ТРУБЧАТАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКУЮ ТРУБЧАТУЮ КАМЕРУ СГОРАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F02C7/00 F01D9/02 F23R3/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трубчатой камере сгорания для газовой турбины для энергосиловых установок. В частности, настоящее изобретение относится к граничной поверхности, то есть уплотненной граничной поверхности между холодной оболочкой и горячей оболочкой, образующими охлаждаемую жаровую трубу трубчатой камеры сгорания для газовой турбины для энергосиловых установок.

Кроме того, настоящее изобретение относится к газовой турбине для энергосиловых установок, содержащей вышеупомянутую трубчатую камеру сгорания.

Описание предшествующего уровня техники

Как известно, газовая турбина в сборе для энергосиловых установок (в дальнейшем только газовая турбина) содержит ротор, имеющий ось и предусмотренный с расположенной выше по потоку компрессорной частью, частью с камерой(камерами) сгорания и расположенной ниже по потоку турбинной частью. Термины «расположенный выше по потоку» и «расположенный ниже по потоку» относятся к направлению основного потока газа, проходящего через газовую турбину. В частности, компрессор содержит входное отверстие, в которое подается воздух, и множество лопастей, сжимающих проходящий воздух. Сжатый воздух, выходящий из компрессора, проходит в камеру повышенного давления, то есть замкнутое пространство, ограниченное наружным корпусом, и оттуда в камеру сгорания. Внутри камеры сгорания сжатый воздух смешивается с, по меньшей мере, одним топливом. Смесь топлива и сжатого воздуха проходит в камеру сгорания, в которой данная смесь сжигается. Образующийся в результате, горячий газ выходит из камеры сгорания и расширяется в турбине, выполняя работу на роторе.

Для достижения высокой эффективности требуется высокая температура на входе турбины. Однако из-за данной высокой температуры образуются выбросы с высоким содержанием NOx.

Для уменьшения данных выбросов и для повышения эксплуатационной гибкости в настоящее время известны газовые турбины особого типа, выполняющие цикл последовательного сжигания.

Как правило, газовая турбина с последовательным сжиганием содержит две камеры сгорания, расположенные последовательно, при этом каждая камера сгорания предусмотрена с соответствующими горелкой и пространством горения. В соответствии с направлением основного потока газа расположенная выше по потоку камера сгорания названа камерой сгорания с предварительным смешиванием, и в нее подается сжатый воздух. Расположенная ниже по потоку камера сгорания названа «последующей» камерой сгорания или камерой сгорания промежуточного подогрева, и в нее подается горячий газ, выходящий из первого пространства горения. В первом типе газовых турбин с последовательным сжиганием две камеры сгорания физически разделены ступенью турбинных лопаток, называемой турбиной высокого давления.

В настоящее время известен второй тип газовых турбин с последовательным сжиганием, при этом газовые турбины данного типа не предусмотрены с турбиной высокого давления, и горелки предварительного смешивания и промежуточного подогрева расположены непосредственно одна за другой по ходу потока внутри общего трубчатого корпуса. В данном типе газовых турбин с последовательным сжиганием предусмотрено множество трубчатых камер сгорания, расположенных в виде кольца вокруг оси ротора. Каждая трубчатая камера сгорания предусмотрена с жаровой трубой, то есть кожухом, ограничивающей (-им) пространства горения, разделенной (-ым) на две части, соответственно расположенную выше по потоку и расположенной ниже по потоку относительно горелки промежуточного подогрева. Расположенная выше по потоку часть жаровой трубы названа жаровой трубой предварительного смешивания, в то время как расположенная ниже по потоку часть названа последующей жаровой трубой и соединена на выходе с фланцем, называемым направляющей рамой и обращенным к турбине. Обычно последующая жаровая труба и направляющая рама выполнены в виде одного компонента, называемого переходной трубой и выполненного с возможностью направления горячего газа, выходящего из камеры сгорания, к турбине, в частности, к первой лопатке турбины. Например, горелка промежуточного подогрева может быть выполнена в виде множества одно- или двухтопливных пальцевых форсунок, проходящих поперек проточного канала. Данные пальцевые форсунки предпочтительно могут быть выполнены в виде обтекаемого тела, предпочтительно имеющего сегментный задний край. Вследствие высокой температуры горячего газа горелка промежуточного подогрева не снабжена никаким искровым источником, и сжигание начинается за счет самовоспламенения.

