ГИБКАЯ ОПОРА ЖАРОВОЙ ТРУБЫ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И СПОСОБ Российский патент 2019 года по МПК F23R3/60 F23R3/48 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Варианты выполнения описанного в данном документе изобретения в целом относятся к усовершенствованию камер сгорания газовой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как правило, газовые турбины содержат компрессорную секцию, секцию камер сгорания и турбинную секцию. В компрессорной секции обеспечивается сжатие воздуха, протекающего в газовую турбину. Сжатый воздух, выпускаемый из компрессорной секции, протекает в секцию камер сгорания, которая обычно содержит несколько камер сгорания, расположенных в виде кольца вокруг оси газовой турбины. Каждая из указанных камер сгорания содержит жаровую трубу, которая ограничивает камеру сгорания. Воздух, поступающий в каждую камеру сгорания, смешивается с топливом и сгорает внутри жаровой трубы. Горячие газообразные продукты горения выходят из жаровой трубы и через переходный участок поступают в турбинную секцию для приведения ее в действие и получения механической энергии.

Жаровая труба камеры сгорания обычно расположена концентрично относительно кожуха камеры сгорания и радиально внутри него. Кожух камеры сгорания может содержать проточный патрубок. Кольцевой канал для воздушного потока проходит между кожухом камеры сгорания и жаровой трубой. Сжатый воздух протекает по каналу для воздушного потока и входит в жаровую трубу камеры сгорания через выполненные в ней дозирующие отверстия, которые, как правило, выполнены в дозирующей пластине, которая закрывает передний конец камеры сгорания.

В соответствии с некоторыми известными устройствами для установки жаровой трубы в кожухе камеры сгорания передний конец жаровой трубы снабжен несколькими, расположенными в окружном направлении держателями, которые соединены и/или сопряжены с соответствующим количеством направляющих опор, обычно прикрепленных к кожуху камеры сгорания. Таким образом, когда жаровая труба камеры сгорания установлена внутри кожуха, держатели жаровой трубы обеспечивают необходимое радиальное и осевое расположение жаровой трубы внутри кожуха камеры сгорания и также препятствуют перемещению жаровой трубы в осевом направлении вниз по потоку (то есть в направлении переходного участка).

Возникающие в камере сгорания во время работы динамические усилия и тепловые нагрузки могут привести к вибрации и смещениям жаровой трубы, кожуха и других деталей камеры сгорания относительно друг друга. Это может привести к повреждению опор и/или направляющих опор жаровой трубы и, в связи с этим, к смещению осей жаровой трубы камеры сгорания внутри кожуха и/или повреждению жаровой трубы или кожуха камеры сгорания.

Более конкретно, камеры сгорания обычно выполнены с возможностью свободного термического расширения как в радиальном, так и в осевом направлении для соответствия требованиям продолжительности срока службы. По этой причине узел камеры сгорания содержит множество компонентов, которые находятся во взаимном скользящем контакте, например, упоры жаровой трубы и упоры кожуха, кольцевые уплотнения, пламяперебрасывающие трубы и муфты, топливные горелки, вихревые кольца и т.д. Во время работы оборудование подвержено вибрационным нагрузкам, таким, как колебания давления из-за динамических усилий в камере сгорания, дисбаланса ротора и т.п.Вибрационные нагрузки вызывают вибрацию камеры сгорания, что приводит к относительному перемещению на скользящих поверхностях взаимодействия. Относительное перемещение вместе с высокой контактной нагрузкой на поверхности взаимодействия (из-за смещения осей в узле, например) вызывает потерю материала из-за износа, который в дальнейшем может возрасти и привести к внеплановому перерыву в работе.

Для ремонта поврежденных направляющих упоров жаровой трубы необходимо демонтировать жаровую трубу и по меньшей мере частично ее разобрать. Жаровая труба и/или кожух жаровой трубы должны быть удалены, и рабочий должен выполнить машинную обработку поврежденной детали на рабочей площадке или отправить части за пределы рабочей площадки для ремонта, что приводит к дорогостоящим ремонтным работам и продолжительному периоду простоя.

В соответствии с другими известными устройствами для того, чтобы по меньшей мере уменьшить недостатки описанных выше монтажных систем, жаровая труба камеры сгорания поддерживается в кожухе с помощью кольцевого держателя, расположенного вокруг жаровой трубы между ней икожухом камеры сгорания. Кольцевой держатель обладает упругими свойствами для ограничения относительного перемещения между компонентами камеры сгорания. Держатель имеет компактную конфигурацию.

