УЗЕЛ ВПРЫСКА ТОПЛИВА И УСТАНОВКА, СОДЕРЖАЩАЯ УЗЕЛ ВПРЫСКА ТОПЛИВА Российский патент 2017 года по МПК F02C7/22 F23R3/28 

ЗАЯВЛЕНИЕ О ПРОВЕДЕНИИ ФИНАНСИРУЕМОГО ГОСУДАРСТВОМ

ИССЛЕДОВАНИЯ

[0001] Данное изобретение сделано по контракту №DE-FC26-05NT42643, предоставленному Министерством Энергетики, при поддержке Правительства США, которое имеет определенные права на данное изобретение.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Данное изобретение относится в целом к турбинным двигателям и, более конкретно, к узлу впрыска топлива, предназначенному для использования в турбинных двигателях.

[0003] По меньшей мере некоторые известные турбинные двигатели используются в теплоэлектростанциях и силовых установках. К таким двигателям могут предъявляться высокие требования с точки зрения удельной работы и мощности на единицу массового расхода. Для повышения эффективности работы по меньшей мере некоторые известные турбинные двигатели, например газотурбинные двигатели, могут работать при повышенных температурах горения. Обычно по меньшей мере в некоторых известных газотурбинных двигателях эффективность двигателя повышается при увеличении температур газов сгорания.

[0004] Однако работа известных турбинных двигателей при повышенных температурах также может вызывать повышенное образование загрязняющих выбросов, таких как оксиды азота (NO_x). В стремлении обеспечить снижение образования таких выбросов по меньшей мере в некоторых известных турбинных двигателях используют усовершенствованные конструкции систем сгорания. Например, во многих системах сгорания могут использоваться средства предварительного смешивания, которые содержат трубные узлы или микро-смесители, способствующие смешиванию веществ, например разбавителей, газов и/или воздуха, с топливом для образования топливной смеси, предназначенной для сжигания. Технология предварительного смешивания также может дать возможность добавления водорода. В процессе добавления водорода газообразный водород (Н₂) смешивают с топливом перед направлением топливной смеси к топливным форсункам. Установлено, что добавление водорода снижает уровень выбросов и способствует снижению вероятности срыва пламени в камере сгорания при работе с обедненной смесью. Однако использование добавки водорода может быть ограниченным.

[0005] По меньшей мере в некоторых известных системах сжигания нижний по потоку конец и/или задняя пластина узла впрыска топлива подвергнуты воздействию со стороны топочной камеры. Сжигание топливной смеси в топочной камере может создавать температурные напряжения на нижнем по потоку конце и/или задней пластине узла впрыска топлива. Кроме того, трубопроводы и/или трубки в узле впрыска топлива, используемом совместно с добавлением водорода, также подвергаются воздействию высоких температур. С течением времени продолжительное воздействие высоких температур и температурных напряжений может повредить однин или более элементов узла впрыска топлива и/или уменьшить их долговечность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В одном аспекте предложен узел впрыска топлива, предназначенный для использования в турбинном двигателе. Узел впрыска топлива содержит торцевую крышку, торцевой закрывающий узел ниже по потоку от торцевой крышки, камеру подачи текучей среды, проходящую от торцевой крышки к торцевому закрывающему узлу, и трубные узлы, расположенные на торцевом закрывающем узле. Каждый трубный узел содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой, трубки, которые проходят через кожух и каждая из которых проточно соединена с камерой подачи текучей среды и топочной камерой ниже по потоку от трубного узла, и заднюю пластину, расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды и имеющую по меньшей мере одно отверстие, проходящее сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок, и содействия снижению и/или поддержанию температуры задней пластины. Узел впрыска топлива также содержит по меньшей мере один топливоподающий патрубок, присоединенный к по меньшей мере одному трубному узлу для подачи топлива к топливному пространству.