Само собой разумеется, согласно практике применения по предшествующему уровню техники можно выполнить трубчатую камеру сгорания с одной ступенью сжигания, соответственно содержащую одну горелку и одну жаровую трубу, ограничивающую одно пространство горения.

Вышеописанные различные типы газовых турбин, то есть с трубчатой камерой сгорания с одной или двумя ступенями сжигания, были приведены потому, что настоящее изобретение может быть применено во всех данных трубчатых камерах сгорания двух разных типов.

Жаровая труба трубчатой камеры сгорания образована внутренним трубчатым элементом, называемым горячей оболочкой и ограничивающим пространство горения, и наружным трубчатым элементом, называемым холодной оболочкой. Данная холодная оболочка закрывает снаружи, по меньшей мере, часть горячей оболочки, расположена на расстоянии от горячей оболочки для образования канала для охлаждающего воздуха и определяет наружный диаметр жаровой трубы. В частности, холодная и горячая оболочки прикреплены друг к другу на расположенных ниже по потоку концах, то есть подобные расположенные ниже по потоку концы прикреплены к общей конструкции, которая, как правило, представляет собой направляющую раму, в то время как расположенная выше по потоку часть холодной оболочки перекрывает с возможностью скольжения промежуточную часть горячей оболочки. Трубчатая камера сгорания содержит наружный корпус камеры сгорания, выполненный с возможностью соединения с соответствующим входным отверстием, выполненным в наружном корпусе газовой турбины. Между жаровой трубой камеры сгорания и наружным кожухом камеры сгорания имеется зазор, который позволяет сжатому воздуху достичь горелки, в частности, горелки предварительного смешивания, соединенной с расположенным выше по потоку концом горячей оболочки. Следовательно, подобный зазор ограничен внутри на выходе холодной оболочкой и на входе горячей оболочкой. Вышеупомянутое скользящее соединение между расположенным выше по потоку концом холодной оболочки и горячей оболочкой обеспечивает возможность относительных перемещений данных элементов, которые работают при очень различающихся температурах.

Согласно практике применения по предшествующему уровню техники некоторые разные виды уплотнений предусмотрены на граничной поверхности скольжения на расположенном выше по потоку конце холодной оболочки. Например, в US7007482 раскрыто так называемое уплотнение с формой юбки «хула» (ʺhula sealʺ), прикрепленное к наружной поверхности горячей оболочки и соединенное с возможностью скольжения с расположенным выше по потоку концом холодной оболочки. В альтернативном варианте вместо уплотнения с формой юбки «хула» известно обеспечение граничной поверхности скольжения посредством поршневого кольца между расположенным выше по потоку концом холодной оболочки и горячей оболочкой. При поддержании постоянных диаметра пространства горения, определяемого горячей оболочкой, и внутреннего диаметра наружного корпуса камеры сгорания вышеприведенные описанные решения по предшествующему уровню техники приводят к недостатку, связанному с уменьшением зазора, имеющегося между жаровой трубой камеры сгорания и наружным корпусом камеры сгорания вследствие наличия уплотнения с формой юбки «хула» или поршневого кольца, функционирующего в качестве проставки между горячей и холодной оболочками. Следствием этого уменьшения размера зазора является увеличение падения давления сжатого воздуха, проходящего через зазор. К сожалению, невозможно увеличить диаметр наружного корпуса камеры сгорания для увеличения размера зазора, действительно, размер данного компонента зависит от размера входного отверстия, выполненного с возможностью обеспечения опоры для трубчатой камеры сгорания. Кроме того, невозможно уменьшить диаметр горячей оболочки для увеличения размера зазора. Действительно, горячая оболочка меньшего размера приводит к более высокой скорости горячего газа, которая ухудшает характеристики горения в камере сгорания.

