УГЛУБЛЕННОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ТОПЛИВНОГО ИНЖЕКТОРА Российский патент 2016 года по МПК F23D11/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины, которая содержит в частности пусковой корпус, содержащий углубление, причем выпуск топлива размещен внутри углубления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В камерах сгорания для газовых турбин существует цель уменьшения выбросов, таких как оксиды азота NOx и/или монооксид углерода CO. Температуры внутри камеры сгорания вызывают высокие выбросы CO и NOx.

Для того, чтобы уменьшать выбросы, используются так называемые системы сжигания топлива с низким уровнем выбросов сухих газов (DLE), которые обычно имеют основную и вспомогательную струю топлива, где основная струя топлива сгорает в режиме предварительно перемешанного пламени, а вспомогательная струя топлива сгорает в режиме диффузионного пламени. Вспомогательная струя топлива может создавать так называемое пусковое пламя, которое может относиться к чистому диффузионному типу или быть в некоторой степени предварительно перемешанным. Это стабилизирует основное пламя в камере сгорания. Очень бедная топливная смесь сжигается в основном пламени. При нормальных обстоятельствах это будет вызывать неустойчивое пламя, которое склонно к динамике. В связи с этим системы DLE используют пусковое пламя. Пусковое пламя содержит богатую или более богатую топливную смесь, причем богатое или более богатое пусковое пламя является более устойчивым, чем бедное основное пламя, и тепло и радикалы, получаемые из этого горячего устойчивого пускового пламени, стабилизируют основное пламя.

Воспламенение жидкой системы в газовых турбинах всегда оказывалось проблематичным. Имеется много затрагиваемых факторов, таких как скорость потока топлива, распыление топлива, скорости вспомогательного потока воздуха, положение топливного инжектора/воспламенителя, а также аэродинамика в области воспламенения. Это особенно верно для систем с низким уровнем выбросов сухих газов (DLE), так как имеются также пусковые скорости потока для уравновешивания.

Свобода расположения воспламенителя для достижения надежного воспламенения жидкого пускового топлива очень ограничена. Воспламенитель и соответственный пусковой топливный инжектор представляют собой отдельные элементы, и их положения зависят от местной аэродинамики внутри объема горелки камеры сгорания так, что впрыскиваемая струя пускового топлива омывает воспламенитель.

Однако если местный поток текучей среды стремится удаляться от поверхности воспламенителя, в этом случае впрыскиваемое пусковое топливо может смываться с воспламенителя, не воспламеняясь.

В частности, аэродинамика внутри камеры сгорания выполнена с возможностью достижения оптимальной эффективности при эксплуатации при полной нагрузке. Вследствие этого, аэродинамика на воспламенителе является плохой в начальной фазе и фазе вспышки газовой турбины.

Для того, чтобы улучшать надежность воспламенения, применялись некоторые способы, такие как воспламенение при помощи газа, использование плазменных воспламенителей и использование более высокомощных воспламенителей. Воспламенение при помощи газа требует дополнительную подачу газа, например, из газовых баллонов, которые могут быть дороги в обслуживании. Плазменные воспламенители в настоящее время имеют короткие сроки службы, и отсутствует опыт эксплуатации использования их в газовой турбине. Более высокомощные воспламенители быстро выгорают, и срок службы является коротким.

Фиг. 9 показывает традиционное устройство пусковой горелки, которое содержит традиционный пусковой корпус 900. Традиционная пусковая поверхность 901 традиционного пускового корпуса 900 обращена к внутреннему объему (объему горелки) традиционной камеры сгорания. Традиционный топливный инжектор 902 и традиционный блок 903 воспламенителя установлены внутри традиционного пускового корпуса 900 так, что струя 904 традиционного топлива является впрыскиваемой во внутренний объем. Направление 106 потока текучих сред во внутреннем объеме направляет впрыскиваемую струю 904 традиционного топлива к традиционному блоку 903 воспламенителя.

Воспламенение жидкого топлива в газовой турбине часто является затруднительным. Топливо распыляется, например, с помощью вспомогательного потока воздуха. Однако это может приводить к усилению струи, которая продвигает топливо в камеру сгорания и в сторону от воспламенителя топлива. Это может приводить к плохой характеристике воспламенения.

Может происходить так, что характеристика воспламенения является настолько плохой, что газотурбинные двигатели необходимо зажигать сначала с помощью газообразного топлива и далее переводить на работу с жидким топливом.

Патент США № 6151899 A раскрывает камеру сгорания бедной смеси для газовой турбины, которая содержит пусковой корпус. Пусковой корпус содержит углубление в центральной секции пускового корпуса, в которое установлен топливный инжектор.

EP 2112433 A1 раскрывает смесительную камеру, которая установлена в камере сгорания, для создания бедной предварительно смешанной текучей среды для сгорания с высоким завихрением. Смесительная камера содержит вихрь, создающий элементы так, что в камере сгорания создается требуемое завихрение.

