ОГНЕПРОВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕКОЛЬЦЕВЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2006 года по МПК F23R3/48 

Настоящее изобретение относится к огнепроводному устройству для некольцевых камер сгорания газовой турбины.

Постоянный поиск путей повышения уровней производительности газовых турбин и увеличения интервалов между простоями для обслуживания, а также насущная необходимость по возможности снизить загрязняющие выбросы делают необходимой оптимизацию всех компонентов, которые помещены в так называемый канал для горячих газов.

В частности, система сгорания, которая действует как генератор текучей среды - носителя тепла, является настоящим сердцем газотурбинного двигателя и, таким образом, определяет его уровень выбросов и, в соответствии со сроком службы ее компонентов, интервалы функционирования между простоями двигателя для осуществления инспектирования камер сгорания.

Необходимость в разработке действующих машин с увеличенными степенями сжатия и температурами пламени является дополнительной причиной для подчеркивания критичности горячих компонентов.

Уменьшение выбросов при продлении срока службы компонентов и, по возможности, также при повышении эффективности системы, также составляет общую цель, которая несомненно волнует пользователей машин, работающих в напряженных условиях, и является стимулирующим технологическим вызовом для конструкторов.

В частности, в случае с машинами, которые уже имеют определенный срок службы, можно собрать достаточно статистических данных для определения параметров и деталей, являющихся критическими для достижения общего усовершенствования и, например, для обоснования стоимости разработки и при последующей продаже, возможно, в дополнительных упаковках на вторичном рынке комплектующих.

Таким образом, главная техническая проблема по существу состоит в определении решений, которые позволяют достичь максимального удовлетворения заказчика в отношении трех указанных выше аспектов при помощи передовых разработок, которые являются экономически приемлемыми.

Для лучшего понимания технических проблем, которые затрагивает настоящее изобретение, теперь будет сделана ссылка на состояние известного уровня техники.

Известно огнепроводное устройство для камер сгорания газовой турбины, содержащее трубчатый корпус, который снабжен множеством охлаждающих отверстий, причем трубчатый корпус вставлен в трубу, которая соединяет кожухи двух последовательных камер сгорания (см. патент США №5,896,742).

Технические решения, которые в настоящее время используют для достижения указанных выше трех целей (повышение эффективности, продление срока службы машины и уменьшение загрязняющих выбросов), обычно не скомбинированы в одном изделии, а выполняются группами альтернативных компонентов.

Для продления срока службы и, таким образом, интервалов между обследованиями камер сгорания используют такие материалы, как Stellite 6, осажденный на элементы, которые могут изнашиваться относительным колебательным движением, суперсплавы на никель/кобальтовой основе с высокими уровнями механических характеристик и сопротивления коррозии при высоких температурах, добавки керамического типа для уменьшения температур металла (при тех же охлаждающих потоках) и оптимизацию конструкции компонентов на основе полученного опыта.

Предшествующее техническое решение, состоящее из шести камер сгорания, расположенных двумя рядами по три параллельные камеры сгорания, составленными на обеих сторонах машины в конфигурации под прямыми углами к оси машины, посредством помещения соединительных колен с углом 90° между внутренними облицовками и переходными элементами, было заменено устройством, отличающимся камерами, наклоненными только на несколько градусов относительно оси машины, и применения внутренней облицовки непосредственно в переходном элементе и, таким образом, без необходимости в использовании других соединительных элементов.

Конкретные проблемы известного уровня техники также становятся очевидными при учете операций монтажа и демонтажа различных компонентов.

В обычном случае следующая процедура состоит из открывания крышек камер, включая горелки, извлечения одной из внутренних облицовок камер, которые соединены с соседними камерами при помощи одной огнепроводной трубы, затем извлечения всего огнепроводного блока из трубы с фланцами, которая соединяет два кожуха указанных камер, таким образом, что внутренняя облицовка камер извлекается, и следующая камера также соединяется в этот момент только огнепроводной трубой для соединения со следующей камерой.

Процедуру продолжают многократно с извлечением всех внутренних облицовок и соответствующих патрубков переброса пламени.

Поскольку в этот момент патрубки переброса пламени уже извлечены, трубы с фланцами, расположенные снаружи от последних, доступны для отсоединения, таким образом, допуская извлечение также отдельных кожухов.

Однако следует отметить сложность и запутанность этой последовательности операций демонтажа.

В частности, расположение камер сгорания в промежутке между фланцами кожуха турбины и всасывающего воздуховода компрессора (которое дополнительно ограничено в нижней области присутствием передней опорной вилки машины) делает невозможным монтаж и демонтаж камер сгорания способом, который используется в настоящее время для всех многокамерных устройств.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является получение огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, содержащей систему сгорания, которое отличается новизной как с точки зрения общего устройства, так и с точки зрения устройства составляющих компонентов.