С учетом данного предшествующего уровня техники в настоящее время существует потребность в усовершенствовании вышеописанной уплотненной граничной поверхности скольжения между концом холодной оболочки и горячей оболочкой так, чтобы это не оказывало влияния на воздушный зазор между жаровой трубой и наружным корпусом камеры сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Главная задача настоящего изобретения состоит в разработке трубчатой камеры сгорания для газовой турбины, при этом трубчатая камера сгорания содержит:

- по меньшей мере, одну горелку;

- по меньшей мере, одну жаровую трубу, ограничивающую пространство горения, имеющее ось камеры сгорания.

Жаровая труба содержит:

- внутренний трубчатый элемент, или горячую оболочку; и

- наружный трубчатый элемент, или холодную оболочку, перекрывающий (-ую), по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент и расположенный (-ую) на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента для образования зазора для охлаждающего воздуха.

В данной конфигурации наружный трубчатый элемент содержит расположенный выше по потоку конец, соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента.

Вышеперечисленные элементы трубчатой камеры сгорания известны в уровне техники и относятся как к трубчатой камере сгорания, имеющей одну ступень сжигания, так и к трубчатой камере сгорания, имеющей две последовательные ступени сжигания. В трубчатых камерах сгорания данного второго типа, имеющих две последовательные ступени сжигания, предусмотренные последовательно вдоль направления потока горячего газа, каждая камера сгорания содержит первую горелку, первое пространство горения, вторую горелку, второе пространство горения и переходную трубу, обращенную к турбинной части. Как известно, горячая оболочка проходит от расположенного ниже по потоку конца переходной трубы, называемого направляющей рамой, до первой горелки. Холодная оболочка проходит от направляющей рамы или от зоны, очень близкой к направляющей раме, и заканчивается соединением с горячей оболочкой в промежуточном месте между первой и второй горелками вдоль воздушного зазора между жаровой трубой и наружным корпусом камеры сгорания.

Важно, чтобы соединение между расположенным выше по потоку концом холодной оболочки и горячей оболочкой было герметичным соединением. Согласно уровню техники, как указано выше, данное соединение выполняют посредством приваривания друг к другу двух оболочек или посредством размещения уплотнительного элемента (уплотнения с формой юбки «хула» или поршневого кольца) между внутренней поверхностью холодной оболочки и наружной поверхностью горячей оболочки. В первом решении по предшествующему уровню техники отсутствует возможность относительных перемещений оболочек, но при этом отсутствует влияние на размер зазора. Во втором решении по предшествующему уровню техники обеспечивается возможность относительных перемещений оболочек, но уменьшается зазор и увеличивается падение давления.

Основная задача настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности относительных перемещений оболочек без влияния на размер зазора. Согласно общей идее изобретения соединение между расположенным выше по потоку концом наружного трубчатого элемента и внутренним трубчатым элементом представляет собой соединение с непосредственным контактом поверхностей. Другими словами, внутренняя поверхность расположенного выше по потоку конца наружного трубчатого элемента опирается на наружную поверхность внутреннего трубчатого элемента без какого-либо ограничения на относительное скольжение наружного трубчатого элемента относительно внутреннего трубчатого элемента, по меньшей мере, вдоль аксиального направления, параллельного оси камеры сгорания. Соединение с непосредственным контактом поверхностей согласно изобретению выполнено с возможностью обеспечения уплотненного соединения.

Согласно вышеприведенному решению, которое может быть применено в камере сгорания, имеющей одну из двух последовательных ступеней сжигания, с одной стороны, предпочтительно обеспечивается возможность относительных перемещений оболочек, достаточных для компенсации различных рабочих температур, при этом действительно конец холодной оболочки просто опирается на горячую оболочку без какого-либо ограничения осевого скольжения, и, с другой стороны, изобретение не влияет на размер зазора; действительно, уплотненное соединение не предусмотрено с каким-либо дополнительным уплотнительным элементом между оболочками. Кроме того, данный уплотнительный элемент может подвергаться износу с последующим аномальным режимом работы соответствующей камеры сгорания, и эта одна «плохая» трубчатая камера сгорания может повлиять на характеристики выбросов всей газотурбинной установки.

