ВОЗДУШНАЯ ОЧИСТКА ВНУТРЕННЕЙ КАМЕРЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СМЕШИВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F23R3/14 F23R3/28 

Область технического применения

Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным агрегатам, а в частности к топливным форсункам с воздушной очисткой внутренней камеры предварительного смешивания.

Предпосылки создания изобретения

Газотурбинные агрегаты содержат компрессор, камеру сгорания и секции турбины. Топливо газотурбинного агрегата может скапливаться на поверхности форсунки или на соседних с ней поверхностях во время эксплуатации газотурбинного агрегата, что приводит к самовоспламенению или стабильному горению.

В патенте США 6178752 С. Морфорд (S. Morford) описывается топливная форсунка с предварительным смешиванием и тангенциально расположенными каналами подачи воздуха для камеры сгорания газотурбинного двигателя. Форсунка включает в себя пару спиральных камер, определяющих по радиусу внешнюю границу смесительной камеры, и пару пазов для входа воздуха, впускающих тангенциально поток первичного воздуха в смесительную камеру. Спиральные камеры также включают в себя несколько каналов впрыска первичного топлива, распределенных в осевом направлении, для впрыска первичного топлива в поток первичного воздуха. Центральное тело топливной форсунки стабильного горения включает в себя выпускное сопло с инжекционным охлаждением и эффузионным охлаждением для подачи вторичного топлива и вторичного воздуха в камеру сгорания. Сопло включает в себя отбойник с несколькими отражающими отверстиями и головку наконечника с несколькими выпускными каналами. Отражающие отверстия и выпускные каналы находятся в последовательном потоке, выведенными из соосного положения таким образом, чтобы вторичный воздух, выходящий из отражающих отверстий головки наконечника, проходил через сердцевину выпускных каналов к выпускному соплу с инжекционным охлаждением и эффузионным охлаждением.

Настоящее изобретение направлено на решение одной или нескольких проблем, описанных автором.

Краткое изложение сущности изобретения

Описывается внутренняя камера предварительного смешивания для топливной форсунки газотурбинного агрегата. Внутренняя камера предварительного смешивания включает в себя сопрягаемый конец, наконечник и внутреннюю поверхность камеры предварительного смешивания. Сопрягаемый конец включает в себя кольцевую часть диска и часть поверхности переноса, простирающейся в радиальном направлении внутрь и в осевом направлении от кольцевой части диска. Сопрягаемый конец также включает несколько продувочных каналов, простирающихся через часть поверхности переноса сопрягаемого конца. Наконечник соосен сопрягаемому концу. Наконечник включает в себя цилиндрическую часть в форме полого цилиндра круглого сечения, простирающуюся в осевом направлении. Наконечник также включает в себя торцевую поверхность в виде кольцевого диска. Торцевая поверхность простирается радиально внутрь от осевого конца цилиндрической части, отдаленного от центра сопрягаемого конца. Внутренняя поверхность камеры предварительного смешивания представляет собой радиальную внешнюю поверхность, включающую в себя часть наружной поверхности переноса и наружную поверхность цилиндрической части.

Предлагается способ капитального ремонта форсунки газотурбинного агрегата. Способ включает в себя снятие наружной камеры предварительного смешивания с форсунки. Способ также включает в себя снятие внутренней камеры предварительного смешивания с форсунки. Снятие внутренней камеры предварительного смешивания включает в себя снятие стопорного кольца, выполненного для фиксации внутренней камеры предварительного смешивания к корпусу форсунки. Способ дополнительно включает в себя снятие части наконечника с внутренней камеры предварительного смешивания. Часть наконечника включает в себя наконечник, включающий цилиндрическую часть полой цилиндрической формы и торцевую поверхность в виде кольцевого диска. Способ также включает в себя присоединение новой части наконечника к остальной части внутренней камеры предварительного смешивания способом соединения металлических деталей. Остальная часть включает в себя сопрягаемый конец, включающий в себя кольцевую часть диска и часть поверхности переноса, простирающейся в радиальном направлении внутрь и в осевом направлении от кольцевой части диска.

Краткое описание чертежей

На РИС. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата.

На РИС. 2 представлен вид в перспективе форсунки, изображенной на РИС. 1.

На РИС. 3 представлен вид в поперечном разрезе распылительного устройства форсунки, изображенного на РИС. 2.

На РИС. 4 представлен вид в перспективе внутренней камеры предварительного смешивания, изображенной на РИС. 3.

На РИС. 5 представлен вид распылительного устройства форсунки с пространственным разнесением деталей, изображенного на РИС. 3.

На РИС. 6 представлена блок-схема последовательности операций при капитальном ремонте форсунки, изображенной на РИС. 2.

Подробное описание изобретения

Системы и способы, описанные здесь, включают в себя газотурбинный агрегат с форсункой, содержащей внутреннюю камеру предварительного смешивания. В вариантах осуществления изобретения, внутренняя камера предварительного смешивания включает в себя сопрягаемый конец, среднюю трубу и наконечник. Продувочные каналы простираются через сопрягаемый конец внутренней камеры предварительного смешивания. Внутренняя поверхность камеры предварительного смешивания представляет собой радиальную наружную поверхность внутренней камеры предварительного смешивания, простирающейся от сопрягаемого конца к наконечнику. Во время работы газотурбинного агрегата топливо смачивает или накапливается на внутренней поверхности камеры предварительного смешивания, что приводит к закоксовыванию, самовоспламенению, обратной вспышке или стабильному горению. Продувочные каналы направляют воздух вдоль внутренней поверхности камеры предварительного смешивания, выталкивая топливо из внутренней поверхности камеры предварительного смешивания и предотвращая накопление топлива на внутренней поверхности камеры предварительного смешивания, что в свою очередь предотвращает или уменьшает закоксовывание, самовоспламенение, обратную вспышку или стабильное горение.

