СЖИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2021 года по МПК F23R3/28 

Область техники

Настоящее изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки.

Уровень техники

Сжигающее устройство газотурбинной установки, раскрытое в публикации JP 2013-245900 A, включает в себя пилотную горелку, основную горелку, расположенную на стороне внешней окружности пилотной горелки, и камеру сгорания для сжигания топлива и воздуха, подаваемых от пилотной горелки и основной горелки. Пилотная горелка представляет собой горелку для диффузионного горения и напрямую впрыскивает топливо в камеру сгорания.

Основная горелка представляет собой горелку для горения предварительно приготовленной смеси и включает в себя топливную форсунку для впрыска топлива, подаваемого из системы подачи топлива, и канал для предварительно приготовленной смеси для смешения друг с другом топлива, впрыскиваемого из топливной форсунки, и воздуха, подаваемого из воздушного канала, и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Таким образом, основная горелка смешивает топливо и воздух в канале для предварительно приготовленной смеси и подает топливовоздушную смесь в камеру сгорания. Горение предварительно приготовленной смеси снижает выбросы NOx по сравнению с диффузионным горением.

Топливная форсунка основной горелки имеет образованный в ней топливный канал, который продолжается в осевом направлении топливной форсунки, и первую и вторую группы отверстий для впрыска топлива, образованных в топливной форсунке таким образом, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между топливным каналом и наружной стороной топливной форсунки.

Первая группа отверстий для впрыска топлива и вторая группа отверстий для впрыска топлива отстоят друг от друга в осевом направлении топливной форсунки. Отверстия для впрыска топлива первой группы представляют собой, например, четыре отверстия для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки. Отверстия для впрыска топлива второй группы представляют собой, например, четыре отверстия для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки. Первая группа отверстий для впрыска топлива и вторая группа отверстий для впрыска топлива впрыскивают потоки топлива в соответствующих направлениях, которые отстоят друг от друга на угол 45 градусов, или, иначе говоря, продолжаются под соответствующими углами, которые отстоят друг от друга на 45 градусов в плоскости поперечного сечения топливной форсунки. Это расположение первой и второй групп отверстий для впрыска обеспечивает рассеянные или распределенные позиции для впрыска топлива в осевом и окружном направлениях топливной форсунки.

Однако описанный выше известный уровень техники все еще нуждается в улучшении. Согласно JP 2013-245900 A первая и вторая группы отверстий для впрыска топлива расположены на плоском участке топливной форсунки, или, более конкретно, на участке топливной форсунки, который имеет постоянный наружный диаметр от ближнего конца до дальнего конца топливной форсунки. Поток воздуха, текущий вдоль плоского участка топливной форсунки, течет в осевом направлении топливной форсунки и почти не имеет составляющей потока в радиальном направлении топливной форсунки. Поток воздуха, текущий вдоль плоского участка топливной форсунки, не содействует смешению топлива, впрыскиваемого из отверстий для впрыска топлива, с воздухом в радиальном направлении топливной форсунки. Следовательно, известный уровень техники все еще нуждается в улучшении в отношении выравнивания распределения концентраций топлива для уменьшения выбросов NOx.

Целью настоящего изобретения является создание сжигающего устройства газотурбинной установки, способного выравнивать распределение концентраций топлива для уменьшения выбросов NOx.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается сжигающее устройство газотурбинной установки, включающее в себя горелку для горения предварительно приготовленной смеси и камеру сгорания для сжигания топлива и воздуха, подаваемых из горелки для горения предварительно приготовленной смеси, причем горелка для горения предварительно приготовленной смеси включает в себя топливную форсунку для впрыска топлива, подаваемого из системы подачи топлива, и канал для предварительно приготовленной смеси для смешения топлива, впрыскиваемого из топливной форсунки, и воздуха, подаваемого из воздушного канала, и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, в котором топливная форсунка включает в себя сужающийся участок, наружный диаметр которого постепенно уменьшается от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, плоский участок, проходящий от сужающегося участка в направлении дальней стороны топливной форсунки и имеющий постоянный наружный диаметр от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, топливный канал, образованный в топливной форсунке и проходящий в осевом направлении топливной форсунки, и множество групп отверстий для впрыска топлива, образованных в топливной форсунке для обеспечения сообщения по текучей среде между топливным каналом и наружной стороной топливной форсунки, причем каждая группа включает в себя по меньшей мере одно отверстие для впрыска топлива, причем группы отстоят друг от друга в осевом направлении топливной форсунки, и группы отверстий для впрыска топлива включают в себя по меньшей мере одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на сужающемся участке.

