ГОРЕЛКА ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПОДОГРЕВА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКУЮ ГОРЕЛКУ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПОДОГРЕВА Российский патент 2021 года по МПК F23R3/28 F23R3/16 

Предпосылки к созданию изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к горелке промежуточного подогрева для газовой турбины для электростанций. В частности, настоящее изобретение относится к форме заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева для газовой турбины. Кроме того, данная заявка относится к газовой турбине, содержащей расположенные последовательно вдоль основного потока газа первую горелку, или горелку предварительного смешивания, и вторую горелку, или горелку промежуточного подогрева, снабженную вышеупомянутым топливным инжектором.

Описание известного уровня техники

Как известно, газовая турбина для электростанций (в дальнейшем просто газовая турбина) содержит ротор, обеспеченный расположенными выше по потоку участком компрессора, участком устройства сгорания и расположенным ниже по потоку участком турбины. Термины «ниже по потоку» и «выше по потоку» относятся к направлению основного потока газа, проходящего через газовую турбину. В частности, компрессор содержит впускное отверстие, снабжаемое воздухом, и множество лопаток, сжимающих проходящий воздух. Сжатый воздух, выходящий из компрессора, перемещается в полость, т.е. замкнутый объем, и оттуда в устройство сгорания. В устройстве сгорания сжатый воздух смешивается с по меньшей мере одним топливом. Смесь топлива с сжатым воздухом перемещается в камеру сгорания внутри устройства сгорания, где упомянутая смесь подвергается сжиганию. Образующийся в результате горячий газ выходит из устройства сгорания и подвергается расширению в турбине, осуществляющей работу на роторе.

Для достижения высокого КПД требуется высокая температура на входе в турбину. Однако такая высокая температура приводит к высокому уровню выбросов оксидов азота.

Для снижения уровня данных выбросов и увеличения эксплуатационной гибкости, в настоящее время известны газовые турбины особого типа, осуществляющие цикл последовательного сжигания.

Как правило, газовая турбина, работающая по принципу последовательного сжигания топлива, содержит два устройства сгорания, расположенные последовательно, причем каждое устройство сгорания содержит соответствующую горелку и камеру сгорания. В соответствии с направлением основного потока газа, расположенное выше по потоку устройство сгорания называется устройством сгорания предварительного смешивания и снабжается сжатым газом. Расположенное ниже по потоку устройство сгорания называется следующим или устройством сгорания промежуточного подогрева и снабжается горячим газом, выходящим из первой камеры сгорания. В соответствии с газовыми турбинами последовательного сжигания первого типа, упомянутые два устройства сгорания физически разделены ступенью лопаток турбины, называемой турбиной высокого давления.

В соответствии с основным потоком газа, газовая турбина последовательного сжигания данного первого типа содержит компрессор, первое устройство сгорания, турбину высокого давления, второе устройство сгорания и турбину низкого давления. Компрессор и упомянутые две турбины могут быть соединены с общим ротором, вращающимся вокруг оси и окруженным концентрическим корпусом.

В настоящее время известны газовые турбины последовательного сжигания второго типа, не содержащие турбину высокого давления и в которых устройство сгорания предварительного смешивания и устройство сгорания промежуточного подогрева расположены прямо одно за другим внутри общего корпуса, в частности трубчатого корпуса. В соответствии с газовыми турбинами последовательного сжигания данного типа, предусмотрено множество трубчатых устройств сгорания, расположенных в виде кольца вокруг оси турбины. Каждое трубчатое устройство сгорания снабжено переходным каналом, расположенным ниже по потоку от второго устройства сгорания, для направления горячего воздуха, выходящего из устройства сгорания, к турбине, в частности к первой лопатке турбины.