На РИС. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата. Для ясности и простоты объяснения некоторые из поверхностей были опущены или увеличены (здесь и на других рисунках). Кроме того, в описании возможны ссылки на направление вдоль оси вперед и назад. Как правило, все ссылки "вперед" и "назад" оси связаны с направлением потока первичного воздуха (т.е. воздуха, используемого в процессе сгорания топлива), если не указано иное. Например, вперед представляет собой "передний по ходу" по отношению к первичному воздушному потоку, и задний является "задний по ходу" по отношению к первичному потоку воздуха.

Кроме того, в описании приводится ссылка на осевую линию 95 вращения, которая, как правило, представляет собой продольную ось вала 120 газотурбинного агрегата (вала уложенного на несколько подшипниковых узлов 150). Осевая линия 95 может быть общей или совпадать с другими различными концентричными элементами двигателя. Все ссылки на радиальные, осевые направления, направления по окружности и размеры со ссылкой на осевую линию 95, если не указано иное, термины «внутренний» и «наружный», обычно указывают на меньшее или большее расстояние по радиусу, где радиус 96 может быть в любом перпендикулярном и направленном наружу направлении от осевой линии 95.

Газотурбинный агрегат 100 включает в себя: устройство впуска 110, вал 120, компрессор 200, камеру сгорания 300, турбину 400, устройство выпуска 500 и муфту 600 отбора мощности. Газотурбинный агрегат 100 может быть одновальным или двухвальным.

Компрессор 200 включает в себя ротор компрессора в сборе 210, неподвижные лопатки компрессора (направляющие лопатки) 250 и входной направляющий аппарат 255. Ротор компрессора в сборе 210 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор компрессор в сборе 210 представляет собой осевой компрессор. Ротор компрессора в сборе 210 включает в себя один или несколько дисков ротора компрессора в сборе 220. Каждый диск ротора компрессора в сборе 220 содержит диск ротора компрессора с установленными по окружности лопатками ротора компрессора. Направляющие лопатки 250 осесимметричны каждому из дисков ротора компрессора в сборе 220. Каждый диск ротора компрессора в сборе 220 в паре с соседними направляющими лопатками 250, следующими за диском ротора компрессора в сборе 220, представляют собой ступень компрессора. Компрессор 200 включает в себя несколько ступеней компрессора. Входной направляющий аппарат 255 расположен вдоль оси, предваряя ступени компрессора.

Камера сгорания 300 включает в себя одну или несколько форсунок 310 и включает в себя одну или несколько камер сгорания 390. Каждая форсунка 310 включает в себя распылительное устройство 320 (показано на РИС. 2 и 3), которое включает внутреннюю камеру предварительного смешивания 360 (показано на РИС. 3-5). В изображенном газотурбинном агрегате каждая форсунка 310 установлена в камере сгорания 300 осесимметрично относительно осевой линии 95 через радиальную часть кожуха 399 кожуха камеры сгорания 398 или кожуха диффузора компрессора.

Турбина 400 включает в себя ротор турбины в сборе 410 и сопла турбины 450. Ротор турбины в сборе 410 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор турбины в сборе 410 представляет собой осевой компрессор. Ротор турбины в сборе 410 включает в себя один или несколько дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 представляет собой диск турбины с установленными по окружности лопатками турбины. Сопла турбины 450 расположены вдоль оси, предваряя каждый из дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 в паре с соседними соплами турбины 450, следующими за диском турбины в сборе 420, представляет собой ступень турбины. Турбина 400 включает в себя несколько ступеней турбины.

Устройство выпуска 500 включает в себя выхлопной диффузор 520 и коллектор выхлопных газов 550.

На РИС. 2 представлен вид в перспективе топливной форсунки (310), изображенной на РИС. 1. Форсунка 310 включает в себя фланец 317, распылительное устройство 320, первую основную газоподводящую трубку 311, вторую основную газоподводящую трубку 312, опорную трубку 313, направляющую впускной жидкостной трубки 314, впускную жидкостную трубку 354 (показано на РИС. 3), узел 316 пускового кожуха и жидкостную пусковую трубку в сборе 370 (показано на РИС. 3). Фланец 317 может представлять собой цилиндрический диск. Фланец 317 включает в себя фланцевые отверстия под болт 319 для крепления форсунки 310 газотурбинного агрегата 100 по радиусу части кожуха 399 (РИС. 1). Фланец 317 оборудован ручками 318. Штуцеры 379 основной магистрали газового топлива и основной магистрали жидкого топлива в сборе присоединяются к разделительному блоку, такому как основной распределительный блок 386 магистрали газового топлива, прикрепленный к внешней или несущей поверхности фланца 317. Источники жидкого и газового топлива подсоединяются к штуцерам 379.

Распылительное устройство 320 включает в себя сборочную ось 309 (показано на РИС. 3). Все ссылки на радиальные, осевые направления, направления по окружности и размеры распылительного устройства 320 и элементы распылительного устройства 320 со ссылкой на сборочную ось 309 и термины «внутренний» и «наружный» обычно указывают на меньшее или большее расстояние по радиусу от сборочной оси 309. Центр фланца 317 может быть смещен от сборочной оси 309.