WO 2008/071756 A1 раскрывает горелку для газотурбинного двигателя, в которой основное топливо впрыскивается завихрителем в камеру сгорания. Завихритель содержит несколько лопастей, размещенных по кругу, для того, чтобы направлять впрыск топлива требуемым образом. Завихритель также представляет собой разделительное устройство, которое разделяет поток воздуха вдоль щели потока между лопастями так, что достигается требуемое направление впрыска топлива и воздуха внутри камеры сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения может являться улучшение характеристики воспламенения камеры сгорания для газовой турбины.

Эта задача решена с помощью камеры сгорания для газовой турбины и с помощью способа работы камеры сгорания согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения представлена камера сгорания для газовой турбины. Камера сгорания содержит устройство пусковой горелки, топливный инжектор и блок воспламенителя. Устройство пусковой горелки содержит пусковой корпус с пусковой поверхностью, которая обращена к внутреннему объему (объему горелки) камеры сгорания. Устройство пусковой горелки дополнительно содержит центральную ось. Топливный инжектор содержит выпуск топлива для впрыскивания топлива во внутренний объем. Блок воспламенителя выполнен с возможностью воспламенения топлива во внутреннем объеме. В особенности, блок воспламенителя размещен на пусковой поверхности так, что топливо, которое проходит через блок воспламенителя, является воспламеняемым. Пусковой корпус содержит углубление, причем выпуск топлива размещен внутри углубления. Углубление расположено и образовано смещенным от центральной оси.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения представлен способ работы вышеописанной камеры сгорания.

Камера сгорания может представлять собой камеру сгорания кольцевого типа или трубчатого типа для газовой турбины. Камера сгорания может быть трубчатой и может иметь цилиндрическое или овальное поперечное сечение. Камера сгорания может содержать основную секцию сгорания и секцию предварительного сгорания, к которым крепятся устройство завихрителя и вышеописанное устройство пусковой горелки. Пусковое пламя создается устройством пусковой горелки, причем пусковое пламя используется для стабилизации основного пламени внутри внутреннего объема.

Устройство пусковой горелки, содержащее пусковую поверхность, может быть прикреплено к концевой секции камеры сгорания близко к устройству завихрителя, например. (Пусковой) топливный инжектор устройства пусковой горелки выполнен на пусковой поверхности с возможностью впрыскивания топлива во внутренний объем.

Пусковая поверхность обращена к внутреннему объему (объему горелки) камеры сгорания. Пусковой корпус крепится к отверстию в концевой поверхности камеры сгорания. Т.е. пусковой корпус может крепиться к открытому концу (например, отверстию в концевой поверхности) камеры сгорания. Пусковой корпус крепится к концевой поверхности камеры сгорания отсоединяемым образом, например. Концевая поверхность камеры сгорания расположена в самом ближнем положении камеры сгорания в отношении потока газа внутри камеры сгорания. Боковые стенки камеры сгорания прикреплены к концевой поверхности и содержат угол в отношении концевой поверхности. Боковые стенки камеры сгорания продолжаются (по меньшей мере с компонентом) от концевой поверхности вдоль центральной оси камеры сгорания.

Топливо, впрыскиваемое топливным инжектором на пусковой поверхности, используется для управления основным пламенем, в котором сжигается основное топливо, которое впрыскивается устройством завихрителя. Впрыскиваемое (пусковое) топливо создает заданную форму пламени. Струя основного топлива вводится с помощью завихрителя в общем в тангенциальном направлении в камеру сгорания в отношении центральной оси камеры сгорания. Впрыскиваемая струя основного топлива и струя пускового топлива могут содержать жидкое топливо или газообразное топливо. Основное топливо и пусковое топливо протекают после впрыскивания в камеру сгорания в общем вдоль центральной оси в сторону от пусковой поверхности. Струя основного топлива и пускового топлива также может протекать с небольшим отклонением в отношении центральной оси. Пусковое топливо воспламеняется блоком воспламенителя с возможностью образования пускового пламени. Пусковое пламя воспламеняет основное топливо с возможностью образования основного пламени.

Центральная ось камеры сгорания может представлять собой линию симметрии камеры сгорания и в частности секции предварительного сгорания. Центральная ось камеры сгорания может в другой конструкции совпадать с центральной линией газовой турбины. Центральная ось устройства пусковой горелки может быть параллельна и/или коаксиальна с центральной осью сгорания, как описано выше.

В результате «смещенное от центра» положение углубления на пусковой поверхности определяет положение углубления, которое расположено на расстоянии от центральной оси устройства пусковой горелки. В частности, центральная ось пускового корпуса не проходит через «смещенное от центра» углубление.

Это означает, что углубление образует отверстие или полость, которая расположена на расстоянии от центральной оси. В частности, полость образует цилиндрический профиль или конусообразный профиль. В особенности, углубление может образовывать профиль вращательной симметрии. В результате углубление содержит ось симметрии, которая расположена на расстоянии от центральной оси устройства пусковой горелки.

