ИНЖЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНЖЕКТОРНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2020 года по МПК F02C7/22 F23R3/20 F23R3/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к инжекторному устройству и способу изготовления инжекторного устройства. В частности, инжекторное устройство предназначено для инжектирования топлива в камеру сгорания газовой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны инжекторные устройства, обладающие удлиненным корпусом, имеющим передний край и задний край лопастной конфигурации и оборудованным соплами для инжекции воздуха, газового топлива и нефтяного топлива. В удлиненном корпусе размещаются магистраль подачи нефтяного топлива и магистраль подачи газа, соединенные по текучей среде с соплами. Магистраль подачи нефтяного топлива и магистраль подачи газа соединены друг с другом, а также соединены с удлиненным корпусом, чтобы поддерживаться в удлиненном корпусе.

Данная конфигурация может вызывать внутренние напряжения в инжекторном устройстве в процессе работы вследствие термического деформирования магистрали подачи нефтяного топлива, магистрали подачи газа и удлиненного корпуса. Напряжения могут приводить к повреждениям в инжекторном устройстве и требуют принятия контрмер.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект изобретения включает в себя создание инжекторного устройства, которое в процессе работы подвергается меньшим внутренним напряжениям по сравнению с существующими инжекторными устройствами.

Другой аспект изобретения заключается в указании способа изготовления инжекционного устройства, которое в процессе работы подвергается меньшим внутренним напряжениям по сравнению с существующими инжекторными устройствами.

Задачи по этим и другим аспектам решаются путем создания инжектора и способа согласно прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные характеристики и преимущества станут более очевидными из описания предпочтительного, но неэксклюзивного варианта осуществления инжекторного устройства и способа, проиллюстрированного на неограничивающем примере на сопроводительных чертежах, где:

на Фигурах 1 и 2 показан вид сбоку и вид в перспективе инжекционного устройства;

на Фигурах 3 и 4 показан продольный разрез и поперечный разрез по линии IV-IV, отмеченной на Фигуре 3, инжекционного устройства в одном варианте осуществления с лопастным задним краем;

на Фигуре 5 показана инжекционная конструкция, которая может быть изготовлена путем выборочной лазерной плавки и которая требует последующей обработки для изготовления инжекторного устройства;

на Фигуре 6 показана инжекционная конструкция в ходе последующей обработки для реализации инжекторного устройства;

на Фигуре 7 показан другой вариант осуществления инжекторного устройства;

на Фигуре 8 показано сечение инжекционного устройства в одном варианте осуществления с прямым задним краем;

на Фигуре 9 показано сечение инжекционного устройства в одном варианте осуществления с зигзагообразным (треугольным) задним краем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Со ссылкой на Фигуры представлено инжекторное устройство 1 для горелки газовой турбины.

Инжекторное устройство 1 содержит удлиненный корпус 2, имеющий передний край 3 и задний край 4; задний край 4 имеет лопастную конфигурацию. В качестве альтернативы задний край может иметь прямую конфигурацию, например, имея генераторы завихрений на удлиненном корпусе 2, или зигзагообразную (треугольную) конфигурацию.

Инжекторное устройство 1 дополнительно имеет воздушные сопла 6, газовые сопла 7 и нефтяные сопла 8, которые предпочтительно располагаются на заднем крае, однако они также могут располагаться иначе, например, воздушные сопла 6 и/или газовые сопла 7, и/или нефтяные сопла 8 могут располагаться на одной или обеих сторонах удлиненного корпуса в дополнение к заднему краю 4 или вместо него.

В удлиненном корпусе 2 предусмотрены магистраль 10 подачи нефтяного топлива, соединенная с нефтяными соплами 8, и магистраль 11 подачи газа, соединенная с газовыми соплами 7.

Предпочтительно магистраль 10 подачи нефтяного топлива соединена с магистралью 11 подачи газа только посредством соединения, созданного между нефтяными соплами 8 и газовыми соплами 7, а магистраль 11 подачи газа соединена с удлиненным корпусом 2 только посредством перемычек 13.

Например, как показано на Фигурах, соединение между магистралью 10 подачи нефтяного топлива и магистралью 11 подачи газа достигается посредством стенок 15, продолжающихся между соплами 7, 8.

Например, перемычки 13, соединяющие магистраль 11 подачи газа с удлиненным корпусом 2, представляют собой удлиненные элементы, продолжающиеся перпендикулярно или по существу перпендикулярно к продольной оси 16 инжекционного устройства 1.

Соединение между магистралью 10 подачи нефтяного топлива и магистралью 11 подачи газа (например, стенки 15) предпочтительно находится на концевой части сопел 7, 8.

В одном варианте осуществления удлиненный корпус 2 может иметь канал 17 на переднем крае 3, при этом перемычки 13 созданы только между магистралью 11 подачи газа и каналом 17.