На РИС. 3 представлен вид в поперечном разрезе распылительного устройства 320 форсунки, изображенной на РИС. 2. Как показано на РИС. 2 и 3, распылительное устройство 320 включает в себя: корпус в сборе 321, наружный колпак 315, наружную камеру предварительного смешивания 330, внутреннюю камеру предварительного смешивания 360, крышку камеры предварительного смешивания 324, узел жидкостного канала 340, экран 392, стопорное кольцо 355, жидкостную пусковую трубку в сборе 370 и пусковой кожух 380. Корпус в сборе 321 включает в себя корпус форсунки 322 и кожух основной магистрали газового топлива 323. Корпус форсунки 322 представляет собой диск или основание цилиндрической формы с соосной полой частью цилиндра, выступающей в заднем направлении от основания. Диаметр полой части цилиндра может быть больше диаметра основания.

Как показано на РИС. 3, корпус форсунки 322 включает в себя жидкостное пусковое отверстие 326, воздушные каналы подачи воздуха 325, отверстие 327 основной жидкостной магистрали, втулку 328 с раззенкованным отверстием и выемку 329 под стопорное кольцо. Жидкостное пусковое отверстие 326 выполняется соосным корпусу форсунки 322 и проходит через основание корпуса форсунки 322 в осевом направлении. Воздушные каналы подачи воздуха 325 также проходят через основание корпуса инжектора 322 в осевом направлении. Воздушные каналы подачи воздуха 325 располагаются радиально наружу от сборочной оси 309 и жидкостного пускового отверстия 326 и радиально внутрь от внутренней поверхности части полого цилиндра корпуса форсунки 322. В вариантах осуществления, корпус форсунки 322 включает в себя четыре воздушных канала подачи воздуха 325.

Отверстие 327 основной жидкостной магистрали располагается радиально наружу от сборочной оси 309 и воздушного канала подачи воздуха 325, и радиально внутрь от внутренней поверхности части полого цилиндра корпуса форсунки 322. Втулка 328 с раззенкованным отверстием располагается соосно отверстию 327 основной жидкостной магистрали и частично вдается в направлении вперед в основание корпуса форсунки 322 от задней стороны основания.

Выемка 329 под стопорное кольцо представляет собой кольцевую выемку, выполненную на заднем конце части полого цилиндра корпуса форсунки 322. Выемка 329 под стопорное кольцо может иметь резьбу или упорную кромку, или кольцевой выступ, выполненные для удержания на месте стопорного кольца 355.

Как показано на РИС. 2 и 3, кожух основной магистрали газового топлива 323 представляет собой тело полой цилиндрической формы C, U или J- образного поперечного сечения, вращающееся вокруг сборочной оси 309 форсунки. Кожух основной магистрали газового топлива 323 включает в себя выступы 308 подачи топлива. Выступы 308 подачи топлива представляют собой утолщенные части или конструкции выступа, выступающие радиально из внутренней части полого цилиндрического тела кожуха основной магистрали газового топлива 323. Выступы 308 подачи топлива включают в себя каналы подачи топлива. Один конец тела C, U или J- образной формы присоединен к части полого цилиндра корпуса форсунки 322 по или почти по радиусу наиболее удаленной части полого цилиндра корпуса форсунки 322, в то время как другой конец тела C, U или J-образной формы присоединяется к основанию корпуса форсунки 322 по или почти по радиусу наиболее удаленной части основания. Соединение U или J-образного кожуха основной магистрали газового топлива 323 с корпусом форсунки 322 образует кольцевую камеру между кожухом основной магистрали газового топлива 323 и корпусом форсунки 322. Корпус форсунки 322 и кожух основной магистрали газового топлива 323 спаиваются или свариваются.

Наружный колпак 315 имеет куполообразную форму и крепится корпусу в сборе 321 по радиусу внешней поверхности кожуха основной магистрали газового топлива 323. Наружный колпак 315 включает в себя несколько отверстий и каналов.

Как показано на РИС. 2, первая основная газоподводящая трубка 311 и вторая основная газоподводящая трубка 312 выступают из основной топливной магистрали (не показано) и фланца 317 в осевом направлении к выступам 308 подачи топлива (показано на РИС. 3). Первая основная газоподводящая трубка 311 и вторая основная газоподводящая трубка 312 имеют жидкостную связь с кожухом основной магистрали газового топлива и отверстиями подачи потока.

Опорная трубка 313 подсоединяется к фланцу 317 и кожуху основной магистрали газового топлива 323 корпуса в сборе 321. Опорная трубка 313 выступает внутрь в осевом и радиальном направлении, от фланца 317 к корпусу в сборе 321, относительно сборочной оси 309 форсунки.

Направляющая впускной жидкостной трубки 314 и узел 316 пускового кожуха выступают от фланца 317 к распылительной головке 320 в осевом направлении. Направляющая впускной жидкостной трубки 314 представляет собой круглую трубу и присоединенную к кожуху основной магистрали газового топлива 323. Направляющая впускной жидкостной трубки 314 присоединяется к кожуху основной магистрали газового топлива 323 или рядом, где опорная трубка 313 соединяется с кожухом основной магистрали газового топлива 323. Узел 316 пускового кожуха присоединяется и частично вставляется в жидкостное пусковое отверстие 326 корпуса форсунки 322. Направляющая впускной жидкостной трубки 314 приваривается или припаивается к кожуху основной магистрали газового топлива 323, а узел 316 пускового кожуха приваривается или припаивается к корпусу форсунки 322.

Впускная жидкостная трубка 354 выступает по оси через направляющую впускной жидкостной трубки 314 из разъема основной жидкостной магистрали и фланца 317 к корпусу форсунки 322 и через отверстие 327 основной жидкостной магистрали корпуса форсунки 322.