В результате выпуск топлива углублен в отношении секции пусковой поверхности, окружающей углубление. В частности, в примерном варианте выполнения топливный инжектор углублен в пусковой корпус в отношении блока воспламенителя, который может быть размещен в секции пусковой поверхности, окружающей углубление.

В результате топливный инжектор впрыскивает топливо в смещенное от центра углубление. Поток текучей среды во внутреннем объеме (объеме горелки) камеры сгорания протекает в периферийном направлении внутри камеры сгорания вокруг центральной оси устройства пусковой горелки. Поток текучей среды (смеси воздуха и топлива) проходит через смещенное от центра углубление и направляет впрыснутое и распыленное топливным инжектором топливо к воспламенителю. Путем установки выпуска топливного инжектора внутри углубления достигается надлежащий впрыск топлива в отношении блока воспламенителя без ущерба для распыления топлива или прохождения топлива, когда пламя зажжено. В результате достигается надлежащая характеристика воспламенения.

В общем, циркуляция текучей среды для сгорания (например, смеси топлива и воздуха) во внутреннем объеме камеры сгорания направляется вокруг центральной оси и в результате в периферийном направлении вокруг центральной оси. В результате, так как углубление расположено смещенным от центра в отношении центральной оси и на периферии вокруг центральной оси, поток текучей среды для сгорания смывает впрыснутую текучую среду эффективно в направлении к воспламенителю. Более того, так как углубление расположено смещенным от центра и не продолжается насквозь через центр пусковой поверхности, могут быть образованы меньшие углубления, в которые установлены соответственные топливные инжекторы, так, что также отрицательные аэродинамические эффекты, вызываемые более большими углублениями в центре поверхности пусковой горелки, могут быть уменьшены.

В частности, если топливный инжектор углублен в пусковой корпус, топливо, которое впрыскивается в углубление, имеет больше пространства и времени для распыления до достижения им потока текучей среды для сгорания в камере сгорания. В результате характеристика воспламенения увеличивается, так как впрыскиваемая текучая среда имеет время для распыления в углублении до направления к блоку воспламенителя.

В особенности, согласно дополнительному примерному варианту выполнения углубление содержит основную область и боковую поверхность. Основная область размещена углубленной в пусковой корпус и расположенной на расстоянии от секции пусковой поверхности, окружающей углубление. Боковая поверхность соединяет секцию пусковой поверхности, окружающей углубление, и основную область. Между боковой поверхностью и основной областью существует угол. Угол может находиться в диапазоне между приблизительно 10° и приблизительно 80°, в частности приблизительно 30° - приблизительно 60°, предпочтительно приблизительно 45°.

В примерном варианте выполнения выпуск топлива размещен в основной области. Основная область может быть образована выпуском топлива, например. Более того, основная область может содержать отверстие, в которое может быть установлен выпуск топлива, например. В результате размер основной области может быть подобен выпуску топлива так, что размер углубления может быть уменьшен.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения выпуск топлива размещен на боковой поверхности.

Если выпуск топлива размещен на боковой поверхности, топливо впрыскивается в направлении впрыскивания, которое может быть приблизительно параллельным нормали боковой поверхности. В результате направление впрыскивания может быть адаптировано так, что топливо направляется к блоку воспламенителя.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения боковая поверхность содержит изогнутую форму, в частности вогнутую или выпуклую форму. В результате углы могут быть предотвращены с помощью плавного изгиба боковых поверхностей так, что аэродинамические потери из-за углубления уменьшаются, и турбулентности могут быть уменьшены.

Более того, согласно дополнительному примерному варианту выполнения основная область содержит круглый, эллиптический или прямоугольный профиль.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения камера сгорания содержит инжектор потока воздуха. Инжектор потока воздуха выполнен с возможностью впрыскивания потока воздуха во внутренний объем.

Инжектор потока воздуха содержит выпуск потока воздуха на пусковой поверхности, причем выпуск потока воздуха размещен на пусковой поверхности так, что поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку воспламенителя.

Выпуск потока воздуха инжектора потока воздуха содержит, например, форсунку, которая направляет поток воздуха в заданном требуемом направлении. Согласно настоящему изобретению поток воздуха впрыскивается с помощью выпуска потока воздуха в направлении к выпуску топлива и также к блоку воспламенителя. Например, инжектор потока воздуха, топливный инжектор и блок воспламенителя расположены на пусковой поверхности друг за другом так, что впрыснутый поток воздуха течет из выпуска потока воздуха к топливному инжектору и дополнительно к блоку воспламенителя. В результате поток воздуха направляет впрыскиваемое топливным инжектором топливо к блоку воспламенителя.

Инжектор потока воздуха впрыскивает поток воздуха в направлении впрыскивания, которое имеет (направляющий) компонент, который перпендикулярен нормали пусковой поверхности. Другими словами, поток воздуха впрыскивается инжектором потока воздуха по меньшей мере частично параллельно пусковой поверхности и по меньшей мере частично не параллельно нормали пусковой поверхности или не параллельно центральной оси камеры сгорания. Поток воздуха может представлять собой, например, кислород или воздух, т.е. сжатый воздух.