Другой задачей изобретения является получение огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, которое разработано специально для вторичного рынка комплектующих и, таким образом, легко монтируется и демонтируется.

Другой задачей настоящего изобретения является получение огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, которое обладает высоким уровнем эффективности и механической надежности.

Эти и другие задачи решаются созданием огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, содержащего трубчатый корпус, который снабжен множеством охлаждающих отверстий для охлаждения, причем трубчатый корпус вставлен в трубу с фланцем, которая соединяет кожухи двух последовательных камер сгорания, при этом трубчатый корпус имеет первый конец цилиндрической конфигурации и второй конец овальной конфигурации, причем второй овальный конец снабжен тремя кольцами для прикрепления соответствующей камеры сгорания к кожуху.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения на первый цилиндрический конец трубчатого корпуса может быть насажена цилиндрическая втулка, а на второй овальный конец трубчатого корпуса может быть насажена овальная втулка.

Каждый из кожухов, принадлежащих каждой камере сгорания, имеет круглое отверстие для соединения с цилиндрическим концом трубчатого корпуса посредством помещения между ними цилиндрической втулки и овальное отверстие для соединения с овальным концом трубчатого корпуса посредством помещения между ними овальной втулки.

При этом три кольца, расположенные на овальном конце, обеспечивают прикрепление соответствующей камеры сгорания к кожуху посредством использования соответствующей вилки.

Предпочтительно на оба конца трубчатого корпуса нанесено осаждением износостойкое покрытие из Stellite 6 или другого твердого материала для защиты поверхности контакта в месте сопряжения с втулками внутренних облицовок. Втулки внутренних облицовок снабжены износостойким покрытием.

Предпочтительно в огнепроводном устройстве согласно изобретению трубчатый корпус выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса внутренней облицовки до контакта колец с цилиндрической втулкой, освобождая при этом соединительные фланцы между кожухами камер сгорания.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения, а также его конструктивные и функциональные характеристики будут понятны при ознакомлении с нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, которые даны только как пояснительный и не вносящий ограничений пример и на которых:

фиг.1 изображает вид сбоку огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, соответствующей настоящему изобретению;

фиг.2 изображает вид в плане огнепроводного устройства, показанной на фиг.1;

фиг.3 изображает вид в плане овальной втулки, насаживаемой на трубчатый корпус;

фиг.4 изображает вид в сечении, выполненном в плоскости IV-IV овальной втулки, показанной на фиг.3;

фиг.5 изображает вид в плане цилиндрической втулки, насаживаемой на трубчатый корпус;

фиг.6 изображает вид в сечении, выполненном в плоскости VI-VI цилиндрической втулки, показанной на фиг.5;

фиг.7 изображает вид в плане нескольких камер сгорания, которые относятся к некольцевой газовой турбине и соединены огнепроводным устройством, соответствующим изобретению;

фиг.8 изображает развертку внутренней облицовки одной из камер сгорания, показанных на фиг.7;

фиг.9 изображает в сечении одну из камер сгорания, показанных на фиг.7;

фиг.10 изображает вид с частичным сечением, выполненным в плоскости Х-Х, огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, соответствующего настоящему изобретению.

При конкретных ссылках на указанные выше фигуры соответствующее настоящему изобретению огнепроводное устройство для некольцевых камер сгорания газовой турбины обозначено в целом ссылочным номером 10.

Огнепроводное устройство 10 состоит из трубчатого корпуса 11, который снабжен множеством охлаждающих отверстий 12 для обеспечения охлаждения.

Трубчатый корпус 11 имеет первый конец 13, который имеет цилиндрическую конфигурацию, и второй конец 14, который имеет овальную конфигурацию.

На первый конец 13 может насаживаться цилиндрическая втулка 15, которая показана на фиг.3-4, тогда как на второй конец 14 может насаживаться овальная втулка 16, которая показана на фиг.5-6.

На фиг.7 показана часть камер 17, 18 и 19 сгорания, которые относятся к некольцевой газовой турбине, и каждая из которых соединена со следующей камерой одним из огнепроводных устройств 10, соответствующих настоящему изобретению.

Устройство 10, таким образом, удовлетворяет требованиям интеграции с другими элементами системы сгорания.

Огнепроводное устройство 10 может перемещаться вдоль почти всей ее длины внутри корпуса внутренней облицовки, таким образом немедленно освобождая соединительные фланцы 22, расположенные между разными кожухами 31, 32, относящимися к камерам 17, 18 и 19 сгорания.