Как показано на РИС. 3, узел жидкостного канала 340 включает в себя: втулку 353, крышку 342 канала, жидкостный канал 341, форсунки (не показано) и синхронизатор 352. Впускная жидкостная трубка 354 подсоединяется к крышке 342 канала. Втулка 353 размещена рядом с крышкой 342 канала приблизительно в конце впускной жидкостной трубки 354, прикрепленной или подсоединенной к крышке 342 канала. Втулка 353 также размещается во втулке 328 с раззенкованным отверстием.

Жидкостный канал 341 включает в себя тело канала и спиральную канавку 343 жидкостного канала. Жидкостный канал 341 также включает в себя входы форсунок (не показано), выступы 347 форсунок и выступ синхронизатора 348. Тело канала представляет собой кольцо или полый цилиндр соосный узлу 340 жидкостного канала и сборочной оси 309 форсунки. Жидкостный канал 341 включает в себя спиральную канавку 343 жидкостного канала, кольцевой канал по радиусу вокруг передней поверхности тела канала, простирающийся в тело канала. Спиральная канавка 343 жидкостного канала рассчитана для поддержания заданной скорости подачи жидкого топлива, проходящего через спиральную канавку 343 жидкостного канала, во время работы газотурбинного агрегата 100.

В показанном варианте осуществления поперечное сечение спиральной канавки 343 жидкостного канала представляет собой вытянутую полуокружность или прямоугольник с полуокружностью на конце. Также могут быть использованы другие формы поперечного сечения, такие как прямоугольники, квадраты и круги. Края прямоугольных и квадратных сечений могут быть закруглены.

Выступы 347 форсунок простираются от задней радиальной поверхности кольца или полого цилиндра жидкостного канала 341 назад в осевом направлении. Размер каждого выступ 347 форсунки соответствует посадочному размеру одной форсунки. Каждый выступ 347 форсунки имеет полую цилиндрическую форму с диаметром, меньшим, чем радиальная толщина жидкостного канала 341. Выступы 347 форсунки равномерно располагаются по жидкостному каналу 341.

В показанном варианте осуществления, выступ синхронизатора 348 простирается от задней радиальной поверхности кольца или полого цилиндра жидкостного канала 341 назад в осевом направлении между двумя выступами 347 форсунки. Выступ синхронизатора 348 может быть выполнен в форме аналогичной форме выступов 347 форсунки и рассчитан для удержания синхронизатора 352. Синхронизатор 352 может иметь цилиндрическую форму. Синхронизатор 352 выравнивает положение внутренней камеры предварительного смешивания 360 в распылительном устройстве 320.

Крышка 342 канала представляет собой кольцо или полый цилиндр с телом C или U- образного поперечного сечения, вращающимся вокруг оси узла жидкостного канала 340, соосно сборочной оси 309 форсунки. Крышка 342 канала включает в себя трубчатый выступ 349 впуска жидкости, выступающий вперед в осевом направлении от кольца или полого цилиндрического тела крышки 342 канала. Впускная жидкостная трубка 354 простирается в трубчатый выступ 349 впуска жидкости. Втулка 353 располагается радиально вокруг трубчатого выступа 349 впуска жидкости.

Крышка 342 канала надевается на наружную часть периферийной поверхности жидкостного 341 канала. Передняя радиальная поверхность жидкостного канала 341 сопрягается с крышкой 342 канала и образует уплотнение с крышкой 342 канала. Крышка 342 канала припаивается или приваривается к жидкостному 341 каналу с наружной и внутренней периферийной поверхности жидкостного 341 канала.

Экран 392 включает в себя осевую часть, расположенную радиально внутрь от жидкостного канала 341, и радиальную часть, выступающую от осевой части, расположенную в осевом направлении между жидкостным каналом 341 и внутренней камерой предварительного смешивания 360.

На РИС. 4 представлен вид в перспективе внутренней камеры предварительного смешивания 360, изображенной на РИС. 3. Как показано на РИС. 3 и 4, внутренняя камера предварительного смешивания 360 включает в себя сопрягаемый конец 361, среднюю трубу 362, наконечник 363 и внутреннюю поверхность 365 камеры предварительного смешивания. В варианте осуществления, показанного на РИС. 3, сопрягаемый конец 361 представляет собой воронку с гиперболической поверхностью, которая включает в себя кольцевую часть диска 367 и часть 368 поверхности переноса, которая искривляется в заднюю сторону в осевом направлении от кольцевой части диска 367. В других вариантах осуществления изобретения, поверхность переноса 368 образуется из тел с различным поперечным сечением, вращающихся вокруг оси внутренней камеры предварительного смешивания 360 с переходом от радиального направления к осевому направлению.

Сопрягаемый конец 361 также включает в себя наружную цилиндрическую часть 375, удерживающую кромку 364, отверстие 369 синхронизатора и продувочный канал 366. Наружная цилиндрическая часть 375 простирается вперед в осевом направлении от наружной в радиальном направлении всей кольцевой части диска 367 или его части в направлении, противоположном наконечнику 363. Наружная цилиндрическая часть 375 имеет форму полого цилиндра круглого сечения. Удерживающая кромка 364 выступает радиально наружу от наружной цилиндрической части 375. В показанном варианте осуществления удерживающая кромка 364 также выступает в осевом направлении вперед. Отверстие 369 синхронизатора совпадает с размером синхронизатора 352 и выравнивается с синхронизатором 352 при сборке. Сопрягаемый конец 361 включает в себя утолщение или выступ вокруг отверстия 369 синхронизатора.