Фиг. 1 изображает вариант выполнения известного устройства. Камера 400 сгорания содержит жаровую трубу 404, расположенную по существу концентрично в кожухе 406. Жаровая труба имеет первый передний конец 404А, присоединенный к кожуху 406, и второй задний конец 404 В, присоединенный к переходному участку 405, который проходит к турбинному колесу, не показанному на чертеже. Газообразные продукты сгорания проходят по переходному участку 405 от камеры сгорания к турбинному колесу, где они расширяются, создавая механическую энергию, передаваемую валу турбины. Первый конец 404А жаровой трубы 404 прикреплен к держателю 402. Держатель 402 окружает первый конец 404А жаровой трубы 404. Держатель 402 прикреплен к кожуху 406 и выполнен с возможностью функционирования в качестве пружинного элемента между жаровой трубой 404 и кожухом 406.

Более конкретно, держатель 402 содержит секцию 408 для прикрепления к наружной стороне жаровой трубы 404, пружинообразную секцию 410 и секцию 412 для прикрепления к кожуху 406. Секция 412 размещена между фланцем 414 кожуха 406 и так называемой пламяперебрасывающей трубой 416, выступающей из жаровой трубы 404 и соединяющей жаровую трубу одной камеры сгорания с жаровой трубой соседней камеры сгорания. Благодаря пламяперебрасывающим трубам обеспечивается возможность поступления горячих продуктов сгорания из одной камеры сгорания через указанную трубу для обеспечения источника зажигания в соседней камере. Пламяперебрасывающие трубы проходят от одной жаровой трубы к соседней через соответствующие кожухи.

Горелка 418 размещена на концевой пластине 416. Находящийся под высоким давлением воздух А для сжигания, подаваемый компрессором газовой турбины (не показан), протекает через кольцеобразный проточный канал между жаровой трубой 404 и кожухом 406 или присоединенный к нему проточный рукав и поступает в камеру сгорания, сообщающуюся с жаровой трубой 404 через отверстия в дозирующей пластине 420. При подаче топливо через горелку 418 поступает в камеру сгорания и сгорает вместе с воздухом, при этом образуются газообразные продукты сгорания, которые протекают в турбину по переходному участку 405.

Держатель 402 обеспечивает эффективную изоляцию от вызываемых вибрацией перемещений. Однако все еще существует необходимость в усовершенствовании, в частности, в упрощении производства и сборки, а также в уменьшении тепловых нагрузок и перепадов в тепловом расширении.

Соответственно, есть потребность в усовершенствованной системе для соединения жаровой трубы с кожухом камеры сгорания и в способе установки жаровой трубы кожухе камеры сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины, содержащей жаровую трубу, которая имеет боковую стенку, окружающую камеру горения, и по меньшей мере частично окружена кожухом. К одному концу жаровой трубы прикреплена дозирующая пластина. К кожуху камеры сгорания присоединена торцевая крышка. Также имеется держатель, который соединяет жаровую трубу с кожухом камеры сгорания. Держатель размещен между дозирующей пластиной и торцевой крышкой и прикреплен к ним. Таким образом, жаровая труба поддерживается по существу в соосном положении в кожухе камеры сгорания. И кожух, и жаровая труба могут иметь по существу цилиндрическую форму с по существу круглым поперечным сечением.

Таким образом, держатель расположен позади жаровой трубы камеры сгорания между ее дозирующей пластиной и торцевой крышкой, которая закрывает кожух. Таким образом, обеспечивается удобная возможность по существу освободить пространство между кожухом камеры сгорания и жаровой трубой от каких-либо деталей держателя.

В некоторых вариантах выполнения держатель содержит по меньшей мере одно упругое средство, расположенное между дозирующей пластиной и торцевой крышкой. Упругое средство может содержать одну или несколько упругих или гибких элементов. В некоторых вариантах выполнения в качестве гибких элементов могут использоваться изгибаемые пружины, такие как листовые пружины. В примерных вариантах выполнения в качестве гибких элементов используются тарельчатые пружины или шайбы.

Держатель может содержать один или несколько комплектов упругих элементов, которые различным образом расположены между дозирующей пластиной и торцевой крышкой. В некоторых вариантах выполнения элементы упругого средства находятся в поверхностном контакте с торцевой крышкой.

В некоторых вариантах выполнения держатель содержит первый кольцевой элемент, прижатый к дозирующей пластине, и второй кольцевой элемент, расположенный между первым кольцевым элементом и торцевой крышкой.

В данном документе также описан способ установки жаровой трубы камеры сгорания в кожух камеры сгорания газовой турбины, включающий следующие этапы:

- обеспечение жаровой трубы и дозирующей пластины, выполненной с возможностью прикрепления к жаровой трубе;

- обеспечение кожуха камеры сгорания;

- обеспечение торцевой крышки, выполненной с возможностью прикрепления к торцу кожуха камеры сгорания;

- прикрепление дозирующей пластины камеры сгорания к держателю;

- размещение жаровой трубы в кожухе камеры сгорания;

- прикрепление держателя к торцевой крышке и дозирующей пластине;

- присоединение торцевой крышки к кожуху камеры сгорания так, чтобы обеспечить поддерживание жаровой трубы в кожухе приблизительно концентрично.

