БЛОК ГОРЕЛОК ДЛЯ КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ С РЕЗОНАТОРАМИ Российский патент 2019 года по МПК F23R3/00 F23R3/08 F23R3/46 

Изобретение относится к блоку горелок с определяющим кольцевую камеру сгорания корпусом и несколькими впадающими в кольцевую камеру сгорания горелками, причем каждая горелка расположена в предусмотренном на корпусе сквозном отверстии.

Для гашения колебаний, возникающих в процессе работы в кольцевой камере, часто предусматривают, по меньшей мере, один резонатор, объем которого для связывания возникающих при сгорании колебаний соединен с внутренним пространством камеры сгорания. Для этих резонаторов должно быть, конечно, подготовлено соответствующее пространство для встраивания, в результате чего их часто располагают на стенке камеры сгорания в ветви потока воздуха компрессора и при необходимости они должны быть также выполнены с соответствующей аэродинамической формой.

Такого рода блок горелок уже известен в уровне техники в различных исполнениях. В качестве горелок возможно использование, например, системы со стабилизацией завихрений. Новые разработки систем горелок на базе предварительно смешанного реактивного пламени вследствие отсутствия наведенных турбулентностью завихрений создают преимущества по сравнению с системами со стабилизацией завихрений вследствие отсутствия наведенных турбулентностью завихрений, в частности, с точки зрения термоакустики, и по этой причине все чаще попадают в фокус при выборе типа горелки. Эти горелки нового типа часто имеют наружные размеры, которые отличаются от наружных размеров горелок, использовавшихся до этого. Поэтому для обеспечения возможности комплектования имеющегося блока горелок горелками, имеющими отличающиеся наружные размеры, необходимо новое проектирование или согласование корпуса, определяющего кольцевую камеру сгорания.

Задачей изобретения является создание альтернативного блока горелок, который может быть несложным образом укомплектован горелками с различными размерами и обеспечивает хорошее использование пространства для встраивания. Следующей задачей изобретения является указания соответствующей кольцевой камеры сгорания.

В соответствии с изобретением поставленная задача решена за счет того, что в случае блока горелки с определяющим кольцевую камеру сгорания корпусом и несколькими впадающими в кольцевую камеру сгорания горелками, причем каждая горелка расположена в предусмотренном в корпусе сквозном отверстии, причем в сквозных отверстиях предусмотрены выполненные главным образом в форме гильз, принимающие и выравнивающие горелки переходные устройства, которые выступают внутрь кольцевых камер сгорания и на своих расположенных на стороне кольцевой камеры сгорания концах удерживают простирающуюся радиально относительно осей горелок экранирующую пластину, которая оснащена сквозными отверстиями, выполненными концентрически относительно сквозных отверстий, и причем переходные устройства расположены на кольце между приблизительно цилиндрической наружной оболочкой и приблизительно цилиндрической и расположенной на стороне ступицы стенкой, в результате чего между переходными устройствами и наружной оболочкой или расположенной на стороне ступицы стенкой, а также корпусом и экранирующей пластиной образовано полое пространство, экранирующее устройство содержит резонаторные пластины и в полом пространстве расположены разделительные стенки.

С помощью такого блока с помощью переходных устройств могут быть закреплены горелки с различными наружными размерами. Одновременно свободное пространство вокруг переходных устройств используют в качестве резонатора. В зависимости от выбора позиции разделительных стенок возможно гашение различных частот.

В предпочтительной форме исполнения разделительные стенки простираются от корпуса вплоть до экранирующей пластины. За счет этого достигают полезного использования общей глубины полого пространства для резонатора.

В следующих предпочтительных формах исполнения, по меньшей мере, одна стенка простирается радиально наружу от переходного устройства к наружной оболочке или от переходного устройства радиально внутрь к расположенной на стороне ступицы стенке. За счет этого можно, с одной стороны, осуществить разграничение подпространств в полом пространстве, которые в зависимости от выбора определенного объема гасят соответствующие частоты. Далее, соединение переходных устройств и наружной оболочки или расположенной на стороне ступицы стенки ведет к усилению жесткости системы и, тем самым, к дальнейшему позитивному влиянию на безупречность или срок службы конструктивных элементов на основании изменения собственных частот.

В следующей предпочтительной форме исполнения переходные устройства с чередованием на периметре содержат в одном случае радиальные разделительные стенки в наружном направлении к наружной оболочке и в направлении вовнутрь к расположенной на стороне ступицы стенке, и в другом случае не содержат радиальных разделительных стенок. За счет этого определяют достаточно большой объем резонатора.

В альтернативной форме исполнения, по меньшей мере, одна разделительная стенка простирается от переходного устройства в окружном направлении к соседнему переходному устройству. Целесообразным образом между всеми переходными устройствами в окружном направлении простирается одна разделительная стенка. Таким образом, могут быть определены два больших пространства резонатора, одно в направлении к наружной оболочке и одно в направлении к ступице, которые по мере необходимости могут быть дополнительно разделены радиальными разделительными стенками.