Предпочтительно инжектор имеет только две перемычки 13, при этом каждая перемычка соединена на одной из сторон магистрали подачи газа.

Работа инжекторного устройства понятна из того, что описано и проиллюстрировано, и по существу сводится к следующему.

Данное инжекторное устройство является составной частью горелки промежуточного нагрева. Газовая турбина с горелкой промежуточного нагрева имеет компрессор для сжатия воздуха, первую горелку для инжектирования топлива в сжатый воздух и сгенерированный горячий газ, турбину высокого давления для частичного расширения горячего газа (однако данная турбина высокого давления может быть не предусмотрена), горелку промежуточного нагрева для инжектирования дополнительного топлива и возможно воздуха в горячий газ, возможно частично расширенный, а также турбину для расширения горячего газа.

В частности, эти инжекторные устройства продолжаются поперечно в магистрали, несущей горячий газ.

В соответствии с режимом работы газовой турбины нефтяное топливо может поступать по каналу 10 подачи нефтяного топлива для инжектирования через сопла 8 и/или газовое топливо может поступать по магистрали 11 подачи газа для инжектирования через сопла 7; обычно вместе с нефтяным топливом и/или газовым топливом подается воздух через удлиненный корпус 2 (в частности, через его область 18). Нефтяное топливо (обычно используется смесь нефти и воды, например эмульсия типа «нефть в воде») и/или газовое топливо, таким образом, сжигаются.

Поскольку инжекторное устройство погружено в горячий газ, при этом пламя находится от него дальше по ходу, оно подвергается термическим деформациям (т.е. деформациям, вызванным перепадом температур в его различных частях). Конструкция, имеющая лишь соединения между магистралью 11 подачи газа и удлиненным корпусом 2 посредством перемычек 13 и между магистралью 11 подачи газа и магистралью 10 подачи нефтяного топлива посредством стенок 15, допускает термоиндуцированные деформации, при которых внутренние напряжения ограничены.

Настоящее изобретение также касается способа изготовления инжекторного устройства. Способ содержит:

- изготовление с помощью выборочной лазерной плавки инжекторной конструкции 20, обладающей вышеописанными признаками, например, удлиненным корпусом 2, магистралью 11 подачи газа, магистралью 10 подачи нефтяного топлива, соплами 7, 8. Кроме того, инжекторная конструкция 20 имеет первые опорные элементы 21 между магистралью 10 подачи нефтяного топлива и магистралью 11 подачи газа, а также второй опорный элемент 22 между магистралью 11 подачи газа и удлиненным корпусом 2.

Первые опорные элементы 21 используются для поддержания магистрали 10 подачи нефтяного топлива в процессе изготовления; например, первые опорные элементы 21 образованы множеством пластин, например, продолжающихся параллельно друг другу и перпендикулярно магистрали 10 подачи нефтяного топлива и магистрали 11 подачи газа, при этом один конец соединен с магистралью 10 подачи нефтяного топлива, а другой конец соединен с магистралью 11 подачи газа.

Второй опорный элемент 22 используется для поддержания магистрали 11 подачи газа в процессе изготовления; например, второй опорный элемент 22 образован пластиной, продолжающейся параллельно магистрали 11 подачи газа и удлиненному корпусу 2.

Выборочная лазерная плавка (SLM) -известная технология, которая содержит создание поочередно множества слоев металлического порошка один поверх другого, при этом для каждого слоя осуществляется избирательное плавление лазером, а затем отверждение порошка согласно заданному паттерну, чтобы построить объект, такой как компонент газовой турбины.

В этой связи предпочтительное направление наращивания - от переднего края к заднему краю, чтобы сопла располагались в наилучшей ориентации наращивания с целью достижения наилучшего качества поверхности при минимальной необходимости в последующей механической обработке.

Способ дополнительно содержит удаление первых опорных элементов и вторых опорных элементов.

Например, первые опорные элементы 21 могут удаляться с использованием штампа, а второй опорный элемент может удаляться посредством пробивания штампом или резки (см. Фигуру 6, где показаны штампы 25).

Кроме того, инжекторная конструкция 20 может также содержать третьи опорные элементы 23 между магистралью 10 подачи нефтяного топлива и удлиненным корпусом 2; например, магистраль 10 подачи нефтяного топлива может продолжаться за пределы магистрали 11 подачи газа, при этом третьи опорные элементы могут содержать одну или несколько пластин, установленных между магистралью 10 подачи нефтяного топлива и удлиненным корпусом 2. В этом случае способ дополнительно содержит удаление третьих опорных элементов 23, например, путем резки или пробивания штампом.