Как было упомянуто выше, устройство сгорания промежуточного подогрева содержит горелку промежуточного подогрева, снабженную одинарным или двойным топливным инжектором, приспособленным для подачи топлива (мазутного топлива или газового топлива) в поток горячего газа, проходящий через горелку промежуточного подогрева. Кроме того, устройство сгорания промежуточного подогрева может быть снабжено смесительным устройством, которое может быть объединено с топливным инжектором горелки промежуточного подогрева. Горелка промежуточного подогрева, в частности корпус горелки промежуточного подогрева, образует проточный канал горячего газа, имеющий ось и вмещающий в себя топливный инжектор. Ось горелки расположена параллельно направлению потока горячего газа, так что в дальнейшем можно одинаково ссылаться на ось горелки или направление потока газа. Поперечное сечение данного проточного канала горячего газа, т.е. сечение, перпендикулярное направлению потока газа, может быть круглым, квадратным/прямоугольным или кольцеобразным. В случае круглой и квадратной/прямоугольной форм, топливо может подаваться в топливный инжектор посредством трубки, расположенной параллельно, но смещенной относительно оси горелки промежуточного подогрева. В частности, в данном случае упомянутая трубка расположена по меньшей мере частично за пределами упомянутого канала потока газа. В случае кольцеобразной формы, топливная трубка обычно расположена вдоль оси горелки.

Выше были описаны разные типы газовых турбин, поскольку настоящее изобретение может быть использовано во всех этих разных газовых турбинах.

В настоящее время известно, что предложена горелка промежуточного подогрева с двойным топливным инжектором, содержащим по меньшей мере один обтекаемый корпус, содержащий передний край и задний край вдоль направления потока газа и проходящий по существу прямо поперек канала потока газа вдоль первого поперечного направления. Данное первое поперечное направление перпендикулярно направлению потока газа в плоскости, перпендикулярной направлению потока газа. Для каналов горячего газа, имеющих круглое или квадратное/прямоугольное поперечное сечение, горелка промежуточного подогрева содержит множество двойных топливных инжекторов, упомянутых выше и расположенных параллельно друг другу вдоль общего первого поперечного направления. Для канала горячего газа, имеющего кольцеобразное поперечное сечение, горелка промежуточного подогрева содержит множество двойных топливных инжекторов, расположенных радиально относительно оси горелки. В этом случае первое поперечное направление соответствует радиальному направлению относительно оси горелки. Задний край каждого обтекаемого корпуса содержит множество топливных форсунок. Данные форсунки могут представлять собой двойные топливные форсунки с дополнительным каналом для подачи несущего воздуха, или задний край инжектора может содержать первый ряд форсунок для жидкого топлива и отдельный второй ряд форсунок для газообразного топлива. Ось данных форсунок обычно расположена параллельно оси горелки. Однако, в частности для форсунок для жидкого топлива, ось форсунки может быть расположена под углом относительно оси горелки для предотвращения взаимодействия между впрыскиваемыми струями жидкости и корпусом горелки.

Известно, что предложена горелка промежуточного подогрева со смесительными устройствами, приспособленными для смешивания впрыскиваемого топлива с проходящим потоком горячего газа.

Для объединения смесительного устройства с топливным инжектором, известно, что предложен задний край обтекаемого корпуса с лепестковой формой, образующий волну вдоль первого поперечного направления. В частности, вершины данной лепестковой формы указывают попеременно в противоположном направлении второго поперечного направления. Данное второе поперечное направление перпендикулярно первому поперечному направлению в плоскости, перпендикулярной направлению потока газа. В случае кольцеобразной формы, данное второе поперечное направление соответствует окружному направлению, центрированном по оси горелки. Лепестки соседних топливных инжекторов могут быть расположены в фазе или в противофазе. Форсунки для жидкого или мазутного топлива обычно расположены в поворотных точках заднего края лепестковой формы, а форсунки для газообразного топлива расположены вдоль остальных участков заднего края лепесткового формы.

В настоящее время известно, что предложен задний край с круговой лепестковой формой или с прямолинейной лепестковой формой. Прямолинейная лепестковая форма создает более сдвиговый тип впрыскивания потока топлива относительно круговой лепестковой формы, которая позволяет создавать только вихри в направлении потока. Однако прямолинейная лепестковая форма предполагает более высокий перепад давления и к тому же имеет конструктивные ограничения для впрыска в множестве точек вследствие геометрического ограничения.

В настоящее время существует потребность в усовершенствовании лепесткового заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева для нахождения промежуточного решения между прямолинейной и круговой лепестковой формой.

Сущность изобретения

Основной задачей настоящего изобретения является создание нового лепесткового заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева для газовой турбины.