Согласно другому аспекту изобретения соединение с непосредственным контактном поверхностей содержит, по меньшей мере, один канал для охлаждающего воздуха, выполненный с возможностью соединения пространства горения с камерой повышенного давления, то есть зазором между жаровой трубой и наружным корпусом камеры сгорания, расположенным снаружи жаровой трубы. Действительно, соединение с непосредственным контактом поверхностей ограничивает часть горячей оболочки, которая закрыта холодной оболочкой, и, следовательно, данная перекрытая часть требует дополнительного охлаждения. Согласно изобретению канал для охлаждающего воздуха выполнен с возможностью оставаться открытым независимо от осевого относительного скольжения наружного трубчатого элемента относительно внутреннего трубчатого элемента. По этой причине согласно предпочтительному варианту осуществления канал для охлаждающего воздуха содержит множество проходящих пазов, имеющих, по меньшей мере, протяженность в аксиальном направлении и образованных на расположенном выше по потоку конце наружного трубчатого элемента, и, по меньшей мере, один канал, образованный в части внутреннего трубчатого элемента, соответствующей пазу в радиальном направлении. Данный охлаждающий элемент позволяет выполнить уплотненное соединение с известной степенью утечки, которая не зависит от относительного скольжения наружного трубчатого элемента относительно внутреннего трубчатого элемента и которая не изменяется от камеры сгорания к камере сгорания и в течение всего времени эксплуатации.

Согласно еще одному аспекту изобретения соединение с непосредственным контактом поверхностей также обеспечивает возможность относительного скольжения наружного трубчатого элемента относительно внутреннего трубчатого элемента также вдоль направления по окружности с центром на оси камеры сгорания. Следовательно, канал для охлаждающего воздуха выполнен с возможностью оставаться открытым также независимо от относительного скольжения наружного трубчатого элемента в направлении вдоль окружности относительно внутреннего трубчатого элемента. По этой причине согласно предпочтительному варианту осуществления каждый канал, образованный во внутреннем трубчатом элементе, содержит круговую канавку, образованную на наружной поверхности внутреннего трубчатого элемента, и множество отверстий для эффузии, соединяющих круговую канавку с пространством горения. Отверстия для эффузии предпочтительно имеют наклон относительно радиального направления с центром на оси камеры сгорания для обеспечения пленочного охлаждения вдоль внутренней поверхности внутреннего трубчатого элемента.

Настоящее изобретение предпочтительно может быть использовано в трубчатой камере сгорания с последовательным сжиганием, в которой топливо подается ко второй горелке по центральной трубке, проходящей внутри первого пространства горения вдоль оси камеры сгорания. Действительно, в этом случае диаметр пространства горения не может быть ограничен вследствие наличия трубки, которая уже «отбирает» имеющийся объем пространства горения. Однако настоящее изобретение может быть применено также в других типах трубчатых камер сгорания с последовательным сжиганием, например, в трубчатой камере сгорания с последовательным сжиганием, в которой подача топлива в последующую горелку предусмотрена снаружи пространства горения.

Изобретение было описано выше как относящееся к трубчатой камере сгорания. Однако настоящее изобретение относится также к газовой турбине для энергосиловых установок, содержащей такую трубчатую камеру сгорания, при этом данная трубчатая камера сгорания предпочтительно представляет собой трубчатую камеру сгорания с последовательным сжиганием.

Следует понимать, что как вышеприведенное общее описание, так и нижеследующее подробное описание являются иллюстративными и предназначены для обеспечения дополнительного разъяснения заявленного изобретения. Другие преимущества и признаки изобретения будут очевидны из нижеследующего описания, чертежей и формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные эффекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после тщательного изучения подробного описания с соответствующей ссылкой на сопровождающие чертежи.