В результате подхода настоящего изобретения поток воздуха, который впрыскивается инжектором потока воздуха, направляет впрыскиваемую струю топлива, впрыскиваемую топливным инжектором, вокруг головки воспламенителя блока воспламенителя, который расположен на пусковой поверхности, в частности во время фазы воспламенения. При нормальной работе газовой турбины инжектор потока воздуха и блок воспламенителя могут быть отключены при необходимости.

С помощью настоящего изобретения в особенности во время фазы запуска газовой турбины надежное количество впрыскиваемого топлива направляется вокруг блока воспламенителя. Это возможно с помощью потока воздуха, впрыскиваемого инжектором потока воздуха. Не требуются подвижные части или дополнительные элементы для направления текучей среды внутри камеры сгорания. Впрыскиваемый поток воздуха может легко регулироваться с помощью одного двухпозиционного клапана, например.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения топливный инжектор, блок воспламенителя и инжектор потока воздуха размещены в периферийном направлении вокруг центральной оси устройства пусковой горелки. Центральная ось устройства пусковой горелки может быть параллельна и коаксиальна с центральной осью сгорания, как описано выше. Под размещением топливного инжектора, блока воспламенителя и инжектора потока воздуха в периферийном направлении подразумевается, что топливный инжектор, блок воспламенителя и инжектор потока воздуха расположены на расстоянии друг от друга, но могут содержать одинаковый или подобный радиус (расстояние) до центральной оси устройства пусковой горелки.

В общем циркуляция текучей среды для сгорания (например, смеси топлива и воздуха) во внутреннем объеме камеры сгорания направляется вокруг центральной оси и в результате в периферийном направлении вокруг центральной оси. В результате, если инжектор потока воздуха, топливный инжектор и блок воспламенителя размещены друг за другом в периферийном направлении, поток воздуха направляется по меньшей мере частично в периферийном направлении направления течения текучей среды для сгорания в камере сгорания. В результате направление топлива к блоку воспламенителя может быть более эффективным, так как направление топлива к блоку воспламенителя выполняется с помощью потока воздуха и дополнительно с помощью направления течения текучей среды для сгорания внутри камеры сгорания.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения топливный инжектор содержит топливную форсунку в выпуске топлива так, что топливо является впрыскиваемым распыляемым образом.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения выпуск потока воздуха образован с возможностью впрыскивания потока воздуха с конусом струи потока воздуха. Конус струи потока воздуха может содержать коническую форму, например. В результате путем впрыскивания потока воздуха в пределах конуса струи потока воздуха больше впрыскиваемого топлива может улавливаться и направляться к блоку воспламенителя.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения пусковой корпус содержит первый канал, который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки. Топливный инжектор (например, топливная трубка) вставлен в первый канал. Пусковой корпус дополнительно содержит второй канал, который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки, причем инжектор потока воздуха вставлен во второй канал.

Более того, общий канал может быть образован в пусковом корпусе согласно дополнительному примерному варианту выполнения изобретения. Общий канал соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки, причем топливный инжектор и инжектор потока воздуха вставлены в общий канал и могут в этом варианте выполнения состоять из одного блока или множественных блоков.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения обеспечен дополнительный инжектор потока воздуха для впрыскивания дополнительного потока воздуха во внутренний объем. Дополнительный инжектор потока воздуха содержит дополнительный выпуск потока воздуха, который размещен на пусковой поверхности так, что дополнительный поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку воспламенителя.

В особенности, дополнительный инжектор потока воздуха расположен на расстоянии от выше описанного инжектора потока воздуха. В результате множество расположенных на расстоянии инжекторов потока воздуха могут впрыскивать различные струи потока воздуха с различными направлениями в отношении одного и того же выпуска топливного инжектора. В результате может быть обеспечено надлежащее управление и более точное направление течения топлива.

Более того, согласно дополнительному примерному варианту выполнения множество дополнительных смещенных от центра углублений могут быть образованы и расположены смещенными от центра в отношении центральной оси устройства пусковой горелки. Множество углублений могут быть размещены в периферийном направлении вокруг центральной оси. Соответственный дополнительный топливный инжектор может быть установлен в соответственное дополнительное смещенное от центра углубление. Для каждого топливного инжектора может быть расположен соответственный блок воспламенителя. Дополнительно необязательно, соответственные дополнительные инжекторы потока воздуха могут быть расположены близко к соответственным топливным инжекторам.

