ПЕРЕДАТЧИК ХОДА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2016 года по МПК F02C9/26 F16K31/122 

Изобретение относится к передатчику хода и к газовой турбине с таким передатчиком хода.

Газовые турбины включают отдельные горелки, которые могут создавать помехи друг другу во время работы. Это может предотвращать эффективную работу турбины и приводить к увеличению выбросов, в частности, к увеличению выброса оксидов азота (NO_X), неравномерной температуре пламени, колебаниям и т.д. Эти нежелательные эффекты могут возникать как при атмосферном давлении, так и во время процессов сгорания под давлением. Газовые турбины часто включают отверстия, которые используются для выравнивания потока текучей среды к отдельным горелкам газовой турбины, с целью компенсации этих эффектов.

Горелки в газовой турбине получают текучую среду из коллектора, который обычно включает один вход и несколько выходов. Это может приводить к различию давления вдоль длины коллектора, а также в положении горелок. Дополнительно к этому, различия могут возникать из-за допусков при изготовлении коллекторов и горелок для газовой турбины.

Различия выравниваются за счет изменения размера раскрывов в отверстиях; это регулирование или модификацию необходимо выполнять регулярно и является требующим много времени и дорогостоящим процессом.

Использование пьезоэлектрических клапанов вместо отверстий устраняет указанную выше проблему, поскольку с помощью пьезоэлектрических клапанов можно регулировать или управлять массовым потоком за счет присутствия пьезоэлектрического привода. В этом типе системы пьезоэлектрические клапаны, включая исполнительный механизм, расположены в осевом направлении в пути прохождения текучей среды.

Однако пьезоэлектрический привод может быть поврежден при вступлении в контакт с горячей текучей средой, которая имеет температуру свыше примерно 140°С. Дополнительно к этому, может быть также затруднено расположение пьезоэлектрического привода на газовой турбине, поскольку вспомогательные системы и другие компоненты, такие как трубы, часто ограничивают имеющееся в распоряжении пространство.

В патенте США № 6062532А раскрыт электрический твердотельный исполнительный механизм, имеющий гидравлический усилитель перемещения (амплитуды), который имеет герметичную конструкцию с одновременным обеспечением температурной компенсации, в результате чего, например, может достигаться длительный срок службы регулировочного элемента в заданных положениях переключения.

В патенте США № 5857662А раскрыто электрически управляемое стопорное устройство, которое имеет хорошие динамические свойства. Кроме того, стопорное устройство имеет компактную конструкцию, работает надежно и может быть использовано в широком диапазоне температур.

Поэтому задачей данного изобретения является создание системы так, чтобы пьезоэлектрический привод не повреждался горячей текучей средой и/или мог быть просто выполнен для обеспечения специального применения.

Задача выполнена посредством создания передатчика хода согласно п. 1 формулы изобретения.

Данное изобретение предлагает передатчик хода, включающий канал для обеспечения прохода текучей среды, исполнительный модуль для увеличения давления в гидравлической жидкости, клапанный модуль, который предназначен для работы в зависимости от давления гидравлической жидкости, при этом клапанный модуль расположен внутри канала для регулирования потока текучей среды, и трубку, соединяющую исполнительный модуль и клапанный модуль для передачи давления гидравлической жидкости между исполнительным модулем и клапанным модулем, при этом исполнительный модуль расположен снаружи канала. За счет расположения исполнительного модуля снаружи канала предотвращается вхождение исполнительного модуля в контакт с потенциально горячей текучей средой, проходящей через канал, что предотвращает повреждение исполнительного модуля и повышает гибкость конструкции исполнительного модуля.

В одном варианте выполнения клапанный модуль и исполнительный модуль расположены под углом друг к другу. Угол обеспечивает возможность отделения исполнительного модуля от клапанного модуля, что предотвращает вхождение исполнительного модуля в контакт с текучей средой.

В одном варианте выполнения угол между клапанным модулем и исполнительным модулем составляет от примерно 45° до примерно 135º для обеспечения простоты изготовления.

В другом варианте выполнения клапанный модуль и исполнительный модуль расположены перпендикулярно друг другу для обеспечения стабильности и простоты изготовления.

В одном варианте выполнения исполнительный модуль включает первый блок, механически соединенный с исполнительным механизмом, который увеличивает давление в первом блоке. Первый блок задает гидравлический объем в исполнительном модуле.

Исполнительный механизм является пьезоэлектрическим приводом, который увеличивает длину хода.

В одном варианте выполнения клапанный модуль включает второй блок, механически соединенный с дозировочным клапаном. Давление, оказываемое вторыми блоком, приводит к открыванию и закрыванию дозировочного клапана.

В другом варианте выполнения открывание и закрывание дозировочного клапана достигается с помощью иглы или шарика. Игла или шарик обеспечивают дозированную подачу текучей среды в горелку через клапан.

В одном варианте выполнения первый блок и/или второй блок являются металлическими сильфонами. Металлические сильфоны обеспечивают отсутствие трения и расширение отверстий в передатчике хода.