Согласно настоящему изобретению могут быть уменьшены выбросы NOx.

Вышеуказанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический вид, иллюстрирующий конструкцию сжигающего устройства газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения и конструкцию газотурбинной установки, включающей в себя сжигающее устройство газотурбинной установки;

Фиг. 2 - вид в увеличенном масштабе круговой области II с фиг. 1, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки;

Фиг. 3A и 3B - виды в поперечном разрезе по соответствующим линиям A и B с фиг. 2, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива;

Фиг. 4 - вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки в соответствии со сравнительным примером, и поток воздуха и поток топлива в канале для предварительно приготовленной смеси;

Фиг. 5 - вид в увеличенном масштабе иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, и поток воздуха и поток топлива в канале для предварительно приготовленной смеси;

Фиг. 6A и 6B - виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива в соответствии с первой модификацией настоящего изобретения;

Фиг. 7A и 7B - виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива в соответствии со второй модификацией настоящего изобретения;

Фиг. 8 - вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 9A, 9B и 9C - виды в поперечном разрезе по соответствующим линиям A, B и C с фиг. 8, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива;

Фиг. 10 - вид в увеличенном масштабе иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, и поток воздуха и поток топлива в канале для предварительно приготовленной смеси;

Фиг. 11A, 11B и 11С - виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива в соответствии с третьей модификацией настоящего изобретения;

Фиг. 12 - вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки в соответствии с четвертой модификацией настоящего изобретения; и

Фиг. 13A и 13B - виды в поперечном разрезе по соответствующим линиям A и B с фиг. 12, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Далее со ссылкой на чертежи будет описано сжигающее устройство газотурбинной установке в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 схематично иллюстрируется конструкция сжигающего устройства газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения и конструкция газотурбинной установки, которая включает в себя сжигающее устройство газотурбинной установки. На фиг. 2 представлен вид в увеличенном масштабе круговой области II с фиг. 1, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки основной горелки, и на фиг. 3A и 3B представлены виды в поперечном разрезе по соответствующим линиям A и B с фиг. 2, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива.

Как показано на фиг. 1, газотурбинная электростанция в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления включает в себя электрический генератор 1 и газотурбинную установку для привода электрического генератора 1. Газотурбинная установка включает в себя компрессор 2 для получения воздуха высокого давления, сжигающее устройство 3 для сжигания топлива вместе с воздухом высокого давления, подаваемым от компрессора 2, и турбину 4, приводимую в действие газообразными продуктами горения от сжигающего устройства 3. Электрический генератор 1 и компрессор 3 соединены коаксиальным образом с турбиной 4 и приводятся в действие турбиной 4.

Сжигающее устройство 3, т.е. сжигающее устройство газотурбинной установки, включает в себя пилотную горелку 5, основную горелку 6, расположенную на стороне внешней окружности пилотной горелки 5, полую цилиндрическую жаровую трубу 7, расположенную ниже по потоку, т.е. справа на фиг. 1, от пилотной горелки 5 и основной горелки 6, переходную часть 8, соединенную с нижней по потоку стороной жаровой трубы 7. Воздушный канал 10 для подачи воздуха высокого давления от компрессора 2 в пилотную горелку 5 и основную горелку 6 образован снаружи от жаровой трубы 7 и переходной части 8, т.е. между жаровой трубой 7 и корпусом 9 и между переходной частью 8 и корпусом 9.

Камера 11 сгорания образована в жаровой трубе 7. В камере 11 сгорания сжигают топливо и воздух, подаваемые от пилотной горелки 5 и основной горелки 6, генерируя газообразные продукты горения. Газообразные продукты горения, получаемые в камере 11 сгорания, подают через переходную часть 8 в турбину 4.