[0007] В другом аспекте предложен топочный узел, предназначенный для использования с турбинным двигателем. Топочный узел содержит топочную камеру и узел впрыска топлива, расположенный в топочной камере. Узел впрыска топлива содержит торцевую крышку, торцевой закрывающий узел ниже по потоку от торцевой крышки, камеру подачи текучей среды, проходящую от торцевой крышки к торцевому закрывающему узлу, и трубные узлы, расположенные на торцевом закрывающем узле. Каждый трубный узел содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой, трубки, которые проходят через кожух и каждая из которых проточно соединена с камерой подачи текучей среды и топочной камерой ниже по потоку от трубного узла, и заднюю пластину, расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды и имеющую по меньшей мере одно отверстие, проходящее сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок, и содействия снижению и/или поддержанию температуры задней пластины. Узел впрыска топлива также содержит по меньшей мере один топливоподающий патрубок, присоединенный к по меньшей мере одному трубному узлу для подачи топлива к топливному пространству.

[0008] В еще одном аспекте предложен способ сборки узла впрыска топлива, предназначенного для использования с турбинным двигателем. Способ включает использование торцевой крышки и торцевого закрывающего узла, расположенного ниже по потоку от торцевой крышки, камеры подачи текучей среды, проходящей между торцевой крышкой и торцевым закрывающим узлом. При указанном способе также присоединяют к торцевому закрывающему узлу трубные узлы, каждый из которых содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой, трубки, которые проходят через кожух и каждая из которых проточно соединена с камерой подачи текучей среды и топочной камерой ниже по потоку от трубного узла, и заднюю пластину, расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды и имеющую по меньшей мере одно отверстие, проходящее сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок, и содействия снижению и/или поддержанию температуры задней пластины. При указанном способе также присоединяют по меньшей мере один топливоподающий патрубок к по меньшей мере одному трубному узлу для подачи топлива к топливному пространству.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг.1 изображает схематический разрез иллюстративного турбинного двигателя.

[0010] Фиг.2 изображает схематический разрез части иллюстративного узла впрыска топлива, используемого с турбинным двигателем, показанным на фиг.1.

[0011] Фиг.3 изображает увеличенный схематический разрез части иллюстративного трубного узла, который может использоваться с узлом впрыска топлива, показанным на фиг.2.

[0012] Фиг.4 изображает схематический разрез части альтернативного трубного узла, который может использоваться с узлом впрыска топлива, показанным на фиг.2.

[0013] Фиг.5 изображает вид сверху части иллюстративного трубного узла, который может использоваться с узлом впрыска топлива, показанным на фиг.2.

[0014] Фиг.6 изображает увеличенный схематический разрез части иллюстративной трубки, которая может использоваться с трубным узлом, показанным на фиг.3.

[0015] Фиг.7 изображает вид сверху трубки, показанной на фиг.6

[0016] Фиг 8 изображает схематический разрез части альтернативной трубки, которая может использоваться с трубным узлом, показанным на фиг.3.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Описанные в данном документе способы и устройства способствуют охлаждению одного или более элементов узла впрыска топлива. Узел впрыска топлива содержит трубный узел, который содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды. У нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды расположена задняя пластина, в которой выполнено по меньшей мере одно отверстие. Через кожух проходят трубки. Пространство для охлаждающей текучей среды и отверстия в задней пластине обеспечивают возможность охлаждения задней пластины и/или трубок в узле впрыска топлива, что, таким образом, снижает тепловую нагрузку на заднюю пластину и трубки, содействует предотвращению повреждения и увеличивает долговечность узла впрыска топлива. Кроме того, завихряющие лопатки или ребра на наружных стенках выпусков трубок обеспечивают возможность вторичного смешивания охлаждающей текучей среды и топлива с уменьшением выбросов NO_x.

[0018] Фиг.1 изображает схематический разрез иллюстративного турбинного двигателя 100. Более конкретно, турбинный двигатель 100 является газотурбинным двигателем. Несмотря на то что иллюстративный вариант выполнения представляет собой газотурбинный двигатель, данное изобретение не ограничено каким-либо конкретным двигателем, и специалисту должно быть понятно, что данное изобретение может использоваться применительно к другим турбинным двигателям.

