ДЕМПФЕР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2015 года по МПК F23M20/00 F02C7/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к газовой турбине, в частности к демпферу для уменьшения пульсаций в газовой турбине.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В обычных газовых турбинах акустические колебания обычно возникают в камере сгорания газовых турбин во время процесса горения из-за неустойчивости и вариаций горения. Эти акустические колебания могут развиваться в сильно выраженный резонанс. Такое колебание, которое также известно как пульсации камеры сгорания, может иметь амплитуды и соответствующие флуктуации давления, которые подвергают камеру сгорания, как таковую, большим механическим нагрузкам, которые, несомненно, могут уменьшить срок работы камеры сгорания и, в самом худшем случае, могут даже приводить к разрушению камеры сгорания.

Обычно тип демпфера, известный как глушитель Гельмгольца, используется для глушения резонанса, создаваемого в камере сгорания газовой турбины.

Конструкция демпфера раскрыта в EP2397760A1, который содержит первый демпфер, присоединенный последовательно ко второму демпферу, который отделен поршнем от первого демпфера, при этом резонансная частота первого демпфера близка к резонансной частоте второго демпфера. Первая горловина соединяет демпфирующие объемы первого и второго демпфера. Шток присоединен к поршню с возможностью регулирования демпфирующих объемов первого и второго демпфера.

Демпфер раскрыт в US2005/0103018A1, который содержит демпфирующий объем, который состоит из фиксированного демпфирующего объема и переменного демпфирующего объема. Фиксированный и переменный демпфирующие объемы разделены поршнем, который может перемещаться посредством регулировочного элемента в виде резьбового штока. При вращении регулировочного элемента поршень перемещается вдоль оси цилиндра демпфирующего объема и может занимать различные положения. Частота, при которой происходит демпфирование или достигает своего максимума, также изменяется в соответствии с демпфирующими объемами.

Один тип обычного демпфера Гельмгольца характеризуется множеством демпфирующих объемов для обеспечения эффективности широкополосного демпфирования. Каждые объемы взаимосвязаны посредством небольших гладких трубок, т.е. так называемых внутренних горловин. Обычно средняя скорость потока во внутренней горловине выше средней скорости потока основной горловины, соединяющей демпфер к камере сгорания. В особенности, для демпферов высоких частот с небольшими геометрическими размерами, поток, выходящий из внутренних горловин, или вводится в основную горловину, если внутренняя и основная горловина расположены коаксиально, или сталкивается с противоположными конструктивными компонентами, приводя к сложным полям течения. Это может приводить к значительному снижению эффективности демпфирования. Кроме того, если демпфер является настраиваемым, демпфер характеризуется перемещаемой разделительной пластиной или съемными горловинами с возможностью подстройки демпфера на соответствующие частоты пульсаций, при этом характеристика демпфирования сильно зависит от результирующих полей течения. Множество положений разделительной пластины в демпфере соответствует разным полям течения, что не позволяет предусматривать акустические модели для получения конструктивного исполнения демпфера с возможностью надежного функционирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание демпфера для уменьшения пульсаций в газовой турбине, которая может поддерживать поле течения внутри демпфера стабильным и предсказуемым, в результате, улучшать работу настраиваемых демпферов во всем диапазоне подстройки. Кроме того, демпфер согласно настоящему изобретению может предусматривать надежную компоновку и исполнение, в особенности для демпферов низких и высоких частот.

Эта задача решается посредством демпфера для уменьшения пульсаций в газовой турбине, который содержит: корпус; основную горловину, продолжающуюся от корпуса; разделительную пластину, расположенную в корпусе с возможностью разделения корпуса на первую полость и вторую полость, внутреннюю горловину с первым концом и вторым концом, продолжающуюся через разделительную пластину с возможностью соединения первой полости и второй полости, причем первый конец внутренней горловины остается в первой полости и второй конец остается во второй полости, отличающийся тем, что отклоняющий поток элемент расположен проксимально ко второму концу внутренней горловины с возможностью отклонения потока, проходящего через внутреннюю горловину.

Согласно одному возможному варианту осуществления настоящего изобретения, отклоняющий поток элемент содержит по меньшей мере одно отверстие, расположенное на периферийной поверхности внутренней горловины проксимально к его второму концу, и второй конец внутренней горловины является блокированным или закупоренным.

Согласно одному возможному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно отверстие содержит по меньшей мере два отверстия, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины.

