 и фиг. 3, и их описание будет опущено. Сжигающее устройство в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления отличается от сжигающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления конфигурацией F2-горелки 20b. Вторые камеры D22 топливного коллектора D2 F2-горелки 20b, топливные форсунки N2 и воздушные отверстия H2 расположены таким образом, что они распределены на множество участков в окружном направлении (шесть участков в рассматриваемом примере), и первая камера D21 и вторая камера D22 топливного коллектора D2 расположены бок о бок в направлении продолжения центральной оси O.
В рассматриваемом варианте осуществления конфигурация F1-горелки 20a идентична конфигурации в соответствии с первым вариантом осуществления. В то время, как конфигурация F3-горелки 20c в общем аналогична конфигурации в соответствии с первым вариантом осуществления, F2-горелка 20b не находится между F3-горелкой 20c и F1-горелкой 20a. Воздушные отверстия H3, образующие F3-горелку 20c, образуют по меньшей мере один кольцевой ряд воздушных отверстий (четыре ряда в рассматриваемом варианте осуществления), окружающий F1-горелку 20a (фиг. 8), и топливные форсунки N3 расположены таким образом, чтобы соответствовать воздушным отверстиям H3. Топливные форсунки N3 соединены со второй камерой D32 топливного коллектора D3, аналогично первому варианту осуществления.
С другой стороны, воздушные отверстия H2, образующие F2-горелку 20b, обеспечены таким образом, что они вклиниваются в области обеспечения воздушных отверстий H3 F3-горелки 20c в пластине 21 с воздушными отверстиями и образуют множество (шесть в рассматриваемом примере) групп воздушных отверстий на равных интервалах в окружном направлении. В каждой группе каждое из множества воздушных отверстий H2 имеет угол закручивания (фиг. 4), подобно воздушным отверстиям H1 F1-горелки 20a. Множество групп (шесть групп в рассматриваемом примере) топливных форсунок N2 обеспечены таким образом, чтобы соответствовать воздушным отверстиям H2, и каждая топливная форсунка N2 обеспечена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении соответствующего воздушного отверстия H2.
Топливный коллектор D2 имеет первую камеру D21 и вторую камеру D22, подобно первому варианту осуществления. Однако, при том, что он имеет одну первую камеру D21, топливный коллектор D2 имеет множество (шесть в рассматриваемом примере) вторых камер D22 в рассматриваемом варианте осуществления. Каждая вторая камера D22 соединена с первой камерой D21 через отверстие C2a для сообщения без канала для сообщения.
Первая камера D21 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления имеет конфигурацию, подобную конфигурации в соответствии с первым вариантом осуществления, и образована таким образом, чтобы иметь форму кольца, посредством нижней по потоку поверхности D21a стенки, верхней по потоку поверхности D21b стенки, внутренней окружной поверхности D21c стенки и внешней окружной поверхности D21d стенки. Канал P2 подачи топлива (канал P2b для сообщения) соединен с первой камерой D21. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива открыт в верхней по потоку поверхности D21b стенки первой камеры D21. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива полностью смещен относительно любой из вторых камер D22 в окружном направлении, и обращен к внутренней поверхности стенки первой камеры D21 (нижней по потоку поверхности D21a стенки между двумя соседними вторыми камерами D22). Выпуск P2c канала P2 подачи топлива тем самым смещен относительно всех вторых камер D22 и, в конечном итоге, впусков N2a всех из множества топливных форсунок N2, которые открыты в каждую вторую камеру D22, в окружном направлении жаровой трубы (фиг. 10).