Для решения вышеупомянутой задачи настоящее изобретение предлагает горелку, в частности горелку промежуточного подогрева, для газовой турбины, причем упомянутая горелка содержит:

- проточный газовый канал, образованный посредством корпуса горелки и имеющий ось, параллельную направлению основного потока газа;

- по меньшей мере один топливный или двойной топливный инжектор, причем каждый инжектор содержит обтекаемый корпус, содержащий передний край и задний край вдоль направления потока газа и проходящий прямо поперек канала потока газа вдоль первого поперечного направления, перпендикулярного направлению потока газа в плоскости, перпендикулярной направлению потока газа.

Задний край упомянутого обтекаемого корпуса содержит лепестковую форму вдоль первого поперечного направления, содержащую поворотные точки и вершины лепестков, указывающие попеременно в противоположном направлении вдоль второго поперечного направления. Данное второе поперечное направление перпендикулярно первому поперечному направлению в плоскости, перпендикулярной направлению потока газа.

В соответствии с основным аспектом изобретения, упомянутая лепестковая форма заднего края инжектора представляет собой коническую лепестковую форму, содержащую вершинные участки, по существу параллельные первому поперечному направлению, и боковые участки, соединяющие поворотные точки с вершинными участками.

В частности, упомянутая коническая лепестковая форма определяется как периодическое квадратное уравнение с пятью заданными геометрическими граничными условиями; причем упомянутые пять геометрических граничных условий содержат две точки, однозначно определенные, две точки, определяемые первым геометрическим параметром, и одну, определяемую вторым геометрическим параметром.

Предпочтительно, первый геометрический параметр определяется как отношение длины вершинного участка вдоль первого поперечного направления и расстояния между двумя поворотными точками. Данный первый геометрический параметр, или крутизна наклона, находится в пределах 0,5-0,9 и предпочтительно равен 0,588.

Предпочтительно, второй геометрический параметр определяется как отношение b/B. При заданной первой линии L, проходящей через поворотную точку и вершину; заданной первой касательной Т1 к лепестковой форме в поворотной точке, заданной второй касательной Т2 к вершине, заданной второй линии L2, перпендикулярной первой линии L1 и проходящей через точку пересечения первой касательной Т1 с второй касательной Т2, b определяется как расстояние между первой линией L и лепестковой формой, измеренное по второй линии L2, а В определяется как расстояние между первой линией L и точкой пересечения первой касательной Т1 с второй касательной Т2, измеренное по второй линии L2.

Данный второй геометрический параметр, или конический параметр, находится в пределах 0,5-0,75 и предпочтительно равен 0,504.

Предпочтительно, упомянутая лепестковая форма настоящего изобретения позволяет уменьшить перепад давления, увеличить перемешивание между топливом и горячим газом и уменьшить риск обратной вспышки.

Необходимо понимать, что как вышеприведенное общее описание, так и приведенное ниже подробное описание являются примерными и предназначены для обеспечения дополнительного объяснения заявленного изобретения. Другие преимущества и признаки изобретения станут очевидными из приведенного ниже описания, чертежей и формулы изобретения.

Признаки изобретения, предположительно являющиеся новыми, изложены подробно в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные полезные эффекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после внимательного прочтения подробного описания с необходимыми ссылками на прилагаемые чертежи.

При этом само изобретение может быть понято наилучшим образом посредством ссылки на приведенное ниже подробное описание изобретения, которое описывает примерный вариант осуществления изобретения, воспринимаемое совместно с прилагаемыми чертежами, из которых:

Фиг.1 представляет собой схематичный вид газовой турбины для электростанций, которая может быть снабжена горелкой в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематичный вид трубчатого устройства сгорания для газовой турбины для электростанций, содержащего расположенные последовательно горелку предварительного смешивания и горелку промежуточного подогрева, причем такая горелка промежуточного подогрева может быть выполнена в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3 представляет собой схематичный вид горелки промежуточного подогрева трубчатого устройства сгорания, показанного на фиг.2;

