КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2022 года по МПК F02C7/18 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к конструкции камеры сгорания газовой турбины и, в частности, относится к технологии, которая эффективно применяется в конструкции торцевой рамы переходного отсека и более детально - к охлаждающим отверстиям переходного отсека.

В газовой турбине для использования в обычной электростанции и с обычным механическим приводом воздух высокого давления, который подается из воздушного компрессора, поступает в камеру через диффузор и проходит в камеру с разделением на часть, используемую в блоке горелок в качестве воздуха для сгорания, и часть, используемую для охлаждения камеры сгорания и корпуса газовой турбины.

Газ сгорания, образующийся при сгорании топливо-воздушной смеси в камере сгорания, поступает на лопатку турбины через переходный отсек. В результате преобразования работы, совершаемой при адиабатическом расширении газа сгорания с высокой температурный и высоким давлением, поступающего на лопатку турбины, в осевое вращательное усилие генератор вырабатывает электрическую энергию.

Кроме того, также существует установка с механическим приводом, в которой за счет использования этого осевого вращательного усилия во вращение вместо генератора приводится другой компрессор, и газовая турбина используется в качестве источника энергии для сжатия текучей среды.

Из уровня техники в этой области техники, к которой относится изобретение, известен объект, раскрытый, например, в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455. В этой выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455, раскрыт "высокотемпературный элемент конструкции газовой турбины, который образует канал газа сгорания, по которому проходит газ сгорания, причем в этом высокотемпературном элементе конструкции газовой турбины сформированы: канавка, которая утоплена относительно торцевой поверхности, обращенной к другому высокотемпературному элементу конструкции, расположенному рядом вдоль канала газа сгорания, в направлении удаления от этого другого высокотемпературного элемента конструкции, охлаждающий канал, который проходит в направлении этой торцевой поверхности в области между этой канавкой и этим каналом газа сгорания, впускной канал, который соединяет указанную канавку с охлаждающимся каналом, и выпускной канал, который соединяет охлаждающий канал с каналом газа сгорания".

Кроме того, в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2007-120504, раскрыта "Охлаждающая конструкция камеры сгорания, которая включает в себя на стенке переходного отсека камеры сгорания: воротник, размещенный со стороны внешней окружности переходного отсека камеры на заднем его торце со стороны выпуска газа сгорания с выступанием наружу из этого переходного отсека камеры сгорания; уплотнение переходного отсека, имеющее крюкообразную форму поперечного сечения, которое надето на воротник и закреплено на воротнике в положении напротив торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания; множество канавок для охлаждения, которые проходят в осевом направлении переходного отсека камеры сгорания в стенке переходного отсека камеры сгорания, по меньшей мере часть которых проходит вниз до торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания и внутри которых проходит охлаждающая среда; и сквозное отверстие, выполненное на торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания и предназначенное для выпуска охлаждающей среды из канавок для охлаждения, которые проходят вниз до заднего торца переходного отсека камеры сгорания, с распылением на уплотнение переходного отсека".

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Так как переходный отсек, который соединяет горелку камеры сгорания с лопаткой турбины, подвергается воздействию высокотемпературного газа сгорания, необходимо охлаждать переходный отсек за счет использования части воздуха, выпускаемого компрессором. Как правило, используются такие системы, как система пленочного охлаждения, которая защищает переходный отсек с помощью воздушной пленки, формирующейся в результате впрыскивания текучей среды через охлаждающее отверстие, система конвекционного охлаждения, которая охлаждает внешнюю поверхность переходного отсека с помощью воздуха, выпускаемого компрессором и, таким образом, снижает температуру внутренней металлической поверхности переходного отсека, и т.д.

Кроме того, так как лопатка турбины также подвергается воздействию высокотемпературного газа сгорания, необходимо снижать температуру металла с помощью системы охлаждения внутренней части лопатки, системы пленочного охлаждения и т.д.

Однако в случае, когда охлаждающий воздух используется как в камере сгорания, так и в лопатке турбины, возникает проблема, связанная с тем, что вследствие снижения эффективности газовой турбины и сокращения количества воздуха, используемого для горения, происходит локальное повышение соотношения топлива и воздуха (отношения количества воздуха к количеству топлива) в блоке горелок и повышение температуры газа сгорания, а также повышение температуры металла. Локальное повышение температуры газа сгорания приводит к повышению концентрации NOx (оксидов азота) в отработанном газе, а повышение температуры металла приводит к снижению надежности и долговечности высокотемпературных элементов конструкции.

В описанной выше выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455, сжатый воздух приводится в контакт с угловым участком бандажа лопатки статора (внутреннего бандажа 45). Однако с точки зрения угла соударения охлаждающего воздуха трудно назвать это ударным охлаждением, и охлаждение бандажа лопатки статора (внутреннего бандажа 45) в достаточной степени является затруднительным. Кроме того, между торцевой рамой переходного отсека и впускным отверстием турбины установлен уплотнительный элемент, и охлаждающие отверстия выполнены в этом уплотнительном элементе.

В описанной выше выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2007-120504, например, как показано на фиг. 11С, предусмотрено охлаждение корпуса 5 переходного отсека и бандажа 16 лопатки статора первой ступени, однако, как правило, охлаждение торцевой рамы переходного отсека, устанавливаемой на участке выпускного отверстия переходного отсека, не предусматривается.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание камеры сгорания газовой турбины с охлаждающими отверстиями переходного отсека и обеспечение возможности эффективного охлаждения торцевой рамы переходного отсека и торцевой стенки лопатки статора первой ступени, а также возможности сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения.