С другой стороны, каждая вторая камера D22 топливного коллектора D2 образована в виде столбчатого пространства, образованного нижней по потоку поверхностью D22A стенки (второй нижней по потоку поверхностью стенки) и внутренней окружной поверхностью D22B. Нижняя по потоку поверхность D22A стенки представляет собой круглую плоскую поверхность, обращенную в сторону, противоположную камере 13 сгорания. Внутренняя окружная поверхность D22B представляет собой цилиндрическую окружную поверхность, продолжающуюся ниже по потоку от внешнего края нижней по потоку поверхности D22A стенки. В каждой второй камере D22 концевой участок, обращенный к нижней по потоку поверхности D22A стенки, то есть верхний по потоку концевой участок, полностью открыт в качестве отверстия C2a для сообщения с первой камерой D21. В каждой второй камере D22 множество топливных форсунок N2 (только одна топливная форсунка N2 показана на фиг. 9) соединены с нижней по потоку поверхностью D22A стенки. Множество вторых камер D22, имеющих такую конфигурацию, расположены кольцеобразно и соединены с нижней по потоку поверхностью D21a стенки одной и той же первой камеры D21 через отверстия C2a для сообщения. При том, что каждое отверстие C2a для сообщения обращено к впускам N2a топливных форсунок N2 в рассматриваемом варианте осуществления, вторая камера D22, имеющая диаметр больше, чем диаметр впусков N2a, находится между отверстием C2a для сообщения и впусками N2a. В рассматриваемом варианте осуществления вся длина каждой второй камеры D22 в направлении продолжения центральной оси O соответствует области D22x, описанной выше. Предполагается, что размер области D22x в направлении продолжения центральной оси O, например, равен или больше диаметра открытия каждого отверстия C2a для сообщения (т.е. вторая камера D22 проходит вдоль центральной оси O).
Другие конфигурации аналогичны конфигурациям в соответствии с первым вариантом осуществления.
В рассматриваемом варианте осуществления F1-горелка 20a и F3-горелка 20c работают аналогично горелкам в соответствии с первым вариантом осуществления. В отношении каждой F2-горелки 20b, при открытии запорного клапана V21 топливо F2 подается из системы подачи топлива F2 в F2-горелку 20b, и расходом впрыска топлива F2 из F2-горелки 20b управляют путем управления степенью открытия клапана V22 регулирования подачи топлива, аналогично первому варианту осуществления. Топливо F2, подаваемое из системы подачи топлива F2, поступает через канал P2 подачи топлива и подается в первую камеру D21 топливного коллектора D2. Топливо F2, выбрасываемое в виде струи из канала P2 подачи топлива в первую камеру D21, сталкивается с расположенной напротив нижней по потоку поверхностью D21a стенки, уменьшая динамическое давление топлива F2, имеющая форму кольца первая камера D21 заполняется топливом F2 и топливо F2 распределяется, чтобы течь в множество вторых камер D22 через отверстия C2a для сообщения. В каждой второй камере D22 область D22x заполняется топливом F2, текущим из отверстия C2a для сообщения, и топливо F2 распределяется в топливные форсунки N2 из впусков N2a, отделенных областью D22x. Далее, топливо F2, выбрасываемое в виде струи из каждой топливной форсунки N2, проходит, вместе с воздухом A4 для горения, через соответствующее воздушное отверстие H2 и выбрасывается в виде струи в камеру 13 сгорания. В рассматриваемом варианте осуществления каждое воздушное отверстие H2, образующее каждую F2-горелу 20b, имеет угол закручивания. Тем самым топливо F2, выбрасываемое в виде струи из F2-горелки 20b, образует циркулирующий поток путем вращения и стабилизирует пламя, подобно топливу F1, выбрасываемому в виде струи из F1-горелки 20a. Тепло от горения каждой F2-горелки 20b может дополнительно стабилизировать пламя F3-горелки 20c и улучшить стабильность горения во время частичной нагрузки, при которой количество впрыска топлива F2 не достигает фиксированной величины.
Хотя в топливном коллекторе D2 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления топливо F2 течет в каждой второй камере D22 в направлении впрыска топлива каждой из топливных форсунок N2, впуск N2a каждой топливной форсунки N2 отделен от отверстия C2a для сообщения областью D22x внутри второй камеры D22. Благодаря этому, из-за скорости топлива F2, текущего из первой камеры D21 в каждую вторую камеру D22, разнице статического давления будет трудно влиять на операцию втекания топлива F2 в топливные форсунки N2. Таким образом, рассматриваемый вариант осуществления может получить преимущества, аналогичные преимуществам первого варианта осуществления.