Сопрягаемый конец 361 включает в себя продувочный канал 366. Продувочный канал 366 простирается через часть 368 поверхности переноса. Продувочный канал 366 направляет воздух вдоль внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания. В показанном варианте осуществления, сопрягаемый конец 361 включает в себя двенадцать продувочных каналов 366, равномерно распределенных через тридцать градусов от сопрягаемого конца 361 и выступающих в осевом направлении через сопрягаемый конец 361. В других вариантах осуществления может быть использовано разное количество продувочных каналов 366. Продувочные каналы 366 имеют такие размеры и такую ​​конфигурацию, которые не допускают или допускают минимальный перепад давления в продувочном канале 366. Также могут быть использованы различные формы, размеры, расстояния и конфигурации.

Средняя труба 362 приваривается или припаивается к заднему сопрягаемому концу 361. В показанном варианте осуществления изобретения, средняя труба 362 продолжает форму сопрягаемого конца 361 в виде воронки с гиперболической поверхностью. В других вариантах осуществления, средняя труба 362 представляет собой усеченный конус, воронку или тело с изогнутыми внешними и внутренними поверхностями в поперечном сечении, вращающееся вокруг оси внутренней камеры предварительного смешивания 360.

Наконечник 363 приваривается или припаивается к заднему концу средней трубы 362. В варианте осуществления, показанном на РИС. 3, наконечник 363 включает в себя изогнутую часть 357, цилиндрическую часть 358 и торцевую поверхность 359. Изогнутая часть 357 продолжает сопрягаемый конец 361 в виде воронки с гиперболической поверхностью, среднюю трубу 362 и переходы от искривленной части средней трубы 362 к полому цилиндру круглого сечения. Цилиндрическая часть 358 представляет собой полый цилиндр круглого сечения, расширяющийся назад от изогнутой части 357. Торцевая поверхность 359 простирается радиально внутрь от заднего конца цилиндрической части 358, образуя кольцевой диск, задний конец которого, является осевым концом цилиндрической части 358 отдаленного от цента сопрягаемого конца 361.

Внутренняя поверхность 365 камеры предварительного смешивания, представляет собой, по меньшей мере, часть наружной поверхности внутренней камеры предварительного смешивания 360. Внутренняя поверхность 365 камеры предварительного смешивания представляет собой поверхность вращения вокруг оси внутренней камеры предварительного смешивания 360 с образованием переходов от радиальной или кольцевой поверхности к периферической или цилиндрической поверхности. В показанном варианте осуществления, внутренняя поверхность 365 камеры предварительного смешивания представляет собой воронку с гиперболической поверхностью или сегмент псевдосферы. В других вариантах осуществления, радиальная поверхность может переходить в цилиндрическую поверхность в виде комбинацией прямых или искривленных сегментов, вращающихся вокруг оси внутренней камеры предварительного смешивания 360.

В варианте осуществления, показанного на РИС. 3, стопорное кольцо 355 представляет собой кольцо. Размер стопорного кольца 355 позволяет устанавливать его в выемку 329 под стопорное кольцо. В показанном варианте осуществления стопорное кольцо 355 и выемка 329 под стопорное кольцо имеют резьбу для крепления стопорного кольца 355 к корпусу форсунки 322. Для крепления стопорного кольца 355 к корпусу форсунки 322 могут использоваться другие стопорные или блокирующие механизмы. Стопорное кольцо 355 выполнено для закрепления, стопорения или запирания внутренней камеры предварительного смешивания 360 в распылительном устройстве 320. В показанном варианте осуществления, стопорное кольцо 355 в заднем осевом направлении и радиально совмещено с удерживающей кромкой 364, закрепляющей внутреннюю камеру предварительного смешивания 360 на корпусе форсунки 322, причем, по меньшей мере, часть удерживающей кромки 364 простирается в выемку 329 под стопорное кольцо.

Как показано на РИС. 3, жидкостная пусковая трубка в сборе 370 простирается в осевом направлении через узел 316 пускового кожуха из пускового соединителя и через распылительное устройство 320. Жидкостная пусковая трубка в сборе 370 выполнена соосно сборочной оси 309 форсунки. Жидкостная пусковая трубка в сборе включает в себя наконечник 371 жидкостной пусковой трубки, расположенный радиально в цилиндрической части 358 и примыкающий аксиально к отверстию торцевой поверхности 359. Пусковой кожух 380 располагается радиально наружу от части жидкостной пусковой трубки в сборе 370 и радиально внутрь от внутренней камеры предварительного смешивания 360. Пусковой кожух 380 выступает назад от корпуса форсунки 322. Пусковой кожух 380 включает в себя пусковой кожух наконечника 381. Пусковой кожух наконечника 381 располагается в радиальном направлении между наконечником 371 жидкостной пусковой трубки и цилиндрической частью 358 и простирается в отверстие торцевой поверхности 359.

Наружная камера предварительного смешивания 330 включает в себя камеру 331, концевую часть 332 камеры и наружную поверхность 339 камеры предварительного смешивания. Камера 331 включает в себя часть корпуса 337, часть камеры 338 и лопатки 333. Часть корпуса 337 выполнена в виде кольцевого диска. Часть камеры 338 выступает назад по оси от части корпуса 337. В варианте осуществления, показанном на РИС. 3, часть камеры 338 простирается от задней и, в радиальном направлении, от внутренней части корпуса 337. Часть камеры 338 представляет собой полый цилиндр или цилиндрическую трубу. Полый цилиндр или цилиндрическая труба обладают конусностью. Конический цилиндр представляет собой усеченный полый конус. Лопатки 333 выступают вперед по оси от части корпуса 337. В варианте осуществления, показанного на РИС. 3, лопатки 333 имеют клинообразную форму с усеченной или снятой кромкой клина. Лопатки 333 могут иметь другие формы, позволяющие направлять и завихрять воздух в камере предварительного смешивания. Каждая лопатка 333 включает в себя внутреннюю поверхность 387 и вентиляционные каналы 334. Внутренняя поверхность 387 представляет собой поверхность на конце лопатки 333, т.е. внутреннюю поверхность лопасти 333 в радиальном направлении. Внутренняя поверхность 387 может быть периферийной поверхностью. Вентиляционные каналы 334 проходят через каждую лопатку 333 и выходят из лопатки 333 на внутреннюю поверхность 387.