В вышеприведенном описании первые опорные элементы 21, второй опорный элемент 22 и третьи опорные элементы 23 представлены в виде одной или нескольких пластин. Данная конструкция для опорных элементов 21, 22, 23 является предпочтительной, поскольку облегчает пробивание штампом или резку.

Разумеется, описанные признаки могут обеспечиваться независимо друг от друга. Например, признаки по каждому из пунктов прилагаемой формулы изобретения могут применяться независимо от признаков по другим пунктам формулы изобретения.

На практике используемые материалы и размеры могут выбираться по желанию согласно требованиям и существующему уровню техники.

ССЫЛОЧНЫЕ ПОЗИЦИИ

1 инжекторное устройство

2 удлиненный корпус

3 передний край

4 задний край

6 воздушные сопла

7 газовые сопла

8 нефтяные сопла

10 магистраль подачи нефтяного топлива

11 магистраль подачи газа

13 перемычка

15 стенка

17 канал

18 область удлиненного корпуса 2

20 инжекторная конструкция

21 первые опорные элементы

22 второй опорный элемент

23 третьи опорные элементы

25 штамп.

Инжекторное устройство (1) содержит удлиненный корпус (2), имеющий передний край и задний край, газовые сопла (7) и нефтяные сопла (8), магистраль (10) подачи нефтяного топлива, размещенную в удлиненном корпусе (2) и соединенную с нефтяными соплами (8), магистраль (11) подачи газа, размещенную в удлиненном корпусе (2) и соединенную с газовыми соплами (7). Магистраль (10) подачи нефтяного топлива соединена с магистралью (11) подачи газа только между одним или несколькими нефтяными соплами (8) и одним или несколькими газовыми соплами (7), а магистраль (11) подачи газа соединена с удлиненным корпусом (2) только посредством перемычек (13). Также представлен способ изготовления инжекторного устройства. Изобретение позволяет создать инжекторное устройство, которое в процессе работы подвергается меньшим внутренним напряжениям по сравнению с существующими инжекторными устройствами. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Инжекторное устройство (1) для горелки газовой турбины, содержащее

удлиненный корпус (2), имеющий передний край (3) и задний край (4),

газовые сопла (7) и нефтяные сопла (8),

магистраль (10) подачи нефтяного топлива, размещенную в удлиненном корпусе (2) и соединенную с нефтяными соплами (8),

магистраль (11) подачи газа, размещенную в удлиненном корпусе (2) и соединенную с газовыми соплами (7),

отличающееся тем, что

магистраль (10) подачи нефтяного топлива соединена с магистралью (11) подачи газа только между по меньшей мере одним из нефтяных сопел (8) и одним из газовых сопел (7),

магистраль (11) подачи газа соединена с удлиненным корпусом (2) только посредством по меньшей мере одной перемычки (13).

2. Инжекторное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что соединение между магистралью (10) подачи нефтяного топлива и магистралью (11) подачи газа находится на концевой части нефтяных сопел (8) и газовых сопел (7).

3. Инжекторное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что удлиненный корпус (2) имеет по меньшей мере один канал (17) на переднем крае (3), при этом указанная по меньшей мере одна перемычка (13) создана только между магистралью (11) подачи газа и каналом (17).

4. Инжекторное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что содержит только две перемычки (13), при этом каждая перемычка (13) соединена на одной из сторон магистрали подачи газа (11).

5. Инжекторное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что задний край (4) имеет лопастную конфигурацию или прямую конфигурацию, или зигзагообразную конфигурацию.

6. Инжекторное устройство (1) по п.1, дополнительно отличающееся тем, что содержит воздушные сопла.

7. Инжекторное устройство (1) по п.6, отличающееся тем, что воздушные сопла (6) и/или газовые сопла (7), и/или нефтяные сопла (8) находятся на заднем крае (4).

8. Инжекторное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что изготавливается с помощью выборочной лазерной плавки (SLM).

9. Способ изготовления инжекторного устройства (1) по п.1, отличающийся

изготовлением с помощью выборочной лазерной плавки инжекторной конструкции (20), имеющей по меньшей мере признаки инжекторного устройства (1) по п.1, а также

по меньшей мере один первый опорный элемент (21) между магистралью (10) подачи нефтяного топлива и магистралью (11) подачи газа,

по меньшей мере один второй опорный элемент (23) между магистралью (11) подачи газа и удлиненным корпусом (2),

удалением указанного по меньшей мере одного первого опорного элемента (21),

удалением указанного по меньшей мере одного второго опорного элемента (22).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что инжекторная конструкция (20) дополнительно содержит по меньшей мере один третий опорный элемент (23) между магистралью (10) подачи нефтяного топлива и удлиненным корпусом (2), при этом способ дополнительно содержит удаление указанного по меньшей мере одного третьего опорного элемента (23).