КАМЕРА СГОРАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2012 года по МПК F23R3/60 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины и к газовой турбине.

Уровень техники

При монтаже смесительной камеры газовой турбины смесительная камера сначала монтируется в камеру сгорания на жаровую трубу. При этом смесительная камера должна быть точно выровнена, чтобы нижний соединительный элемент смесительной камеры подошел к соединительному элементу внутреннего корпуса главной части турбины. Масса, форма и положение смесительной камеры и внутреннего корпуса главной части газовой турбины имеют, однако, обусловленные производственным процессом столь большие дисперсии, что смесительная камера не может быть сразу позиционирована относительно внутреннего корпуса главной части турбины.

С учетом этого, для каждой газовой турбины изготавливается специальная камера сгорания. Чтобы иметь возможность осуществлять монтаж смесительной камеры с правильным допуском, должно быть определено положение внутреннего корпуса и перенесено на смесительную камеру.

Для подгонки смесительной камеры с кольцом системы воздушного охлаждения к положению внутреннего корпуса положение внутреннего корпуса переносится на шаблон. С помощью данного шаблона смесительная камера с кольцом системы воздушного охлаждения может соответствующим образом изготавливаться и выравниваться относительно положения внутреннего корпуса в зоне фланца напорного кожуха.

На фиг.2 представлен шаблон для позиционирования смесительной камеры в соответствии с уровнем техники на сегодняшний момент, как это раскрыто в DE 10348447 А1. Шаблон 11 посредством шести винтов 21 закреплен на окружающем смесительную камеру фланце 10 напорного кожуха. Кольцо 6 системы воздушного охлаждения выравнено на шаблоне 11.

Фиг.3 демонстрирует детальный вид двух выравнивающих мест между шаблоном 11 и кольцом 6 системы воздушного охлаждения. Пазы 23 шаблона 11 принимают цапфы 22 кольца 6 системы воздушного охлаждения и определяют, таким образом, положение кольца 6 системы воздушного охлаждения.

Посредством этого смещение между смесительной камерой с кольцом системы воздушного охлаждения и внутренним корпусом компенсируется в соответствии с требуемыми допусками. Требуемая средняя величина зазора между внутренним корпусом и смесительной камерой с кольцом системы воздушного охлаждения составляет а=3-3,5 мм.

Затем кольцо системы воздушного охлаждения может быть приварено к смесительной камере.

В GB 13558719 раскрыта газовая турбина, у которой соединительная деталь своим концом вверх по потоку телескопически связана с концом камеры сгорания вниз по потоку и в целях ограничения осевых движений соединена своим концом вниз по потоку с венцом направляющих лопаток. Соединительная деталь установлена со скольжением посредством закрепленной на корпусе удерживающей конструкции. Это обеспечивает осепараллельные движения соединительной детали и предотвращает перпендикулярные оси движения.

В DE 4223733 А1 раскрыта газовая турбина, имеющая термоупругое соединение между жаровой и смесительной трубами посредством промежуточного кольца и волнистых распорок. В качестве соединительного элемента служит волнистая распорка («Wigglestrip»), которая с помощью точечной сварки приварена с обеих сторон к промежуточному кольцу и смесительной трубе. Промежуточное кольцо посредством, по меньшей мере, четырех болтов с шестигранной головкой и гаек привинчено к нижнему концу жаровой трубы.

Раскрытие изобретения

В основе изобретения лежит задача создания камеры сгорания для газовой турбины и газовой турбины.

Эта задача решается признаками п.1 формулы изобретения для камеры сгорания для газовой турбины и признаками п.8 формулы изобретения для газовой турбины.

Зависимые пункты содержат предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Камера сгорания имеет смесительную камеру с окружающим смесительную камеру внешним корпусом, причем смесительная камера выполнена с возможностью регулировки относительно внешнего корпуса. Для регулировки смесительной камеры относительно внешнего корпуса смесительная камера снабжена регулировочным устройством.

Камера сгорания имеет при этом регулировочное устройство, которое содержит болт, прижимной лист и клиновидную шайбу. Опорные поверхности клиновидной шайбы могут быть выполнены, к примеру, плоскими или сферическими.

В результате статистических исследований было установлено, что положение внутреннего корпуса в зоне фланца главной части турбины колеблется в радиальном направлении примерно на 4 мм. Посредством незначительного смещения смесительной камеры в камере сгорания положение приваренного к смесительной камере кольца системы воздушного охлаждения может быть выравнено относительно положения внутреннего корпуса. Возможность дополнительного выравнивания смесительной камеры после установки позволяет использовать стандартизированные камеры сгорания, включающие позиционированные смесительные камеры, т.е. такие, которые специально не согласованы с индивидуальными газовыми турбинами.