Признаки и варианты выполнения настоящего изобретения описаны далее и также указаны в прилагаемой формуле изобретения, которая является неотъемлемой частью настоящего описания. Вышеприведенное краткое описание, в котором изложены признаки различных вариантов выполнения представленного изобретения, приведено для лучшего понимания следующего подробного описания, а также для обеспечения возможности оценить вклад в данную область техники. Очевидно, что есть и другие признаки настоящего изобретения, которые будут описаны далее и раскрыты в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, перед приведением подробного описания нескольких вариантов выполнения изобретения следует отметить, что различные варианты выполнения изобретения не ограничены деталями конструкции и их расположением, описанными в приведенном ниже описании или проиллюстрированными на чертежах. Настоящее изобретение включает и другие варианты выполнения и осуществления различными путями. Также следует понимать, что используемые в данном документе словосочетания и термины приведены с описательной целью и не должны трактоваться в качестве ограничительных.

Таким образом, для специалистов должно быть очевидно, что идея, на которой основано данное изобретение, может быть легко взята за основу при проектировании других конструкций, создании способов и/или систем для достижения целей настоящего изобретения. Важно отметить, что следует трактовать пункты формулы как включающие такие эквивалентные конструкции, которые не выходят за пределы сущности и объема изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания описанных вариантов выполнения изобретения и его многочисленных преимуществ далее приведено подробное описание со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематично изображает разрез камеры сгорания газовой турбины согласно известному уровню техники;

Фиг. 2 схематично изображает разрез, на котором проиллюстрированы основные функциональные элементы камеры сгорания и соответствующей системы гибкого крепления жаровой трубы согласно описанному в данном документе изобретению;

Фиг. 3-5 схематично изображают модификации вариантов выполнения гибких монтажных систем для соединения жаровой трубы камеры сгорания с кожухом;

Фиг. 6 изображает разрез камеры сгорания согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения, описанному в данном документе;

Фиг. 7 изображает основные детали камеры сгорания, показанной на Фиг. 6, в разобранном виде;

Фиг. 8 и 9 изображают в аксонометрии держатель, показанный на Фиг. 6 и 7;

Фиг. 10 изображает увеличенный вид, показанный на Фиг. 6; Фиг. 11-14 изображают дополнительные варианты выполнения держателя согласно настоящему изобретению;

Фиг. 15 и 16 изображают разрезы дополнительных вариантов выполнения держателя согласно настоящему изобретению;

Фиг. 17 и 18 изображают в аксонометрии гибкие элементы держателя, показанного на Фиг. 16;

Фиг. 19 изображает разрез еще одного варианта выполнения камеры сгорания согласно настоящему изобретению;

Фиг. 20 изображает в аксонометрии держатель, показанный на Фиг. 19.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Следующее подробное описание примерных вариантов выполнения проиллюстрировано на прилагаемых чертежах. Одинаковыми номерами позиций на разных чертежах обозначены одни и те же или подобные элементы. Также следует отметить, что чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Приведенное далее подробное описание не ограничивает настоящее изобретение, и его объем определен приложенной формулой изобретения.

Используемые в тексте описания выражения «вариант выполнения» или «некоторые варианты выполнения» означают, что определенный признак, конструкция или характеристика, описанные в отношение какого-либо варианта выполнения, относятся по меньшей мере к одному варианту выполнения настоящего изобретения. Таким образом выражение «в одном варианте выполнения», или «во варианте выполнения», или «в некоторых вариантах выполнения», приведенное в различных местах текста описания, не обязательно относится именно одному и тому же варианту (вариантам) выполнения. Кроме того, определенные признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах выполнения.

Фиг. 2 схематично изображает разрез камеры сгорания согласно описанному здесь изобретению. Разрез выполнен вдоль плоскости, в которой проходит ось камеры сгорания. Камера 1 сгорания содержит жаровую трубу 3 и кожух 5. Жаровая труба 3 по меньшей мере частично опирается на кожух 5. Жаровая труба 3 и кожух 5 по существу концентричны. Кожух 5 может представлять собой проточный рукав, не показанный подробно.

Жаровая труба 3 имеет первый конец 3А, второй конец 3В и проходящую между ними боковую стенку 3С. На первом конце 3А трубы 3 расположена дозирующая пластина 7. От второго конца 3В трубы 3 в направлении силовой турбины, не показанной на чертеже, проходит переходный участок 9 для подачи в турбину сжатых газообразных продуктов сгорания.

Во внутренней части трубы 3 образована камера 11 горения. Воздух, подаваемый компрессором, не показанным на чертеже, поступает в камеру 11 горения по кольцевому проточному каналу 13, образованному между жаровой трубой 3 и кожухом 5 камеры сгорания. Воздух входит в камеру 11 горения через дозирующие проходы или отверстия 7А, выполненные в пластине 7 (см. Фиг. 7), и дополнительные отверстия 3D, выполненные в боковой стенке 3С.

