КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F23R3/14 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания топлива в газотурбинных установках (ГТУ), а также в других топливосжигающих устройствах.

Известна кольцевая камера сгорания ГТУ, содержащая паровые трубы, по меньшей мере два кольцевых направляющих лопаточных регистра с лопатками, установленными под углами 120-180оС, и кольцевые стабилизаторы, расположенные с постоянным шагом между указанными лопаточными регистрами [1] .

Недостаток аналога связан с проблемой охлаждения стенки внутренней паровой трубы. Закрученный поток воздуха, выходя из внутреннего лопаточного регистра, под действием центробежных сил открывается от стенки, что создает условия для ее перегрева.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и принятой в качестве прототипа является кольцевая камера сгорания, на одной из торцовых поверхностей (вход) которой расположены горелочные устройства, представляющие собой коаксиально расположенные кольцевые лопаточные завихрители и размещенные между ними кольцевые топливные коллекторы. К противоположной торцовой поверхности (выход) камеры подсоединено устройство отвода дымовых газов [2] .

Основным недостатком этой кольцевой камеры сгорания является проблема перегрева, а следовательно, и охлаждения внутренней и внешней боковых поверхностей камеры.

К другим недостаткам камеры относятся повышенная неравномерность температурного поля, обусловленная различными расходами воздуха через наружный и внутренний лопаточные регистры, а также трудность обеспечения устойчивости горения в камерах сгорания с малыми радиусами кольцевого канала (требование малого радиуса может быть обусловлено компоновкой камеры сгорания).

Целью изобретения является повышение надежности работы кольцевой камеры сгорания путем предотвращения перегрева ее стенок.

Указанная цель достигается тем, что в кольцевой камере сгорания с горелочными устройствами и устройством для отвода дымовых газов горелочные устройства расположены по всему периметру ее боковых поверхностей, а устройство отвода дымовых газов выполнено в виде двух выхлопных патрубков, подсоединенных к торцам камеры.

Размещение горелочных устройств по всему периметру боковых поверхностей камеры сгорания позволяет исключить перегрев внутренней и внешней боковых стенок камеры, а размещение двух выхлопных патрубков для отвода продуктов сгорания с противоположных торцов корпуса снимает проблему охлаждения его торцевых стенок. Это обеспечивает повышение надежности работы камеры сгорания.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез кольцевой камеры сгорания; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б и В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - вид по стрелке Г на фиг. 2 (изометрия).

Камера сгорания содержит корпус 1 с расположенными на боковых противоположных стенках горелочными устройствами 2 и примыкающие к противоположным торцам корпуса 1 выхлопные патрубки 3 для отвода продуктов сгорания. Горелочные устройства 2 представляют чередующиеся между собой плоские лопаточные регистры 4 и стабилизаторы 5 с перфорированными стенками. При этом напротив каждого регистра 4 на внешней боковой стенке корпуса 1 расположен стабилизатор 5 на противоположной внутренней боковой стенке корпуса 1 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух и топливо (природный газ) подаются соответственно через лопаточные регистры 4 и перфорированные стенки стабилизаторов 5, чередующихся между собой и расположенных на внутренней и внешней боковых стенках корпуса 1, образующих кольцевую камеру сгорания. Угол установки лопаток в регистрах 4 составляет 45-60^о, причем направление смещения потоков в этих регистрах 4 чередуется (фиг. 3). За каждым стабилизатором 5 образуются рециркуляционные зоны, в которых происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его выгорание. При работе камеры сгорания интенсивность выгорания природного газа и выравнивания температурного поля обуславливается высокой интенсивностью турбулентности в среде в рабочем объеме камеры сгорания, генерируемой как за счет чередующихся направлений смешения потоков в лопаточных регистрах, расположенных по разные стороны от стабилизаторов 5, так и за счет смещенного расположения стабилизаторов 5 и регистров 4 на внутренней и внешней боковых цилиндрических поверхностях корпуса 1.

Воздух и природный газ, проходя через лопаточные регистры и перфорированные стенки стабилизаторов 5 соответственно, охлаждают регистры 4 и стабилизаторы 5, образующие внутреннюю и внешнюю боковые стенки кольцевой камеры сгорания, тем самым повышая надежность работы камеры в целом. Продукты сгорания из топочного объема отводятся через два выхлопных патрубка 3, подсоединенных к противоположным торцам корпуса 1, что позволяет исключить перегрев указанных торцевых поверхностей камеры сгорания.

Таким образом, данное техническое решение позволяет обеспечить интенсивность выгорания топлива и повысить надежность работы кольцевой камеры сгорания за счет отсутствия термонапряженных поверхностей, требующих охлаждения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 626314, кл. F 23 R 3/34, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР N 1430685, кл. F 23 R 3/14, 1987.

Использование: в области теплоэнергетики для сжигания топлива в газотурбинных установках. Сущность: воздух и природный газ, проходя через лопаточные регистры и перфорированные стенки стабилизаторов, охлаждают их. Продукты из топочного объема отводятся через два выхлопных патрубка, что позволяет исключить перегрев торцевых поверхностей. 4 ил.

КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ, содержащая горелочные устройства, выполненные в виде чередующихся между собой лопаточных регистров с противоположным направлением закрутки лопаток и стабилизаторов с перфорированными стенками, и патрубок отвода дымовых газов, примыкающий к одному из торцов камеры, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения перегрева ее стенок, наружная и внутренняя боковые поверхности камеры сгорания образованы указанными горелочными устройствами, расположенными вдоль их образующих, а другой торец камеры снабжен дополнительным патрубком отвода дымовых газов.