Следует отметить, что варианты выполнения изобретения были описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты выполнения были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к устройству, при этом другие варианты выполнения были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к способу. Однако специалист в области техники будет заключать из вышеуказанного и следующего далее описания, что, если не отмечено иное, в дополнение к любой совокупности признаков, являющейся частью одного типа объекта изобретения, также любая совокупность между признаками, относящимися к различным объектам изобретения, в частности между признаками пунктов формулы изобретения, относящихся к устройству, и признаками пунктов формулы изобретения, относящихся к способу, рассматривается как подлежащая раскрытию с этой заявкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров варианта выполнения, описываемого далее, и объяснены со ссылкой на примеры варианта выполнения. Изобретение будет описано более подробно далее со ссылкой на примеры варианта выполнения, которыми изобретение не ограничено.

Фиг. 1 показывает схематический вид устройства пусковой горелки, содержащего углубление, в которое установлен топливный инжектор, согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 2 показывает схематический вид устройства пусковой горелки, содержащего углубление, в которое установлен топливный инжектор и блок воспламенителя, согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 3 показывает схематический вид устройства пусковой горелки, содержащего три канала согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 4 показывает схематический вид устройства пусковой горелки, содержащего общий канал согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 5 показывает вид сверху устройства пусковой горелки согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 6 показывает вид в перспективе устройства пусковой горелки согласно Фиг. 5;

Фиг. 7 показывает вид в перспективе устройства пусковой горелки, содержащего углубление с изогнутыми боковыми поверхностями согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 8 показывает вид в перспективе устройства пусковой горелки, содержащего углубление с формой, подобной канавке, согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения; и

Фиг. 9 показывает традиционное устройство пусковой горелки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Отметим, что на различных фигурах подобные или идентичные элементы обеспечены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает примерный вариант выполнения камеры 120 сгорания, которая содержит устройство пусковой горелки. Устройство пусковой горелки содержит пусковой корпус 100 с пусковой поверхностью 101, которая обращена к внутреннему объему камеры 120 сгорания. Более того, углубление 501 образовано в пусковом корпусе 100. Выпуск топлива топливного инжектора 102 для впрыскивания топлива во внутренний объем размещен внутри углубления 501. Углубление 501 расположено и образовано смещенным от центральной оси 105.

В результате «смещенное от центра» положение углубления 501 на пусковой поверхности 101 определяет положение углубления 501, которое расположено на расстоянии от центральной оси 105 устройства пусковой горелки. В частности, центральная ось 105 пускового корпуса не проходит через «смещенное от центра» углубление 501.

Например, топливо может впрыскиваться топливным инжектором 102 почти параллельно нормали секции пусковой поверхности 101, окружающей углубление 501, и/или параллельно центральной оси 105 устройства пусковой горелки. В углублении 501 впрыскиваемое топливо не смывается непосредственно из углубления 501 текучей средой для сгорания во внутреннем объеме, которая протекает в общем в направлении 106 потока. В углублении 501 у топлива есть время для распространения и рассеивания до того, как текучая среда для сгорания во внутреннем объеме, протекающая в направлении 106 потока, выводит впрыснутое топливо к блоку 103 воспламенителя. Если рассеянное и распыленное топливо проходит через блок 103 воспламенителя, происходит воспламенение. В частности, блок 103 воспламенителя расположен на пусковой поверхности 101 еще дальше в отношении направления 106 потока по сравнению с еще ближе расположенным углублением 501 и в результате топливным инжектором 102.

Еще ближе в отношении направления 106 потока инжектор 104 потока воздуха для впрыскивания потока воздуха во внутренний объем размещен, например, к пусковому корпусу 100. Инжектор 104 потока воздуха содержит выпуск потока воздуха, который размещен ближе в отношении направления 106 потока по сравнению с топливным инжектором 102 и блоком 103 воспламенителя. Поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку 103 воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку 103 воспламенителя. Инжектор 104 потока воздуха может быть размещен в секции поверхности пусковой поверхности 101, окружающей углубление 501 (смотри Фиг. 2), или, как может быть видно на Фиг. 1, размещен внутри углубления 501.

В особенности, углубление 501 может содержать основную область 502, которая расположена на расстоянии от секции пусковой поверхности 101, окружающей углубление 501. Более того, углубление 501 содержит боковую поверхность 503, причем боковая поверхность 503 соединяет секцию пусковой поверхности 101, окружающей углубление 501, и основную область 502.

Как может быть принято в примерном варианте выполнения на Фиг. 1, инжектор 104 потока воздуха может быть установлен на боковой поверхности 503.

Пусковой корпус 100 может содержать первый канал 301, в который топливный инжектор 102, такой как топливная трубка, является вставляемым с возможностью отсоединения. Более того, в частности еще ближе первого канала 301 в отношении направления 106 потока может быть образован второй канал 302 в пусковом корпусе 100, причем инжектор 104 потока воздуха является вставляемым с возможностью отсоединения во второй канал 302.

Фиг. 2 показывает дополнительный примерный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором углубление 501 в пусковом корпусе 100 содержит основную область 502 и боковую поверхность 503.