Посредством топливного сопла 15 обеспечивается подача газообразного или жидкого топлива в горелку 17. Топливо смешивается с воздухом для горения, поступающим в камеру 11 горения через дозирующие проходы или отверстия 7А в пластине 7. Воздушно-топливная смесь горит, при этом образуется горячий сжатый газ сгорания, который протекает в силовую турбину по переходному участку 9 и расширяется в турбине, посредством которой часть энергии сжатого и нагретого газообразного продукта сгорания преобразуется в механическую работу, которая сообщается валу турбины.

К пластине 7 прикреплен держатель 21, который соединяет трубу 3 с торцевой крышкой 18. Торцевая крышка 18, в свою очередь, прикреплена к первому концу 5А кожуха 5 камеры сгорания. Точнее, держатель 21 размещен между пластиной 7 и торцевой крышкой 18. Концевая пластина 18 закрывает конец кожуха 5 камеры сгорания, расположенный напротив рабочего колеса турбины, не показанного на чертеже, то есть, напротив переходного участка 9.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения к держателю 21 прикреплена(-ы) часть (части) поверхности дозирующей пластины, на которых отсутствуют дозирующие отверстия, как подробно описано далее.

Держатель 21 выполнен с обеспечением гибкого соединения между пластиной 7 и торцевой крышкой 18 для создания подвижной опоры для жаровой трубы 3 на крышке 18, которая, в свою очередь, присоединена к кожуху 5. Держатель 21 может быть выполнен различным образом, что более подробно описано далее в отношении возможных вариантов выполнения.

В некоторых вариантах выполнения держатель 21 содержит первый кольцевой элемент 23 и второй кольцевой элемент 25. Первый кольцевой элемент 23 прижат к пластине 7, а второй кольцевой элемент 25 присоединен к первому кольцевому элементу 23 и торцевой крышке 18.

В некоторых вариантах выполнения пластина 7 и держатель 21 неразъемно присоединены друг к другу, например, первый кольцевой элемент 23 может быть припаян мягким или твердым припоем к поверхности пластины 7, обращенной к крышке 18. В других вариантах выполнения соединение между пластиной 7 и держателем 21 может быть обеспечено с помощью разъемных элементов, например, болтов и/или винтов. В некоторых вариантах выполнения держатель 21 может быть прикреплен к пластине 7 с помощью заклепок.

Держатель 21 может быть выполнен с возможностью удерживания жаровой трубы 3 в отцентрованном положении относительно топливного сопла горелки 17, торцевой крышки 18 и кожуха 5 камеры сгорания. Дополнительно, держатель 21 может обладать определенной осевой и радиальной жесткостью для достижения требуемой частоты колебаний узла камеры сгорания, которая значительно отличается от частоты вынужденных колебаний, таким образом, предотвращая возникновение резонанса, что обеспечивает уменьшение относительного перемещения, возникающего из-за вибрации на различных скользящих поверхностях.

Для обеспечения гибкости держателя 21 жаровой трубы он может представлять собой упругое средство, которое является промежуточным звеном между дозирующей пластиной 7 и торцевой крышкой 18.

Как схематично показано на Фиг. 2, упругое средство условно представлено в виде первого комплекта соединительных элементов 27, выполненных в виде упругих элементов 27, расположенных между первым кольцом 23 и вторым кольцом 25, и второго комплекта соединительных элементов, выполненных в виде упругих элементов 29, расположенных между вторым кольцевым элементом 25 и торцевой крышкой 18. Упругие элементы 27 и/или 29 могут быть предварительно нагружены относительно торцевой крышки 18 для обеспечения фрикционного амортизирующего эффекта, как подробно описано далее со ссылкой на некоторые варианты выполнения.

Как будет более понятно из следующего описания примерных вариантов выполнения, в некоторых конфигурациях может быть обеспечен только первый комплект упругих элементов 27 или только второй комплект упругих элементов 29. В других вариантах выполнения вместо упругих элементов могут быть использованы элементы 27 и/или 29 для обеспечения жесткого соединения.

Например, Фиг. З схематично изображает конструкцию, в которой упругие элементы 27 первого комплекта заменены жесткими соединителями 28, при этом упругое устройство содержит только второй комплект упругих элементов 29, размещенный между вторым кольцевым элементом 25 и крышкой 18. Жесткие соединители 28 могут иметь любую подходящую форму для обеспечения легкого изготовления и сборки.

Фиг. 4 схематично изображает конструкцию, в которой упругие элементы 29 второго комплекта отсутствуют, при этом второй кольцевой элемент 25 жестко присоединен к торцевой крышке 18, причем упругие элементы 27 первого комплекта выполнены только между первым кольцевым элементом 23 и вторым кольцевым элементом 25.

Фиг. 5 схематично изображает конструкцию, в которой упругие элементы 27 выполнены между первым кольцевым элементом 23 и вторым кольцевым элементом 25, а не между вторым кольцевым элементом 25 и торцевой крышкой 18. Жесткие соединители 32 предназначены для соединения второго кольцевого элемента 25 и торцевой крышки 18.