[0019] В иллюстративном варианте выполнения двигатель 100 содержит впускную секцию 112, компрессорную секцию 114, присоединенную ниже по потоку от впускной секции 112, топочную секцию 116, присоединенную ниже по потоку от компрессорной секции 114, турбинную секцию 118, присоединенную ниже по потоку от топочной секции 116, и выпускную секцию 120. Турбинная секция 118 присоединена к компрессорной секции 114 с помощью роторного вала 122. В иллюстративном варианте выполнения топочная секция 116 содержит набор топок 124 и присоединена к компрессорной секции 114 так, что каждая топка 124 расположена с обеспечением проточного сообщения с компрессорной секцией 114. Внутри каждой топки 124 присоединен узел 126 впрыска топлива. Турбинная секция 118 присоединена к компрессорной секции 114 и к нагрузке 128, такой как, но без ограничения этим, электрогенератор и/или устройство с механическим приводом. В иллюстративном варианте выполнения каждая из компрессорной секции 114 и турбинной секции 118 содержит по меньшей мере один роторно-дисковый узел 130, который присоединен к роторному валу 122 с образованием роторного узла 132.

[0020] Во время работы впускная секция 112 проводит воздух к компрессорной секции 114, в которой происходит сжатие воздуха до более высокого давления и температуры перед его выпуском в направлении топочной секции 116. Полученный сжатый воздух смешивается с топливом и другими текучими средами, подаваемыми каждым узлом 126, и воспламеняется с образованием газов сгорания, которые проводятся в направлении турбинной секции 118. Более конкретно, каждый узел 126 обеспечивает впрыскивание топлива, например природного газа и/или топливного масла, воздуха, разбавителей и/или инертных газов, таких как газообразный азот (N₂), в соответствующие топки 124 и в воздушный поток. Полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется с образованием высокотемпературных газов сгорания, которые проводятся в направлении турбинной секции 118. Турбинная секция 118 обеспечивает преобразование тепловой энергии газовой струи в механическую энергию вращения при передаче вращательной энергии от газов сгорания к турбинной секции 118 и роторному узлу 132. Благодаря впрыскиванию каждым узлом 126 топлива с воздухом, разбавителями и/или инертными газами могут быть уменьшены выбросы NO_x в каждой топке 124.

[0021] Фиг.2 изображает разрез части узла 126 вдоль области 2 (показанной на фиг.1). В иллюстративном варианте выполнения узел 126 проходит от торцевой крышки 140 топки 124 (показанной на фиг.1). Ниже по потоку от крышки 140 расположен торцевой закрывающий узел 150, имеющий верхнюю по потоку часть 156 и нижнюю по потоку часть 158. В иллюстративном варианте выполнения закрывающий узел 150 содержит торцевую пластину 160, к которой присоединены трубные узлы 202. Как вариант, в некоторых вариантах выполнения узел 150 не содержит торцевой пластины 160, и каждый трубный узел 202 присоединен к смежному трубному узлу 202. В иллюстративном варианте выполнения узлы 202 выполнены в целом цилиндрическими. Как вариант, узел 202 может иметь любую другую форму и/или размер, которые обеспечивают возможность работы узла 126 впрыска топлива и/или турбинного двигателя 100 в соответствии с данным описанием.

[0022] В иллюстративном варианте выполнения трубные узлы 202 представляют собой форсунки для впрыска топлива, которые проходят по существу в осевом направлении к торцевой пластине 160. Каждый узел 202 содержит трубки 204 и имеет продольную ось 205. В приведенном иллюстративном варианте выполнения узлы 202 выполнены за одно целое с пластиной 160. Как вариант, каждый узел 202 может быть присоединен к смежным узлам 202. В иллюстративном варианте выполнения каждая трубка 204 выпускает смесь топлива, воздуха и других текучих сред через выполненный в ней проход (не показан на фиг.2).