Фиг.4 и 5 представляют собой схематичные виды альтернативных типов горелок предварительного подогрева, которые могут быть выполнены в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6 и 7 представляют собой схематичные виды топливного инжектора для горелки промежуточного подогрева, который может быть выполнен в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.8 представляет собой схематичный вид топливного инжектора, содержащего задний край с конической лепестковой формой в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.9 и 10 представляют собой схематичные виды двух геометрических параметров, определяющих коническую лепестковую форму заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.11 представляет собой схематичный вид влияния геометрического параметра, показанного фиг.9, на лепестковую форму заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.12 представляет собой схематичный вид влияния геометрического параметра, показанного фиг.10, на лепестковую форму заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.13 представляет собой схему суммарного влияния геометрических параметров, показанных на фиг.9 и 10, на лепестковую форму заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.14-17 представляют собой соответственно схематичные виды сбоку и аксиальные виды сравнения между известным лепестковым инжектором и новым лепестковым инжектором, приспособленным для предотвращения столкновения мазута с корпусом горелки мазутного топлива, подаваемого через мазутные форсунки, расположенные в поворотных точках лепестка.

Подробное описание изобретения

В совокупности с прилагаемыми чертежами, техническое содержание и подробное описание настоящего изобретения описаны ниже в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, при этом они не использованы для ограничения области его осуществления. Любое эквивалентное изменение и модификация, выполненные в соответствии с прилагаемой формулой изобретения, все охватываются формулой настоящего изобретения.

Для подробного описания настоящего изобретения ниже будут сделаны ссылки на прилагаемые чертежи.

Теперь сделана ссылка на фиг.1, который представляет собой схематичный вид газовой турбины для электростанций, которая может быть снабжена горелкой в соответствии с настоящим изобретением. В частности, на фиг.1 показана газовая турбина 1, имеющая ось 9 и содержащая компрессор 2, участок 4 устройства сгорания и турбину 3. Как известно, наружный воздух входит в компрессор 2, а сжатый воздух выходит из компрессора 2 и поступает в полость 16, т.е. объем, образованный наружным корпусом 17. Из полости 16 сжатый воздух 37 попадает в устройство сгорания, которое содержит множество трубчатых устройств 4 сгорания, расположенных кольцеобразно вокруг оси 9. Термины «кольцеобразный», «радиальный», «аксиальный», «внутренний» и «внешний» относятся к оси 9, а термины «ниже по потоку» и «выше по потоку» относятся к основному потоку газа. Каждое трубчатое устройство 4 сгорания содержит по меньшей мере одну первую горелку 5, где сжатый воздух 37 смешивается с по меньшей мере одним топливом. Затем данная смесь подвергается сжиганию с камере 6 сгорания, и образующийся в результате горячий газ перемещается переходный канал 7, ниже по потоку соединенный с турбиной 3. Турбина 3 содержит множество лопаток 12, т.е. лопаток статора, поддерживаемых посредством держателя 14 лопаток, и множество лопаток 13, т.е. лопаток ротора, поддерживаемых посредством ротора 8. В турбине 3, горячий газ расширяется, выполняя работу на роторе 8, и выходит из турбины 3 в виде отработавшего газа 11.

Теперь сделана ссылка на фиг.2, который представляет собой схематичный вид трубчатого устройства сгорания, которая может быть использовано в газовой турбине, показанной на фиг.1. В частности, фиг.2 раскрывает трубчатое устройство 4 сгорания, размещенное в соответствующем выходном отверстии наружного корпуса 17, образующего полость 16, куда сжатый воздух подается посредством компрессора 2. Трубчатое устройство 4 сгорания имеет ось 24 и содержит расположенные последовательно вдоль потока М газа первое устройство сгорания, или устройство 18 сгорания предварительного смешивания, и второе устройство сгорания, или устройство 19 сгорания промежуточного подогрева. В частности, первое устройство 18 сгорания содержит первую горелку или горелку 20 предварительного смешивания и первую камеру 21 сгорания. Устройство 19 сгорания промежуточного подогрева содержит горелку 22 промежуточного подогрева и вторую камеру 23 сгорания. Ось 24 горелки расположена параллельно направлению М потока газа, и корпус горелки 22 промежуточного подогрева образует канал 25 (показанный на фиг.3-5) для потока газа. Горелка промежуточного подогрева содержит множество топливных инжекторов 26, в частности двойных инжекторов для топлива и несущего воздуха, расположенных поперек канала 25 для впрыскивания топлива в проходящий горячий газ. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.2, топливо подается в топливные инжекторы 26 посредством топливной трубки 27, продолжающейся аксиально через первую камеру 21 сгорания до горелки 22 промежуточного подогрева. Ниже по потоку от второй камеры 23 сгорания трубчатое устройство 4 сгорания содержит переходный канал 28 для направления потока горячего газа в турбину 3.