Фиг. 6-10 подробно изображают примерные варианты выполнения камеры сгорания, содержащие первый и второй комплекты упругих элементов 27 и 29, соответственно, между первым и вторым кольцевыми элементами 23, 25 и между вторым кольцевым элементом 25 и торцевой крышкой 18.

Как лучше всего показано на Фиг. 7, 8, 9 и 10, держатель 21 содержит первый кольцевой элемент 23, который выполнен с возможностью прижатия непосредственно к дозирующей пластине 7 жаровой трубы 3 камеры сгорания. Первый кольцевой элемент 23 выполнен с возможностью контакта с наружной поверхностью дозирующей пластины 7 в области, на которой отсутствуют дозирующие проходы или отверстия 7А.

Первый кольцевой элемент 23 может быть присоединен ко второму кольцевому элементу 25 с помощью первых упругих элементов 27, образующих часть упругого средства. В примерном варианте выполнения, проиллюстрированном на Фиг. 7-9, первый комплект упругих элементов может содержать три упругих элемента 27, которые могут быть размещены с постоянным угловым шагом, то есть приблизительно на 120° друг от друга. В других вариантах выполнения первый комплект упругих элементов 27 может содержать другое количество упругих элементов, например, четыре, пять, шесть или более упругих элементов 27, которые могут быть распределены предпочтительно с равным угловым шагом вокруг оси жаровой трубы 3.

Первые упругие элементы 27 могут быть выполнены в виде криволинейных эластично деформируемых соединителей, первый конец которых прижат к первому кольцевому элементу 23, а второй конец прижат ко второму кольцевому элементу 25. Упругие элементы 27 могут быть изготовлены в виде отдельных деталей, и затем их противоположные концы могут быть приварены, припаяны мягким или жестким припоем к первому 23 и второму 25 кольцевым элементам. В других вариантах выполнения упругие элементы 27 могут быть изготовлены в виде единого целого с первым 23 или со вторым 25 кольцевым элементом и припаяны, приварены или припаяны твердым припоем ко второму или первому кольцевому элементу. В других вариантах выполнения упругие элементы 27 могут быть изготовлены в виде единого целого с первым 23 и вторым 25 кольцевым элементом.

Изготовление упругих элементов 27 в виде отдельных компонентов, которые затем прикрепляют к кольцевым элементам 23, 25, обеспечивает большую свободу в выборе материалов и/или форм поперечного сечения элементов 23, 25, 27, а также при необходимости обеспечивая оптимальное механическое сопротивление и характеристики упругости для различных частей держателя 21.

Второй кольцевой элемент 25 может быть присоединен к крышке 18, например, с возможностью отсоединения, то есть разъемно. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения второй кольцевой элемент 25 может быть присоединен к крышке 18 с помощью болтов 41 и гаек 41А. Болты 41 могут проходить в отверстиях 25А, выполненных в элементе 25, и могут быть закреплены на крышке 18 с помощью гаек 41 А. Согласно другим вариантам выполнения болты 41 могут быть приварены к элементу 25.

Прочное присоединение болтов 41 ко второму кольцевому элементу 25, например, путем сварки, обеспечивает возможность более легкого размещения жаровой трубы 3 в кожухе 5. Действительно, обеспечивается возможность установки держателя 21, содержащего болты 41, проходящие назад от второго кольцевого элемента 25, и пластины 7 на трубе 3. Затем трубу 3 размещают в кожухе 5, обеспечивая возможность вставления болтов 41 в отверстия 18А крышки 18. В конце предварительно собранную конструкцию из держателя 21 и присоединенной к нему трубы 3 привинчивают к внутренней поверхности крышки 18 с помощью гаек 41А.

Согласно некоторым вариантам выполнения труба 3 может быть снабжена двумя или более упорами 4 (см. Фиг. 6), расположенными на ее наружной поверхности и действующими вместе с упорами 6 кожуха, установленными на внутренней поверхности кожуха 5. Эти упоры могут быть применены в качестве временных держателей для жаровой трубы 3 в кожухе 5, например, для обеспечения более легкого монтажа пламяперебрасывающих труб. На Фиг. 6 схематично изображена часть трубы 8, проходящая от трубы 3 через кожух 5 к соседней камере сгорания (не показана). Жаровая труба 3 камеры сгорания может быть временно установлена внутри кожуха 5 с опорой на упоры 4 и 6, обеспечивая возможность ручной сборки труб 8. Работа упрощается благодаря держателю 21, расположенному за пластиной 7 с обеспечением свободного доступа к кольцевому пространству между кожухом 5 и трубой 3. После установки труб 8 обеспечивается возможность установки крышки 18.