[0023] В иллюстративном варианте выполнения узел 126 впрыска топлива может содержать три трубных узла 202, как показано на фиг.2. Как вариант, узел 126 содержит любое количество трубных узлов 202, которые обеспечивают возможность его работы в соответствии с данным описанием. Топливоподающий патрубок 208 имеет первую концевую часть 221, которая присоединена к узлу 202, и вторую концевую часть 223, которая присоединена к источнику топлива (не показан). В иллюстративном варианте выполнения патрубок 208 выполнен в целом цилиндрическим. Как вариант, патрубок 208 может иметь любую другую форму и/или размер, которые обеспечивают возможность работы узла 126 и/или турбинного двигателя в соответствии с данным описанием.

[0024] Трубные узлы 202 проходят через камеру 232 подачи текучей среды, которая подает текучую среду к каждому узлу 202. В иллюстративном варианте выполнения камера 232 подает в узел 202 воздух. Как вариант, камера 232 может подавать к трубкам 204 любую текучую среду, обеспечивающую возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием. Топливо впрыскивается в трубки 204 и смешивается с находящимся в них воздухом. Топливно-воздушная смесь выходит из трубок 204 в нижней по потоку части 158 и сгорает в топочной камере 234. Каждый узел 202 в своей нижней по потоку части 158 содержит заднюю пластину 236, как описано более подробно ниже.

[0025] Фиг.3 изображает увеличенный схематический разрез части трубного узла 202 вдоль области 3 (показанной на фиг.2). В иллюстративном варианте выполнения каждый узел 202 содержит кожух 240. Кожух 240 имеет боковую стенку 242, которая проходит между передней торцевой стенкой 244 и задней пластиной 236. Задняя пластина 236 ориентирована между передней стенкой 244 и топочной камерой 234. В иллюстративном варианте выполнения задняя пластина 236 образует часть торцевой пластины 160 (показанной на фиг.2). Как вариант, в вариантах выполнения, которые не содержат торцевой пластины 160, каждый узел 202 содержит отдельную заднюю пластину 236, расположенную в закрывающем узле 150. Боковая стенка 242 имеет радиально наружную поверхность 250 и радиально внутреннюю поверхность 252. Радиально внутренняя поверхность 252 ограничивает по существу цилиндрическую полость 260, которая проходит вдоль продольной оси 205 между передней торцевой стенкой 244 и задней пластиной 236.

[0026] Трубный узел 202 содержит топливное пространство 302 и пространство 304 для охлаждающей текучей среды, расположенной ниже по потоку от топливного пространства 302. Пространства 302 и 304 разделены промежуточной стенкой 306. Через топливное пространство 302 и пространство 304 для охлаждающей текучей среды к задней пластине 236 проходят трубки 204.

[0027] Для ясности в иллюстративном варианте выполнения показаны только две трубки 204. Однако узел 202 может содержать любое количество трубок 204, обеспечивающее возможность его работы в соответствии с данным описанием. Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения трубки 204 имеют в целом круговое поперечное сечение. Как вариант, трубки 204 могут иметь любую другую форму и/или размер, обеспечивающие возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием.