Теперь сделана ссылка на фиг.3, который представляет собой схематичный вид горелки промежуточного подогрева трубчатого устройства сгорания, показанного на фиг.2. В частности, фиг.3 показывает вид снизу по потоку горелки 22 промежуточного подогрева вдоль плоскости, перпендикулярной оси 24 и направлению потока горячего газа. Вследствие наличия трубки 27, расположенной по оси, канал 25 промежуточного подогрева образован как кольцевой канал (т.е. имеющий кольцевое поперечное сечение перпендикулярно оси 24 трубы), и топливные инжекторы 26 расположены радиально вдоль направления 29 относительно оси трубы. Лепестковая форма топливных инжекторов 26, показанных на фиг.3, и направление 29 будут описаны подробно в приведенном ниже описании фиг.6 и 7.

Теперь сделана ссылка на фиг.4 и 5, которые представляют собой схематичные виды альтернативных типов горелок промежуточного подогрева, которые могут быть выполнены в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.4, горелка промежуточного подогрева содержит канал 25, имеющий квадратное/прямоугольное поперечное сечение, и топливные инжекторы расположены параллельно вдоль первого поперечного направления 29. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.5, горелка промежуточного подогрева содержит канал 25, имеющий круглое поперечное сечение, и в данном варианте осуществления топливные инжекторы также расположены параллельно вдоль поперечного направления 29 в плоскости, перпендикулярной направлению горячего газа. В данных вариантах осуществления, показанных на фиг.4 и 5, топливо подается в топливные инжекторы посредством трубки, проходящей за пределами корпуса горелки.

Теперь сделана ссылка на фиг.6 и 7, которые представляют собой схематичные виды лепесткового топливного инжектора для горелки промежуточного подогрева, который может быть выполнен в соответствии с настоящим изобретением. Топливный инжектор содержит обтекаемый корпус 28, содержащий передний край 30 и задний край 31 вдоль направления М основного потока. Обтекаемый корпус 28 продолжается прямо поперек всего поперечного сечения канала 25 промежуточного подогрева от первой точки до противоположной точки вдоль первого поперечного направления 29, перпендикулярного направлению потока газа. Задний край 31 обтекаемого корпуса 28 имеет лепестковую форму вдоль поперечного направления 29. Вершины 32 лепестков указывают попеременно в противоположном направлении второго поперечного направления 33, перпендикулярного первому поперечному направлению 29. Лепестки соседних топливных инжекторов могут быть расположены в фазе или в противофазе, и поворотные точки 34 лепестковой формы предпочтительно расположены вдоль центральной плоскости форсунки. Лепестки непрерывно продолжаются от переднего края 30 до заднего края 31. Лепестковый задний край 31, в частности по меньшей мере в поворотных точках 34, снабжен множеством топливных форсунок или двойных топливных форсунок и/или воздушных форсунок.

В случае двойного топливного инжектора, в поворотных точках 34 расположены жидкостные или мазутные форсунки, а в оставшейся части лепесткового края расположено множество газовых форсунок.

Теперь сделана ссылка на фиг.8, который представляет собой схематичный вид топливного инжектора, содержащего задний край с конической лепестковой формой в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с изобретением, лепестковая форма определяется как коническая лепестковая форма, которую можно рассматривать как промежуточную между лепестковой круглой формой и лепестковой прямолинейной формой. Тогда, как изложено в сущности изобретения, в поперечном сечении, перпендикулярном оси горелки, заявленная коническая лепестковая форма содержит вершинный участок 35, т.е. участок, содержащий вершину 32 или среднюю точку вершинного участка 35, который расположен по существу параллельно первому поперечному направлению 29, и два боковых участка 36, соединяющих поворотные точки 34 с вершинным участком 35.