Согласно одному возможному варианту осуществления настоящего изобретения, отклоняющий поток элемент содержит по меньшей мере одну направляющую трубку, расположенную проксимально ко второму концу внутренней горловины, в котором выпуск направляющей трубки направляется под определенным углом отклонения от продольной оси внутренней горловины.

Согласно одному возможному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна направляющая трубка содержит по меньшей мере две направляющие трубки, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины.

Согласно одному возможному варианту осуществления настоящего изобретения, выпуск направляющей трубки направляется под углом отклонения, составляющим от 0 до 90 градусов, от продольной оси внутренней горловины.

Посредством решения настоящего изобретения, при работе демпфера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, поле течения и, следовательно, характеристика демпфирования во второй полости являются постоянными независимо от установки разделительной пластины в корпусе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Задачи, преимущества и другие признаки настоящего изобретения станут более очевидными при чтении следующего неограничивающего описания его предпочтительных вариантов осуществления, изложенных только в целях примерной иллюстрации, со ссылкой на сопроводительный чертеж, на протяжении которого подобные ссылочные позиции могут использоваться для указания подобных элементов, и в котором:

Фиг. 1 изображает вид сбоку демпфера согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку демпфера согласно другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой разрез, выполненный по линии А-А на фиг. 2, показывающий расположение направляющих трубок;

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку демпфера согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 5 представляет собой вид сбоку демпфера согласно другому альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 изображает вид сбоку демпфера 100 согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Демпфер 100 содержит корпус 150 с впускной трубкой 102 для функционирования в качестве резонатора; основную горловину 140, продолжающуюся от корпуса 150 для сообщения корпуса 150 и камеры сгорания газовой турбины, не показано; разделительную пластину 130, расположенную в корпусе 150 с возможностью разделения на первую полость 160 и вторую полость 170; внутреннюю горловину 110 с первым концом 112 и вторым концом 114, продолжающуюся через разделительную пластину 130 с возможностью соединения первой полости 160 и второй полости 170, причем первый конец 112 внутренней горловины 110 остается в первой полости 160 и второй конец 114 остается во второй полости 170.

Специалистам в данной области техники следует понимать, что разделительная пластина 130 может быть фиксирована в корпусе 150, в этом случае объемы первой полости 160 и второй полости 170 остаются постоянными, в результате, они могут уменьшить резонансную частоту, или быть расположена с возможностью перемещения в корпусе 150, в этом случае объем первой полости 160 и второй полости 170 может регулироваться посредством известного способа. Впускная трубка 102 корпуса 150 обеспечивает сообщение воздушного пространства за пределами корпуса 150 и первой полости 160 с возможностью создания пути течения текучей среды, входящей и выходящей из корпуса 150. Специалисты в данной области техники должны понимать, что демпфер 100 может иметь более одной основной горловины 140 и/или более одной внутренней горловины 110, и/или более двух полостей 160, 170 в соответствии с конкретными фактическими применениями.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, демпфер 100 содержит отклоняющий поток элемент, расположенный проксимально ко второму концу 114 внутренней горловины 110 с возможностью отклонения потока, проходящего через внутреннюю горловину 110. Специалистам в данной области техники следует понимать, что термин «проксимальный ко второму концу», в том смысле, в каком он используется в данном документе, охватывает значение «близкий ко второму концу» и/или «на втором конце». Как показано на фиг. 1, отклоняющий поток элемент может быть выполнен с возможностью представлять собой отверстие 116, расположенное на периферийной поверхности внутренней горловины 110 проксимально к его второму концу 114. В этом случае, второй конец 114 внутренней горловины 110 может быть блокирован или закупорен для того, чтобы предотвратить утечку текучей среды. При работе демпфера 100, текучая среда, входящая через внутреннюю горловину 110 с его первого конца 112, будет обеспечиваться из него посредством отверстия 116, которое направлено в сторону от внутренней горловины 110, что будет поддерживать поле течения, и, следовательно, характеристику демпфирования во второй полости 170 постоянной независимо от приспособления разделительной пластины 130 в корпусе 150.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, отклоняющий поток элемент может содержать множество отверстий 116, равномерно расположенных по периферийной поверхности внутренней горловины 110 проксимально к его второму концу 114. Например, хотя не показано, отклоняющий поток элемент может содержать два отверстия 116, расположенные диаметрально, на периферийной поверхности внутренней горловины 110 проксимально к его второму концу 114. В качестве другого примера, не показан, отклоняющий поток элемент может содержать четыре отверстия 116, расположенные и разнесенные на 90 градусов, т.е. равномерно, по периферийной поверхности внутренней горловины 110 проксимально к его второму концу 114. В конкретной ситуации, прилегающий участок между смежными отверстиями 116 может быть упрощен с возможностью представлять собой стержни, продолжающиеся от второго конца 114 внутренней горловины 110, и окончание внутренней горловины 110 на втором конце 114 может упоминаться как концевая крышка, поддерживаемая четырьмя стержнями.

