ГАЗОВАЯ ТУРБИНА (ВАРИАНТЫ) И ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЖАРОВОЙ ТРУБЫ Российский патент 2016 года по МПК F23R3/60 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты выполнения изобретения, описанного в данном документе, относятся в целом к устройствам для поддержания жаровой трубы в газовой турбине и, более конкретно, к задним концевым опорным устройствам и подпружиненным стопорным устройствам жаровой трубы.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В обычной газовой турбине 100, как проиллюстрировано на фиг.1, газы проходят от компрессора 110 к турбине 120 в направлении 125 газового потока. Компрессор 110 выпускает сжатый воздух 127, который затем смешивается с топливом 129, поступающим через газовые сопла (не показаны). В результате сжигания смеси воздуха и топлива образуются выхлопные газы. Процесс горения может происходить в жаровой трубе 130. Иногда процесс горения происходит в камере сгорания (т.е. в компоненте, расположенном между компрессором и турбиной и предназначенном для осуществления процесса горения), при этом для ограничения горячих выхлопных газов, выходящих из камеры сгорания, на их пути к турбине используется жаровая труба.

[0003] Сжатый воздух и топливо вводятся и смешиваются у стопорного конца 135 жаровой трубы 130. Выхлопные газы выпускаются через задний конец 140 жаровой трубы 130. Задний конец 140 расположен ниже по потоку от стопорного конца 135 в направлении 125 газового потока. Полученные в результате горения выхлопные газы имеют высокую температуру, что вызывает тепловое расширение жаровой трубы 130. Для компенсации указанного расширения ниже по потоку в направлении 125 от жаровой трубы 130 установлен гибкий компонент, например кольцевое уплотнение 150. Уплотнение 150 обеспечивает возможность перемещения заднего конца 140 жаровой трубы 130 вдоль направления 125 газового потока при изменении длины жаровой трубы 130 вследствие теплового расширения.

[0004] Когда в жаровой трубе 130 происходит горение, ее стопорный конец 135 занимает относительно неподвижное положение. Поэтому часто близко к концу 135, между жаровой трубой 130 и опорной конструкцией, например корпусом (не показан), устанавливают стопорное опорное устройство 160 жаровой трубы. В противоположность этому задний конец 140 при возникновении теплового расширения имеет тенденцию перемещаться вдоль направления газового потока. Соответственно, как правило, у заднего конца 140 жаровой трубы 130 опорный механизм не устанавливают.

[0005] Фиг.2 схематически изображает часть газовой турбины 200. Газы проходят в направлении 205 потока в жаровой трубе 210 газовой турбины 200. Сжатый воздух 212 и топливо 213 смешиваются в жаровой трубе 210 у стопорного конца 214. Смесь сжатого воздуха и топлива сжигается в центральной области 215 сгорания жаровой трубы 210. Выхлопные газы 216, полученные в результате сжигания смеси воздуха и топлива, проходят от области 215 сгорания и выпускаются у заднего конца 217 жаровой трубы 210. Выхлопные газы, выходящие из жаровой трубы 210 через задний конец 217, обычно ограничены кольцевым уплотнением (не показано).

[0006] Внутри газовой турбины 200 сжатый воздух 212 поступает в промежуток между жаровой трубой 210 и окружающим ее корпусом 220 у заднего конца и течет к стопорному концу, где сжатый воздух направляется в жаровую трубу 210. Преимуществом данного способа направления сжатого воздуха является возможность охлаждения при помощи него жаровой трубы 210. Способ направления сжатого воздуха 212 к стопорному концу 214 жаровой трубы 210 определяется выбором проектного решения. В других вариантах выполнения, например показанных на фиг.1, сжатый воздух может подаваться в жаровую трубу другими способами.

[0007] С точки зрения рабочей температуры жаровая труба 210 имеет холодную зону 222, расположенную выше по потоку в направлении 205 от центральной области 215 сгорания, и горячую зону 224, расположенную ниже по потоку в направлении 205 от области 215. В жаровой трубе 210 наибольшие температуры газа достигаются в центральной области 215 сгорания. В первом участке 226, окружающем центральную область 215, температуры газа ниже температур в области сгорания. Во втором участке 227, окружающем первый участок 226, температуры газа ниже температур в первом участке 226. В третьем, внешнем участке 228, окружающем второй участок 227, температуры газа ниже температур во втором участке 227. Специалисту должно быть понятно, что участки 226, 227 и 228 просто иллюстрируют изменения температур газа в жаровой трубе 210, однако между указанными участками отсутствует физическое разделение, и температура непрерывно изменяется в пределах данных участков и вдоль их границ. Кроме того, специалистам должно быть понятно, что может существовать большее или меньшее количество температурных участков.