Теперь сделана ссылка на фиг.9 и 10, которые представляют собой схематичные виды двух геометрических параметров, которые позволяют геометрически определить коническую лепестковую форму в соответствии с изобретением. Первый параметр, раскрытый на фиг.9, представляет собой так называемую «крутизну наклона» или SL и определяется соотношением между половиной длины волны λ лепестковой формы, т.е. расстоянием между двумя поворотными точками 34, и длиной А вершинного участка 32 вдоль первого поперечного направления 29. Параметр SL находится в пределах от 0, при котором лепестковая форма представляет собой треугольную форму, а длина А вершинного участка 32 вдоль первого поперечного направления 29 равна 0, до 1, при которой лепестковая форма представляет собой прямолинейную форму, а длина А вершинного участка 32 вдоль первого поперечного направления 29 равна расстоянию между двумя поворотными точками 29. Второй параметр, раскрытый на фиг.10, называется «коническим параметром» или К и определяется отношением b/B. При заданной первой линии, проходящей через поворотную точку 34 и вершину 32; заданной первой касательной Т1 к лепестковой форме в поворотной точке 34, заданной второй касательной Т2 к вершине 32, заданной второй линии L2, перпендикулярной первой линии L и проходящую через точку пересечения первой касательной Т1 с второй касательной Т2, b определяется как расстояние между первой линией L и лепестковой формой, измеренное по второй линии L2, а В определяется как расстояние между первой линией L и точкой пересечения первой касательной Т1 с второй касательной Т2, измеренное по второй линии L2. Параметр К описывает наклон бокового участка 36 относительно второго поперечного направления 33. Параметр К также находится в пределах от 0 до 1.

Посредством использования вышеописанных двух параметров, коническая лепестковая форма настоящего изобретения может быть определена как периодическое квадратное уравнение с пятью заданными геометрическими граничными условиями. Заданные пять геометрических граничных условий включают две точки, однозначно определенные (т.е. поворотные точки), две точки, определяемые параметром SL, и одну точку, определяемую параметром К.

Теперь сделана ссылка на фиг.11, которая представляет собой схематичный вид влияния геометрического параметра SL на лепестковую форму при параметре К, равном 0,6.

Теперь сделана ссылка на фиг.12, который представляет собой схематичный вид влияния геометрического параметра К на лепестковую форму при параметре SL, равном 0,7.

Теперь сделана ссылка на фиг.13, который представляет собой схематичный чертеж суммарного влияния геометрических параметров SL и K на лепестковую форму в соответствии с изобретением.

При постоянном К, с увеличением SL на вершине лепестка появляется острый угол. При постоянном SL, с увеличением SL лепестковая форма становится треугольной формой. При увеличении SL и K, данная форма преобразуется из криволинейного лепестка в прямолинейный лепесток.

Как описано выше, в случае двойного топливного инжектора, жидкостные или мазутные форсунки расположены в поворотных точках 34, а вдоль оставшихся участков лепесткового края расположено множество газовых форсунок. Известно, что предложены жидкостные или мазутные форсунки с осью форсунки, расположенной под углом или наклоненной относительно оси горелки, чтобы предотвратить взаимодействия между впрыскиваемыми струями жидкости и взаимодействия между впрыскиваемыми струями жидкости и корпусом горелки. Однако при таких наклоненных жидкостных и мазутных форсунках может возникать столкновение мазута с корпусом горелки.

Теперь сделана ссылка на фиг.14-17, которые представляют собой соответственно схематичные виды сбоку и аксиальные виды сравнения между известным лепестковым инжектором и новым лепестковым инжектором для горелки промежуточного подогрева. Данный новый лепестковый инжектор приспособлен для предотвращения столкновения мазута с корпусом горелки мазутного топлива, подаваемого через мазутные форсунки, расположенные в поворотных точках.