На фиг.8 показана развертка внутренней облицовки 28 одной из камер сгорания, показанных на фиг.7, которая обозначена номером 17.

Эта внутренняя облицовка 28 имеет круглое отверстие 20 для соединения с цилиндрическим концом 13 трубчатого корпуса 11 посредством расположения между ними цилиндрической втулки 15.

Подобным образом кожух 31 имеет овальное отверстие 21 для соединения с эллиптическим концом 14 трубчатого корпуса 11 посредством расположения между ними овальной втулки 16.

Конкретная форма корпуса 11 огнепроводного устройства такова, что при содействии твердых осажденных износостойких поверхностных покрытии она позволяет резко снизить относительное движение, которое вызывает износ соответствующих крепежных втулок 15, 16, которые формируют часть внутренних облицовок 28, 29.

Будет понятно, что втулки 15, 16 также выполнены так, что они имеют соответствующие корпусу геометрические формы.

Таким образом, огнепроводное устройство 10 состоит из металлического трубчатого корпуса 11, который надлежащим образом перфорирован для получения необходимого охлаждения, предпочтительно, вихревого типа и имеет овальный конец 14.

Овальный конец 14 трубчатого корпуса 11 снабжен тремя кольцами, обозначенными соответственно номерами 23, 24 и 25, для прикрепления соответствующей камеры 17 сгорания к кожуху 31.

Огнепроводное устройство 10 также имеет свободный конец 13 цилиндрической конфигурации.

Огнепроводное устройство 10 прикреплено к кожуху 31 соответствующей камеры 17 сгорания посредством использования соответствующей вилки 26, показанной на фиг.10.

Кроме того, в собранной конфигурации трубчатый корпус 11 расположен внутри трубы 27 с фланцем.

На обоих концах 13, 14 трубчатого корпуса расположено износостойкое покрытие, полученное осаждением Stellite 6 или другого твердого материала, для защиты поверхности контакта в месте сопряжения с втулками 15 и 16 внутренних облицовок 28, 29, которые также снабжены этим покрытием.

Три кольца 23, 24 и 25 на овальном конце 14 трубчатого корпуса 11 обеспечивают закрепление всего трубчатого корпуса 11 при помощи одного вилочного средства 26, таким образом предотвращая использование двух вилочных средств, что необходимо в обычных устройствах.

Овальное сечение дает возможность предотвращения колебательных эффектов, комбинированных с тенденцией поворота, создаваемой вихревым охлаждением, инициирования вращения трубчатого корпуса 11 во втулках 15, 16 с последующим износом того типа, который был обнаружен в обследованных машинах.

Когда трубчатый корпус 11 установлен в машину, этот корпус таким образом соединяет овальную втулку 16 внутренней облицовки 28 с цилиндрической втулкой 15 соседней внутренней облицовки 29 (каждая внутренняя облицовка 28, 29, таким образом, имеет одну цилиндрическую втулку и одну овальную втулку, охлаждаемые разбрызгиванием), при этом она удерживается удерживающей вилкой 26 только на стороне с овальным концом 14.

Удерживающая вилка 26 может извлекаться только в направлении крышки 30, которая закрывает ее в рабочем положении.

Таким образом, очевидно, что для демонтажа камеры сгорания, когда крышка одной из камер снята (например, крышка 30 верхней камеры на фиг.10), и когда вилка 26 извлечена, трубчатый корпус 11 скользит внутри внутренней облицовки 29 нижней камеры 18, пока она не упрется кольцами 23, 24 и 25 в цилиндрическую втулку 15.

Это дает возможность полностью освободить фланцы наружных кожухов, которые можно легко демонтировать.

Огнепроводное устройство 10, соответствующее настоящему изобретению, в целом состоит из следующих элементов:

трубчатого корпуса 11 с цилиндрическим концом 13 и эллиптическим концом 14, снабженным тремя кольцами 23, 24 и 25, с износостойким покрытием как на опорных поверхностях втулок 15, 16, так и на опорных поверхностях колец 23, 24 и 25;

пары втулок 15, 16, одна из которых цилиндрическая и одна овальная, которые соответствуют геометрическим формам трубчатого корпуса 11 и снабжены износостойким покрытием; и

удерживающей вилки 26, имеющей геометрическую форму, пригодную для вхождения в зацепление с тремя кольцами 23, 24 и 25.

Приведенное описание ясно показывает характеристики и преимущества огнепроводного устройства для некольцевых камер сгорания газовой турбины, являющегося объектом настоящего изобретения.

Нижеследующие заключительные комментарии и наблюдения приведены для более точного и ясного определения указанных преимуществ.

Во-первых, в случаях с машинами, в которых используются устройства известного уровня техники, невозможно извлекать внутренние облицовки и соответствующие кожухи последовательными операциями.