[0028] Во время работы топливо проходит из топливоподающего патрубка 208 в пространство 302. Впускные отверстия 310 для топлива, выполненные в трубках 204, обеспечивают возможность смешивания топлива из пространства 302 с воздухом в трубках 204. В иллюстративном варианте выполнения пространство 304 представляет собой пространство для воздуха, а охлаждающая текучая среда является воздухом. Пространство 304 имеет впуски 312 для охлаждающей текучей среды, выполненные в боковой стенке 242 и проточно соединенные с камерой 232 так, что воздух, вышедший из указанных впусков 312, поступает в пространство 304. Воздух в пространстве 304 способствует охлаждению задней пластины 236 и выпуска трубки, ведущего в топочную камеру 234. Как вариант, пространство 304 может подавать в трубки 204 любую текучую среду, обеспечивающую возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием. Более конкретно, задняя пластина имеет внутреннюю поверхность 314 и внешнюю поверхность 315. Внешняя поверхность 315 по меньшей мере частично ограничивает топочную камеру 234. Воздух, вышедший из впусков 312 в пространство 304, ударяется о внутреннюю поверхность 314 задней пластины 236. В иллюстративном варианте выполнения в задней пластине 236 выполнены эффузионные отверстия 316. Более конкретно, в иллюстративном варианте выполнения каждое эффузионное отверстие 316 ориентировано с обеспечением выпуска воздуха в направлении, по существу ортогональном внутренней поверхности 314 пластины и по существу параллельном продольной оси 205. Как вариант, отверстия 316 могут иметь произвольную ориентацию, которая обеспечивает возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием. Воздух проходит из пространства 304 через отверстия 316 в топочную камеру 234 с содействием дополнительному охлаждению пластины 236.

[0029] В иллюстративном варианте выполнения трубный узел 202 содержит инжекционную пластину 330 выше по потоку от задней пластины 236. Инжекционная пластина 330 расположена в пространстве 304 для охлаждающей текучей среды, и через нее проходят инжекционные отверстия 332. Охлаждающая текучая среда, вышедшая из пространства 304, проходит через отверстия 332 с созданием струй охлаждающей текучей среды, которые ударяют в заднюю пластину 236 и содействуют ее охлаждению. В иллюстративном варианте выполнения каждое отверстие 332 ориентировано с обеспечением выпуска воздуха в направлении, по существу ортогональном поверхности 334 инжекционной пластины и по существу параллельном продольной оси 205. Как вариант, отверстия 332 могут иметь любую ориентацию, которая обеспечивает возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием.

[0030] Фиг.4 изображает схематический разрез части альтернативного трубного узла 402, который может использоваться с узлом 126 впрыска топлива (показанном на фиг.2). Если не указано иначе, узел 402 по существу аналогичен трубному узлу 202 (изображенному на фиг.3), при этом аналогичные элементы обозначены на фиг.4 теми же номерами позиций, что использованы на фиг.3. Узел 402 содержит трубопровод 404 для подачи охлаждающей текучей среды, соединенный с пространством 304. Охлаждающая текучая среда подается в пространство 304 через трубопровод 404 из источника охлаждающей текучей среды (не изображен). В иллюстративном варианте выполнения трубопровод 404 подает в пространство 304 газообразный азот. Как вариант, трубопровод 404 может подавать в пространство 304 любую текучую среду, которая обеспечивает возможность работы узла 402 в соответствии с данным описанием.

[0031] Аналогично узлу 202, узел 402 содержит инжекционную пластину 430, имеющую проходящие через нее инжекционные отверстия 432. В иллюстративном варианте выполнения отверстия 432 ориентированы по существу ортогонально по отношению к поверхности 434 пластины 430 и продольной оси 250. Как вариант, отверстия 432 могут иметь любую ориентацию, которая обеспечивает возможность работы узла 402 в соответствии с данным описанием.

[0032] Фиг.5 изображает вид сверху части иллюстративного трубного узла 500, который может использоваться с узлом впрыска топлива, показанным на фиг.2. Узел 500 содержит трубки 502, аналогичные трубкам 204 (изображенным на фиг.3). В иллюстративном варианте выполнения каждая трубка 502 имеет выпуск 506 на задней пластине 236 (показанной на фиг.3). Каждая трубка 502 имеет внутренний диаметр ID и наружный диаметр OD. В варианте выполнения, изображенном на фиг.5, в окружном направлении вокруг каждого выпуска 506 расположены четыре паза 510. Пазы 510 выполнены снаружи от наружного диаметра OD каждой трубки 502. Как вариант, вокруг каждого выпуска 506 может быть расположено любое количество пазов 510. Например, в варианте выполнения, изображенном на фиг.6 и 7 (описанных ниже), выпуск трубки окружен одним непрерывным пазом.