Тем не менее, само изобретение может быть лучше всего понято с учетом нижеприведенного подробного описания изобретения, которое описывает иллюстративный вариант осуществления изобретения, рассматриваемый совместно с сопровождающими чертежами, в которых:

- фиг.1 представляет собой схематическое изображение газовой турбины для энергосиловых установок, предусмотренной с трубчатой камерой сгорания, имеющей одну ступень сжигания;

- фиг.2 представляет собой схематическое изображение трубчатой камеры сгорания для газовой турбины для энергосиловых установок, предусмотренной с последовательно расположенными горелками предварительного смешивания и промежуточного подогрева;

- фиг.3 представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией III на фиг.2;

- фиг.4 представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией IV на фиг.3;

- фиг.5 представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией V на фиг.4;

- фиг.6 и 7 представляют собой другие виды части, раскрытой на фиг.5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Техническое содержание и подробное описание настоящего изобретения приведены в дальнейшем в сочетании с приложенными чертежами согласно предпочтительным вариантам осуществления, которые не используются для ограничения объема его реализации. Любые эквивалентные вариант и модификация, выполненные согласно приложенной формуле изобретения, охватываются формулой изобретения, заявленной посредством настоящего изобретения.

Далее будет сделана ссылка на приложенные чертежи для подробного описания настоящего изобретения.

Далее рассматривается фиг.1, которая представляет собой схематическое изображение газовой турбины для энергосиловых установок, которая может быть предусмотрена с горелкой согласно настоящему изобретению. В частности, фиг.1 раскрывает газовую турбину 1, имеющую ось 9 и содержащую компрессор 2, часть 4 с камерами сгорания и турбину 3. Как известно, компрессор содержит входное отверстие, в которое подается окружающий воздух, который после сжатия выходит из компрессора 2 и поступает в камеру 16 повышенного давления, то есть пространство, ограниченное наружным корпусом 17. Из камеры 16 повышенного давления сжатый воздух поступает в часть с камерами сгорания, которая содержит множество трубчатый камер 4 сгорания, расположенных по кольцу вокруг оси 9. Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к направлению основного потока газа. Каждая трубчатая камера 4 сгорания содержит, по меньшей мере, одну горелку 5, в которой сжатый воздух смешивается с, по меньшей мере, одним топливом. Данная смесь затем сжигается в пространстве 6 горения, и образующийся в результате горячий газ проходит в переходную трубу 7, соединенную на выходе с турбиной 3. Турбина 3 содержит множество лопаток 12, то есть направляющих лопаток, опирающихся на обойму 14, и множество лопаток 13, то есть рабочих лопаток, опирающихся на ротор 8. В турбине 3 горячий газ расширяется, выполняя работу на роторе 8, и выходит из турбины 3 в виде отработавшего газа 11.

Далее рассматривается фиг.2, которая представляет собой схематическое изображение трубчатой камеры сгорания, которая может быть применена в газовой турбине по фиг.1 и которая может быть предусмотрена с настоящим изобретением. В частности, фиг.2 раскрывает трубчатую камеру 4 сгорания, содержащую наружный корпус 35 камеры сгорания, соединенный с соответствующим входным отверстием 25 наружного корпуса 17, ограничивающего камеру 16 повышенного давления, в которую сжатый воздух подается посредством компрессора 2. Трубчатая камера 4 сгорания имеет ось 24 и содержит расположенные последовательно вдоль потока М газа первую камеру сгорания, или камеру 18 сгорания с предварительным смешиванием, и вторую камеру сгорания, или камеру 19 сгорания с промежуточным подогревом. В частности, первая камера 18 сгорания содержит первую горелку, или горелку 20 предварительного смешивания, и первое пространство 21 горения. Камера 19 сгорания с промежуточным подогревом содержит горелку 22 промежуточного подогрева и второе пространство 23 горения. Горелка промежуточного подогрева может содержать множество топливных инжекторов 26, в частности, двухтопливных и воздушных инжекторов, расположенных от края до края горелки для впрыска топлива в проходящий горячий газ. Согласно варианту осуществления по фиг.2 топливо подается в топливные инжекторы 26 посредством топливной трубки 27, проходящей в аксиальном направлении через первое пространство 21 горения до горелки 22 промежуточного подогрева. За вторым пространством 23 горения трубчатая камера 4 сгорания содержит переходную трубу 28 для направления потока горячего газа в турбину 3. В альтернативном варианте топливная трубка 27 может быть расположена снаружи пространства 21 горения.