Преимущество предложенного решения состоит в том, что выявляются значительные преимущества в изготовлении и во времени за счет возможности регулировки смесительной камеры. Устраняется этап индивидуального перемещения положения внутреннего корпуса газовой турбины при помощи шаблона, и может быть использовано статистическое средство определения положения внутреннего корпуса.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения кольцо системы воздушного охлаждения приваривается к смесительной камере и затем выравнивается относительно положения внутреннего корпуса.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения поверхности соприкосновения между болтом и шайбой, а также между болтом и прижимным листом выполнены сферическими.

В соответствии с этим предпочтительным вариантом осуществления изобретения область фланца болта может перемещаться между сопрягаемыми деталями по сферической поверхности. При этом смесительная камера также перемещается, однако, сохраняет свое концентричное положение относительно жаровой трубы.

За счет наличия сферической поверхности между болтом и прижимным листом возможно быстрое и малозатратное переоборудование и существующих машин. За счет оптимизированного размера болта и в самом неблагоприятном случае в процессе работы не возникает никаких критических перемещений смесительной камеры.

Регулировка базируется, таким образом, на изменяемом положении несущих болтов.

Болты в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения могут быть установлены эксцентрично, так что становится возможной регулировка смесительной камеры по высоте. В качестве предпочтительного варианта может быть также рассмотрен вариант, когда болты имеют на головке отверстие для вставки монтажной штанги.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного варианта осуществления изобретения отверстие является эксцентричным отверстием, а монтажная штанга вставленным в отверстие эксцентричным болтом, так что в соответствии с этим примером предпочтительного варианта осуществления изобретения болты имеют на головке, соответственно, эксцентричное отверстие со вставленным в него эксцентричным болтом.

Болты в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения могут быть установлены также с возможностью параллельного, перпендикулярного и горизонтального перемещения относительно внешнего корпуса.

Благодаря этому становится возможной подгонка зазора смесительной камеры к жаровой трубе.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения смесительная камера выполнена с возможностью поворота вокруг оси болта, благодаря чему достигается повышенная гибкость смесительной камеры.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления изобретения болт может находиться в трубе с фланцем, которая расположена во внешнем корпусе. Труба с фланцем может быть, в частности, расширена до продольного паза. Это делает возможным подгонку смесительной камеры в горизонтальном направлении. Регулировка по вертикали возможна в таком случае также посредством поворота смесительной камеры вокруг оси болта и посредством использования эксцентрика.

В качестве альтернативы описанному регулировочному устройству с болтом, регулировочное устройство может быть образовано также как система направляющих и система шин, с помощью которой смесительная камера может позиционироваться более точно. В этом случае не обязательно размещение регулировочных болтов.

Газовая турбина в соответствии с изобретением включает в себя камеру сгорания в соответствии с изобретением. Камера сгорания может содержать в себе закрепленное на смесительной камере и обращенное к внутреннему корпусу кольцо системы воздушного охлаждения. Величина зазора между внутренним корпусом и кольцом системы воздушного охлаждения составляет тогда в предпочтительном варианте от 3 до 3,5 мм.

Краткое описание чертежей

Другие признаки, свойства и преимущества изобретения выявляются из последующего описания примеров осуществления изобретения с учетом приложенных чертежей, на которых показано:

- фиг.1: вид в разрезе камеры сгорания в соответствии с изобретением согласно примеру осуществления с расположенным между жаровой трубой и внутренним корпусом устройством смесительной камеры, состоящим, в основном, из напорного кожуха и смесительной камеры;

- фиг.2: вид использованного в уровне техники шаблона в положении установки;

- фиг.3: в увеличенном масштабе разрез представленного на фиг.2 шаблона;

- фиг.4: детальный вид представленной на фиг.1 камеры сгорания в зоне соединительного элемента между смесительной камерой и внутренним корпусом в зоне фланца напорного кожуха;

- фиг.5: представленный на фиг.1 болт в общем виде;

- фиг.6: одиночный вид представленного на фиг.5 болта;

- фиг.7: одиночный вид представленной на фиг.5 клиновидной шайбы;

- фиг.8: одиночный вид представленного на фиг.5 прижимного листа.

Осуществление изобретения

Фиг.1 демонстрирует камеру 1 сгорания в соответствии с изобретением газовой турбины с внешним корпусом, который выполнен как напорный кожух 18 камеры сгорания, и с расположенной внутри внешнего корпуса или напорного кожуха 18 жаровой трубой 2. Внутри напорного кожуха 18 находятся, кроме того, смесительная камера 4 и закрепленное на смесительной камере 4 кольцо 6 системы воздушного охлаждения.