Предпочтительным может быть случай, когда разделительные стенки содержат отверстия, за счет чего образованные резонаторные пространства могут взаимодействовать между собой.

Также поставленная задача решена с помощью газовой турбины с блоком горелок в соответствии с изобретением.

Изобретение пояснено более подробно в качестве примере на основании чертежей. На чертежах представлено следующее:

фиг. 1 – газовая турбина в продольном сечении,

фиг. 2 – сечение блока горелок с кольцевой камерой сгорания,

фиг. 3 – сечение кольцевой камеры сгорания с переходным устройством,

фиг. 4 – полое пространство, образованное переходными устройствами на кольцевой камере сгорания с наружной оболочкой и расположенной на стороне ступицы стенкой.

Фиг. 1 показывает в схематически упрощенном представлении вид в сечении на газовую турбину 17. Газовая турбина 17 содержит в своем внутреннем пространстве укрепленный с возможностью вращения вокруг оси 18 вращения ротор 19 с валом 20, который называют также рабочим колесом турбины. Вдоль ротора 19 поочередно следуют всасывающий корпус 21, компрессор 22, система 23 сгорания с блоком 1 горелок с определяющим кольцевую камеру 2 сгорания корпусом 3 и несколькими горелками 4, система подачи топлива (не изображена) для горелок, турбина 24 и корпус 25 отработанных газов.

На входе турбины система 23 сгорания впадает в кольцеобразный канал горячего газа, через который горячий рабочий газ системы сгорания протекает к расположенным один за другим каскадам турбины 24. Каждый каскад турбины образован ободами лопастей. При рассмотрении в направлении потока рабочего газа в канале горячего газа за образованным направляющими лопатками 26 рядом следует ряд, образованный рабочими лопатками 27. При этом направляющие лопатки 26 укреплены на внутреннем корпусе статора 28, в отличие от чего рабочие лопатки 27 одного ряда размещены, например, при помощи диска турбины на роторе 19. К ротору 19 присоединен, например, генератор (не изображен).

В процессе работы газовой турбины 17 компрессор 22 всасывает через всасывающий корпус 21 воздух и сжимает его. Подготовленный на расположенном на стороне турбины конце компрессора 22 воздух компрессора направляют вдоль каскада 29 горелок к системе 23 сгорания и в ней направляют в блок 1 горелок и в горелках 4 блока 1 горелок смешивают его с топливом и/или обогащают топливом в выходной области горелок 4. При этом системы подвода топлива снабжают горелки 4 топливом. Смесь или воздух компрессора и топливо вводят с помощью горелок 4 в камеру 2 сгорания и сжигают с образованием горячего потока рабочего газа в зоне сгорания внутри стенки камеры сгорания или наружной оболочки 11 камеры 2 сгорания. Оттуда поток рабочего газа протекает вдоль канала горячего газа мимо направляющих лопаток 26 и рабочих лопаток 27. На направляющих лопатках 27 происходит снятие давления потока рабочего газа с передачей импульса, в результате чего рабочие лопатки 27 приводят ротор 19 в действие, а последний приводит в действие присоединенный к нему генератор (не изображен).

Фиг. 2 показывает в сечении блок 1 горелок с кольцевой камерой 2 сгорания. Кольцевая камера 2 сгорания определена корпусом 3. Далее, фиг. 1 показывает одну из нескольких впадающих в кольцевую камеру 2 сгорания горелок 4, причем изображенная горелка 4 расположена в предусмотренном в корпусе 3 сквозном отверстии 5 (см. также фиг. 3).

В сквозных отверстиях 5 предусмотрены выполненные главным образом в виде гильз, принимающие и выравнивающие горелки 4 переходные устройства 6, которые выступают внутрь кольцевой камеры 2 сгорания и на своих расположенных на стороне кольцевой камеры сгорания концах 7 несут простирающуюся радиально осям 8 горелок экранирующую пластину 9, которая оснащена сквозными отверстиями 10, выполненными концентрически относительно сквозных отверстий 5. Особенно отчетливо это показывает фиг. 3.

Наконец, фиг. 4 показывает, что переходные устройства 6 расположены на кольце между приблизительно цилиндрической наружной оболочкой 11 и приблизительно цилиндрической и расположенной на стороне ступицы стенкой 12, в результате чего между переходными устройствами 6 и наружной оболочкой 11 или расположенной на стороне ступицы стенкой 12, а также корпусом 3 и экранирующей пластиной 9 образовано полое пространство 13, см. также фиг. 3. На фиг. 3 показаны также резонаторные отверстия 14 в экранирующей пластине 9. Фиг. 4 показывает, в свою очередь, расположенные в полом пространстве 13 разделительные стенки 15, которые простираются от корпуса 3 кольцевой камеры 2 сгорания вплоть до экранирующей пластины 9.