Пилотная горелка 5 представляет собой горелку для диффузионного горения и включает в себя топливную форсунку 13 для впрыска топлива, подаваемого из пилотной системы 12 подачи топлива, воздушный канал 14, образованный на стороне внешней окружности топливной форсунки 13, и множество закручивающих лопаток 15 для создания вихревого потока в воздушном канале 14. Воздушный канал 14 сообщается по текучей среде с воздушным каналом 10. Пилотная горелка 5 впрыскивает топливо из топливной форсунки 13 в камеру 11 сгорания и подает воздух из воздушного канала 14 в камеру 11 сгорания.

Основная горелка 6 представляет собой горелку для горения предварительно приготовленной смеси и включает в себя внутренний окружной разделительный элемент 16, выполненный в форме полого цилиндрического элемента, расположенного на стороне внешней окружности пилотной горелки 5, внешний окружной разделительный элемент 17, выполненный в форме полого цилиндрического элемента, расположенного на стороне внешней окружности внутреннего окружного разделительного элемента 16, канал 18 для предварительно приготовленной смеси, образованный между внутренним окружным разделительным элементом 16 и внешним окружным разделительным элементом 17, множество топливных форсунок 20 для впрыска топлива, подаваемого от основной системы 19 подачи топлива, в канал 18 для предварительно приготовленной смеси, и кольцевой стабилизатор 21 пламени, расположенный ниже по потоку от канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Канал 18 для предварительно приготовленной смеси смешивает топливо, впрыскиваемое из топливных форсунок 20, и воздух, подаваемый из воздушного канала 10 через отверстие 22, образованное во внешнем окружном разделительном элементе 17, и подает топливовоздушную смесь в камеру 11 сгорания.

Как иллюстрируется на фиг. 2, каждая из топливных форсунок 20 включает в себя сужающийся участок 23, наружный диаметр которого постепенно уменьшается от его ближней стороны, т.е. левой стороны на фиг. 2, в направлении его дальней стороны, т.е. правой стороны на фиг. 2, плоский участок 24, наружный диаметр которого остается постоянным от его ближней стороны в направлении его дальней стороны и который расположен на дальней стороне относительно сужающегося участка 23, топливный канал 25, образованный в топливной форсунке 20 и проходящий в осевом направлении Z топливной форсунки 20, и первую группу отверстий 26a для впрыска топлива и вторую группу отверстий 26b для впрыска топлива, которые образованы в топливной форсунке 20 таким образом, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между топливным каналом 25 и наружной стороной топливной форсунки 20.

Первая группа отверстий 26a для впрыска топлива и вторая группа отверстий 26b для впрыска топлива отстоят друг от друга в осевом направлении Z топливной форсунки 20. Первая группа отверстий 26a для впрыска топлива расположена выше по потоку от второй группы отверстий 26b для впрыска топлива относительно направления, в котором течет топливо или воздух. Иначе говоря, вторая группа отверстий 26b для впрыска топлива расположена ниже по потоку от первой группы отверстий 26a для впрыска топлива относительно направления, в котором течет топливо или воздух.

Как иллюстрируется на фиг. 3A, отверстия 26a для впрыска топлива первой группы представляют собой четыре отверстия 26a для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Четыре отверстия 26a для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 45, 135, 225 и 315 градусов, которые возрастают по часовой стрелке вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Как иллюстрируется на фиг. 3B, отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой два отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Два отверстия 26b для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0 и 180 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Другими словами, углы, под которыми отверстия 26a для впрыска топлива первой группы расположены вокруг топливного канала 25, и углы, под которыми отверстия 26b для впрыска топлива второй группы расположены вокруг топливного канала 25, сдвинуты из совмещения друг с другом.

Как иллюстрируется на фиг. 2, отверстия 26b для впрыска топлива второй группы образованы на плоском участке 24 топливной форсунки 20. Согласно наиболее важному признаку настоящего изобретения отверстия 26a для впрыска топлива первой группы образованы на сужающемся участке 23 топливной форсунки 20 и расположены в той же позиции, что и отверстие 22 во внешнем окружном разделительном элементе 17, вдоль осевого направления Z канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Эффекты этого будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5.