[0008] Нагрев и вибрация, обусловленные процессом горения, а также другие механические нагрузки и напряжения, вызванные сотрясением, грохотанием газовой турбины и т.д., вызывают вибрации жаровой трубы и других компонентов газовой турбины, расположенных вблизи жаровой трубы. Соответственно, жаровая труба должна быть установлена с обеспечением выдерживания нагрева, вибрации и нагрузок, обусловленных горением и другими воздействиями.

[0009] Между жаровой трубой 210 и корпусом 220, вблизи стопорного конца 214, в холодной зоне 222 жаровой трубы 210 может быть установлено стопорное опорное устройство 230. Благодаря его расположению в холодной зоне 222 (в которой отсутствует значительное тепловое расширение) указанное устройство 230 соединяет относительно неподвижные точки на внутренней поверхности корпуса 220 и на наружной поверхности жаровой трубы 210.

[0010] На фиг.3А показано обычное стопорное опорное устройство. Указанное устройство содержит три отдельных опорных элемента 350, 352 и 354, расположенных между жаровой трубой 310 и корпусом 320 по окружности сечения, по существу перпендикулярного направлению 305 потока.

[0011] Каждый отдельный опорный элемент, например элемент 352 на фиг.3В, вставлен между парами точек, причем одна точка расположена на внутренней поверхности 360 корпуса 320, а другая точка расположена на наружной поверхности 370 жаровой трубы 310.

[0012] Один отдельный опорный элемент может иметь охватываемую часть 380, показанную на фиг.3С, и охватывающую часть 390, показанную на фиг.3D. Охватываемую часть 380 и охватывающую часть 390 собирают способом, проиллюстрированным на фиг.3Е. Проблема, связанная с отдельными опорными элементами такого типа, заключается в том, что часто контакт возникает только между одной поверхностью охватываемой части 380 и охватывающей части 390, что приводит к неравномерному износу указанных элементов.

[0013] Как указано выше, горячие выхлопные газы вызывают тепловое расширение жаровой трубы (например 130, 210 или 310). В результате теплового расширения жаровой трубы задний конец не удерживается в фиксированном положении, что препятствует использованию обычного опорного устройства у заднего конца жаровой трубы (расположенного ниже по потоку), к которому прикреплено кольцевое уплотнение. При отсутствии такого опорного устройства кольцевое уплотнение несет существенную нагрузку и имеет большую свободу перемещения, чем это необходимо, что приводит к короткому сроку службы уплотнения и нестабильности работы.

[0014] Соответственно, существует необходимость в создании дополнительной опоры для жаровой трубы и уменьшении неравномерного износа отдельных опорных элементов в стопорном опорном устройстве жаровой трубы с устранением тем самым вышеуказанных проблем и недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения газовая турбина содержит жаровую трубу, корпус, окружающий жаровую трубу, кольцевое уплотнение, выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы, и заднее концевое опорное устройство. Жаровая труба выполнена с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца, причем смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы, и выпуска выхлопных газов у заднего конца, противоположного верхнему по потоку концу. Кольцевое уплотнение выполнено с возможностью приема выхлопных газов. Заднее концевое опорное устройство жаровой трубы может быть расположено ниже по потоку от области, в которой на наружной поверхности жаровой трубы достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка присоединения кольцевого уплотнения к жаровой трубе. Указанное опорное устройство может быть выполнено с возможностью поддержания жаровой трубы в корпусе с возможностью перемещения и содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента, выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы и/или корпуса. Каждый из отдельных опорных элементов содержит пружину, частично приваренную к поверхности кожуха или к поверхности жаровой трубы или и к поверхности кожуха, и к поверхности жаровой трубы.

[0016] В соответствии с другим вариантом выполнения опорное устройство жаровой трубы содержит заднее опорное устройство, содержащее по меньшей мере три отдельных опорных элемента, расположенных между жаровой трубой и корпусом вблизи заднего конца жаровой трубы, ниже по потоку от области, в которой на наружной поверхности жаровой трубы достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка присоединения кольцевого уплотнения к жаровой трубе. Указанные отдельные опорные элементы могут быть выполнены с возможностью поддержания заднего конца жаровой трубы и с обеспечением возможности скольжения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы и/или корпуса.