Наряду с этой принципиальной ориентацией между корпусом 3 и экранирующей пластиной 9 возможно прохождение разделительных стенок 15 как в радиальном направлении от переходного устройства 6 к наружной оболочке 11 или от переходного устройства 6 к расположенной на стороне ступицы стенке 12, так и в окружном направлении, в частности, между соседними переходными устройствами 6.

Фиг. 4 показывает предпочтительную форму исполнения изобретения, при которой переходные устройства 6 с чередованием на периметре содержат в одном случае радиальные разделительные стенки 15, проходящие в наружном направлении к наружной оболочке 11 и вовнутрь к расположенной на стороне ступицы стенке 12, а в другом случае не содержат радиальных разделительных стенок. Дополнительно между всеми переходными устройствами 6 в окружном направлении проходит разделительная стенка 15.

Как следует, далее, из фиг. 4, разделительные стенки 15 могут опционально содержать отверстия 16.

Блок горелок с определяющим кольцевой камеры сгорания содержит корпус с размещенными в кольцевой камере сгорания горелками. Каждая горелка расположена в предусмотренном в корпусе сквозном отверстии. В сквозных отверстиях предусмотрены выполненные, по существу, в форме гильз принимающие и выравнивающие горелки переходные устройства, которые выступают внутрь кольцевой камеры сгорания и несут на своих расположенных на стороне кольцевой камеры сгорания концах простирающуюся радиально осям горелок экранирующую пластину. Экранирующая пластина оснащена сквозными отверстиями, выполненными концентрически относительно сквозных отверстий. Переходные устройства расположены на кольце между, по существу, цилиндрической наружной оболочкой кольцевой камеры сгорания и, по существу, цилиндрической и расположенной на стороны ступицы стенкой. Между переходными устройствами и наружной оболочкой или расположенной на стороне ступицы стенкой, а также корпусом и экранирующей пластиной образовано полое пространство. Экранирующая пластина содержит резонаторные отверстия. В полом пространстве расположены разделительные стенки. Изобретение позволяет укомплектовывать блок горелок горелками с различными размерами и обеспечивает гашение различных частот. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Блок (1) горелок с определяющим кольцевую камеру (2) сгорания корпусом (3) и несколькими впадающими в кольцевую камеру (2) сгорания горелками (4), причем каждая горелка (4) расположена в предусмотренном в корпусе (3) сквозном отверстии (5), причем в сквозных отверстиях (5) предусмотрены выполненные, по существу, в форме гильз принимающие и выравнивающие горелки (4) переходные устройства (6), которые выступают внутрь кольцевой камеры (2) сгорания и несут на своих расположенных на стороне кольцевой камеры сгорания концах (7) простирающуюся радиально осям (8) горелок экранирующую пластину (9), которая оснащена сквозными отверстиями (10), выполненными концентрически относительно сквозных отверстий (5), и причем переходные устройства (6) расположены на кольце между, по существу, цилиндрической наружной оболочкой (11) кольцевой камеры (2) сгорания и, по существу, цилиндрической и расположенной на стороне ступицы стенкой (12), при этом между переходными устройствами (6) и наружной оболочкой (11) или расположенной на стороне ступицы стенкой (12), а также корпусом (3) и экранирующей пластиной (9) образовано полое пространство (13), отличающийся тем, что экранирующая пластина (9) содержит резонаторные отверстия (14) и в полом пространстве (13) расположены разделительные стенки (15).

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что разделительные стенки (15) простираются от корпуса (3) вплоть до экранирующей пластины (9).

3. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна разделительная стенка (15) простирается радиально наружу к наружной оболочке (11).

4. Блок по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере одна разделительная стенка (15) простирается от переходного устройства (6) радиально вовнутрь к расположенной на стороне ступицы стенке (12).

5. Блок по п. 3 или 4, отличающийся тем, что переходные устройства (6) с чередованием на периметре содержат в одном случае радиальные разделительные стенки (15), направленные наружу к наружной оболочке (11) и вовнутрь к расположенной на стороне ступицы стенке (12), и в другом случае не содержат радиальных разделительных стенок (15).

6. Блок по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что по меньшей мере одна разделительная стенка (15) простирается от переходного устройства (6) в окружном направлении к соседнему переходному устройству (6).

7. Блок по п. 6, отличающийся тем, что между всеми переходными устройствами (6) в окружном направлении простирается разделительная стенка (15).

8. Блок по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что разделительные стенки (15) содержат отверстия (16).

9. Газовая турбина (17), содержащая блок (1) горелок по любому из пп. 1-8.