В одном варианте выполнения гидравлическая жидкость является маслом, которое имеет низкую сжимаемость, низкую летучесть и небольшую склонность к вспениванию.

В одном варианте выполнения первый поршень направляется в первом блоке, а второй поршень направляется во втором блоке. Первый поршень движется для вытеснения количества гидравлической жидкости, которая перемещает второй поршень во втором блоке. С помощью такого расположения достигается быстрое и точное дозирование текучей среды.

В другом варианте выполнения исполнительный модуль передатчика хода находится вне пути прохождения потока горячей текучей среды. Это предотвращает повреждение исполнительного модуля имеющей высокую температуру текучей средой.

Клапанный модуль расположен в осевом направлении относительно оси трубы подачи текучей среды для дозированной подачи текучей среды в горелку и последующую камеру сгорания.

Указанные выше и другие признаки изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. Показанные варианты выполнения предназначены для иллюстрации, но не для ограничения изобретения. На чертежах одинаковыми позициями обозначены одинаковые части, при этом на чертежах схематично изображено:

фиг. 1 - передатчик хода;

фиг. 2 - исполнительный модуль передатчика хода согласно фиг. 1;

фиг. 3 - клапанный модуль передатчика хода согласно фиг. 1.

Варианты выполнения данного изобретения относятся к передатчику хода для использования в турбине и, в частности, в газовой турбине. Однако следует отметить, что передатчик хода, поясняемый ниже, можно также использовать в других системах, таких как, но не ограничиваясь этим, паровые турбины, турбовентиляторы, автомобили и клапаны.

На фиг. 1 схематично показан в качестве примера передатчик 1 хода для использования в газовой турбине. Передатчик хода включает исполнительный модуль 2 и клапанный модуль 4. Исполнительный модуль 2 и клапанный модуль 4 соединены друг с другом через трубку 6. Исполнительный модуль 2 и клапанный модуль 4 содержат гидравлическую жидкость, которая может передавать давление, создаваемое исполнительным модулем 2, в клапанный модуль 4 через трубку 6.

Согласно аспектам данного изобретения, клапанный модуль 4 заключен внутри канала 7, который обеспечивает прохождение текучей среды. Следует отметить, что температура текучей среды может быть выше 140°С. Текучая среда входит в канал 7 через вход 8 и затем протекает через клапанный модуль 4, который регулирует поток текучей среды через дозировочный клапан 5. Позицией 9 обозначен выход текучей среды после прохождения через клапанный модуль 4 в горелку (не изображена) газовой турбины.

В рассматриваемой здесь конфигурации исполнительный модуль 2 расположен снаружи канала 7. Такое расположение предотвращает вхождение исполнительного модуля 2 в путь прохождения текучей среды в канале 7. Как показано на фиг. 1, клапанный модуль 4 и исполнительный модуль 2 расположены под углом Θ относительно друг друга. Угол Θ больше 0° и меньше 180°. В частности, угол Θ составляет от около 45° до около 135°.

Согласно аспектам данного изобретения, клапанный модуль 4 и исполнительный модуль 2 расположены так, что клапанный модуль 4 и исполнительный модуль 2 показанного в качестве примера передатчика 1 хода перпендикулярны друг другу.

Исполнительный модуль 2 включает исполнительный механизм 3 для привода первого блока 10. Первый блок 10 заполнен гидравлической жидкостью, такой как, но не ограничиваясь этим, гидравлическое масло. Исполнительный механизм 3 увеличивает давление гидравлической жидкости в первом блоке 10. Трубка 6 передает давление в клапанный модуль 4. В частности, клапанный модуль 4 включает второй блок 15, который вызывает открывание дозировочного клапана 5 на основе давления, создаваемого гидравлической жидкостью во втором блоке 15.

Согласно аспектам данного изобретения, исполнительный механизм 3 выполнен из пьезоэлектрического материала. Пьезоэлектрические материалы включают не проводящие материалы, такие как кристаллы и керамики. Одним таким пьезоэлектрическим материалом является кварц (SiO₂). Обычно исполнительный механизм 3 является пьезоэлектрическим приводом. С помощью пьезоэлектрического привода можно обеспечивать в показанном в качестве примера передатчике 1 хода быстрое и точное дозирование большого количества текучей среды, в частности, топлива для горелки (не изображена) камеры сгорания газовой турбины.

Следует отметить, что клапанный модуль 4 передатчика 1 хода расположен в осевом направлении вдоль оси, подающей текучую среду в горелку трубы 11, а исполнительный модуль 2 расположен перпендикулярно оси, подающей текучую среду в горелку трубы 11.

На фиг. 2 схематично показан исполнительный модуль 2 согласно фиг. 1. Как показано на фиг. 2, исполнительный модуль 2 включает исполнительный механизм 3, который, как указывалось выше, является пьезоэлектрическим приводом. Исполнительный механизм 3 соединен с первым блоком 10. В одном варианте выполнения первый поршень 13 направляется в первом боке 10. Исполнительный механизм 3 вызывает движение первого поршня 13, за счет чего увеличивается давление гидравлической жидкости, которой заполнен первый блок 10.