Концевая часть 332 камеры соединяется с камерой 331 на заднем конце части камеры 338 сваркой или пайкой. Концевая часть 332 камеры представляет собой полый цилиндр или цилиндрическую трубу, подобную форме части камеры 338. Полый цилиндр или цилиндрическая труба обладают конусностью. Конический цилиндр представляет собой усеченный полый конус. Крышка камеры предварительного смешивания 324 приваривается или припаивается к заднему концу концевой части 332 камеры, к наружной поверхности концевой части 332 камеры. Крышка камеры предварительного смешивания 324 представляет собой тело C, U или J- образного поперечного сечения, вращающееся вокруг сборочной оси 309 форсунки. Крышка камеры предварительного смешивания 324 образует воздушный карман или канал с концевой частью 332 камеры.

Наружная поверхность 339 камеры предварительного смешивания включает в себя радиальные внутренние цилиндрические поверхности камеры 331 и концевой части 332 камеры. При установке в распылительное устройство 320 наружная поверхность 339 камеры предварительного смешивания располагается радиально наружу от внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания.

На РИС. 5 представлен вид распылительного устройства 320 форсунки с пространственным разнесением деталей, изображенного на РИС. 3. Как показано на РИС. 3 и 5, наружная камера предварительного смешивания 330 крепится к корпусу в сборе 321 болтами 389 и стопорными пластинами 388. Внутренняя камера предварительного смешивания 360 крепится к корпусу в сборе 321 стопорным кольцом 355. В некоторых вариантах осуществления, стопорное кольцо 355 ввинчивается в корпус в сборе 321.

Один или несколько из перечисленных выше компонентов (или их составляющие) изготавливаются из нержавеющей стали и/или прочных высокотемпературных материалов, известных как "жаропрочный сплав". Жаропрочный сплав или высокоэффективный сплав, представляет собой сплав, обладающий высокой механической прочностью и жаропрочностью, хорошей стабильностью свойств поверхности и стойкостью к окислению и коррозии. Жаропрочные сплавы представлены сплавами "Хастеллой", "Инконель", "Васпаллой", "Рене", "Хайнес", "Инколой", "MP98T", "ТМС" и монокристаллическими сплавами CMSX

Промышленная применимость

Газотурбинные агрегаты используются в большинстве отраслей промышленности, таких как нефтяная и газовая промышленность (в том числе транспортировка, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), производство электроэнергии, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, аэрокосмическая отрасль и другие транспортные отрасли.

Как показано на РИС. 1 газ (обычно воздух 10) поступает во впускное отверстие 110 в качестве "рабочей текучей среды" и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочая текучая среда сжимается в кольцевом канале прохождения 115 рядом дисков ротора компрессора в сборе 220. В частности, воздух 10 сжимается в пронумерованных «ступенях», ступени, связаны с каждым диском ротора компрессора в сборе 220. Например, "4-я воздушная ступень" связана с 4-м диском ротора компрессора в сборе 220 задним по ходу или "задним" считая от, устройства впуска 110 к устройству выпуска 500. Кроме того, каждый диск турбины в сборе 420 связан с пронумерованной ступенью.

Сжатый воздух 10 выходит из компрессора 200, распыляется и подается в камеру сгорания 300. Как показано на РИС. 3, часть воздуха 10 проходит вдоль канала 306 и поступает в форсунку 310 между лопатками 333, куда добавляется топливо. Воздух 10 и топливо смешиваются и закручиваются между наружной поверхностью 339 камеры предварительного смешивания и внутренней поверхностью 365 камеры предварительного смешивания.

Как показано на РИС. 1, воздух и 10 топливная смесь впрыскивается в камеру сгорания 390 и сжигаются. Энергия реакции горения приводит в действие турбину 400 на каждой ступени дисков турбины в сборе 420. Отходящий газ 90 рассеивается в выхлопном диффузоре 520, собирается и перенаправляется. Отходящий газ 90 выходит из системы через коллектор выхлопных газов 550 и подвергается дополнительной обработке (например, для уменьшения вредных выбросов и/или рекуперации тепла из отходящего газа 90).

Растопочный факел используется для поддержания стабильности горения пламени во время работы газотурбинного агрегата 100. Как показано на РИС. 3, подаваемый воздух, как часть воздуха 10, поступает в распылительное устройство 320 форсунки через наружный колпак 315 по тракту 301. Подаваемый воздух проходит через воздушные каналы подачи воздуха 325 по тракту 302. Часть подаваемого воздуха используется как пусковой подаваемый воздух. Пусковой подаваемый воздух продолжает движение по тракту 303 между внутренней камерой предварительного смешивания 360 и пусковым кожухом 380, до прохождения через пусковой кожух наконечника 381 по тракту 305 для использования при сжигании пускового топлива.

Часть топлива, проходящая между наружной поверхностью 339 камеры предварительного смешивания и внутренней поверхностью 365 камеры предварительного смешивания, скапливается на внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания или увлажняет ее. Увлажненная внутренняя поверхность 365 камеры предварительного смешивания ведет к коксованию накопленного топлива на внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания или ведет к самовоспламенению, обратной вспышке или стабильному горению.