[0033] Пазы 510 обеспечивают проточное сообщение между пространством 304 и топочной камерой 234 (показанными на фиг.3). Соответственно, пазы 510 способствуют охлаждению задней пластины 236 и выпусков 506 трубки. Пазы 510 также способствуют смешиванию охлаждающей текучей среды из пространства 304 с топливно-воздушной смесью из трубок 502, что может снизить выбросы NO_x.

[0034] Фиг.6 изображает увеличенный схематический разрез части трубки 204 вдоль области 6 (показанной на фиг.3). В иллюстративном варианте выполнения трубка 204 имеет внутреннюю стенку 602, наружную стенку 604 и выпуск 606, через который топливно-воздушная смесь выходит из трубки 204 в топочную камеру 234. Выпуск 606 расположен по существу заподлицо с внешней поверхностью 315 задней пластины 236. Аналогично трубке 500 (изображенной на фиг.5), трубка 204 имеет внутренний диаметр ID и наружный диаметр OD.

[0035] В наружной стенке 604 трубки выполнен проход 610 для охлаждающей текучей среды, который окружает трубку 204. Проход 610 ограничен выступом 612 и стенкой 614 прохода. Кроме того, у задней пластины 236 проход 610 ограничен между стенкой 614 и стенкой 616 пластины 236. В иллюстративном варианте выполнения проход 610 является по существу кольцевым и имеет любую конфигурацию, которая обеспечивает возможность работы трубки 204 в соответствии с данным описанием. Проход 610 обеспечивает проточное сообщение между пространством 304 и камерой 234 для содействия охлаждению пластины 236 и выпуска 606 трубки и для облегчения смешивания охлаждающей текучей среды из прохода 610 и топливно-воздушной смеси из трубки 204, что может снизить выбросы NO_x.

[0036] Фиг.7 изображает вид сверху трубки 204, показанной на фиг.6. Как показано на фиг.7, в иллюстративном варианте выполнения проход 610 содержит лопатки 700, которые проходят от стенки 614 прохода к стенке 616 задней пластины. Соответственно, в иллюстративном варианте выполнения лопатки 700 расположены в пределах наружного диаметра OD трубки 204. Как вариант, проход 610 и лопатки 700 могут быть расположены снаружи от наружного диаметра OD трубки 204. Например, лопатки могут быть выполнены в пазах 510 (изображенных на фиг.5). В иллюстративном варианте выполнения показаны двенадцать лопаток 700. Как вариант, проход 610 может содержать любое количество лопаток 700, которое обеспечивает возможность работы трубного узла 202 в соответствии с данным описанием. В иллюстративном варианте выполнения лопатки 700 ориентированы под углом к стенке 614 прохода и стенке 616 задней пластины. Как вариант, лопатки 700 могут иметь любую форму и/или ориентацию, которые обеспечивают возможность работы узла 202 в соответствии с данным описанием. Например, в одном варианте выполнения по меньшей мере некоторые лопатки 700 могут быть ориентированы отлично от остальных лопаток. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения лопатки 700 могут иметь угловую форму или спиральную форму.

[0037] В иллюстративном варианте выполнения лопатки 700 изготовлены путем изменения наружной стенки 604 трубки 204 или стенки 616 задней пластины. Как вариант, лопатки 700 присоединены к стенке 614 прохода и/или стенке 616 задней пластины. Как вариант, лопатки 700 присоединены к стенке 614 и/или стенке 616 с использованием любого подходящего способа соединения. Кроме того, в одном варианте выполнения лопатки 700 также могут быть выполнены за одно целое со стенкой 614 и/или стенкой 616. Во время работы охлаждающая текучая среда из пространства 304 проходит через проход 610 в топочную камеру 234. Лопатки 700 создают завихрение в охлаждающей текучей среде у выпуска 606, что способствует охлаждению трубки 204 и пластины 236 и смешиванию охлаждающей текучей среды из прохода 610 и топливно-воздушной смеси из трубки 204, что может снизить выбросы NO_x.