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку демпфера 100 согласно другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Демпфер 100, показанный на фиг. 2, отличается от показанного на фиг. 1 тем, что отклоняющий поток элемент имеет разные конфигурации. Остальная часть конструкции демпфера 100, как показано на фиг. 2, подобна таковой в отношении демпфера 100, который показан на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, отклоняющий поток элемент содержит по меньшей мере одну направляющую трубку 118, расположенную на его первом конце 120 на периферийной поверхности проксимально ко второму концу 114 внутренней горловины 110, в котором выпуск направляющей трубки 118, т.е. второй конец 122, как показано на фиг. 3, направлен под углом отклонения 90 градусов от продольной оси внутренней горловины 110. То есть выпуск направляющей трубки 118 направлен радиально наружу. Специалистами в данной области техники следует понимать, что отклонение угла от продольной оси внутренней горловины при его упоминании в данном документе, соотносится с углом между направлением, идущим от второго конца 114 внутренней горловины 110 к первому концу 112 внутренней горловины 110, и направлением, к которому обращен свободный конец отклоняющего поток элемента. В качестве альтернативы отклоняющего поток элемента, как показано на фиг. 2, направляющая трубка 118 может быть объединена на ее первом конце 120 с внутренней горловиной 110 на втором конце 114 для того, чтобы образовать цельную конструкцию, которая может функционировать так же, как отклоняющий поток элемент, это также не показано в чертежах. В этом случае, эффективность отклонения потока в отношении отклоняющего поток элемента может быть увеличена за счет большей направляющей способности, привнесенной посредством конструкций трубчатой формы. В результате, поле течения, создаваемое во второй полости 170, также будет поддерживаться стабильным.

Фиг. 3 представляет собой разрез, выполненный по линии А-А на фиг. 2, показывающий расположение направляющих трубок 118. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, отклоняющий поток элемент может содержать четыре направляющие трубки 118, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины 110, и расположенные на периферийной поверхности проксимально ко второму концу 114 внутренней горловины 110. В этом случае, подобно похожему случаю, показанному на фиг. 1, второй конец 114 внутренней горловины 110 может быть блокирован или закупорен для того, чтобы предотвратить утечку текучей среды из него.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку демпфера 100 согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. Демпфер 100, как показано на фиг. 4, в целом подобен демпферу 100, который показан на фиг. 2. Демпфер 100, который показан на фиг. 4, отличается тем, что выпуск направляющей трубки 118 направлен под углом отклонения 45 градусов от продольной оси внутренней горловины 110, то есть θ=45°. В этом случае, подобно похожему случаю, показанному на фиг. 1, второй конец 114 внутренней горловины 110 может быть блокирован или закупорен для того, чтобы предотвратить утечку текучей среды из него. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, не показан, отклоняющий поток элемент может содержать две или четыре направляющие трубки 118, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины 110 и расположенные на периферийной поверхности проксимально ко второму концу 114 внутренней горловины 110.

Фиг. 5 представляет собой вид сбоку демпфера 100 согласно другому альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. Демпфер 100, как показано на фиг. 5, в целом подобен демпферу 100, который показан на фиг. 2. Демпфер 100, который показан на фиг. 5, отличается тем, что направляющая трубка 118 состоит из четверти кольцевой трубки с первым концом 120, прикрепленным к периферийной поверхности внутренней горловины 110 проксимально к его второму концу 114, и второй конец 122 направлен к разделительной пластине 130, то есть в обратном направлении. Иными словами, выпуск направляющей трубки 118 направлен под углом отклонения 0 градусов от продольной оси внутренней горловины 110. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, не показан, отклоняющий поток элемент может содержать две или четыре направляющие трубки 118 равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины 110 и расположенные на периферийной поверхности проксимально ко второму концу 114 внутренней горловины 110. В этом случае, подобно похожему случаю, показанному на фиг. 1, второй конец 114 внутренней горловины 110 может быть блокирован или закупорен для того, чтобы предотвратить утечку текучей среды из него.