Третий вариант осуществления
На фиг. 11 представлен вид в поперечном разрезе сжигающего устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, на фиг. 12 представлен вид в перспективе в поперечном разрезе концевой крышки по линии XII-XII на фиг. 11 и на фиг. 13 показана пластина с воздушными отверстиями в соответствии с настоящим изобретением, если смотреть со стороны камеры сгорания. Фиг. 11-13 соответствуют фиг. 7, 10 и 8 согласно второму варианту осуществления, соответственно. Элементы на фиг. 11-13, аналогичные или соответствующие элементам второго варианта осуществления, обозначены такими же ссылочными позициями, как на фиг. 7, 10 и 8, и их описание будет опущено. Сжигающее устройство в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления отличается от сжигающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления тем, что выпуск P2c канала P2 подачи топлива смещен относительно всех из множества вторых камер D22 топливного коллектора D2 в радиальном направлении жаровой трубы в F2-горелках 20b. В рассматриваемом варианте осуществления нижний по потоку конец канала P2 подачи топлива (канала P2b для сообщения) изогнут внутрь в радиальном направлении жаровой трубы. Выпуск P2c канала P2 подачи топлива открыт во внешней окружной поверхности D22d стенки (см. фиг. 6) топливного коллектора D2 и обращен к внутренней окружной поверхности D21c стенки (см. фиг. 6), которая представляет собой внутреннюю поверхность стенки первой камеры D21. Далее, в рассматриваемом варианте осуществления выпуск P2c канала P2 подачи топлива смещен относительно всех из вторых камер D22 в окружном направлении жаровой трубы (фиг. 12).
Рассматриваемый вариант осуществления аналогичен второму варианту осуществления в отношении других конфигураций.
В рассматриваемом варианте осуществления выпуск P2c канала P2 подачи топлива аналогично смещен относительно впусков N2a всех топливных форсунок N2. Таким образом, топливо F2, направляемое в первую камеру D21, сталкивается с внутренней окружной поверхностью D21c стенки первой камеры D21, уменьшая динамическое давление. Благодаря этому рассматриваемый вариант осуществления может получить преимущества, аналогичные преимуществам второго варианта осуществления. В частности, в рассматриваемом варианте осуществления эффект подавления отклонения расходов является высоким, так как выпуск P2c канала P2 подачи топлива смещен относительно вторых камер D22 как в окружном направлении, так и в радиальном направлении.
Четвертый вариант осуществления
На фиг. 14 представлен вид в поперечном разрезе сжигающего устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 14 соответствует части сжигающего устройства, показанной на фиг. 1 в соответствии с первым вариантом осуществления. Элементы на фиг. 14, аналогичные или соответствующие элементам первого варианта осуществления, обозначены такими же ссылочными позициями, как и на фиг. 1, и их описание будет опущено. Сжигающее устройство в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления отличается от сжигающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления тем, что канал C2 для сообщения не обеспечен в топливном коллекторе D2, и первая камера D21 напрямую сообщается со второй камерой D22. Другими словами, внутренние поверхности стенки первой камеры D21 и второй камеры D22 открыты таким образом, что отверстие C2a является общим для них. Топливный коллектор D3 имеет подобную конфигурацию.
Рассматриваемый вариант осуществления аналогичен первому варианту осуществления в отношении других конфигураций. Даже с такими конфигурациями рассматриваемый вариант осуществления может получить преимущества, аналогичные преимуществам первого варианта осуществления, путем обеспечения расстояния вдоль центральной оси O (область D22x, описанная со ссылкой на фиг. 6) между впусками N2a топливных форсунок N2 и отверстием C2a для сообщения во второй камере D22 аналогично первому варианту осуществления. То же самое справедливо для топливного коллектора D3.
Модификация
Хотя не всегда необходимо обеспечивать сужающие отверстия в топливных форсунках N1-N3 для получения равномерного расхода топлива множества топливных форсунок, приведенных в описанных выше вариантах осуществления, возможно обеспечить сужающие отверстия в части или во всех топливных форсунках N1-N3 при возникновении потребности.
Далее, конфигурация, например, такая, что первая камера D21 топливного коллектора D2 окружает внешнюю окружность второй камеры D22, была описана в качестве примера в первом варианте осуществления. Однако топливный коллектор D2 может иметь конфигурацию, в которой первая камера D21 расположена, например, на стороне внутренней окружности вторых камер D22, если необходимо изменить взаимное расположение из-за взаимосвязи с другими составными элементами. То же самое справедливо для топливного коллектора D2 и других вариантов осуществления.
Хотя сжигающее устройство, снабженное тремя горелками, то есть F1-горелкой 20a, F2-горелкой 20b и F3-горелкой 20c, было описано здесь в качестве примера, настоящее изобретение также применимо для сжигающего устройства с количеством горелок, равным или меньше чем две, или равным или больше чем четыре.