[0017] В соответствии с еще одним вариантом выполнения газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью сжатия воздуха, секцию, расположенную ниже по потоку от камеры сгорания и выполненную с возможностью приема газового потока, жаровую трубу, присоединенную между компрессором и секцией турбины с обеспечением проточного сообщения, корпус, выполненный с возможностью жесткого присоединения к опорной конструкции газовой турбины и окружающий жаровую трубу, кольцевое уплотнение, присоединенное к заднему концу жаровой трубы и секции турбины, и стопорное опорное устройство жаровой трубы, расположенное у передней секции жаровой трубы. Жаровая труба может быть выполнена с обеспечением приема сжатого воздуха и топлива, причем смесь сжатого газа и топлива сжигается в жаровой трубе с образованием горячих выхлопных газов, при этом жаровая труба имеет жестко закрепленный верхний по потоку конец и задний конец, противоположный верхнему по потоку концу и расположенный ниже по потоку. Стопорное опорное устройство может быть выполнено с возможностью поддержания жаровой трубы в корпусе и может содержать по меньшей мере три охватываемо-охватывающих опорных элемента, причем одна из охватывающей части и охватываемой части указанных элементов приварена к корпусу, а другая из указанных частей приварена к жаровой трубе. Каждый из охватываемо-охватывающих опорных элементов может содержать первую пружину, расположенную между первой поверхностью охватываемой части и первой внутренней поверхностью охватывающей части, и вторую пружину, расположенную между второй поверхностью охватываемой части, противоположной указанной первой поверхности, и второй внутренней поверхностью охватывающей части, причем указанные первая и вторая пружины оказывают упругие воздействия на соответствующие поверхности соответственно охватываемой и охватывающей частей по существу перпендикулярно к направлению введения охватываемой части в охватывающую часть.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Сопроводительные чертежи, включенные в данную заявку и являющиеся ее составной частью, изображают один или более вариантов выполнения и совместно с описанием объясняют данные варианты выполнения. На чертежах:

[0019] фиг. 1 изображает принципиальную схему обычной газовой турбины,

[0020] фиг. 2 изображает частичную принципиальную схему обычной газовой турбины,

[0021] фиг. 3А схематически изображает обычное стопорное опорное устройство жаровой трубы, расположенное между жаровой трубой и корпусом,

[0022] фиг. 3В изображает отдельный опорный элемент стопорного опорного устройства жаровой трубы, показанного на фиг. 3А,

[0023] фиг. 3С изображает охватываемую часть отдельного опорного элемента, показанного на фиг. 3В,

[0024] фиг. 3D изображает охватывающую часть отдельного опорного элемента, показанного на фиг. 3В,

[0025] фиг. 3Е иллюстрирует способ сборки охватываемой части, показанной на фиг. 3С, и охватывающей части, показанной на фиг. 3D,

[0026] фиг. 4 изображает частичную принципиальную схему газовой турбины в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения,

[0027] фиг. 5 изображает схематический вид жаровой трубы, иллюстрирующий расположение заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения,

[0028] фиг. 6А и 6В изображают схематические виды альтернативных конфигураций отдельных опорных элементов заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с различными вариантами выполнения,

[0029] фиг. 7 изображает отдельный опорный элемент заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с одним вариантом выполнения,

[0030] фиг. 8 изображает отдельный опорный элемент заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с другим вариантом выполнения,

[0031] фиг. 9 изображает отдельный опорный элемент заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с еще одним вариантом выполнения,

[0032] фиг. 10 изображает заднее опорное устройство жаровой трубы в соответствии с другим вариантом выполнения,

[0033] фиг. 11 изображает отдельную опору заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с еще одним вариантом выполнения, и

[0034] фиг. 12 изображает отдельную опору стопорного опорного устройства жаровой трубы в соответствии с одним вариантом выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0035] Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Приведенное ниже подробное описание не ограничивает данное изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения. Для простоты приведенные ниже варианты выполнения описаны с учетом терминологии и устройства газовой турбины. Тем не менее рассмотренные далее варианты выполнения не ограничены указанными установками и могут быть применены к другим установкам, поддерживающим жаровую трубу, через которую выпускаются горячие газы.

[0036] Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.

[0037] В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения фиг. 4 изображает частичную принципиальную схему газовой турбины 400. На фиг. 4 жаровая труба 410 присоединена к кольцевому уплотнению 420. Жаровая труба 410 поддерживается вблизи верхнего по потоку (стопорного) конца 415 стопорным устройством 430, содержащим по меньшей мере три отдельные опоры (на фиг. 4 показаны две опоры). Топливо вводится через газовое сопло (не показано), присоединенное к патрубку 435 переброса пламени.