В качестве альтернативного варианта осуществления, не показан, направляющая трубка 118, как показано на фиг. 5, может объединяться на ее первом конце 120 с внутренней горловиной на ее втором конце 114. Такая конструкция может применяться даже к случаю, в котором отклоняющий поток элемент содержит множество направляющих элементов 118, как показано на фиг. 5.

Специалистам в данной области техники следует понимать, что в случае необходимости выпуск направляющей трубки 118 может быть ограничен в диапазоне от 0 до 90 градусов отклонения от продольной оси внутренней горловины 110 для того, чтобы регулировать поле течения, создаваемое посредством этого.

Несмотря на то, что настоящее изобретение подробно описано в связи только с ограниченным количеством вариантов осуществления, следует полностью понимать, что настоящее изобретение не ограничено такими раскрытыми вариантами осуществления. Вернее, настоящее изобретение может быть модифицировано с возможностью объединения любого числа вариантов, изменений, замен или эквивалентных конструкций, не описанных ранее, но которые находятся в соответствии с сущностью и объемом настоящего изобретения. Кроме того, хотя были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, понятно, что аспекты настоящего изобретения могут включать в себя только некоторые из описанных вариантов осуществления. Таким образом, настоящее изобретение не следует рассматривать как ограниченное вышеприведенным описанием, но лишь ограничено объемом приложенной формулы изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 - Демпфер

102 - Впускная трубка

110 - Внутренняя горловина

112 - Первый конец внутренней горловины

114 - Второй конец внутренней горловины

116 - Отверстие

118 - Направляющая трубка

120 - Первый конец направляющей трубки

122 - Второй конец направляющей трубки

130 - Разделительная пластина

140 - Основная горловина

150 - Корпус

160 - Первая полость

170 - Вторая полость.

Изобретение относится к демпферу для уменьшения пульсаций давления в газовой турбине. Демпфер содержит корпус, основную горловину, продолжающуюся от корпуса, разделительную пластину, внутреннюю горловину с первым концом и вторым концом и отклоняющий поток элемент. Разделительная пластина расположена в корпусе с возможностью разделения корпуса на первую полость и вторую полость. Внутренняя горловина проходит через разделительную пластину для соединения первой полости и второй полости. Первый конец внутренней горловины остается в первой полости, а второй конец - во второй полости. Отклоняющий поток элемент расположен проксимально ко второму концу внутренней горловины с возможностью отклонения потока, проходящего через внутреннюю горловину. В результате обеспечивается стабильная работа демпфера. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Демпфер для уменьшения пульсаций в газовой турбине, содержащий:
корпус;
основную горловину, продолжающуюся от корпуса;
разделительную пластину, расположенную в корпусе с возможностью разделения корпуса на первую полость и вторую полость,
внутреннюю горловину с первым концом и вторым концом, продолжающуюся через разделительную пластину для соединения первой полости и второй полости, причем первый конец внутренней горловины остается в первой полости и второй конец остается во второй полости, отличающийся тем, что
он снабжен отклоняющим поток элементом, расположенным проксимально ко второму концу внутренней горловины для отклонения потока, проходящего через внутреннюю горловину.

2. Демпфер по п. 1, отличающийся тем, что отклоняющий поток элемент содержит по меньшей мере одно отверстие, расположенное на периферийной поверхности внутренней горловины проксимально к его второму концу, а второй конец внутренней горловины блокирован или закупорен.

3. Демпфер по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одно отверстие содержит по меньшей мере два отверстия, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины.

4. Демпфер по п. 1, отличающийся тем, что отклоняющий поток элемент содержит по меньшей мере одну направляющую трубку, расположенную проксимально ко второму концу внутренней горловины, причем выпуск направляющей трубки направлен под определенным углом отклонения от продольной оси внутренней горловины.

5. Демпфер по п. 4, отличающийся тем, что по меньшей мере одна направляющая трубка содержит по меньшей мере две направляющие трубки, равномерно расположенные по периферийной поверхности внутренней горловины.

6. Демпфер по п. 4 или 5, отличающийся тем, что выпуск направляющей трубки направлен под углом отклонения, составляющим от 0 до 90 градусов, от продольной оси внутренней горловины.