Таким образом, создано огнепроводное устройство новой конструкции, которое может извлекаться просто посредством удаления крышек.

Наряду с упрощением процедур монтажа и демонтажа целью было также соответствие требованиям улучшения общих технических характеристик, то есть создания компонента, обладающего характеристиками по долговечности и функциональной эффективности, которые явно лучше этих характеристик компонентов, известных в настоящее время в данной области техники.

В данном варианте осуществления изобретения все технические решения, доступные в настоящее время в данной области техники, были осуществлены с тремя указанными выше целями (повышенная эффективность, более продолжительный срок службы машины и уменьшенные загрязняющие выбросы) таким образом, чтобы получить устройство, которое включает все таким образом накопленные преимущества.

Хотя предмет этой заявки предназначен для вторичного рынка и, таким образом, имеет предопределенные ограничения геометрии и функциональных параметров, проектирование составляющих элементов и их интеграции в систему привело к разработке деталей, которые отличаются новизной с точки зрения конструкции и функциональности.

Подводя итог, отметим, что получено огнепроводное устройство, которое дает возможность достичь главных преимуществ, состоящих в легкости монтажа и демонтажа, а также в повышенной эффективности и механической надежности машины.

Очевидно, что в огнепроводное устройство для некольцевых камер сгорания газовой турбины, являющееся объектом настоящего изобретения, могут быть внесены многие изменения без отхода от принципов новизны, которые присущи показанному замыслу изобретения.

Наконец, очевидно, что в практическом варианте осуществления изобретения в соответствии с требованиями могут использоваться любые формы и размеры для показанных деталей, и они могут быть заменены другими, которые эквивалентны с технической точки зрения.

Объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения.

Огнепроводное устройство для некольцевых камер сгорания газовой турбины содержит трубчатый корпус, снабженный множеством охлаждающих отверстий. Трубчатый корпус вставлен в трубу с фланцем, которая соединяет кожухи двух последовательных камер сгорания. Трубчатый корпус имеет первый конец цилиндрической конфигурации и второй конец овальной конфигурации. Второй овальный конец трубчатого корпуса снабжен тремя кольцами для прикрепления соответствующей камеры сгорания к кожуху. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность огнепроводного устройства. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Огнепроводное устройство (10) для некольцевых камер сгорания газовой турбины, содержащее трубчатый корпус (11), который снабжен множеством охлаждающих отверстий (12) для охлаждения, причем трубчатый корпус (11) вставлен в трубу (27) с фланцем, которая соединяет кожухи (31, 32) двух последовательных камер (17, 18) сгорания, отличающееся тем, что трубчатый корпус (11) имеет первый конец (13) цилиндрической конфигурации и второй конец (14) овальной конфигурации, причем второй, овальный конец (14) снабжен тремя кольцами (23, 24, 25) для прикрепления соответствующей камеры (17) сгорания к кожуху (31).2. Огнепроводное устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что на первый, цилиндрический конец (13) трубчатого корпуса (11) может быть насажена цилиндрическая втулка (15).3. Огнепроводное устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что на второй, овальный конец (14) трубчатого корпуса (11) может быть насажена овальная втулка (16).4. Огнепроводное устройство (10) по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из кожухов (31, 32), принадлежащих каждой камере (17, 18, 19) сгорания, имеет круглое отверстие (20) для соединения с цилиндрическим концом (13) трубчатого корпуса (11) посредством помещения между ними цилиндрической втулки (15).5. Огнепроводное устройство (10) по п.4, отличающееся тем, что каждый из кожухов, принадлежащих каждой камере (17, 18, 19) сгорания, имеет овальное отверстие (21) для соединения с овальным концом (14) трубчатого корпуса (11) посредством помещения между ними овальной втулки (16).6. Огнепроводное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что три кольца (23, 24, 25), расположенные на овальном кольце (14), обеспечивают прикрепление соответствующей камеры (17) сгорания к кожуху (31) посредством использования соответствующей вилки (26).7. Огнепроводное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на оба конца (13, 14) трубчатого корпуса (11) нанесено осаждением износостойкое покрытие из Stellite 6 или другого твердого материала для защиты поверхности контакта в месте сопряжения с втулками (15, 16) внутренних облицовок (28, 29).8. Огнепроводное устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что втулки (15, 16) внутренних облицовок (28, 29) снабжены износостойким покрытием.9. Огнепроводное устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что трубчатый корпус (11) выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса внутренней облицовки (28, 29) до контакта колец (23, 24, 25) с цилиндрической втулкой (15), освобождая при этом соединительные фланцы (22) между кожухами (31, 32) камер (17, 18 19) сгорания.