[0038] Заднее концевое опорное устройство 440 поддерживает задний конец 445 жаровой трубы 410, расположенный ниже по направлению 450 потока от верхнего по потоку конца. Направление 450 потока может представлять собой прямую или изогнутую линию.

[0039] Заднее концевое опорное устройство 440 содержит по меньшей мере три отдельные опоры (на фиг. 4 показаны две опоры), обеспечивающие возможность скольжения заднего конца 445 жаровой трубы 410 в направлении 450 с компенсацией тем самым изменений, вызванных тепловым расширением. Наличие устройства 440 может уменьшать нагрузку на кольцевое уплотнение 420 и гасить колебания жаровой трубы 410 во время работы.

[0040] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения фиг. 5 иллюстрирует термоаналитическое моделирование температуры на наружной поверхности жаровой трубы 500. Сжатый воздух 510 и топливо вводятся в первый конец 511 жаровой трубы 500.

[0041] Сжатый воздух и топливо сжигаются в области сгорания, в которой достигаются наибольшие температуры газа в жаровой трубе 500. Однако из-за наличия жалюзи жаровой трубы распределение температуры на наружной стороне жаровой трубы 500 не отражает распределение температуры внутри нее. Жалюзи 512 проходят через стенки жаровой трубы и расположены в части жаровой трубы, проходящей от первого конца 511 за область сгорания. Наличие жалюзи обеспечивает охлаждение внутренней стенки жаровой трубы вследствие образования непрерывной тонкой воздушной прослойки на внутренней поверхности жаровой трубы, а также создание области 513 наибольшей температуры на наружной поверхности ниже по потоку от области сгорания в направлении газового потока.

[0042] Выхлопные газы 514 выпускаются у второго конца 516 жаровой трубы 500. Между областью 513 и вторым концом 516, к которому прикреплено кольцевое уплотнение (не показано), температура газа понижается. В холодной зоне 518, расположенной вблизи первого конца 511 жаровой трубы 500, в который вводятся сжатый воздух и топливо, перед областью 513 температура газа на наружной поверхности жаровой трубы может быть ниже 1000°F (около 500°С).

[0043] Заднее опорное устройство жаровой трубы в соответствии с вариантом выполнения установлено в области 520, расположенной ниже по потоку от области 513 наибольшей температуры и выше по потоку от области присоединения кольцевого уплотнения к жаровой трубе 500. Например, когда максимальная температура в области 513 составляет 1475°F (около 800°С), температура в области 529 установки заднего опорного устройства не превышает 1400°F (около 760°С).

[0044] На фиг. 6А и 6В изображены схематические виды альтернативных конфигураций отдельных опорных элементов заднего опорного устройства жаровой трубы в соответствии с различными вариантами выполнения. Жаровая труба 600 может иметь круговое поперечное сечение, как показано на фиг. 6А и 6В. Указанное опорное устройство может содержать по меньшей мере три отдельных опорных элемента 610, 612 и 614, как показано на фиг. 6А, или более трех отдельных опорных элементов. Например, опорное устройство, показанное на фиг. 6В, содержит пять отдельных опорных элементов 620, 622, 624, 626 и 628. Количество и расположение отдельных опорных элементов не ограничены вариантами выполнения, изображенными на фиг. 6А и 6В.

[0045] Отдельные опорные элементы могут быть расположены по существу под равными углами относительно центра поперечного сечения жаровой трубы, как показано на фиг. 6А и 6В. Например, для опорного устройства с тремя отдельными элементами, такого как показанное на фиг. 6А, положения указанных элементов могут быть определены как «12 часов», «4 часа» и «8 часов». Опорные элементы, показанные на фиг. 7-10, являются альтернативными вариантами выполнения отдельных опор 610, 612, 614, 620, 622, 624, 626 и 628, показанных на фиг. 6А и 6В.

[0046] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения фиг. 7 изображает отдельный опорный элемент 700 заднего опорного устройства жаровой трубы. Опорный элемент 700, показанный на фиг. 7, известен в данной области техники как «охватываемо-охватывающий» отдельный опорный элемент. Элемент 700 содержит охватывающую часть, имеющую U-образную форму, которая может быть образована двумя пластинами 710 и 720, отходящими от пластины 730, приваренной к корпусу (не показан). Кроме того, опорный элемент 700 содержит охватываемую часть, которая может представлять собой одну пластину 740, приваренную к жаровой трубе (не показана) у поверхности 742. Как вариант, охватывающая часть может быть приварена к жаровой трубе у поверхности 732, а охватываемая часть может быть приварена к корпусу у поверхности 742.