На фиг. 4 иллюстрируется конструкция топливной форсунки основной горелки в соответствии со сравнительным примером, и поток воздуха и поток топлива в канале для предварительно приготовленной смеси. На фиг. 5 иллюстрируется конструкция топливной форсунки основной горелки в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, и поток воздуха и поток топлива в канале 18 для предварительно приготовленной смеси.

Топливная форсунка, обозначенная как 120, в соответствии со сравнительным примером имеет плоский участок 124, но не имеет сужающегося участка, проходящего от плоского участка 124 в направлении его ближней стороны. Топливная форсунка 120 имеет топливный канал 125, образованный в топливной форсунке 120 и проходящий в осевом направлении Z топливной форсунки 120, и первую группу отверстий 126a для впрыска топлива и вторую группу отверстий 126b для впрыска топлива, которые образованы таким образом, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между топливным каналом 125 и наружной стороной топливной форсунки 120. Отверстия 126a для впрыска топлива первой группы и отверстия 126b для впрыска топлива второй группы образованы на плоском участке 124 топливной форсунки 120.

Как иллюстрируется на фиг. 4, поток воздуха, текущий вдоль плоского участка 124 топливной форсунки 120, ориентирован в осевом направлении Z топливной форсунки 120, и почти не имеет составляющей потока в радиальном направлении X топливной форсунки 120. Этот поток воздуха не содействует смешению топлива, впрыскиваемого из отверстий 126a и 126b для впрыска топлива, с воздухом в радиальном направлении X топливной форсунки 120.

В отличие от этого, как иллюстрируется на фиг. 5, поток воздуха, текущий вдоль сужающегося участка 23 топливной форсунки 20 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, имеет составляющую потока в радиальном направлении X топливной форсунки 20. Этот поток воздуха содействует смешению топлива, впрыскиваемого из отверстия 26a для впрыска топлива первой группы, с воздухом в радиальном направлении X топливной форсунки 20. Тем самым топливная форсунка 20 способна выравнивать распределение концентраций топлива для уменьшения выбросов NOx.

Далее, отверстия 26a для впрыска топлива первой группы и отверстия 26b для впрыска топлива второй группы впрыскивают топливо из топливной форсунки 20 в соответствующих разных позициях в радиальном направлении X. Следовательно, позиции, в которых топливо впрыскивают из топливной форсунки 20, распределены или рассеяны не только в осевом и окружном направлениях топливной форсунки 20, но также в радиальном направлении топливной форсунки 20. Распределенные или рассеянные позиции, в которых топливо впрыскивают из топливной форсунки 20, также являются эффективными для содействия смешению топлива с воздухом. Тем самым топливная форсунка 20 дополнительно способна выравнивать распределение концентраций топлива для уменьшения выбросов NOx. Дополнительно, топливная форсунка 20 способна предотвратить внутреннюю стабилизацию пламени и обратный удар пламени, которые имеют тенденцию к возникновению при наличии областей, в которых высокая концентрация топлива преобладает в канале 18 для предварительно приготовленной смеси. Иначе говоря, локальное соотношение топливо-воздух до камеры 11 сгорания уменьшается, чтобы увеличить стойкость к обратному удару пламени.

В соответствии с первым вариантом осуществления отверстия 26a для впрыска топлива первой группы представляют собой четыре отверстия 26a для впрыска топлива, тогда как отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой два отверстия 26b для впрыска топлива. Однако настоящее изобретение не ограничивается первым вариантом осуществления в отношении количества отверстий для впрыска топлива первой и второй групп. Например, в соответствии с первой модификацией настоящего изобретения, иллюстрируемой на фиг. 6A и фиг. 6B, соответствующих фиг. 3A и фиг. 3B, отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой три отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Как иллюстрируется на фиг. 6B, три отверстия 26b для впрыска топлива второй группы расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0, 120 и 240 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Например, в соответствии, со второй модификацией настоящего изобретения, иллюстрируемой на фиг. 7A и фиг. 7B, соответствующих фиг. 3A и фиг. 3B, отверстия 26a для впрыска топлива первой группы представляют собой два отверстия 26a для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Как иллюстрируется на фиг. 7A, два отверстия 26a для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0 и 180 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой четыре отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Как иллюстрируется на фиг. 7B, четыре отверстия 26b для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 45, 135, 225 и 315 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси.