Фиг.14 и 16 раскрывают известный лепестковый инжектор 26 с двумя мазутными форсунками, соответственно внешней и внутренней мазутной форсункой относительно оси 24 горелки, расположенными в двух поворотных точках 34, в заднем крае 31 инжектора. Поскольку лепестковая форма непрерывно продолжается от переднего края 30 до заднего края 31, начиная от мазутных форсунок в поворотных точках 34, можно определить линию 37 разворота лепестка, продолжающуюся от заднего края 31 до переднего края 30. В случае двух мазутных форсунок, а именно внешней и внутренней мазутных форсунок, лепестковый инжектор 26 содержит внешнюю и внутреннюю линию 37 разворота. В соответствии с известной практикой, показанной на фиг.14 и 16, как внешняя, так и внутренняя линии 37 разворота параллельны оси 24 горелки. В данном варианте осуществления, для предотвращения столкновения мазута мазутного топлива с корпусом горелки, необходимо, чтобы ось мазутной форсунки была расположена под наклоном относительно линии 37 разворота. В частности, ось форсунки наклонена к оси 24 горелки. К сожалению, такая наклонная конфигурация является дорогой и оказывает негативные эффекты на долговечность форсунки.

Фиг.15 и 17 раскрывают лепестковый инжектор 26 с двумя мазутными форсунками, соответственно внешней и внутренней форсункой относительно оси 24 горелки. Кроме того, для данного лепесткового инжектора 26 можно определить внутреннюю и внешнюю линию 37 разворота, как было описано выше. В частности, по меньшей мере в заднем крае 31 данные линии 37 разворота не параллельны оси 24 грелки, а расположены под наклоном относительно оси 24 горелки. С учетом данной наклонной конфигурацией, линии 37 разворота могут быть также по меньшей мере частично видны в аксиальном виде на фиг.17. Как показано на фиг.15, виртуальные линейные продолжения каждой линии 37 разворота ниже по потоку от заднего края 31 образуют углы α, β относительно оси 24 горелки. Предпочтительно, угол α внешней линии 37 разворота больше чем угол β внутренней линии 37 разворота, поскольку мазут, впрыскиваемый внешней форсункой, имеет более высокий риск столкновения с корпусом горелки. Решения, показанные на фиг.15 и 17, позволяют реализовать мазутные форсунки в поворотных точках 34, с осью форсунки, выровненной с соответствующей линией 37 разворота. Таким образом, в соответствии с данным решением упомянутые форсунки легко реализуются, гарантируют более высокую долговечность и в то же время пригодны для предотвращения столкновения мазута с корпусом горелки. Кроме того, конечно, мазутные форсунки, показанные на фиг.15 и 17, могут иметь ось, наклоненную относительно соответствующей наклонной линии 37 разворота. Данное решение дополнительно улучшает эффект предотвращения столкновения мазута с корпусом горелки. Данное решение с наклонными линиями 37 разворота может быть использовано как в инжекторах, имеющих форму конических лепестков, настоящего изобретения, так и в инжекторах обычной круглой лепестковой формы.

Хотя изобретение описано применительно к его предпочтительному варианту (вариантам) осуществления, как было упомянуто выше, необходимо понимать, что множество других возможных модификаций и изменений могут быть выполнены без отхода от объема настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения будет включать в себя такие модификации и изменения, которые находятся в пределах истинного объема изобретения.

Настоящее изобретение относится к горелке промежуточного подогрева для газовой турбины для электростанций. В частности, настоящее изобретение относится к форме заднего края топливного инжектора горелки промежуточного подогрева для газовой турбины. Кроме того, данная заявка относится к газовой турбине, содержащей расположенные последовательно вдоль основного потока газа первую горелку, или горелку предварительного смешивания, и вторую горелку, или горелку промежуточного подогрева, снабженную вышеупомянутым топливным инжектором. Горелка (22) для газовой турбины (1) содержит: проточный канал (25) для газа, имеющий ось (24), параллельную направлению (М) основного потока газа; по меньшей мере один топливный инжектор (26), содержащий по меньшей мере один обтекаемый корпус (28), продолжающийся прямо поперек проточного канала (25) для газа вдоль первого поперечного направления (29) плоскости, перпендикулярной направлению (М) потока газа. Причем обтекаемый корпус (28) содержит лепестковый задний край (31), содержащий поворотные точки (34) и лепестки, направленные попеременно в противоположном направлении вдоль второго поперечного направления (33), перпендикулярного первому поперечному направлению (29) в плоскости, перпендикулярной направлению (М) потока газа, а лепестковый задний край (31) представляет собой задний край (31) с коническими лепестками, содержащий вершинный участок (35), по существу параллельный первому поперечному направлению (29), и два боковых участка (36), соединяющих поворотные точки (34) с вершинным участком (35). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Горелка (22) для газовой турбины (1), содержащая:

- проточный канал (25) для газа, имеющий ось (24), параллельную направлению (М) основного газового потока;

- по меньшей мере один топливный инжектор (26), содержащий по меньшей мере обтекаемый корпус (28), продолжающийся прямо поперек проточного канала (25) для газа вдоль первого поперечного направления (29) плоскости, перпендикулярной направлению (М) потока газа;

причем обтекаемый корпус (28) содержит лепестковый задний край (31), содержащий поворотные точки (34) и вершины (32) лепестков, направленные попеременно в противоположном направлении вдоль второго поперечного направления (33), перпендикулярного первому поперечному направлению (29) в указанной плоскости, перпендикулярной направлению (М) потока газа;

отличающаяся тем, что лепестковый задний край (31) представляет собой задний край (31), имеющий форму конических лепестков, в котором каждый лепесток содержит вершинный участок (35), по существу параллельный первому поперечному направлению (29), и два боковых участка (36), соединяющие поворотные точки (34) с вершинным участком (35).

2. Горелка по п.1, в которой лепестковый задний край геометрически задан как форма, проходящая через две поворотные точки (34), и контролируется пятью геометрическими граничными условиями, причем упомянутые пять геометрических граничных условий содержат две точки, которые однозначно определены, две точки, определяемые первым геометрическим параметром, и одну, определяемую вторым геометрическим параметром.

3. Горелка по п.2, в которой первый геометрический параметр задан как отношение между расстоянием между двумя поворотными точками (34) и длиной (А) вершинного участка (35) вдоль первого поперечного направления (29).

4. Горелка по п.3, в которой первый геометрический параметр находится в пределах 0,5-0,9.

5. Горелка по п.4, в которой первый геометрический параметр равен 0,588.

6. Горелка по любому из пп.2-5, в которой второй геометрический параметр задан отношением b/B; при заданной первой линии (L), проходящей через одну поворотную точку (34) и вершину (32); при заданной первой касательной (Т1) к лепестковой форме в поворотной точке (34), при заданной второй касательной (Т2) к вершине (32), при заданной второй линии (L2), перпендикулярной первой линии (L) и проходящей через точку пересечения первой касательной (Т1) со второй касательной (Т2), b определяется как расстояние между первой линией (L) и лепестковой формой, измеренное по второй линии (L2), а В определяется как расстояние между первой линией (L) и точкой пересечения первой касательной (Т1) со второй касательной (Т2), измеренное по второй линии (L2).

7. Горелка по п.6, в которой второй геометрический параметр находится в пределах 0,5-0,75.

8. Горелка по п.7, в которой второй геометрический параметр равен 0,504.

9. Горелка по любому из пп.1-8, в которой канал (25) газового потока имеет круглое поперечное сечение.

10. Горелка по любому из пп.1-9, в которой проточный канал (25) для газа имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение.

11. Горелка по любому из пп.1-10, в которой проточный канал (25) для газа имеет кольцеобразное поперечное сечение.

12. Газовая турбина (1) для электростанции, имеющая ось (9) и содержащая в соответствии с направлением потока газа:

- участок (2) компрессора для сжатия наружного воздуха,

- устройство (4) сгорания для смешивания и сжигания сжатого воздуха по меньшей мере с одним топливом,

- по меньшей мере одну турбину (3) для расширения потока сжигаемого горячего газа, выходящего из устройства (4) сгорания и выполняющего работу на роторе (8);

причем устройство (4) сгорания содержит расположенную выше по потоку горелку и расположенную ниже по потоку горелку; причем расположенная ниже по потоку горелка выполнена по любому из пп.1-11.

13. Газовая турбина по п.12, в которой газовая турбина (1) содержит турбину высокого давления и турбину низкого давления, причем расположенная ниже по потоку горелка установлена между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления.

14. Газовая турбина по п.12, в которой устройство (4) сгорания представляет собой трубчатое устройство сгорания, вмещающее в себя расположенные последовательно расположенную выше по потоку и расположенную ниже по потоку горелку.