[0047] Пластина 740 выполнена с возможностью скольжения вдоль направления потока (перпендикулярно плоскости чертежа) в промежутке между указанными двумя пластинами 710 и 720. Радиальный зазор h1 в направлении от жаровой трубы и окружные зазоры h2 (отмечен только один зазор) соответственно между пластиной 740 и пластинами 710 и 720 обеспечивают пространство для компенсации изменений в размерах, возникающих в результате теплового расширения жаровой трубы.

[0048] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения фиг. 8 изображает отдельный опорный элемент 800 заднего опорного устройства жаровой трубы, расположенный между корпусом 810 и жаровой трубой 820. Отдельная опора 800 содержит опору 830 и пружину 840.

[0049] Опора 830 может иметь первую часть 830а, приваренную к корпусу 810, вторую часть 830b, присоединенную к первой части 830а и проходящую от корпуса 810 к жаровой трубе 820, и третью часть 830с, присоединенную ко второй части 830b и проходящую в промежутке между корпусом 810 и жаровой трубой 820. Первая часть 830а и третья часть 830с могут считаться приблизительно перпендикулярными второй части 830b. Для опоры 830 возможны другие углы наклона.

[0050] Пружина 840 может быть выполнена из пружинящего опорного материала. В одном варианте выполнения пружина 840 может иметь первую соединительную часть 840а, находящуюся в подвижном контакте с поверхностью жаровой трубы 820, и вторую соединительную часть 840b, приваренную к третьей части 830с опоры 830. Между первой частью 840а и второй частью 840b расположена средняя часть 840с, которая образует свободную неполную петлю в промежутке между жаровой трубой 820 и корпусом 810 с обеспечением, таким образом, возможности скольжения жаровой трубы 820 в продольном направлении относительно корпуса 810. Между жаровой трубой 820 и корпусом 810 могут быть выполнены опоры 830 для поддержания с возможностью перемещения жаровой трубы 820.

[0051] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения фиг. 9 изображает отдельный опорный элемент 900 заднего опорного устройства жаровой трубы. Элемент 900 может представлять собой упругую полосу, волнообразно проходящую в промежутке между корпусом 910 и жаровой трубой 920. Опорный элемент 900 может иметь часть 900а, приваренную к корпусу 910, среднюю часть 900b, давящую с возможностью скольжения на жаровую трубу 920, и концевую часть 900 с, давящую с возможностью скольжения на корпус 910. Средняя часть 900b расположена между приваренной частью 900а и концевой частью 900с.

[0052] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения фиг. 10 изображает заднее опорное устройство жаровой трубы. Отдельные опорные элементы 1000 расположены между корпусом 1010 и жаровой трубой 1020. Каждый из указанных элементов может содержать Т-образную опору 1030, приваренную к корпусу 1010, и упругую полосу 1040, волнообразно проходящую в промежутке между жаровой трубой 1020 и Т-образной опорой 1030.

[0053] Каждая Т-образная опора 1030 может иметь первую часть 1030а, приваренную к корпусу 1010 и проходящую от корпуса 1010, и вторую часть 1030b, которая может быть по существу перпендикулярна первой части 1030а и проходит в промежутке между корпусом 1010 и жаровой трубой 1020.

[0054] Каждая упругая полоса 1040 может иметь первую часть 1040а, приваренную ко второй части 1030b Т-образной опоры, и вторую часть 1040b, волнообразно проходящую в промежутке между жаровой трубой 1020 и Т-образной опорой 1030. Вторая часть 1040b давит с возможностью скольжения на жаровую трубу 1020 между первой частью 1040а и концевой частью 1040с, давящей с возможностью скольжения на Т-образную опору 1030.

[0055] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения фиг. 11 изображает отдельную опору 1100 заднего опорного устройства жаровой трубы. Указанная опора 1100 установлена между корпусом 1110 и жаровой трубой 1120. Отдельная опора 1000 содержит опору 1130, приваренную к корпусу 1110, и демпфирующую часть 1140. Опора 1130 имеет первую часть 1130а, которая приварена к корпусу 1110 и проходит от корпуса к жаровой трубе 1120, и вторую часть 1130b, которая по существу перпендикулярна первой части 1130а и проходит в промежутке между корпусом 1110 и жаровой трубой 1120. Демпфирующая часть 1140 расположена между второй частью 1130b опоры 1130 и жаровой трубой 1120. Демпфирующая часть 1140 представляет собой пластину, приваренную к жаровой трубе 1120 и имеющую твердое покрытие на поверхности, контактирующей с пластиной 1130b.