[0038] Фиг.8 изображает схематический разрез части альтернативной трубки 800, которая может использоваться с трубным узлом 202 (показанным на фиг.3). Если не указано иначе, трубка 800 по существу аналогична трубке 204 (изображенной на фиг.6 и 7), при этом аналогичные элементы обозначены на фиг.8 теми же номерами позиций, что использованы на фиг.6. В варианте выполнения, изображенном на фиг.8, выпуск 806 трубки 800 проходит в наружном направлении на некоторое расстояние за пределы наружной поверхности 315 пластины 236. Выход трубки 800 за пределы поверхности 315 и наличие прохода 610 способствуют понижению температуры пластины 236 и трубки 204 и снижению выбросов NO_x.

[0039] По сравнению с известными системами впрыска топлива и охлаждения, используемыми с турбинными двигателями, вышеописанный узел впрыска топлива может использоваться с турбинными двигателями для содействия усиленному охлаждению элементов указанного узла. Узел впрыска топлива содержит по меньшей мере один трубный узел, содержащий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства. Трубный узел также содержит заднюю пластину у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды. По меньшей мере одно отверстие, выполненное в задней пластине, обеспечивает возможность охлаждения текучей среды, направляемой через него из пространства для охлаждающей текучей среды, что способствует охлаждению задней пластины и/или трубок в трубном узле. Кроме того, завихряющие лопатки или ребра у выпусков трубок обеспечивают возможность вторичного смешивания охлаждающей текучей среды и топлива со снижением выбросов NO_x.

[0040] Выше приведено подробное описание иллюстративных вариантов выполнения узла впрыска топлива и способа его сборки. Узел впрыска топлива не ограничен описанными в данном документе конкретными вариантами выполнения. Напротив, элементы узла впрыска топлива и/или этапы сборки узла впрыска могут применяться независимо и отдельно от других элементов и/или этапов, рассмотренных в данном документе. Например, узел впрыска топлива может также использоваться в комбинации с другими установками и способами, и его практическое применение не ограничено использованием только в турбинном двигателе, как изложено в данном документе. Напротив, иллюстративный вариант выполнения может быть реализован и использован с различными другими системами.

[0041] Отображение конкретных особенностей различных вариантов выполнения изобретения на одних чертежах и их отсутствие на других чертежах служит исключительно для удобства описания. В соответствии с принципами изобретения любая особенность, отображенная на чертеже, может быть указанна в тексте и/или отмечена в формуле изобретения в комбинации с любой особенностью, отображенной на любом другом чертеже.

[0042] В описании примеры, в том числе предпочтительный вариант выполнения, используются для раскрытия данного изобретения а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых соответствующих или 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, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.

Изобретение относится к энергетике. Предложен трубный узел, который содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой. Трубный узел также содержит трубки, которые проходят через указанный кожух и каждая из которых проточно соединена с указанной камерой подачи текучей среды и топочной камерой ниже по потоку от трубного узла, а также содержит заднюю пластину, расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды. При этом задняя пластина имеет отверстие, которое проходит сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок. Также представлен топочный узел. Изобретение позволяет снизить тепловую нагрузку на заднюю пластину и трубки, а также увеличивает долговечность узла впрыска топлива. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Узел (126) впрыска топлива, предназначенный для использования в турбинном двигателе (100) и содержащий

торцевую крышку (140),

торцевой закрывающий узел (150), расположенный ниже по потоку от торцевой крышки,

камеру (232) подачи текучей среды, проходящую от торцевой крышки к торцевому закрывающему узлу,

трубные узлы (202), которые расположены на торцевом закрывающем узле и каждый из которых содержит

кожух (240), ограничивающий топливное пространство (302) и пространство (304) для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой (306),

трубки (204), которые проходят через указанный кожух и каждая из которых проточно соединена с указанной камерой подачи текучей среды и топочной камерой (234) ниже по потоку от трубного узла, и

заднюю пластину (236), расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды и имеющую по меньшей мере одно отверстие (316), проходящее сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок, и содействия снижению и/или поддержанию температуры задней пластины,

при этом узел впрыска топлива дополнительно содержит по меньшей мере один топливоподающий патрубок (208), присоединенный по меньшей мере к одному трубному узлу для подачи топлива к топливному пространству.