Между гайками 41А и наружной поверхностью крышки 18 может быть размещена кольцевая уплотнительная манжета 43 для предотвращения утечек воздуха через выполненные в крышке отверстия 18А для болтов. Для уменьшения или предотвращения утечки воздуха вместе с уплотняющей манжетой или подобным ей элементом на наружной поверхности крышки 18 может быть размещен корпус, закрывающий болты 41 и гайки 41А.

В некоторых вариантах выполнения второй комплект упругих элементов 29 может содержать упругие листы 29, выступающие в радиальном направлении из второго кольцевого элемента 25. Упругие листы 29 могут проходить с наклоном от второго кольцевого элемента 25 к крышке 18, при этом их дальние концы могут оставаться свободными относительно внутренней поверхности крышки 18. Упругие листы 29 могут быть выполнены в виде единого целого со вторым элементом 25. В соответствии с другими вариантами выполнения упругие листы 29 могут быть приварены или припаяны к элементу 25.

Когда держатель 21 прижат к крышке 18 посредством гаек 41А, завинченных на болтах 41, второй кольцевой элемент 25 оказывается перемещен к крышке 18, а упругие листы 29 прижаты к внутренней поверхности крышки 18, вызывая упругую деформацию листов 29. Путем завинчивания соединений болт гайка 41, 41А обеспечивается возможность предварительной нагрузки упругих листов 29. Таким образом, на площади контакта между упругими листами 29 и внутренней поверхностью крышки 18 возникает трение. Перемещение держателя 21 относительно крышки 18, вызванное, к примеру, вибрацией камеры сгорания, может привести к потерям на трение в области контакта. Таким образом, обеспечивается фрикционное демпфирование колебаний жаровой трубы.

Таким образом, получают гибкое соединение трубы 3 с крышкой 18, которое способствует получению требуемого динамического отклика камеры сгорания, на которую действуют силы, обусловленные, к примеру, волнами давления вследствие процесса горения. Это уменьшает вибрацию и износ. Фрикционное демпфирование способствует сбросу энергии и дополнительному уменьшению вибрации и перемещений между деталями узла камеры сгорания. Некоторые модификации и усовершенствования могут быть включены в описанный выше вариант выполнения. Например, могут быть использованы упругие элементы 27 различных форм, например, для оптимизации гибкой упругой деформируемости. Фиг. 11 изображает держатель 21, содержащий первый 23 и второй 25 кольцевые элементы, которые соединены с помощью упругих элементов 27, имеющих волнообразную форму, которая способствует возможности гибкой деформации упругих элементов 27. Упругие листы 29 могут быть выполнены в виде единого целого со вторым кольцевым элементом 25 и/или с первым кольцевым элементом 23 или припаяны к ним.

Фиг. 12 и 13 изображают другие варианты выполнения держателя 21 с упругими элементами 27 разных форм.

Упругие элементы 27, показанные на Фиг. 7-13, могут иметь поперечное сечение, способствующее улучшению аэродинамических характеристик. Например, сечение элементов 27 может способствовать уменьшению трения о воздух и потерей давления в воздушном потоке, поступающем в камеру 11 горения через проходы или отверстия 7А.

Фиг. 14 изображает другой вариант выполнения держателя 21 согласно настоящему изобретению. Держатель 21 на Фиг. 14 содержит первый кольцевой элемент 23, выполненный с возможностью присоединения к дозирующей пластине 7 жаровой трубы 3, и второй кольцевой элемент 25, выполненный с возможностью присоединения к крышке 18. Первый комплект упругих элементов 27 обеспечивает соединение первого и второго кольцевых элементов 23, 25. В этом варианте выполнения упругие элементы 27 выполнены в виде пружин, каждая из которых размещена в по существу петлеобразном корпусе, изготовленном из упруго деформируемого металлического листа или подобного материала. Второй кольцевой элемент 25 может иметь деформируемые на изгиб выступающие в радиальном направлении листы, подобные листам 29 на Фиг. 9-13 (не показаны на Фиг. 14).

Фиг. 15 изображает частичный разрез камеры сгорания согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения. Одинаковыми номерами позиций обозначены те же части, которые показаны на Фиг. 6-10, или аналогичные им. В варианте выполнения на Фиг. 15 первый кольцевой элемент 23 присоединен, например, приварен, припаян, прикреплен с помощью болтов или привинчен к дозирующей пластине 7, а первый и второй кольцевые элементы 23, 25 соединены друг с другом с помощью соединительных элементов 27, которые составляют первый комплект гибких элементов и могут быть жесткими или гибко деформируемыми. Второй кольцевой элемент 25 прижат к крышке 18 с помощью гаек или болтовых элементов 41А, 41. Для обеспечения возможности сообщения упругих характеристик соединению между дозирующей пластиной 7 и крышкой 18 вокруг каждого болта 41 имеется одна или несколько тарельчатых или обычных пружин 47. Набор тарельчатых пружин 47, установленных вокруг каждого болта 41, образует один из комплектов упругих элементов. При присоединении держателя 21 и соответствующей жаровой трубы 3 к крышке 18 упругие элементы, выполненные в виде тарельчатых пружин 47, предварительно нагружены с помощью гаек 41А, навинченных на болты 41. Благодаря контакту с трением, обеспеченному между предварительно нагруженными тарельчатыми пружинами 47 и внутренней поверхностью крышки 18, обеспечивается фрикционное демпфирование вибраций элементов камеры сгорания.