В соответствии с первой модификацией три отверстия 26b для впрыска топлива второй группы, т.е. заключительной группы, являются асимметричными относительно базовой линии Y, проходящей через радиальный центр топливной форсунки 20 перпендикулярно радиальному направлению X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Три отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные таким образом, способны справляться с обусловленным потоками воздуха неравномерным распределением концентрации топлива, впрыскиваемого из отверстий 26a для впрыска топлива первой группы. В частности, разное количество отверстий 26b для впрыска топлива на радиально внешней и внутренней сторонах канала 18 для предварительно приготовленной смеси является эффективным для выравнивания распределения концентраций топлива.

Второй вариант осуществления

Далее со ссылкой на фиг. 8-10 будет описано сжигающее устройство газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения. Следует отметить, что элементы в рассматриваемом варианте осуществления, которые эквивалентны соответствующим элементам в первом варианте осуществления, имеют такие же ссылочные позиции и их пояснение будет опущено при необходимости.

На фиг. 8 иллюстрируется конструкция топливной форсунки основной горелки в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления. На фиг. 9A, 9B и 9C представлены виды в поперечном разрезе по соответствующим линиям A, B и C на фиг. 8, иллюстрирующие расположение отверстий для впрыска топлива. На фиг. 10 иллюстрируется конструкция топливной форсунки основной горелки в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, и поток воздуха и поток топлива в канале для предварительно приготовленной смеси.

Топливная форсунка, обозначенная как 20, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления включает в себя сужающийся участок 23, плоский участок 24 и топливный канал 25, как и топливная форсунка 20 в соответствии с первым вариантом осуществления. Топливная форсунка 20 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления включает в себя первую группу отверстий 26a для впрыска топлива, вторую группу отверстий 26b для впрыска топлива и третью группу отверстий 26c для впрыска топлива, которые образованы в топливной форсунке 20 таким образом, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между топливным каналом 25 и наружной стороной топливной форсунки 20.

Первая группа отверстий 26a для впрыска топлива, вторая группа отверстий 26b для впрыска топлива и третья группа отверстий 26c для впрыска топлива отстоят друг от друга в осевом направлении Z топливной форсунки 20. Первая группа отверстий 26a для впрыска топлива расположена наиболее высоко по потоку, т.е. выше по потоку от второй и третьей групп отверстий 26b и 26c для впрыска топлива относительно направления, в которой течет топливо или воздух. Третья группа отверстий 26c для впрыска топлива расположена наиболее низко по потоку, т.е. ниже по потоку от первой и второй групп отверстий 26a и 26b для впрыска топлива относительно направления, в котором течет топливо или воздух.

Как иллюстрируется на фиг. 9A, отверстия 26a для впрыска топлива первой группы представляют собой четыре отверстия 26a для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Четыре отверстия 26a для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 45, 135, 225 и 315 градусов, которые возрастают по часовой стрелке вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Как иллюстрируется на фиг. 9B, отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой два отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Два отверстия 26b для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0 и 180 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Другими словами, углы, под которыми отверстия 26a для впрыска топлива первой группы расположены вокруг топливного канала 25, и углы, под которыми отверстия 26b для впрыска топлива второй группы расположены вокруг топливного канала 25, сдвинуты из совмещения друг с другом. Как показано на фиг. 9C, отверстия 26c для впрыска топлива третьей группы представляют собой одно отверстие 26c для впрыска топлива, расположенное под углом 0 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси.

Отверстие 26c для впрыска топлива третьей группы образовано на плоском участке 24 топливной форсунки 20. Согласно наиболее важному признаку настоящего изобретения отверстия 26a для впрыска топлива первой группы и отверстия 26b для впрыска топлива второй группы образованы на сужающемся участке 23 топливной форсунки 20 и расположены ниже по потоку от отверстия 22 во внешнем окружном разделительном элементе 17, вдоль осевого направления Z канала 18 для предварительно приготовленной смеси.