2. Узел (126) по п. 1, в котором в боковой стенке (242) кожуха (240) выполнен по меньшей мере один впуск (312), обеспечивающий проточное сообщение между камерой (232) подачи текучей среды и пространством (304) для охлаждающей текучей среды.

3. Узел (126) по п. 1, в котором каждый трубный узел (202) дополнительно содержит инжекционную пластину (330), расположенную в пространстве (304) для охлаждающей текучей среды и имеющую выполненные в ней инжекционные отверстия (332).

4. Узел (126) по п. 1, в котором торцевой закрывающий узел (150) содержит торцевую пластину (160), причем задняя пластина (236) образует часть указанной торцевой пластины.

5. Узел (126) по п. 1, в котором каждая трубка (204) имеет выпуск (506), выполненный в задней пластине (236), при этом указанное по меньшей мере одно отверстие (316) имеет проход (610) для охлаждающей текучей среды, расположенный смежно с указанным выпуском для содействия снижению и/или поддержанию его температуры.

6. Узел (126) по п. 5, в котором через указанный проход (610) для охлаждающей текучей среды между наружной стенкой (604) трубки (204) и стенкой (616) задней пластины (236) проходят лопатки (700), каждая из которых имеет угловую и/или спиральную форму.

7. Узел (126) по п. 1, дополнительно содержащий трубопровод (404) для подачи охлаждающей текучей среды, предназначенный для направления охлаждающей текучей среды в пространство (304) для охлаждающей текучей среды.

8. Узел (126) по п. 1, в котором каждая трубка (204) имеет по меньшей мере одно впускное отверстие (310), обеспечивающее проточное сообщение между указанной трубкой и топливным пространством (302).

9. Топочный узел, содержащий

турбинный двигатель (100), содержащий

впускную секцию (112),

компрессорную секцию (114), присоединенную ниже по потоку от впускной секции,

топочную секцию (116), присоединенную ниже по потоку от компрессорной секции,

турбинную секцию (118), присоединенную ниже по потоку от топочной секции, и

выпускную секцию (120), присоединенную ниже по потоку от турбинной секции,

при этом указанный топочный узел дополнительно содержит

топочную камеру (234) и

узел (126) впрыска топлива, расположенный в указанной топочной камере и содержащий

торцевую крышку (140),

торцевой закрывающий узел (150), расположенный ниже по потоку от торцевой крышки,

камеру (232) подачи текучей среды, проходящую от торцевой крышки к торцевому закрывающему узлу,

трубные узлы (202), которые расположены на торцевом закрывающем узле и каждый из которых содержит

кожух (240), ограничивающий топливное пространство (302) и пространство (304) для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой (306),

трубки (204), которые проходят через указанный кожух и каждая из которых проточно соединена с указанной камерой подачи текучей среды и топочной камерой (234) ниже по потоку от трубного узла, и

заднюю пластину (236), расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды и имеющую по меньшей мере одно отверстие (316), проходящее сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок, и содействия снижению и/или поддержанию температуры задней пластины, и

при этом узел впрыска топлива дополнительно содержит по меньшей мере один топливоподающий патрубок (208), присоединенный по меньшей мере к одному трубному узлу для подачи топлива к топливному пространству.

10. Топочный узел по п. 9, в котором в боковой стенке (242) кожуха (240) выполнен по меньшей мере один впуск (312), обеспечивающий проточное сообщение между камерой (232) подачи текучей среды и пространством (304) для охлаждающей текучей среды.