КАМЕРА СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02C3/14 

Изобретение относится к камере сгорания для работающей на водороде газовой турбины. Такие камеры сгорания состоят в основном из корпуса, горелки и жаровой трубы. При этом между корпусом и жаровой трубой предусмотрена щель, через которую протекает охлаждающий воздух. Когда водород подводится к турбине в жидком виде и должен сгорать в газообразном состоянии, требуется испаритель (1). Известны различные решения для реализации таких испарителей. Так, например, известно размещение испарителя в струе отходящего из турбины воздуха. Согласно другому известному решению испаритель устанавливается в зоне компрессора, в качестве промежуточного охладителя между двумя ступенями компрессора или на входе в камеру сгорания. За исключением последнего случая устанавливаются длинные трубопроводы в камеру сгорания, что неблагоприятно сказывается на скорости, с которой турбина реагирует на регулировочные воздействия. Кроме того, во всех случаях имеется опасность осаждения льда.

В качестве уровня техники следует назвать DE-OS 4315256, DE-PS 4304559, DE-OS 3838574. Техническое решение согласно DE-OS 4315256 касается только выполнения холодильника или испарителя, в то время как техническое решение согласно DE-PS 4304559 касается прямочного воздушно-реактивного двигателя, который нельзя сравнивать с предметом данной заявки. Из DE-OS 3838574 известен генератор горячего газа, причем турбина работает на углеродистом топливе.

В связи с этим в основе изобретения стоит задача выполнить камеру сгорания такого типа таким образом, чтобы она дополнительно выполняла функцию испарителя.

Эта задача решается в камере сгорания данного рода благодаря тому, что испаритель с входом для жидкого водорода (LH2) и выходом газообразного водорода (GH2) выполнен за одно целое со стенкой жаровой трубы.

При этом преимуществом является прежде всего то, что получается хорошее охлаждение камеры сгорания путем рекуперативного теплообмена стенок жаровой трубы и одновременно можно обойтись без применявшегося прежде пленочного охлаждения стенок. В результате частично или полностью отпадает расход охлаждающего воздуха; этот воздух может быть подведен к горелке.

Путем встраивания испарителя в камеру сгорания с ее высокими давлениями и температурами легче избежать осаждения льда чем при других исполнениях.

В дополнительных пунктах формулы изобретения указаны целесообразные варианты исполнения изобретения.

Так например, преимущество исполнения по п. 2 состоит в том, что требуемые затраты на изготовление сравнительно малы.

Изобретение иллюстрируется чертежом и подробнее объясняется ниже. Показанная на чертеже камера сгорания 1 представляет собой, например, кольцевую камеру, содержащую горелку 2 и жаровую трубу 3, выход 4 из которой соединен с радиальной турбиной 5. Испаритель 6 с входом 7 для жидкого водорода (LH2) и выходом 8 для газообразного водорода (GH2) выполнен за одно целое с наружной стенкой жаровой трубы 3 и покрывает часть внутренней поверхности жаровой трубы. В показанном примере исполнения испаритель 6 выполнен в виде трубчатой спирали, отдельные витки 9 которой соединены непосредственно со стенкой. Если выход GH2 испарителя 6 соединен прямо с горелкой 2, получается весьма компактный простой трубопровод. Благодаря встраиванию испарителя в стенку жаровой трубы 3 осуществляется не только испарение предназначенного для сжигания водорода, но и достигается весьма эффективное охлаждение жаровой трубы. Поскольку в стенке, охлаждаемой таким образом, теперь не нужно предусматривать отверстия для охлаждающего воздуха, это приводит к меньшему расходу последнего.

Вариант исполнения изобретения состоит в том, что испаритель 6 встраивается не в наружную, а во внутреннюю стенку жаровой трубы 3. В этом случае отпали бы отверстия 10 для пропускания охлаждающего воздуха. Можно также снабдить испарителем как наружную, так и внутреннюю стенку жаровой трубы.

Другое исполнение изобретения состоит в том, что испаритель 6 образован из двойных стенок с соответствующим внутренним пропусканием потока. Это решение является целесообразным, когда желательно иметь гладкую внутреннюю поверхность жаровой трубы 3. Такой испаритель может в зависимости от надобности покрывать только часть или всю внутреннюю поверхность жаровой трубы.

Изобретение относится не только к камерам сгорания кольцевого типа, но и к камерам сгорания любой формы. Имеются в виду все известные виды камер сгорания, как например, Multiple combustion chamber или Tubo - annular combustion chamber или специальные виды камер сгорания.

Если работающая на водороде турбина имеет несколько отдельных камер сгорания, то каждая из них может быть снабжена собственным испарителем, выход GH2 из которого соединен с соответствующей горелкой.

Камера сгорания для работающей на водороде газовой турбины содержит горелку и жаровую трубу. Внутри жаровой трубы установлен испаритель с входом для жидкого водорода и выходом для газообразного водорода. Испаритель покрывает по меньшей мере часть внутренней поверхности жаровой трубы и выполнен в виде трубчатой спирали. Выход испарителя для газообразного водорода соединен непосредственно с горелкой. Такое выполнение камеры сгорания приводит к экономии охлаждающего воздуха и уменьшению образования окислов азота. 1 ил.

Камера сгорания с горелкой и жаровой трубой для работающей на водороде газовой турбины, отличающаяся тем, что испаритель 6 с входом 7 для жидкого водорода LH2 и выходом 8 для газообразного водорода GH2 установлен внутри жаровой трубы 3 и покрывает по меньшей мере часть внутренней поверхности жаровой трубы 3, причем испаритель 6 выполнен в виде трубчатой спирали и при этом выход 8 испарителя 6 для газообразного водорода соединен непосредственно с горелкой 2.