Жаровая труба 2 проходит вертикально и находится в верхней зоне представленного устройства. Она поглощает пламя, которое образуется посредством расположенной на верхнем конце напорного кожуха горелки 3. К нижнему концу жаровой трубы 2 примыкает коническая и изогнутая смесительная камера 4, которая подводит отработавшие газы к внутреннему корпусу 8 главной части турбины (не изображена). В зоне фланца 10 напорного кожуха к смесительной камере 4 примыкает кольцо 6 системы воздушного охлаждения, которое охлаждает переход между смесительной камерой 4 и внутренним корпусом 8.

Смесительная камера 4 в соответствии с примером осуществления изобретения посредством двух болтов 12 закреплена на напорном кожухе 18. Болты 12 находятся в имеющих продольные оси 19 трубах 20 с фланцами, расположенных в напорном корпусе 18, а именно вблизи опоры в зоне нижней части смесительной камеры 4. При этом продольные оси 19 труб с фланцами (фиг.5) проходят через точку пересечения продольной оси 7 жаровой трубы и продольной оси 9 внутреннего корпуса (фиг.1).

Продольные оси 19 труб с фланцами в соответствии с вариантом осуществления примера осуществления изобретения могут располагаться перпендикулярно плоскости, определяемой продольной осью 7 жаровой трубы и продольной осью 9 внутреннего корпуса. Внутри горизонтального продольного паза винты, а тем самым, и смесительная камера могут в таком случае легко перемещаться в направлении продленной продольной оси 9 внутреннего корпуса. Трубы с фланцами могут быть, однако, также хорошо позиционированы в любом другом месте наружной поверхности напорного кожуха 18. Причем тогда, однако, не достигается оптимальная подвижность вдоль продольной оси 9 внутреннего корпуса.

На фиг.4 показан в увеличенном масштабе детальный вид Х зоны внутри фланца 10 напорного кожуха с фиг.1. Внутри фланца 10 напорного кожуха 18 находятся места соединения между смесительной камерой 4 и кольцом 6 системы воздушного охлаждения, а также между кольцом 6 системы воздушного охлаждения и внутренним корпусом 8. Кольцо 6 системы воздушного охлаждения одним концом приварено к смесительной камере 4. Другой конец кольца 6 системы воздушного охлаждения вставлен в примыкающее поперечное сечение внутреннего корпуса 8.

Фиг.5 демонстрирует одиночный вид представленного на фиг.1 регулируемого расположения между смесительной камерой 4, напорным кожухом 18 и одним из двух болтов 12 (фиг.1). Болт 12 своим не свинченным концом захвачен патроном 5 смесительной камеры, в то время как фланец 17 находится внутри трубы 20 с фланцем напорного кожуха 18. Патрон 5 смесительной камеры находится на внешней стороне смесительной камеры 4. Болт 12 может быть установлен на фланце 17 посредством нескольких распределенных по периметру окружности винтов 16 на напорном кожухе 18.

Между головками винтов 16 и торцевой поверхностью болта 12 на торцевую поверхность болта опирается прижимной лист 13. В соответствии с представленным примером осуществления изобретения не только прижимной лист 13, но и болт 12 имеют сферические контактные поверхности 15. В соответствии с вариантом осуществления примера осуществления изобретения вогнутая сторона прижимного листа 13 указывает при этом на смесительную камеру 4.

Между фланцем 17 болта 12 и напорным кожухом 18 находится клиновидная шайба 14, которая выполнена кольцеобразной и обхватывает болт 12. На смежной с болтом поверхности клиновидная шайба 14 имеет сферическую поверхность 15. Болт также имеет на поверхности фланца, которая в собранном состоянии прилегает к клиновидной шайбе, сферическую поверхность 15. В соответствии с представленным вариантом усовершенствования примера осуществления изобретения вогнутые стороны обеих опирающихся друг на друга сферических поверхностей 15 указывают при этом на смесительную камеру 4. Вследствие этого в отпущенном состоянии болта 12 возникает вращающаяся вдоль сферических поверхностей опора болта 12 между прижимным листом 13 и клиновидной шайбой 14.

Обе сферические поверхности 15 между прижимным листом 13, болтом 12 и клиновидной шайбой 14 в данном варианте осуществления изобретения позволяют осуществлять регулировку смесительной камеры 4 посредством болта 12 в его положении относительно внутреннего корпуса 8 (фиг.4) главной части турбины. К примеру, смесительная камера 4 посредством болта 12 с продольной осью 24 может быть повернута на угол α относительно продольной оси 19 трубы с фланцем.