[0056] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения фиг. 12 изображает отдельный опорный элемент 1200 стопорного опорного устройства жаровой трубы, например устройства 430, показанного на фиг. 4, или заднего опорного устройства жаровой трубы, например устройства 440, показанного на фиг. 4. Стопорное опорное устройство жаровой трубы может содержать по меньшей мере три отдельных опорных элемента, расположенных между жаровой трубой и окружающим ее корпусом. Указанное устройство обычно расположено у верхнего по потоку конца жаровой трубы, вблизи камеры сгорания. Отдельный опорный элемент 1200 содержит охватывающую часть 1210, имеющую U-образную форму, и охватываемую часть 1220, которая вводится в паз в охватывающей части 1210 в направлении 1225. Для предотвращения неравномерного нагрева и износа боковых сторон 1220а и 1220b охватываемой части 1220 и/или боковых сторон 1210а и 1210b охватывающей части 1210 между охватываемой частью 1220 и соответственно поверхностями боковых сторон 1210а и 1210b охватывающей части 1210 могут быть вставлены пружины 1230 и 1240. Пружины 1230 и 1240 оказывают упругие воздействия на соответствующие поверхности охватывающей части 1220 и охватываемой части 1210 по существу перпендикулярно направлению 1225 введения. Благодаря пружинам 1230 и 1240 обеспечивается равномерное распределение давления соответственно на поверхностях 1210а и 1210b, а также 1220а и 1220b.

[0057] В рассмотренных иллюстративных вариантах выполнения предложены устройства для поддержания жаровой трубы в газотурбинной установке. Следует понимать, что данное описание не ограничивает изобретение. Напротив, предполагается, что иллюстративные варианты выполнения охватывают альтернативные варианты, модификации и аналоги, находящиеся в рамках идеи и объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, для обеспечения всестороннего понимания заявленного изобретения в подробном описании иллюстративных вариантов выполнения изложен ряд характерных особенностей. Тем не менее специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможна реализация различных вариантов выполнения без учета данных характерных особенностей.

[0058] Несмотря на то что особенности и элементы представленных иллюстративных вариантов выполнения описаны в вариантах выполнения в конкретных комбинациях, каждая особенность или элемент может использоваться отдельно без других особенностей и элементов либо в различных комбинациях с другими описанными особенностями и элементами или без них.

[0059] В приведенном описании примеры, характеризующие изобретение, используются для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения.

Газовая турбина содержит жаровую трубу, корпус, окружающий жаровую трубу, кольцевое уплотнение, выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и заднее концевое опорное устройство жаровой трубы, расположенное в области ниже по потоку от области, в которой на наружной поверхности жаровой трубы достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка присоединения кольцевого уплотнения к жаровой трубе и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы в корпусе с возможностью перемещения. Жаровая труба выполнена с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца, так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы, и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца, противоположного верхнему по потоку концу. Заднее концевое опорное устройство содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента, выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса. Каждый из отдельных опорных элементов содержит пружину, частично приваренную к поверхности кожуха или к поверхности жаровой трубы или и к поверхности кожуха, и к поверхности жаровой трубы. Изобретение направлено на уменьшение неравномерности износа отдельных опорных элементов в стопорном опорном устройстве жаровой трубы. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Газовая турбина (400), содержащая
жаровую трубу (410, 500, 820, 920, 1020, 1120), выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца (415), так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы (410), и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца (445), противоположного верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), окружающий указанную жаровую трубу,
кольцевое уплотнение (420), выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и
заднее концевое опорное устройство (440) жаровой трубы, расположенное в области (520) ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы (410, 420) достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения (425) к жаровой трубе (410) и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы (410, 500) в корпусе с возможностью перемещения,
причем заднее концевое опорное устройство (440) содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит пружину, частично приваренную к поверхности кожуха или к поверхности жаровой трубы или и к поверхности кожуха, и к поверхности жаровой трубы.

2. Газовая турбина по п. 1, в которой заднее концевое опорное устройство жаровой трубы содержит по меньшей мере пять отдельных опорных элементов.

3. Газовая турбина по п. 1, в которой отдельные опорные элементы расположены по существу под равными углами относительно центра сечения жаровой трубы, которая содержит указанные опорные элементы.