Топливный инжектор 102 размещен на боковой поверхности 503. Более того, еще дальше топливного инжектора 102 в отношении направления 106 потока блок 103 воспламенителя размещен к основной области 502 или, как показано на Фиг. 2, к боковой поверхности 503. Топливный инжектор 102 впрыскивает топливо в углубление 501 распыляемым образом, причем топливный инжектор 102 направляет топливо непосредственно к блоку 103 воспламенителя, который расположен внутри углубления 501. В результате распыленное топливо воспламеняется при прохождении через блок 103 воспламенителя. Далее текучая среда во внутреннем объеме, протекающая в направлении 106 потока, выводит воспламененное топливо из углубления 501 и направляет воспламененное топливо дальше во внутренний объем.

Для того, чтобы улучшать эффективность воспламенения, инжектор 104 потока воздуха прикреплен к пусковому корпусу 100 еще ближе топливного инжектора 102 и блока 103 воспламенителя. Например, инжектор 104 потока воздуха расположен ближе топливного инжектора 102 и блока 103 воспламенителя в секции поверхности пусковой поверхности 101, окружающей углубление 501. Альтернативно, инжектор 104 потока воздуха также может быть расположен на боковой поверхности 503 в положении, которое расположено еще ближе топливного инжектора 102 и блока 103 воспламенителя (смотри, например, на Фиг. 1).

Выражение «ближе» и «дальше» относится к направлению 106 потока текучей среды во внутреннем объеме вокруг центральной оси 105.

Фиг. 3 показывает дополнительный примерный вариант выполнения устройства пусковой горелки согласно изобретению, в котором пусковой корпус 100 содержит первый канал 301, который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки, причем топливный инжектор 102 вставлен в первый канал 301. Топливный инжектор 102 может представлять собой, например, топливную трубку, которая вставлена с возможностью отсоединения в первый канал 301 так, что выпуск топлива расположен на пусковой поверхности 101. Пусковой корпус 100 дополнительно содержит второй канал 302, расположенный на расстоянии от первого канала 301, который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки, причем инжектор 104 потока воздуха вставлен (например, с возможностью отсоединения) во второй канал 302. Инжекторы 104 потока воздуха и топливные инжекторы 102, и блок 103 воспламенителя могут, например, иметь форму, подобную трубке, и продолжаться через пусковой корпус.

Как может быть видно на Фиг. 3, топливный инжектор 102 впрыскивает топливо распыляемым образом, т.е. со струей 304 топлива. Инжектор 104 потока воздуха впрыскивает поток воздуха в направлении 107 впрыскивания потока воздуха. Как может быть видно на Фиг. 3, направление 107 впрыскивания потока воздуха содержит компонент, который почти параллелен пусковой поверхности 101, и содержит угол, перпендикулярный нормали пусковой поверхности 101.

Топливный инжектор 102 и в результате второй канал 302 размещены внутри пускового корпуса 100 таким образом, что поток воздуха направляет с направлением 107 впрыскивания потока воздуха струю 304 топлива в направлении к третьему каналу 303, в который блок 103 воспламенителя помещен близко к пусковой поверхности 101.

Более того, первый канал 301, второй канал 302 и третий канал 303 размещены к пусковому корпусу 100 таким образом, что направление 106 потока текучей среды для сгорания поддерживает инжектор 104 потока воздуха. В особенности, в направлении 106 потока текучей среды во внутреннем объеме сначала расположен инжектор 104 потока воздуха, затем еще дальше расположен топливный инжектор 102 и, наконец, еще дальше расположен блок 103 воспламенителя.

Фиг. 4 показывает примерный вариант выполнения пускового корпуса 100, в котором образован общий канал 401, который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки. Топливный инжектор 102 и инжектор потока воздуха вставлены вместе в общий канал 401. В результате более простая конструкция пускового корпуса 100 может быть обеспечена, так как, например, необходимы только общий канал 401 и третий канал 303 для блока 103 воспламенителя.

Фиг. 5 показывает камеру 120 сгорания для газовой турбины. В частности, Фиг. 5 показывает концевую поверхность камеры 120 сгорания. Камера 120 сгорания содержит устройство пусковой горелки, топливный инжектор 102, блок 103 воспламенителя и инжектор 104 потока воздуха.

Устройство пусковой горелки содержит пусковой корпус 100 с пусковой поверхностью 101, которая обращена к внутреннему объему (объему горелки) камеры 120 сгорания. Пусковой корпус 100 может крепиться к открытому концу (например, отверстию в концевой поверхности) камеры 120 сгорания.

Топливный инжектор 102 содержит выпуск топлива для впрыскивания топлива во внутренний объем. Выпуск топлива размещен на пусковой поверхности 101. Блок 103 воспламенителя выполнен с возможностью воспламенения топлива во внутреннем объеме, причем блок 103 воспламенителя размещен на пусковой поверхности 101 так, что топливо, которое проходит через блок 103 воспламенителя, является воспламеняемым.