1. Сжигающее устройство газотурбинной установки, содержащее:
цилиндрическую жаровую трубу с камерой сгорания внутри;
множество топливных форсунок, каждая из которых расположена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении камеры сгорания;
топливный коллектор, с которым соединено множество топливных форсунок; и
канал подачи топлива, соединенный с топливным коллектором, при этом:
топливный коллектор включает в себя первую камеру, с которой соединен канал подачи топлива, и вторую камеру, с которой соединено множество топливных форсунок,
выпуск канала подачи топлива открыт в первую камеру,
по меньшей мере одно отверстие для сообщения, сообщающееся с первой камерой, открыто во вторую камеру,
выпуск канала подачи топлива обращен к внутренней поверхности стенки первой камеры,
вторая камера включает в себя область, продолжающуюся от отверстия для сообщения в направлении камеры сгорания, и
впуски множества топливных форсунок расположены ближе к камере сгорания, чем всё отверстие для сообщения.
2. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, дополнительно содержащее:
пластину с воздушными отверстиями, расположенную на одной осевой стороне жаровой трубы и обращенную к камере сгорания,
при этом множество воздушных отверстий обеспечено в пластине с воздушными отверстиями таким образом, чтобы проходить насквозь через пластину с воздушными отверстиями,
причем каждая из множества топливных форсунок расположена с отверстием для впрыска, ориентированным в направлении одного из воздушных отверстий, или каждая с кончиком, вставленным в соответствующее одно из воздушных отверстий.
3. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором выпуск канала подачи топлива, который открыт в первую камеру, смещен относительно впусков всех топливных форсунок, которые открыты во вторую камеру, в радиальном направлении или окружном направлении жаровой трубы.
4. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором
первая камера образована таким образом, чтобы иметь форму кольца посредством имеющей форму кольца первой нижней по потоку поверхности стенки, обращенной в сторону, противоположную камере сгорания, имеющей форму кольца первой верхней по потоку поверхности стенки, обращенной к первой нижней по потоку поверхности стенки, первой внутренней окружной поверхности стенки и первой внешней окружной поверхности стенки,
вторая камера образована таким образом, чтобы иметь форму кольца посредством имеющей форму кольца второй нижней по потоку поверхности стенки, обращенной в сторону, противоположную камере сгорания, имеющей форму кольца второй верхней по потоку поверхности стенки, обращенной к второй нижней по потоку поверхности стенки, второй внутренней окружной поверхности стенки и второй внешней окружной поверхности стенки,
первая камера расположена таким образом, чтобы окружать внешнюю сторону второй камеры в радиальном направлении жаровой трубы,
выпуск канала подачи топлива открыт в первой верхней по потоку поверхности стенки и обращен к первой нижней по потоку поверхности стенки, и
отверстие для сообщения открыто во второй внешней окружной поверхности стенки и обращено ко второй внутренней окружной поверхности стенки.
5. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 4, дополнительно содержащее:
канал для сообщения, который проходит в радиальном направлении жаровой трубы, который сообщает первую камеру со второй камерой и который имеет отверстие для сообщения в качестве выпуска,
при этом размер канала для сообщения в осевом направлении жаровой трубы меньше, чем размеры первой камеры и второй камеры в осевом направлении жаровой трубы.
6. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 5, в котором множество групп отверстий для сообщения и множество групп каналов для сообщения обеспечены в окружном направлении жаровой трубы, и первая камера и вторая камера сообщаются друг с другом на множестве участков в окружном направлении.
7. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 5, в котором как отверстие для сообщения, так и канал для сообщения образованы таким образом, чтобы иметь форму кольца, и первая камера и вторая камера сообщаются друг с другом по всей окружности.
8. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором
первая камера образована таким образом, чтобы иметь форму кольца посредством имеющей форму кольца первой нижней по потоку поверхности стенки, обращенной в сторону, противоположную камере сгорания, имеющей форму кольца первой верхней по потоку поверхности стенки, обращенной к первой нижней по потоку поверхности стенки, внутренней окружной поверхности стенки и внешней окружной поверхности стенки,
вторая камера образована в виде столбчатого пространства, имеющего вторую нижнюю по потоку поверхность стенки, обращенную в сторону, противоположную камере сгорания, и концевой участок, обращенный к второй нижней по потоку поверхности стенки, является открытым в качестве отверстия для сообщения,
множество вторых камер расположено кольцеобразно и соединено с первой нижней по потоку поверхностью стенки первой камеры через отверстия для сообщения, и
выпуск канала подачи топлива смещен относительно всех из множества вторых камер в окружном направлении или радиальном направлении жаровой трубы и обращен к внутренней поверхности стенки первой камеры.