Для установки эксцентричного положения, к примеру, в 4 мм, во фланце напорного кожуха смесительная камера поворачивается на угол α≈0,15°. После юстировки смесительной камеры винты несущих болтов притягиваются. Болты, а, таким образом, и смесительная камера удерживаются, в таком случае, посредством силы трения в своем положении.

Во фланце 17 болта 12 находится, кроме того, отверстие 26 для ввинчивания монтажной тяги. За счет смещения эксцентрично расположенный во втулке 25 болт 12 может быть перемещен относительно трубы 20 с фланцем минимально на 1/12 (соответствует шагу винтов) и, тем самым, может быть достигнуто грубое выравнивание смесительной камеры. Точное выравнивание производится посредством смещения болта между сферическими поверхностями 15 и посредством использования зазоров В1 и В2.

На фиг.6 показан одиночный вид представленного на фиг.5 болта 12. Болт 12 имеет по обеим сторонам своего фланца сферические поверхности 15 (фиг.5). В особом варианте осуществления изобретения болт 12 с продольной осью 24 выполнен с возможностью смещения внутрь отверстия с диаметром 26 мм в трубе с фланцем горизонтально относительно продольной оси 19 трубы с фланцем. В следующем варианте осуществления изобретения отверстие может быть расширено также до продольного паза. Диаметр А отверстий фланца болта (примерно 25 мм) больше, чем диаметр В отверстий фланца клиновидной шайбы 14 (фиг.7) и прижимного листа 13 (фиг.8) для того, чтобы крепежные винты 16 болта 12 при движении болта имели достаточный зазор для регулировки положения болта.

На фиг.7 показан одиночный вид клиновидной шайбы 14, как уже показано на общем виде на фиг.5. Клиновидная шайба 14 в соответствии с представленным примером осуществления изобретения лишь на стороне, прилегающей на общем виде к фланцу болта 12, имеет сферическую поверхность 15 для возможности осуществления регулировки болта 12.

На фиг.8 показан одиночный вид прижимного листа 13, который также уже представлен в общем виде на фиг.5. Прижимной лист 13 в соответствии с представленным примером осуществления изобретения также лишь на стороне, прилегающей на общем виде к фланцу болта 12, имеет сферическую поверхность 15 для обеспечения возможности осуществления регулировки болта 12.

Камера сгорания для газовой турбины со смесительной камерой содержит окружающий смесительную камеру внешний корпус. Смесительная камера выполнена с возможностью регулировки относительно внешнего корпуса, а также с регулировочным устройством для регулировки смесительной камеры относительно внешнего корпуса. Регулировочное устройство для регулировки смесительной камеры содержит болт, прижимной лист и клиновидную шайбу. Контактные поверхности между болтом и шайбой, а также между болтом и прижимным листом выполнены сферическими. Болты выполнены с возможностью эксцентричной установки относительно трубы с фланцем, а также с возможностью параллельного, перпендикулярного и горизонтального перемещения относительно внешнего корпуса. Изобретение направлено на упрощение изготовления камеры сгорания и уменьшение времени ее регулировки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Камера сгорания для газовой турбины со смесительной камерой (4), окружающим смесительную камеру (4) внешним корпусом (18), причем смесительная камера (4) выполнена с возможностью регулировки относительно внешнего корпуса (18), а также с регулировочным устройством для регулировки смесительной камеры (4) относительной внешнего корпуса (18), отличающаяся тем, что регулировочное устройство для регулировки смесительной камеры (4) содержит болт (12), прижимной лист (13) и клиновидную шайбу (14).

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что контактные поверхности (15) между болтом (12) и шайбой (14), а также между болтом (12) и прижимным листом (13) выполнены сферическими.

3. Камера сгорания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что болты (12) выполнены с возможностью эксцентричной установки относительно трубы (20) с фланцем.

4. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что болты (12) имеют на головке соответственно отверстие (26) для установки монтажной штанги.

5. Камера сгорания по п.4, отличающаяся тем, что болты (12) выполнены с возможностью параллельного, перпендикулярного и горизонтального перемещения относительно внешнего корпуса.

6. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что смесительная камера (4) выполнена с возможностью поворота вокруг оси болта.

7. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что она содержит трубу (20) с фланцем, которая расположена во внешнем корпусе и в которой расположен болт (12), причем труба (20) с фланцем расширена до продольного паза.

8. Газовая турбина с камерой сгорания (1) по одному из пп.1-7.

9. Газовая турбина по п.8, отличающаяся тем, что камера сгорания содержит закрепленное на смесительной камере (4) и обращенное к внутреннему корпусу (8) кольцо (6) системы воздушного охлаждения, и среднее значение зазора между внутренним корпусом (8) и кольцом (6) системы воздушного охлаждения составляет от 3 до 3,5 мм.