Инжектор 104 потока воздуха выполнен с возможностью впрыскивания потока воздуха во внутренний объем. Инжектор 104 потока воздуха содержит выпуск потока воздуха, который размещен на пусковой поверхности 101 так, что поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку 103 воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку 103 воспламенителя.

Текучая среда для сгорания, состоящая из топлива и воздуха, протекает во внутреннем объеме в периферийном направлении вокруг центральной оси 105 устройства пусковой горелки и в результате камеры 120 сгорания, например. В направлении 106 потока (т.е. периферийном направлении) инжектор 104 потока воздуха, топливный инжектор 102 и блок 103 воспламенителя размещены друг за другом на пусковой поверхности 101. В результате поток воздуха инжектора 104 потока воздуха направляется к топливному инжектору 102 и далее к блоку 103 воспламенителя. В результате поток воздуха направляет впрыскиваемое топливо в выпуске топливного инжектора к блоку 103 воспламенителя так, что больше топлива направляется к блоку 103 воспламенителя.

В особенности, инжектор 104 потока воздуха впрыскивает поток воздуха в направлении 107 впрыскивания потока воздуха, причем направление 107 впрыскивания потока воздуха протекает в общем вдоль пусковой поверхности 101. В частности, направление 107 впрыскивания потока воздуха направляется по меньшей мере с (направляющим) компонентом, перпендикулярным нормали пусковой поверхности 101, и протекает по меньшей мере частично параллельно пусковой поверхности 101. Более того, инжектор 104 потока воздуха может впрыскивать поток воздуха таким образом, что образуется конус 108 струи потока воздуха. В результате струя потока воздуха содержит более значительную ширину в области топливного инжектора 102 и блока 103 воспламенителя так, что больше впрыскиваемого топлива может улавливаться и направляться к блоку 103 воспламенителя.

Дополнительно, как показано на Фиг. 5, дополнительные инжекторы 104' потока воздуха могут быть размещены к пусковой поверхности 101 с возможностью впрыскивания дополнительных струй потока воздуха в направлении к топливному инжектору 102 и блоку 103 воспламенителя. Дополнительные струи потока воздуха могут немного отличаться по их направлению к направлению 107 впрыскивания потока воздуха так, что может создаваться большое поле течения потока воздуха.

Более того, углубление 501 с подобными признаками, которые показаны на Фиг. 1, может быть образовано в пусковом корпусе 100, причем дополнительный топливный инжектор 102 может быть установлен в углубление 501.

Фиг. 6 показывает такие же признаки, как и Фиг. 5, причем на Фиг. 6 показан вид в перспективе устройства пусковой горелки, которое показано на Фиг. 5.

Фиг. 7 показывает примерный вариант выполнения камеры 120 сгорания и устройства пусковой горелки, которые показаны на Фиг. 1. Как может быть видно на Фиг. 7, боковая поверхность 503 может содержать изогнутую форму, в частности в выпуклой форме. Как может быть видно на Фиг. 7, направление 106 потока текучей среды во внутреннем объеме протекает в периферийном направлении вокруг центральной оси 105. В основной области 502 установлен топливный инжектор 102. Инжектор 104 потока воздуха установлен на боковой поверхности 503 так, что поток воздуха впрыскивается в периферийном направлении (направлении 106 потока) к топливному инжектору 102 и далее к блоку 103 воспламенителя. Блок 103 воспламенителя расположен на пусковой поверхности 101 камеры 120 сгорания.

Как может быть видно на Фиг. 7, основная область 502 может представлять собой отверстие, через которое топливный инжектор 102 является прикрепляемым, так, что выпуск топлива размещен в пределах основной области 502. Более того, дополнительное углубление 501′, в которое может быть установлен дополнительный топливный инжектор, может быть образовано в пусковом корпусе 101. В частности, в периферийном направлении вокруг центральной оси 105 может быть образовано множество углублений 501, 501′ в пусковом корпусе 101.

Фиг. 8 показывает пусковой корпус 100 горелки с такими же признаками, которые показаны на Фиг. 7, при этом углубление 501 образовано с профилем, подобным канавке, который имеет открытую область в боковой поверхности пускового корпуса 100 горелки. Углубление 501 в форме канавки, которое показано на Фиг. 8, может быть более простым для изготовления в отношении трубчатого углубления 501 и углубления 501 формы, подобной тороиду, которые показаны на Фиг. 7.

Изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины. Камера сгорания содержит устройство пусковой горелки, топливный инжектор (102) и блок (103) воспламенителя. Устройство пусковой горелки содержит пусковой корпус (100) с пусковой поверхностью (101), которая обращена к внутреннему объему камеры сгорания. Топливный инжектор (102) содержит выпуск топлива для впрыскивания топлива во внутренний объем. Блок (103) воспламенителя выполнен с возможностью воспламенения топлива во внутреннем объеме, причем блок (103) воспламенителя размещен на пусковой поверхности (101) так, что топливо, которое проходит через блок (103) воспламенителя, является воспламеняемым. Пусковой корпус (100) содержит углубление (501), причем выпуск топлива размещен внутри углубления (501). Изобретение обеспечивает надежность воспламенения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Камера (120) сгорания для газовой турбины, содержащая:
устройство пусковой горелки, содержащее пусковой корпус (100) с пусковой поверхностью (101), которая обращена к внутреннему объему камеры (120) сгорания, причем устройство пусковой горелки дополнительно содержит центральную ось (105),
топливный инжектор (102), содержащий выпуск топлива для впрыскивания топлива во внутренний объем, и
блок (103) воспламенителя для воспламенения топлива во внутреннем объеме,
при этом блок (103) воспламенителя размещен на пусковой поверхности (101) так, что топливо, которое проходит через блок (103) воспламенителя, является воспламеняемым,
причем пусковой корпус (100) содержит углубление (501),
при этом выпуск топлива размещен внутри углубления (501),
причем углубление расположено смещенным от центральной оси (105).

2. Камера (120) сгорания по п. 1, в которой углубление (501) содержит основную область (502) и боковую поверхность (503),
причем основная область (502) размещена углубленной в пусковой корпус (100) и расположенной на расстоянии от секции пусковой поверхности (101), окружающей углубление (501),
при этом боковая поверхность (503) соединяет секцию пусковой поверхности (101), окружающую углубление (501), и основную область (502).

3. Камера (120) сгорания по п. 2, в которой выпуск топлива размещен в основной области (502).

4. Камера (120) сгорания по п. 2, в которой выпуск топлива размещен на боковой поверхности (503).

5. Камера (120) сгорания по любому из пп. 2-4, в которой боковая поверхность содержит изогнутую форму.

6. Камера (120) сгорания по любому из пп. 2-4, в которой основная область (502) содержит круглый, эллиптический или прямоугольный профиль.

7. Камера (120) сгорания по любому из пп. 1-4,
дополнительно содержащая:
инжектор (104) потока воздуха для впрыскивания потока воздуха во внутренний объем,
причем инжектор (104) потока воздуха содержит выпуск потока воздуха, который размещен на поверхности пускового корпуса (100) так, что поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку (103) воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку (103) воспламенителя.

8. Камера (120) сгорания по п. 7, в которой выпуск потока воздуха размещен в основной области (502).

9. Камера (120) сгорания по п. 8, в которой выпуск потока воздуха размещен на боковой поверхности (503).

10. Камера (120) сгорания по п. 7, в которой топливный инжектор (102), блок (103) воспламенителя и инжектор (104) потока воздуха размещены в периферийном направлении вокруг центральной оси (105) устройства пусковой горелки.

11. Камера (120) сгорания по п. 7, в которой топливный инжектор (102) содержит топливную форсунку в выпуске топлива так, что топливо является впрыскиваемым распыляемым образом.

12. Камера (120) сгорания по п. 7, в которой выпуск потока воздуха образован с возможностью впрыскивания потока воздуха с конусом (108) струи потока воздуха.

13. Камера (120) сгорания по п. 7, в которой пусковой корпус (100) содержит первый канал (301), который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки,
причем топливный инжектор (102) вставлен в первый канал (301),
при этом пусковой корпус (100) дополнительно содержит второй канал (302), который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки,
причем инжектор (104) потока воздуха вставлен во второй канал (302).

14. Камера (120) сгорания по п. 12, в которой пусковой корпус (100) содержит общий канал (401), который соединяет внутренний объем с окружающей средой устройства пусковой горелки,
причем топливный инжектор (102) и инжектор (104) потока воздуха вставлены в общий канал (401).

15. Камера (120) сгорания по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая:
дополнительный инжектор (104) потока воздуха для впрыскивания дополнительного потока воздуха во внутренний объем,
причем дополнительный инжектор (104) потока воздуха содержит дополнительный выпуск потока воздуха, который размещен в пусковом корпусе (100) так, что дополнительный поток воздуха является впрыскиваемым в направлении к выпуску топлива и блоку (103) воспламенителя с возможностью направления топлива к блоку (103) воспламенителя.

16. Способ эксплуатации камеры (120) сгорания, при котором:
впрыскивают топливо во внутренний объем камеры (120) сгорания с помощью топливного инжектора (102),
причем камера (120) сгорания содержит устройство пусковой горелки, содержащее пусковой корпус (100) с пусковой поверхностью (101), которая подвергается воздействию пламени во внутреннем объеме камеры (120) сгорания, и
воспламеняют топливо во внутреннем объеме с помощью блока (103) воспламенителя,
при этом блок (103) воспламенителя размещают на пусковой поверхности (101) так, что топливо, которое проходит через блок (103) воспламенителя, является воспламеняемым,
причем выпуск топлива образуют с возможностью направления топлива в направлении к блоку (103) воспламенителя,
при этом пусковой корпус (100) содержит углубление (501),
причем выпуск топлива размещают внутри углубления (501) так, что выпуск топлива размещают углубленным внутри пускового корпуса (100).