Пространства 21, 23 горения ограничены жаровой трубой 29, содержащей внутренний трубчатый элемент 30, или горячую оболочку, имеющий (-ую) внутреннюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с потоком горячего газа и нагреваемую им, и наружный трубчатый элемент 31, или холодную оболочку, закрывающий (-ую), по меньшей мере частично, горячую оболочку. Между горячей 30 и холодной 31 оболочками имеется зазор 32 для охлаждающего воздуха. Согласно раскрытому варианту осуществления по фиг.2 охлаждающий воздух представляет собой часть сжатого воздуха, который из камеры повышенного давления проходит через охладительные отверстия 33, образованные в расположенной ниже по потоку части холодной оболочки 31. Термин «ниже по потоку» применительно к жаровой трубе относится к частям рядом с турбиной, в то время как термин «выше по потоку» относится к части рядом с горелкой 20 предварительного смешивания. Как раскрыто, расположенный выше по потоку конец 34 холодной оболочки 31 соединен с промежуточной частью горячей оболочки 30, обращенной к наружному корпусу 35 камеры сгорания. Тип соединения между расположенным выше по потоку концом 34 холодной оболочки 31 и горячей оболочкой 30 в дальнейшем будет описан подробно. Между наружным корпусом 30 камеры сгорания и жаровой трубой имеется зазор 36 для обеспечения возможности прохождения сжатого воздуха до горелки 20 предварительного смешивания из камеры 16 повышенного давления. Подобный зазор 36 ограничен ниже потоку холодной оболочкой 31 и наружным корпусом 35 камеры сгорания и выше по потоку горячей оболочкой 30 и наружным корпусом 35 камеры сгорания.

Далее рассматривается фиг.3, которая представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией III на фиг.2. В частности, фиг.3 показывает увеличенный вид зазора 36 и расположенного выше по потоку конца 34 холодной оболочки 31, соединенного с промежуточной частью горячей оболочки 30. Стрелка М определяет направление потока горячего газа внутри камеры сгорания.

Далее рассматривается фиг.4, которая представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией IV на фиг.3. В частности, фиг.4 показывает соединение между расположенным выше по потоку концом 34 холодной оболочки 31 и горячей оболочкой 30. Данное соединение образовано соединением со скользящим контактом, в котором внутренняя поверхность расположенного выше по потоку конца 34 холодной оболочки 31 опирается снаружи на наружную поверхность горячей оболочки 30 без какого-либо ограничения скольжения, по меньшей мере, вдоль аксиального направления, параллельного оси 24 камеры сгорания. Осевое скольжение было показано на фиг.4 ссылочной позицией R. Стрелка С' показывает поток охлаждающего воздуха.

В соответствии с изобретением контакт между внутренней поверхностью расположенного выше по потоку конца 34 холодной оболочки 31 и наружной поверхностью горячей оболочки 30 представляет собой непосредственный контакт без размещения между ними какого-либо другого элемента, например, уплотнительного элемента, подобного уплотнению в виде юбки «хула» или поршневому кольцу.

Для охлаждения части горячей оболочки 30, закрытой расположенным выше по потоку концом 34 холодной оболочки 31 и находящейся в контакте с ним, данное соединение с перекрытием и скользящим контактом содержит также определенные элементы для охлаждения, пригодные для обеспечения эффекта охлаждения независимо от перемещений горячей 30 и холодной 31 оболочек друг относительно друга при скольжении.

Далее рассматривается фиг.5, которая представляет собой увеличенный вид части, обозначенной ссылочной позицией V на фиг.4. На данной фигуре стрелка R относится к радиальному направлению относительно оси 24 камеры сгорания. Фиг.5 показывает две канавки 10, образованные на наружной поверхности горячей оболочки 30, находящей в контакте с расположенным выше по потоку концом 34 холодной оболочки 31. Кроме того, фиг.5 показывает наличие отверстий 15 для эффузии, соединяющих канавки 10 с пространством горения, ограниченным горячей оболочкой 30. Согласно раскрытому варианту осуществления отверстия 15 для эффузии имеют наклон относительно радиального направления R, в частности, выполнены с наклоном в сторону основного направления М горячего газа.