Фиг. 16 и 17 изображают другой вариант выполнения держателя 21, соединяющего жаровую трубу 3 с крышкой 18. Одинаковыми номерами позиций обозначены те же части, которые показаны на вышеописанных чертежах. На Фиг. 16 и 17 первый кольцевой элемент 23 с одной стороны приварен или каким-либо иным образом соединен с пластиной 7 трубы 3, а с другой - со вторым кольцевым элементом 25. Соединение между первым и вторым кольцевыми элементами 23, 25 может быть обеспечено с помощью первого комплекта упругих элементов 27 или жестких соединительных элементов, выполненных в форме стоек и т.п.

Второй кольцевой элемент 25 прижат к крышке 18 с помощью болтов 41 и соответствующих гаек 41А. Как и в описанных выше вариантах выполнения, болты 41 могут быть размещены в отверстиях, выполненных во втором кольцевом элементе 25, или могут быть припаяны или приварены ко второму кольцевому элементу 25. Упругая деформация между держателем 21 и крышкой 18 обеспечена благодаря упругому элементу 51, который может иметь поперечное сечение в целом кольцевой и приблизительно V-образной формы (см. Фиг. 16). Упругий кольцевой элемент 51 может иметь несколько сквозных отверстий 51А для размещения болтов 41. Кольцевой элемент 51 также может содержать первую наружную коническую часть 51В и вторую внутреннюю коническую часть 51 С. В некоторых вариантах выполнения упругий кольцевой элемент 51 может быть выполнен в виде листа упругого металла. Согласно некоторым вариантам выполнения для получения более податливого кольцевого элемента 51 вдоль его наружного края и/или внутреннего края могут быть выполнены выемки или пазы 51D, 51Е.

Кольцевой элемент 51 расположен между вторым кольцевым элементом 25 и внутренней поверхностью крышки 18. Болты 41 проходят в отверстия 51А упругого кольцевого элемента 51 и обеспечивают соединение держателя 21 с крышкой 18. Путем навинчивания гаек 41А на болты 41 обеспечивается предварительная нагрузка упругого кольцевого элемента 51, под действием которой между кольцевым элементом 51 и внутренней поверхностью крышки 18 возникает трение, способствующее фрикционному демпфированию.

В некоторых видоизмененных вариантах выполнения упругий кольцевой элемент 51 может не иметь пазов или выемок 51D, 51Е, как показано на Фиг. 18.

Фиг. 19 схематично изображает разрез другого примерного варианта выполнения камеры сгорания согласно настоящему изобретению. Одинаковыми номерами позиций обозначены те же элементы, которые показаны на Фиг. 2-18, или эквивалентные им. Фиг. 20 изображает вид в аксонометрии держателя 21, показанного на Фиг. 19. В этом варианте выполнения держатель 21 выполнен в виде единого элемента, изготовленного, например, путем вытягивания и обрезания металлического листа. Держатель 21 оснащен первым кольцевым элементом 23, обеспечивающим возможность присоединения к дозирующей пластине 7 жаровой трубы 3. Второй кольцевой элемент 25 образован держателем 21, предназначенным для соединения с крышкой 18. Второй кольцевой элемент 25 может быть снабжен выступающими наружу, предпочтительно упругими листами 29. В собранном состоянии листы 29 предварительно нагружены относительно крышки 18 для обеспечения фрикционного демпфирования. Первый кольцевой элемент 23 и второй кольцевой элемент 25 соединены с помощью стенки 30 с отверстиями, образующей соединительное средство между двумя кольцевыми элементами 23, 25. Отверстия 31 выполнены в стенке 30 для обеспечения возможности протекания через них сжатого воздуха к дозирующим отверстиям 7А.

Держатель 21 расположен между дозирующей пластиной 7 и крышкой 18, обеспечивая лучший доступ к кольцевому объему, ограниченному кожухом 5 камеры сгорания и жаровой трубой 3, таким образом, к примеру, упрощая монтаж труб 8. Более того, конфигурация и расположение держателя 21, имеющего простую форму, способствует лучшему протеканию потока воздуха, проходящего к пластине 7 и дозирующим отверстиям 7А и через них. Упругость держателя и эффект фрикционного демпфирования, обеспеченные посредством упругих элементов, способствуют уменьшению вибрации и препятствуют взаимному перемещению элементов камеры сгорания на поверхностях взаимодействия между ними, таким образом, способствуя уменьшению износа.

