КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2005 года по МПК F23R3/16 

Изобретение относится к газотурбинным установкам, работающим преимущественно на сжатом природном газе, в том числе энергетическим газотурбинным установкам для механического привода.

Известна трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки, в цилиндрических жаровых трубах которой установлена топливная форсунка с воздушным завихрителем [1].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за увеличенной неравномерности поля температуры газа на выходе из камеры сгорания.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки с наружным и внутренним корпусами, а также жаровыми трубами с воздушным завихрителем и топливной газовой форсункой, закрепленной на наружном корпусе камеры сгорания [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенной окружной неравномерности поля температуры газа на выходе из камеры сгорания в случае прогара или поломки газовой форсунки.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности камеры сгорания путем предотвращения роста окружной неравномерности поля температуры газа на выходе из камеры сгорания в случае повреждения газовой форсунки.

Сущность изобретения заключается в том, что в камере сгорания газотурбинной установки с наружным и внутренним корпусами, а также жаровыми трубами, в головках которых установлены воздушные завихрители и соосно им газовые топливные форсунки, закрепленные на наружном корпусе камеры сгорания, согласно изобретению, воздушный завихритель выполнен радиальным, выходные отверстия газовой топливной форсунки также выполнены радиальными, а в корпусе форсунки с внешней стороны наружного корпуса камеры сгорания установлен газовый топливный жиклер, причем F_отв/F_ж=2...6, где

F_отв - суммарная площадь выходных отверстий газовой форсунки,

F_ж - проходная площадь топливного газового жиклера форсунки.

Отличительной особенностью камеры сгорания газотурбинной установки является увеличенная длительность работы, в результате чего из-за периодических подгораний газовой форсунки на переходных режимах работы возможен ее прогар, что может привести к значительному увеличению расхода топливного (например, природного) газа через форсунку, существенному увеличению окружной неравномерности температурного поля газа на выходе из жаровой камеры и катастрофическому разрушению камеры сгорания.

Однако выполнение воздушного завихрителя радиальным позволяет с минимальным гидравлическим сопротивлением организовать в жаровой трубе высокоэффективную зону обратных токов.

Выполнение выходных отверстий в корпусе форсунки для выхода топливного газа радиальными позволяет обеспечивать наиболее полное смешение топливного газа и воздуха, тем самым снижая уровень эмиссии вредных веществ на ее выходе и повышая надежность камеры сгорания.

Таким образом, радиальное расположение выходных отверстий форсунки совместно с радиальным завихрителем способствует улучшению смесеобразования топливовоздушной смеси, снижению выбросов вредных веществ и повышению надежности камеры сгорания.

При F_отв/F_ж<2 снижается надежность камеры сгорания из-за существенного увеличения расхода топливного газа через форсунку в случае ее прогара, а при F_отв/F_ж>6 также снижается надежность камеры сгорания, причиной чего является увеличение гидравлического сопротивления форсунки и ухудшение распыла топливного газа.

На фиг.1 показан продольный разрез трубчато-кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.

Камера сгорания 1 газотурбинной установки состоит из наружного корпуса 2, внутреннего корпуса 3 и установленных в воздушной полости 4 между ними жаровых труб 5, в головках 6 которых закреплены воздушные лопаточные радиальные завихрители 7 с установленными соосно с ними топливными газовыми форсунками 8, которые своими корпусами 9 с помощью фланцев 10 закреплены на наружном корпусе 2 камеры сгорания 1.

На входе 11 в газовую форсунку 8, в ее корпусе 9 с внешней стороны наружного корпуса 2 камеры сгорания 1 установлен топливный газовый жиклер 12 с проходной площадью F_ж, закрепленной с помощью резьбы 13, и зафиксированный разжимным стопорным кольцом 14.

Воздушный завихритель 7, установленный в головке 6 жаровой трубы 5, выполнен лопаточным и радиальным с лопатками 15 и служит для аэродинамического распыла газового топлива и создания в первичной зоне 16 жаровой трубы 5 зоны обратных токов и стабилизации пламени.

Топливная газовая форсунка 8, установленная соосно с завихрителем 7, выполнена с радиальными выходными отверстиями 17 суммарной площадью F_отв для выхода топливного газа.

Радиальные отверстия 17 выполнены в выходной втулке 18 форсунки 8, установленной на корпусе 9 с помощью резьбы 19 и уплотнительного кольца 20.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе камеры сгорания 1 газотурбинной установки, особенно при больших ресурсах, на переходных режимах работы возможно обгорание выходной втулки 18 газовой форсунки 8, что может привести к существенному увеличению расхода газа через эту форсунку, прогару жаровой трубы 5 и катастрофическому разрушению турбины (не показана).

Однако этого не происходит, так как на входе в форсунку 8 в ее корпусе 9 установлен топливный газовый жиклер 12, проходная площадь которого существенно меньше суммарной площади выходных отверстий 17, что и предотвращает катастрофическое увеличение расхода топливного газа через форсунку в случае ее поломки и прогара.

Источники информации

1. Патент РФ №2107229, F 23 R 3/16, 1998 г.

2. Патент РФ №2107227, F 23 R 3/16, 1998 г.

Камера сгорания газотурбинной установки выполнена с наружным и внутренним корпусами, а также с жаровыми трубами, в головках которых установлены воздушные завихрители и соосно им газовые топливные форсунки, закрепленные на наружном корпусе камеры сгорания. Воздушный завихритель выполнен радиальным. Выходные отверстия газовой топливной форсунки также выполнены радиальными. В корпусе форсунки с внешней стороны наружного корпуса камеры сгорания установлен газовый топливный жиклер. Отношение суммарной площади выходных отверстий газовой форсунки к проходной площади топливного газового жиклера форсунки равно 2...6. Изобретение повышает надежность камеры сгорания путем предотвращения роста окружной неравномерности поля температуры газа на выходе из нее в случае повреждения. 3 ил.

Камера сгорания газотурбинной установки с наружным и внутренним корпусами, а также жаровыми трубами, в головках которых установлены воздушные завихрители и соосно с ними газовые топливные форсунки, закрепленные на наружном корпусе камеры сгорания, отличающаяся тем, что воздушный завихритель выполнен радиальным, выходные отверстия газовой топливной форсунки также выполнены радиальными, а в корпусе форсунки с внешней стороны наружного корпуса камеры сгорания установлен газовый топливный жиклер, причем F_отв / F_ж=2...6, где F_отв - суммарная площадь выходных отверстий газовой форсунки, F_ж - проходная площадь топливного газового жиклера форсунки.