Далее рассматриваются фиг.6 и 7, которые представляют собой другие виды части, показанной на фиг.5. В частности, данные фигуры позволяют понять, как воздух может достичь канавок 10 из зазора 36, даже если холодная оболочка 31 опирается на горячую оболочку 30, и как данное охлаждение выполняется независимо от скольжения горячей 30 и холодной 31 оболочек друг относительно друга. Согласно варианту осуществления по фиг.6 канавки 10 представляют собой круговые канавки 10, проходящие вдоль направления по окружности (показанного на фиг.6 стрелкой С) с центром на оси 24 камеры сгорания. Расположенный выше по потоку конец 34 холодной оболочки 31 содержит множество проходящих пазов 37, проходящих вдоль аксиального направления М от края расположенного выше по потоку конца 34 за канавки 10. Согласно данному решению воздух может свободно достигать канавок 10, проходя через пазы 37, и из канавок 10 может доходить до пространства горения, проходя через отверстия 15 для эффузии. В частности, как раскрыто на фиг.7, отверстия 15 для эффузии также имеют наклон относительно аксиального направления М. Следовательно, охлаждение части горячей оболочки 30 обеспечивается за счет проникновения охлаждающего воздуха в канавки 10, когда он проходит через пазы 37, за счет конвективного охлаждения внутри канавок 10 и за счет пленочного охлаждения на внутренней поверхности, обращенной к пространству горения. Охлаждение не зависит от скольжения горячей 30 и холодной 31 оболочек друг относительно друга в аксиальном направлении, поскольку в случае осевого скольжения в любом случае будет обеспечен доступ к канавкам 10 из зазора 36 за счет протяженности пазов 37 в аксиальном направлении. Само собой разумеется, также в случае относительного скольжения в направлении вдоль окружности в любом случае будет обеспечен доступ к канавкам 10 из зазора 36. Канавки 10 предпочтительно представляют собой профрезерованные канавки, и отверстия 15 для эффузии представляют собой отверстия для эффузии, полученные лазерной прошивкой.

Несмотря на то, что изобретение было разъяснено применительно к предпочтительному (-ым) варианту (-ам) его осуществления, как упомянуто выше, следует понимать, что многие другие возможные модификации и варианты могут быть выполнены без отхода от объема настоящего изобретения. Следовательно, предусмотрено, что приложенные пункт или пункты формулы изобретения будут охватывать подобные модификации и варианты, которые находятся в пределах объема изобретения.

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины, при этом трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку, по меньшей мере одну жаровую трубу, ограничивающую пространство горения, имеющее ось камеры сгорания, при этом жаровая труба содержит: внутренний трубчатый элемент, наружный трубчатый элемент, перекрывающий, по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент и расположенный на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента для образования зазора для охлаждающего воздуха, при этом наружный трубчатый элемент содержит расположенный выше по потоку конец, соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента. Достигается обеспечение возможности относительных перемещений оболочек без влияния на размер зазора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Трубчатая камера сгорания для газовой турбины (1), при этом трубчатая камера (4) сгорания содержит:

- по меньшей мере одну горелку (5, 20, 22);

- по меньшей мере одну жаровую трубу (7, 26), ограничивающую пространство (6, 21, 23) горения, имеющее ось (24) камеры сгорания;

при этом жаровая труба (7, 26) содержит:

- внутренний трубчатый элемент (30) и

- наружный трубчатый элемент (31), перекрывающий, по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент (30) и расположенный на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента (30) для образования зазора (32) для охлаждающего воздуха;

при этом наружный трубчатый элемент (31) содержит расположенный выше по потоку конец (34), соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента (30);

отличающаяся тем, что

соединение между расположенным выше по потоку концом (34) наружного трубчатого элемента (31) и внутренним трубчатым элементом (30) представляет собой соединение (38) с непосредственным контактом поверхностей, при котором внутренняя поверхность расположенного выше по потоку конца (34) наружного трубчатого элемента (31), опирается на наружную поверхность внутреннего трубчатого элемента (30),

при этом соединение (38) с непосредственным контактом поверхностей выполнено с возможностью обеспечения возможности относительного скольжения наружного трубчатого элемента (31) относительно внутреннего трубчатого элемента (30), по меньшей мере, вдоль аксиального направления (М), параллельного оси (24) камеры сгорания, и с возможностью осуществления уплотненного соединения со степенью утечки, не зависящей от относительного скольжения,