Топливная форсунка 20 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления способна выравнивать распределение концентраций топлива для уменьшения выбросов NOx, как и в случае первого варианта осуществления. Дополнительно, топливная форсунка 20 способна предотвратить внутреннюю стабилизацию пламени и обратный удар пламени, которые имеют тенденцию к возникновению при наличии областей, в которых высокая концентрация топлива преобладает в канале 18 для предварительно приготовленной смеси.

В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления одно отверстие 26c для впрыска топлива третьей группы, т.е. заключительной группы, расположено в позиции, которая является асимметричной относительно базовой линии Y, проходящей через радиальный центр топливной форсунки 20 перпендикулярно радиальному направлению X канала 18 для предварительно приготовленной смеси. Одно отверстие 26c для впрыска топлива, расположенное таким образом, способно справляться с обусловленным потоками воздуха неравномерным распределением концентрации топлива, впрыскиваемого из отверстий 26a и 26b для впрыска топлива первой и второй групп. В частности, разное количество отверстий 26c для впрыска топлива на радиально внешней и внутренней сторонах канала 18 для предварительно приготовленной смеси является эффективным для выравнивания распределения концентраций топлива.

В соответствии со вторым вариантом осуществления отверстия 26a для впрыска топлива первой группы представляют собой четыре отверстия 26a для впрыска топлива, тогда как отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой два отверстия 26b для впрыска топлива и отверстия 26c для впрыска топлива третьей группы представляют собой одно отверстие 26c для впрыска топлива. Однако настоящее изобретение не ограничивается вторым вариантом осуществления в отношении количества отверстий для впрыска топлива первой, второй и третьей групп. Например, в соответствии с третьей модификацией настоящего изобретения, иллюстрируемой на фиг. 11A-11C, соответствующих фиг. 9A-9C, четыре отверстия 26a для впрыска топлива первой группы расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0, 90, 180 и 270 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси, как иллюстрируется на фиг. 11A. Отверстия 26b для впрыска топлива второй группы представляют собой четыре отверстия 26b для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Четыре отверстия 26b для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 45, 135, 225 и 315 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси, как иллюстрируется на фиг. 11B. Отверстия 26c для впрыска топлива третьей группы представляют собой четыре отверстия 26c для впрыска топлива, расположенные с равными интервалами в окружных направлениях топливной форсунки 20. Четыре отверстия 26c для впрыска топлива расположены в плоскости поперечного сечения топливной форсунки 20 под соответствующими углами 0, 90, 180 и 270 градусов вокруг топливного канала 25 от радиального направления X канала 18 для предварительно приготовленной смеси.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как было описано выше, отверстия 26a для впрыска топлива первой группы образованы на сужающемся участке 23 топливной форсунки 20, а отверстия 26b для впрыска топлива второй группы образованы на плоском участке 24 топливной форсунки 20. В соответствии со вторым вариантом осуществления, как было описано выше, отверстия 26a и 26b для впрыска топлива первой и второй групп образованы на сужающемся участке 23, и отверстия 26c для впрыска топлива третьей группы образованы на плоском участке 24 топливной форсунки 20. Однако настоящее изобретение не ограничивается первым и вторым вариантами осуществления в отношении позиций отверстий для впрыска топлива. Например, в соответствии с четвертой модификацией, иллюстрируемой на фиг. 12, 13A и 13B, две группы отверстий 26a и 26b для впрыска топлива образованы на сужающемся участке 23 топливной форсунки 20, и никакие отверстия для впрыска топлива не образованы на плоском участке 24 топливной форсунки 20.

Хотя выше были описаны предпочтительные варианты осуществления и модификации настоящего изобретения, специалистам в этой области техники будет очевидно, что в них могут быть сделаны множество изменений и модификаций, не выходя за пределы объема прилагаемой формулы изобретения.