4. Газовая турбина по п. 1, дополнительно содержащая стопорное опорное устройство жаровой трубы, расположенное у передней секции жаровой трубы вблизи верхнего по потоку конца и выше по потоку от центральной области сжигания в направлении потока и содержащее по меньшей мере три охватываемо-охватывающих опорных элемента, причем одна из охватывающей части и охватываемой части указанных элементов приварена к корпусу, а другая из указанных частей приварена к жаровой трубе, при этом каждый из охватываемо-охватывающих опорных элементов содержит первую пружину, расположенную между первой поверхностью охватываемой части и первой внутренней поверхностью охватывающей части, и вторую пружину, расположенную между второй поверхностью охватываемой части, противоположной указанной первой поверхности, и второй внутренней поверхностью охватывающей части, причем указанные первая и вторая пружины оказывают упругие воздействия на соответствующие поверхности соответственно охватываемой и охватывающей частей по существу перпендикулярно к направлению введения охватываемой части в охватывающую часть.

5. Газовая турбина (400), содержащая
жаровую трубу (410, 500, 820, 920, 1020, 1120), выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца (415), так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы (410), и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца (445), противоположного верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), окружающий указанную жаровую трубу,
кольцевое уплотнение (420), выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и
заднее концевое опорное устройство (440) жаровой трубы, расположенное в области (520) ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы (410, 420) достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения (425) к жаровой трубе (410) и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы (410, 500) в корпусе с возможностью перемещения,
причем заднее концевое опорное устройство (440) содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит U-образную часть, средняя часть которой приварена к жаровой трубе или корпусу, и одну пластину, приваренную, соответственно, к корпусу или жаровой трубе и выполненную с возможностью скольжения в промежутке внутри U-образной части.

6. Газовая турбина (400), содержащая
жаровую трубу (410, 500, 820, 920, 1020, 1120), выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца (415), так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы (410), и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца (445), противоположного верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), окружающий указанную жаровую трубу,
кольцевое уплотнение (420), выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и
заднее концевое опорное устройство (440) жаровой трубы, расположенное в области (520) ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы (410, 420) достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения (425) к жаровой трубе (410) и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы (410, 500) в корпусе с возможностью перемещения,
причем заднее концевое опорное устройство (440) содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит опору, имеющую первую часть, приваренную к корпусу, вторую часть, присоединенную к первой части и проходящую от корпуса к жаровой трубе, и третью часть, присоединенную ко второй части и проходящую в промежутке между корпусом и жаровой трубой, и пружину, которая выполнена из пружинящего опорного материала и средняя часть которой образует свободную неполную петлю в промежутке между жаровой трубой и корпусом и расположена между первой соединительной частью, находящейся в подвижном контакте с внутренней поверхностью жаровой трубы, и второй соединительной частью, приваренной к третьей части опоры.

7. Газовая турбина(400), содержащая
жаровую трубу (410, 500, 820, 920, 1020, 1120), выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца (415), так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы (410), и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца (445), противоположного верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), окружающий указанную жаровую трубу,
кольцевое уплотнение (420), выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и
заднее концевое опорное устройство (440) жаровой трубы, расположенное в области (520) ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы (410, 420) достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения (425) к жаровой трубе (410) и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы (410, 500) в корпусе с возможностью перемещения,
причем заднее концевое опорное устройство (440) содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит Т-образную опору, имеющую первую часть, приваренную к корпусу и проходящую от корпуса, и вторую часть, которая по существу перпендикулярна первой части и проходит в промежутке между корпусом и жаровой трубой, и упругую полосу, имеющую первую часть, приваренную ко второй части Т-образной опоры, и вторую часть, волнообразно проходящую в промежутке между корпусом и Т-образной опорой, причем указанная вторая часть давит с возможностью скольжения на жаровую трубу между первой частью и концевой частью, давящей с возможностью скольжения на Т-образную опору.