В варианте осуществления, показанного на РИС. 3, другая часть подаваемого воздуха используется в качестве очищающего воздуха. Очищающий воздух проходит через продувочные каналы 366 по тракту 304 и направляется вдоль внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания. Очищающий воздух предотвращает накопление топлива или смачивания им внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания, или выталкивает накопленное топливо с внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания. Предотвращение накопления топлива на внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания и удаление накопленного топлива с внутренней поверхности 365 камеры предварительного смешивания предотвращает или уменьшает закоксовывание, самовоспламенение, обратную вспышку или стабильное горение. Предотвращение или уменьшение случаев самовоспламенения, обратной вспышки и стабильного горения увеличивает срок службы распылительного устройства 320 форсунки, включая срок службы внутренней камеры предварительного смешивания 360 и наружной камеры предварительного смешивания 330.

За время работы форсунки 310 она может быть капитально отремонтирована. Компоненты распылительной головки 320, в том числе наружная камера предварительного смешивания 330, внутренняя камера предварительного смешивания 360 и узел жидкостного канала 340, возможно потребуют ремонта или замены. Как показано на РИС. 5, наружная камера предварительного смешивания 330, в том числе лопатки 333, снимается с распылительной головки 320 отвинчиванием болтов 389. Внутренняя камера предварительного смешивания 360 снимается после снятия наружной камеры предварительного смешивания 330 удалением стопорного кольца 355. Снятие наружной камеры предварительного смешивания 330 и внутренней камеры предварительного смешивания 360 обеспечивает доступ к узлу жидкостного канала 340, что позволяет осуществить ремонт или замену узла жидкостного канала 340. Экран 392 также потребуется снять, чтобы получить доступ к узлу жидкостного канала 340.

Как показано на РИС. 3, узел жидкостного канала 340 может быть приварен или припаян к корпусу форсунки 322. В вариантах осуществления, втулка 353 впаяна во втулку 328 с раззенкованным отверстием. Узел жидкостного канала 340 снимается из распылительного устройства 320 путем машинной обработки частей узла жидкостного канала 340, приваренных или припаянных к корпусу форсунки 322. Съемность наружной камеры предварительного смешивания 330 с лопатками 333 и внутренней камеры предварительного смешивания 360, а также доступ к узлу жидкостного канала 340, снижает затраты на капитальный ремонт и увеличивает срок службы форсунок 310.

Во время работы газотурбинного агрегата 100 концевая часть 332 наружной камеры предварительного смешивания 330 и наконечник 363 внутренней камеры предварительного смешивания 360 примыкают к камере сгорания 390 и подвергаются воздействию высоких температур. Концевая часть 332 камеры и наконечник 363 возможно потребуют замены раньше, чем другие части наружной камеры предварительного смешивания 330 и внутренней камеры предварительного смешивания 360. Замена концевой части 332 камеры или наконечника 363 снижает затраты на текущий и капитальный ремонт форсунок 310.

На РИС. 6 представлена блок-схема последовательности операций при капитальном ремонте форсунки 310. Способ включает снятие наружной камеры предварительного смешивания 330 с форсунки 310 на этапе 810. Этап 810 включает в себя снятие болтов 389, крепящих наружную камеру предварительного смешивания 330 к корпусу форсунки 322. Этап 810 осуществляется после снятия внутренней камеры предварительного смешивания 360 с форсунки 310 на этапе 820. Этап 820 включает в себя снятие стопорного кольца 355. Снятие стопорного кольца 355 может включать в себя вывинчивание стопорного кольца 355 из корпуса форсунки 322.

Этап 820 осуществляется после снятия части наконечника с внутренней камеры предварительного смешивания 360 на этапе 830. Часть наконечника включает в себя наконечник 363. В некоторых вариантах осуществления, часть наконечника также включает среднюю трубу 362. Этап 830 включает в себя удаление сварного шва или пайки между частью наконечника и оставшейся частью. Оставшаяся часть включает в себя сопрягаемый конец 361. В некоторых вариантах осуществления, оставшаяся часть также включает в себя среднюю трубу 362, а часть наконечника не включает в себя среднюю трубу 362.

Этап 830 осуществляется после присоединения новой части наконечника к оставшейся части способом соединения металлических деталей на этапе 840. Способ соединения металлических деталей представляет собой сварку и пайку. В одном варианте осуществления изобретения применяется электронно-лучевая сварка.

Предшествующее подробное описание носит лишь иллюстративный характер и не предназначено для ограничения объема изобретения или объема применения и использования настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления изобретения не имеют ограничений в использовании совместно с определенным типом газотурбинного агрегата. Хотя настоящее изобретение для удобства объяснения изображает и описывает конкретную наружную камеру предварительного смешивания, следует понимать, что наружная камера предварительного смешивания в соответствии с этим изобретением может быть реализована в различных других конфигурациях, может быть использована с различными другими типами газотурбинных агрегатов и может быть использована в других типах машин. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в предшествующих предпосылках или подробном описании изобретения. Следует также понимать, что иллюстрации могут включать преувеличенные размеры, чтобы лучше проиллюстрировать представленные ссылочные позиции, и не рассматриваются как ограничивающие объема изобретения, если иное не указано в качестве таковых.