Перечень ссылочных позиций

3 - сжигающее устройство

6 - основная горелка

10 - воздушный канал

11 - камера сгорания

16 - внутренний окружной разделительный элемент

17 - внешний окружной разделительный элемент

18 - канал для предварительно приготовленной смеси

19 - основная система подачи топлива

20 - топливная форсунка

22 - отверстие

23 - сужающийся участок

24 - плоский участок

25 - топливный канал

26a, 26b, 26c - отверстие для впрыска топлива

Изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки. Сжигающее устройство газотурбинной установки содержит горелку для горения предварительно приготовленной смеси и камеру сгорания для сжигания топлива и воздуха, подаваемых из горелки для горения предварительно приготовленной смеси, причем горелка для горения предварительно приготовленной смеси содержит топливную форсунку для впрыска топлива, подаваемого из системы подачи топлива, и канал для предварительно приготовленной смеси для смешения топлива, впрыскиваемого из топливной форсунки, и воздуха, подаваемого из воздушного канала, и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, при этом топливная форсунка содержит: сужающийся участок, наружный диаметр которого постепенно уменьшается от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, плоский участок, проходящий от сужающегося участка в направлении дальней стороны топливной форсунки и имеющий постоянный наружный диаметр от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, топливный канал, образованный в топливной форсунке и проходящий в осевом направлении топливной форсунки, и множество групп отверстий для впрыска топлива, образованных в топливной форсунке для обеспечения сообщения по текучей среде между топливным каналом и наружной стороной топливной форсунки, причем каждая группа включает в себя по меньшей мере одно отверстие для впрыска топлива, при этом указанные группы отстоят друг от друга в осевом направлении топливной форсунки, причем указанные группы отверстий для впрыска топлива включают в себя по меньшей мере одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на сужающемся участке. Изобретение позволяет снизить количество выбросов NOx. 4 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Сжигающее устройство газотурбинной установки, содержащее:

горелку для горения предварительно приготовленной смеси и

камеру сгорания для сжигания топлива и воздуха, подаваемых из горелки для горения предварительно приготовленной смеси,

причем горелка для горения предварительно приготовленной смеси содержит топливную форсунку для впрыска топлива, подаваемого из системы подачи топлива, и канал для предварительно приготовленной смеси для смешения топлива, впрыскиваемого из топливной форсунки, и воздуха, подаваемого из воздушного канала, и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания,

при этом топливная форсунка содержит:

- сужающийся участок, наружный диаметр которого постепенно уменьшается от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки;

- плоский участок, проходящий от сужающегося участка в направлении дальней стороны топливной форсунки и имеющий постоянный наружный диаметр от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки;

- топливный канал, образованный в топливной форсунке и проходящий в осевом направлении топливной форсунки; и

- множество групп отверстий для впрыска топлива, образованных в топливной форсунке для обеспечения сообщения по текучей среде между топливным каналом и наружной стороной топливной форсунки, причем каждая группа включает в себя по меньшей мере одно отверстие для впрыска топлива, при этом указанные группы отстоят друг от друга в осевом направлении топливной форсунки,

причем указанные группы отверстий для впрыска топлива включают в себя по меньшей мере одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на сужающемся участке.

2. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором группы отверстий для впрыска топлива включают в себя по меньшей мере одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на плоском участке.

3. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором группы отверстий для впрыска топлива включают в себя две группы отверстий для впрыска топлива, образованных на сужающемся участке, и одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на плоском участке.

4. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором

канал для предварительно приготовленной смеси образован между внутренним окружным разделительным элементом и внешним окружным разделительным элементом и питается воздухом из воздушного канала через отверстие, образованное во внешнем окружном разделительном элементе, и

группы отверстий для впрыска топлива включают в себя первую группу отверстий для впрыска топлива, расположенных наиболее высоко по потоку и образованных на сужающемся участке, причем первая группа отверстий для впрыска топлива расположена в той же позиции или ниже по потоку относительно отверстия, образованного во внешнем окружном разделительном элементе, в осевом направлении канала для предварительно приготовленной смеси.

5. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором группы отверстий для впрыска топлива включают в себя заключительную группу отверстий для впрыска топлива, расположенных наиболее низко по потоку, причем заключительная группа отверстий для впрыска топлива представляет собой одно или более отверстий для впрыска топлива, которые являются асимметричными относительно базовой линии, проходящей через радиальный центр топливной форсунки перпендикулярно радиальному направлению канала для предварительно приготовленной смеси.