8. Газовая турбина (400), содержащая
жаровую трубу (410, 500, 820, 920, 1020, 1120), выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива у верхнего по потоку конца (415), так что смесь сжатого газа и топлива сжигается в центральной области жаровой трубы (410), и с возможностью выпуска выхлопных газов у заднего конца (445), противоположного верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), окружающий указанную жаровую трубу, кольцевое уплотнение (420), выполненное с возможностью упругого соединения с задним концом жаровой трубы и приема выхлопных газов, и
заднее концевое опорное устройство (440) жаровой трубы, расположенное в области (520) ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы (410, 420) достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения (425) к жаровой трубе (410) и выполненное с обеспечением поддержания жаровой трубы (410, 500) в корпусе с возможностью перемещения,
причем заднее концевое опорное устройство (440) содержит по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), выполненных с обеспечением возможности перемещения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы, или корпуса, или относительно жаровой трубы и корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит опору, имеющую первую часть, приваренную к корпусу и проходящую от корпуса к жаровой трубе, и вторую часть, которая по существу перпендикулярна первой части и проходит в промежутке между корпусом и жаровой трубой, и демпфирующую часть, расположенную между второй частью опоры и жаровой трубой.

9. Опорное устройство (430, 440) для жаровой трубы, содержащее
заднее концевое опорное устройство (440), содержащее по меньшей мере три отдельных опорных элемента (800, 900, 1000, 1100, 1200), расположенных между жаровой трубой (410, 500, 820, 920, 1020, 1120) и корпусом (810, 910, 1010, 1110) вблизи заднего конца (445) жаровой трубы, ниже по потоку от области (513), в которой на наружной поверхности жаровой трубы достигается наибольшая температура, и выше по потоку от участка (516) присоединения кольцевого уплотнения к жаровой трубе,
причем отдельные опорные элементы (800, 900, 1000, 1100, 1200) выполнены с возможностью поддержания заднего конца жаровой трубы и с обеспечением возможности скольжения части отдельных опорных элементов в направлении потока относительно жаровой трубы и/или корпуса, при этом каждый из отдельных опорных элементов содержит пружину, частично приваренную к поверхности кожуха или к поверхности жаровой трубы или и к поверхности кожуха, и к поверхности жаровой трубы.

10. Опорное устройство по п. 9, дополнительно содержащее стопорное опорное устройство для жаровой трубы, расположенное у передней секции жаровой трубы вблизи секции сгорания и содержащее по меньшей мере три охватываемо-охватывающих опорных элемента, причем одна из охватывающей части и охватываемой части указанных элементов приварена к корпусу, а другая из указанных частей приварена к жаровой трубе, при этом каждый из охватываемо-охватывающих опорных элементов содержит первую пружину, расположенную между первой поверхностью охватываемой части и первой внутренней поверхностью охватывающей части, и вторую пружину, расположенную между второй поверхностью охватываемой части, противоположной указанной первой поверхности, и второй внутренней поверхностью охватывающей части, причем первая и вторая пружины оказывают упругие воздействия на соответствующие поверхности охватываемой и охватывающей частей по существу перпендикулярно к направлению введения охватываемой части в охватывающую часть.

11. Газовая турбина (400), содержащая
компрессор (110), выполненный с возможностью сжатия воздуха,
секцию (120), расположенную ниже по потоку от камеры сгорания и выполненную с возможностью приема газового потока,
жаровую трубу (410), присоединенную между компрессором (110) и секцией (120) турбины с обеспечением проточного сообщения и выполненную с возможностью приема сжатого газа и топлива, причем смесь сжатого газа и топлива сжигается в жаровой трубе с образованием горячих выхлопных газов, при этом указанная жаровая труба (410) имеет жестко закрепленный верхний по потоку конец (415) и задний конец (445), противоположный верхнему по потоку концу (415),
корпус (810, 910, 1010, 1110), выполненный с возможностью жесткого присоединения к опорной конструкции газовой турбины и окружающий жаровую трубу,
кольцевое уплотнение (420), присоединенное к заднему концу жаровой трубы и секции турбины и выполненное с возможностью приема выхлопных газов из жаровой трубы, и
стопорное опорное устройство (430) жаровой трубы, расположенное у передней секции жаровой трубы вблизи верхнего по потоку конца, выполненное с возможностью поддержания жаровой трубы в корпусе и содержащее по меньшей мере три охватываемо-охватывающих опорных элемента (1200), причем одна из охватывающей части (1210) и охватываемой части (1220) указанных элементов приварена к корпусу, а другая из указанных частей приварена к жаровой трубе, при этом каждый из охватываемо-охватывающих опорных элементов содержит первую пружину (1230), расположенную между первой поверхностью охватываемой части и первой внутренней поверхностью охватывающей части, и вторую пружину (1240), расположенную между второй поверхностью охватываемой части, противоположной первой поверхности, и второй внутренней поверхностью охватывающей части, причем первая и вторая пружины оказывают упругие воздействия на соответствующие поверхности охватываемой и охватывающей частей по существу перпендикулярно к направлению введения охватываемой части в охватывающую часть.