Трубка 6, соединяющая первый блок 10 с исполнительным модулем, передает давление гидравлической жидкости в клапанный модуль 4.

В рассматриваемой здесь конфигурации первый блок 10 является металлическим сильфоном, который заполнен гидравлической жидкостью и соединен с трубкой 6. Первый блок 10 включает полое пространство, которое задает гидравлический объем. Первый блок 10 в виде металлического сильфона уменьшает трение и расширение отверстий, которое может происходить, когда первый блок 10 является металлическим цилиндром. Использование металлического сильфона в качестве первого блока 10 обеспечивает возможность отказа от уменьшающего трения вещества, такого как, например, смазочное вещество.

На фиг. 3 схематично показан клапанный модуль 4 передатчика хода согласно фиг. 1. Как показано на фиг. 3, клапанный модуль 4 включает второй блок 15. Второй блок 15 может быть выполнен, например, в виде цилиндра. Второй блок 15 соединен с трубкой 6. Трубка 6 передает давление из исполнительного модуля 2 (см. фиг. 2) во второй блок 15, которое вызывает движение второго поршня 16 и тем самым открывание дозировочного клапана 5 клапанного модуля 4 для обеспечения дозирования подачи текучей среды. Дозировочный клапан 5 включает шарик или иглу для открывания и закрывания дозировочного клапана 5.

В показанной здесь конфигурации второй блок 15 является металлическим сильфоном. Второй блок 15 в виде металлического сильфона обеспечивает отсутствие трения и расширения отверстий, которое обычно возникает при использовании металлических цилиндров. Такое расположение позволяет отказаться от использования смазочного вещества в клапанном модуле 4.

Клапанный модуль 4 может также включать передатчик 19, который измеряет давление, создаваемое внутри клапанного модуля 4, и управляет впрыском топлива в горелку, не изображенную на фиг. 3.

Изобретение относится к энергетике. Передатчик хода включает канал для обеспечения прохода текучей среды, исполнительный модуль для увеличения давления в гидравлической жидкости, клапанный модуль, функционирующий в зависимости от давления гидравлической жидкости, при этом клапанный модуль расположен внутри канала для регулирования потока текучей среды, и трубку, соединяющую исполнительный модуль и клапанный модуль для передачи давления гидравлической жидкости между исполнительным модулем и клапанным модулем, при этом исполнительный модуль расположен снаружи канала, а клапанный модуль расположен внутри канала. Также представлена газовая турбина, содержащая передатчик хода. Изобретение позволяет предотвратить повреждение исполнительного модуля, а также позволяет повысить гибкость конструкции исполнительного модуля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Передатчик (1) хода, содержащий:
канал (7) для обеспечения прохода текучей среды,
исполнительный модуль (2), содержащий первый блок (10) и первый поршень (13), при этом первый поршень (13) направляется в первом блоке (10), увеличивая тем самым давление в гидравлической жидкости,
клапанный модуль (4), содержащий второй блок (15), дозировочный клапан (5) и второй поршень (16), причем второй поршень (16) направляется во втором блоке (15), при этом клапанный модуль (4) предназначен для работы в зависимости от давления гидравлической жидкости, с целью регулирования потока текучей среды, и
трубку (6), соединяющую исполнительный модуль (2) и клапанный модуль (4), для передачи давления гидравлической жидкости между исполнительным модулем (2) и клапанным модулем (4), причем исполнительный модуль (2) расположен снаружи канала (7), отличающийся тем, что
клапанный модуль (4) расположен внутри канала (7).

2. Передатчик (1) хода по п.1, отличающийся тем, что исполнительный модуль (2) и клапанный модуль (4) расположены под углом относительно друг друга.

3. Передатчик (1) хода по п.2, отличающийся тем, что угол составляет от примерно 45° до примерно 135°.

4. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что исполнительный модуль (2) и клапанный модуль (4) расположены перпендикулярно друг другу.

5. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый блок (10) исполнительного модуля (2) механически соединен с исполнительным механизмом (3).

6. Передатчик (1) хода по п.5, отличающийся тем, что исполнительный механизм (3) является пьезоэлектрическим приводом.

7. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что второй блок (15) клапанного модуля (4) механически соединен с дозировочным клапаном (5).

8. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дозировочный клапан (5) содержит иглу или шарик для открывания и закрывания дозировочного клапана (5).

9. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что гидравлическая жидкость содержит масло.

10. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый блок (10) и/или второй блок (15) имеет цилиндрическую форму.

11. Передатчик (1) хода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый блок (10) и/или второй блок (15) является металлическим сильфоном.

12. Газовая турбина, отличающаяся тем, что она содержит передатчик хода по любому из пп.1-11.

13. Газовая турбина по п.12, отличающаяся тем, что клапанный модуль передатчика хода расположен в осевом направлении вдоль оси, подающей текучую среду в горелку трубы (11).

14. Газовая турбина по п.12 или 13, отличающаяся тем, что исполнительный модуль (2) передатчика (1) хода расположен перпендикулярно оси, подающей текучую среду в горелку трубы (11).