Несмотря на то, что описанные варианты выполнения изобретения проиллюстрированы на чертежах и подробно описаны с учетом особенностей и признаков некоторых примеров выполнения, для специалистов будет очевидна возможность осуществления множества модификаций, изменений и опущений, не выходя существенным образом за рамки новых технических решений, принципов и концепций, изложенных в данном документе, а также преимуществ изобретения, раскрытых в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, объем описанного изобретения следует определять на основании наиболее широкого толкования прилагаемой формулы, которое включает все возможные модификации, изменения и опущения. Также следует отметить, что порядок или последовательность любых процессов или этапов способов могут быть изменены согласно альтернативным вариантам выполнения.

Изобретение относится к усовершенствованию камер сгорания газовой турбины. Представлена камера сгорания газовой турбины. Камера сгорания содержит жаровую трубу (3), дозирующую пластину (7), прикрепленную к концу жаровой трубы, и кожух (5), по меньшей мере частично окружающий жаровую трубу (3). Торцевая крышка (18) присоединена к кожуху (5) камеры сгорания. Жаровая труба (3) присоединена к кожуху (5) посредством держателя (21), расположенного между дозирующей пластиной (7) и торцевой крышкой (18), и прикреплена к дозирующей пластине и торцевой крышке. Также представлен способ установки жаровой трубы камеры сгорания в кожухе камеры сгорания газовой турбины. Упругость держателя и эффект фрикционного демпфирования, обеспеченные посредством упругих элементов, способствуют уменьшению вибрации и препятствуют взаимному перемещению элементов камеры сгорания на поверхностях взаимодействия между ними, таким образом, способствуя уменьшению износа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Камера сгорания газовой турбины, содержащая:

жаровую трубу, имеющую первый конец, второй конец и боковую стенку, проходящую между первым концом и вторым концом,

дозирующую пластину, прикрепленную к первому концу жаровой трубы,

кожух камеры сгорания, по меньшей мере частично окружающий жаровую трубу,

торцевую крышку, присоединенную к кожуху камеры сгорания,

держатель, соединяющий жаровую трубу с кожухом камеры сгорания, расположенный между дозирующей пластиной и торцевой крышкой и прикрепленный к дозирующей пластине и торцевой крышке, причем держатель содержит первый кольцевой элемент, прижатый к дозирующей пластине, и второй кольцевой элемент, расположенный между первым кольцевым элементом и торцевой крышкой, при этом между первым кольцевым элементом и вторым кольцевым элементом расположено первое упругое средство, а между вторым кольцевым элементом и торцевой крышкой расположено второе упругое средство.

2. Камера сгорания по п. 1, в которой по меньшей мере одно из первого и второго упругих средств предварительно нагружено и обеспечивает фрикционное демпфирующее действие.

3. Камера сгорания по п. 1 или 2, в которой второе упругое средство находится в поверхностном контакте с торцевой крышкой.

4. Камера сгорания по любому из пп. 1-3, в которой второй кольцевой элемент снабжен упругодеформируемыми выступающими в радиальном направлении элементами, которые находятся в поверхностном контакте с торцевой крышкой.

5. Камера сгорания по любому из предшествующих пунктов, в которой дозирующая пластина имеет дозирующие отверстия, проходящие насквозь, причем первый кольцевой элемент прикреплен к части поверхности дозирующей пластины, на которой дозирующие отверстия отсутствуют.

6. Способ установки жаровой трубы камеры сгорания в кожухе камеры сгорания газовой турбины, включающий:

обеспечение жаровой трубы и дозирующей пластины, выполненной с возможностью прикрепления к жаровой трубе,

обеспечение кожуха камеры сгорания,

обеспечение торцевой крышки, выполненной с возможностью прикрепления к торцу кожуха камеры сгорания,

прикрепление дозирующей пластины жаровой трубы к держателю, причем держатель содержит первый кольцевой элемент, прижатый к дозирующей пластине, второй кольцевой элемент, расположенный между первым кольцевым элементом и торцевой крышкой, первое упругое средство, расположенное между первым кольцевым элементом и вторым кольцевым элементом, и второе упругое средство, которое находится в поверхностном контакте с торцевой крышкой,

прикрепление держателя к торцевой крышке и дозирующей пластине,

размещение жаровой трубы в кожухе камеры сгорания,

присоединение торцевой крышки к кожуху камеры сгорания так, чтобы обеспечить поддерживание жаровой трубы приблизительно концентрично в кожухе камеры сгорания.

7. Способ по п. 6, в котором предварительно упруго нагружают по меньшей мере одно из первого и второго упругих средств.

8. Способ по п. 6 или 7, в котором предварительно нагружают упругое средство относительно торцевой крышки для образования, таким образом, между ними силы трения.

9. Способ по любому из пп. 6-8, в котором между дозирующей пластиной и торцевой крышкой размещают устройство демпфирования вибраций.

10. Способ по любому из пп. 6-9, в котором упругое средство размещают по меньшей мере между вторым кольцевым элементом и торцевой крышкой.