причем соединение (38) с непосредственным контактом поверхностей содержит, по меньшей мере, один канал для охлаждающего воздуха, выполненный с возможностью соединения пространства (6, 21, 23) горения с камерой (36) повышенного давления, расположенной снаружи жаровой трубы (7, 26), при этом канал для охлаждающего воздуха выполнен с возможностью быть открытым независимо от осевого относительного скольжения наружного трубчатого элемента (31) относительно внутреннего трубчатого элемента (30),

причем канал для охлаждающего воздуха содержит множество пазов (37), проходящих в аксиальном направлении и образованных на расположенном выше по потоку конце (34) наружного трубчатого элемента (31), и, по меньшей мере, один канал (10, 15), образованный в части внутреннего трубчатого элемента (30), соответствующей пазу (37).

2. Трубчатая камера сгорания по п.1, в которой пазы (37), проходящие в аксиальном направлении, начинаются от концевого края расположенного выше по потоку конца (34) наружного трубчатого элемента (31).

3. Трубчатая камера сгорания по п.1 или 2, в которой соединение (38) с непосредственным контактом поверхностей обеспечивает возможность относительного скольжения наружного трубчатого элемента (31) относительно внутреннего трубчатого элемента (30) также вдоль направления (С) по окружности с центром на оси (24) камеры сгорания.

4. Трубчатая камера сгорания по п.3, в которой каждый канал (10, 15), образованный во внутреннем трубчатом элементе (30), содержит круговую канавку (10), образованную на наружной поверхности внутреннего трубчатого элемента (30), и множество отверстий (15) для эффузии, соединяющих круговую канавку (10) с пространством (6, 21, 23) горения.

5. Трубчатая камера сгорания по п.4, в которой круговая канавка (10) проходит вдоль всего внутреннего трубчатого элемента (30).

6. Трубчатая камера сгорания по п.4 или 5, в которой круговая канавка (10) образована фрезерованием.

7. Трубчатая камера сгорания по одному из предшествующих пунктов 4-6, в которой отверстия (15) для эффузии наклонены относительно радиального направления (R) с центром на оси (24) камеры сгорания.

8. Трубчатая камера сгорания по п.7, в которой отверстия (15) для эффузии имеют наклон по направлению к основному направлению (М) горячего газа.

9. Трубчатая камера сгорания по любому из предшествующих пунктов 4-8, в которой отверстия (15) для эффузии образованы лазерной прошивкой.

10. Трубчатая камера сгорания по любому из предшествующих пунктов, при этом трубчатая камера сгорания содержит расположенные последовательно первую горелку (20), первое пространство (21) горения, вторую горелку (22), второе пространство (23) горения и переходную трубу (28), при этом наружный трубчатый элемент (31) проходит от расположенного ниже по потоку конца переходной трубы (28) вплоть до промежуточного места между первой (20) и второй (22) горелками.

11. Трубчатая камера сгорания по п.10, при этом трубчатая камера сгорания содержит наружный корпус (35) камеры сгорания, выполненный с возможностью соединения с входным отверстием (25) газовой турбины, при этом жаровая труба (26) и наружный корпус (35) камеры сгорания расположены на расстоянии друг от друга для образования зазора (36).

12. Трубчатая камера сгорания по п.10 или 11, при этом трубчатая камера сгорания содержит топливную трубку (27), проходящую внутри первого пространства (21) горения вдоль оси (24) камеры сгорания для подачи топлива во вторую горелку (22).

13. Газовая турбина для энергосиловой установки, при этом газовая турбина (1) имеет ось (9) и содержит в направлении потока газа:

- компрессорную часть (2) для сжатия окружающего воздуха;

- часть (4) с камерой (камерами) сгорания для смешивания и сжигания сжатого с, по меньшей мере, одним топливом;

- по меньшей мере, турбинную часть (3) для расширения горячего газового потока, выходящего из камер (4) сгорания и выполняющего работу на роторе (8);

при этом часть (4) с камерой (камерами) сгорания содержит по меньшей мере одну трубчатую камеру сгорания по любому из предшествующих пунктов.