Изобретение относится к газотурбинным агрегатам, в частности к топливным форсункам с воздушной очисткой внутренней камеры предварительного смешивания. Внутренняя камера предварительного смешивания топливной форсунки газотурбинного агрегата включает в себя сопрягаемый конец, наконечник и внутреннюю поверхность камеры предварительного смешивания. Сопрягаемый конец включает в себя кольцевую часть диска и часть поверхности переноса, простирающейся в радиальном направлении внутрь и в осевом направлении от кольцевой части диска. Сопрягаемый конец также включает в себя несколько продувочных каналов, простирающихся через часть сопрягаемого конца. Наконечник включает в себя цилиндрическую часть в форме полого цилиндра круглого сечения. Внутренняя поверхность камеры предварительного смешивания представляет собой радиальную внешнюю поверхность, включающую в себя часть наружной поверхности переноса и наружную поверхность цилиндрической части. Также представлены топливная форсунка газотурбинного агрегата и способ её капитального ремонта. Продувочные каналы направляют воздух вдоль внутренней поверхности камеры предварительного смешивания, выталкивая топливо из внутренней поверхности камеры предварительного смешивания и предотвращая накопление топлива на внутренней поверхности камеры предварительного смешивания, что в свою очередь предотвращает или уменьшает закоксовывание, самовоспламенение, обратную вспышку или стабильное горение. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) для топливной форсунки (310) газотурбинного агрегата (100); внутренняя камера предварительного смешивания (360) включает в себя:

сопрягаемый конец (361), включающий в себя:

часть (367) кольцевого диска в виде кольцевого диска; и

часть (368) поверхности переноса, простирающуюся в радиальном направлении внутрь и в осевом направлении вдоль центральной оси части (367) кольцевого диска; и

несколько продувочных каналов (366), простирающихся через сопрягаемый конец (361);

наконечник (363), соосный сопрягаемому концу (361); наконечник (363), включает в себя:

цилиндрическую часть (358) в форме полого цилиндра круглого сечения; цилиндрическая часть (358) простирается в осевом направлении, и

торцевую поверхность (359) в виде кольцевого диска; торцевая поверхность (359), простирается радиально внутрь от осевого конца цилиндрической части (358), отдаленного от центра сопрягаемого конца (361); и

внутреннюю поверхность (365) камеры предварительного смешивания; внутренняя поверхность (365) камеры предварительного смешивания является радиально наружной поверхностью, включающей в себя внешнюю поверхность части (368) поверхности переноса и наружную поверхностью цилиндрической части (358).

2. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит:

среднюю трубу (362), простирающуюся между сопрягаемым концом (361) и наконечником (363);

отличающаяся тем, что наконечник (363) дополнительно включает в себя изогнутую часть (357), примыкающую к средней трубе (362).

3. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 2, отличающаяся тем, что средняя труба (362) приваривается к сопрягаемому концу (361), а наконечник (363) приваривается к средней трубе (362).

4. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 2, отличающаяся тем, что часть (367) кольцевого диска, часть (368) поверхности переноса, средняя труба (362), изогнутая часть (357) и цилиндрическая часть (358) образуют трубу в виде воронки с гиперболической поверхностью.

5. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 1, отличающаяся тем, что упорная кромка (364) простирается радиально наружу от радиальной наружной части сопрягаемого конца (361).

6. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 1, отличающаяся тем, что каждый продувочный канал (366) из нескольких продувочных каналов (366) направляет воздух вдоль внутренней поверхности (365) камеры предварительного смешивания.

7. Внутренняя камера предварительного смешивания (360) по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из нескольких продувочных каналов (366) простирается в осевом направлении через часть (368) поверхности переноса.

8. Топливная форсунка (310) газотурбинного агрегата (100), включающая в себя:

внутреннюю камеру предварительного смешивания (360) по п. 5;

корпус форсунки (322), включающий в себя:

часть диска и

полую часть цилиндра, простирающуюся назад в осевом направлении от части диска; полая часть цилиндра включает в себя:

выемку (329) под стопорное кольцо, расположенную назад по ходу и радиально внутренней части полой части цилиндра; выемка (329) под стопорное кольцо представляет собой кольцевую выемку,

отличающуюся тем, что, по меньшей мере, часть упорной кромки (364) внутренней камеры предварительного смешивания (360) находится в пределах выемки (329) под стопорное кольцо;

стопорное кольцо (355) в виде кольца; стопорное кольцо (355) с размерами, позволяющими устанавливать его в выемку (329) под стопорное кольцо, а также радиально совмещать с удерживающей кромкой (364), стопорное кольцо (355) выполнено для фиксации внутренней камеры предварительного смешивания (360) к корпусу топливной форсунки (322); и

наружную камеру предварительного смешивания (330), примыкающую к корпусу форсунки (322) и радиально наружу от внутренней камеры предварительного смешивания (360); наружная камера предварительного смешивания (330) включает в себя:

часть корпуса (337);

часть камеры (338), простирающейся назад по оси из части корпуса (337); и

несколько лопаток (333), простирающихся вперед в осевом направлении от части корпуса (337).

9. Способ капитального ремонта форсунки газотурбинного агрегата (310), включающий в себя:

снятие наружной камеры предварительного смешивания (330) с форсунки (310);

снятие внутренней камеры предварительного смешивания (360) с форсунки (310), снятие внутренней камеры предварительного смешивания (360) включает в себя снятие стопорного кольца (355), выполненного для фиксации внутренней камеры предварительного смешивания (360) к корпусу (322) форсунки (310);

снятие части наконечника с внутренней камеры предварительного смешивания (360); часть наконечника включает в себя наконечник (363) с цилиндрической частью (358) полой цилиндрической формы и торцевую поверхность (359) в виде кольцевого диска;

присоединение новой части наконечника к оставшейся части внутренней камеры предварительного смешивания (360) способом соединения металлических деталей; оставшаяся часть включает в себя сопрягаемый конец (361), включающий в себя часть (367) кольцевого диска в виде кольцевого диска и часть (368) поверхности переноса, простирающуюся в радиальном направлении внутрь и в осевом направлении от части (367) кольцевого диска.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что присоединение новой части наконечника к оставшейся части внутренней камеры предварительного смешивания (360) способом соединения металлических деталей включает в себя приварку новой части наконечника к оставшейся части.