Для решения вышеупомянутых проблем в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрены охлаждающие отверстия переходного отсека газовой турбины, которая включает в себя переходный отсек, который направляет газ сгорания из камеры сгорания в турбину, торцевую раму переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстии переходного отсека со стороны турбины и размещена напротив торцевой стеной лопатки статора первой ступени турбины с заданным зазором, и уплотнительный элемент, надетый на торцевую раму переходного отсека и вставленный в торцевую стенку лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор, причем охлаждающие отверстия размещены в торцевой раме переходного отсека так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к торцевой стенке лопатки статора первой ступени.

В соответствии с настоящим изобретением появляется возможность реализовать охлаждающие отверстия переходного отсека, обеспечивающие возможность эффективного охлаждения торцевой рамы переходного отсека и торцевой стенки лопатки статора первой ступени, а также сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения.

Следовательно, появляется возможность реализовать высокоэффективные охлаждающие отверстия переходного отсека, отличающиеся высокой надежностью и долговечностью.

Другие объекты изобретения, конструкции и эффекты станут очевидными из описания приводимых ниже вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной газовой турбины;

Фиг. 2 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной камеры сгорания;

Фиг. 3 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции участка В на фиг.3 в увеличенном виде;

Фиг. 5 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 - схематическая иллюстрация конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.5 в разрезе по линии С-С;

Фиг. 7 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.7 по стрелке (в перспективе) в направлении D-D';

Фиг. 9 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 10 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.9 по стрелке (в перспективе) в направлении Е-Е';

Фиг. 11 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.12 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.11 по стрелке (в перспективе) в направлении F-F';

Фиг. 13 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 14 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.13 по стрелке (в перспективе) в направлении G-G'; и

Фиг. 15 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека, известной из уровня техники, в разрезе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится описание вариантов осуществления настоящего изобретения. При этом на каждом из чертежей одни и те же ссылочные позиции присвоены одним и тем же элементам конструкции, и их повторного подробного описания не приводится.

Первый вариант осуществления

Сначала со ссылками на фиг.1, фиг.2 и фиг.15 приводится описание охлаждающих отверстий переходного отсека, являющихся объектом изобретения, и рассматриваются присущие им проблемы. На фиг.1 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной турбины. На фиг.2 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной камеры сгорания, на которой камера сгорания показана в форме камеры сгорания, которая включает в себя переходный отсек 4 и торцевую раму 6 переходного отсека. На фиг.15 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека, известной из уровня техники в разрезе.

Как показано на фиг.1, газовая турбина в общих чертах состоит из компрессора 1, камеры 2 сгорания и турбины 3. Компрессор 1 адиабатически сжимает воздух, всасываемый из атмосферы в качестве рабочей текучей среды. За счет смешивания топлива со сжатым воздухом, подаваемым из компрессора 1, и сжигания этой смеси камера 2 сгорания вырабатывает газ сгорания с высокой температурой и высоким давлением. В турбине 3 в результате расширения газа сгорания, поступающего из камеры 3 сгорания, вырабатывается вращательное усилие. Воздух, поступающий из турбины 3, выпускается в атмосферу.

Как показано на фиг.2, переходный отсек 4, который направляет газ сгорания из камеры 2 сгорания в турбину 3, установлен между камерой 2 сгорания и турбиной 3 (в направлении 5 прохождения газа сгорания). Вокруг переходного отсека 4 смонтирован проточный рукав (непоказанный). Охлаждающий воздух, выпускаемый из компрессора 1, поступает между проточным рукавом и переходным отсеком 4 и проходит вдоль канала охлаждающего воздуха, сформированного между проточным рукавом и переходным отсеком 4, и, таким образом, переходный отсек 4 охлаждается этим охлаждающим воздухом. Торцевая рама 6 переходного отсека, представляющая собой упрочняющий элемент, установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека 4 со стороны турбины 3.

Как показано на в фиг.15, торцевая рама 6 переходного отсека, известная из уровня техники, размещена напротив торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени (обычно именуемой "стопорным кольцом") с заданным зазором, причем торцевая рама 6 переходного отсека и торцевая стенка 10 лопатки статора первой ступени ("стопорное кольцо") вставлены в и надеты на уплотнительный элемент 11, который уплотняет от утечки охлаждающего воздуха, поступающего в указанный зазор.

Охлаждающие отверстия 26 и 28, в которые поступает часть охлаждающего воздуха, который проходит между вышеупомянутым проточным рукавом и переходным отсеком 4, выполнены в торцевой раме 6 переходного отсека, и охлаждающий воздух проходит через эти охлаждающие отверстия 26 и 28 в направлениях 27 и 29 прохождения и, таким образом, торцевая рама 6 переходного отсека, охлаждается охлаждающим воздухом.

Охлаждающие отверстия 26 и 28, которые выполнены в этой торцевой раме 6 переходного отсека, просверлены через торцевую раму 6 переходного отсека со стороны внешней окружности переходного отсека 4 (торцевой рамы 6 переходного отсека) по направлению к поверхности газового потока (к поверхности прохождения газа сгорания) со стороны внутренней окружности переходного отсека 4 с целью охлаждения торцевой рамы 6 переходного отсека.

В то же время торцевая стена 10 лопатки статора первой ступени охлаждается для обеспечения снижения температуры металла с помощью прорези для охлаждения (непоказанной), которая сформирована в торцевой стенке 10 лопатки статора первой ступени. В эту прорезь для охлаждения также необходимо подавать охлаждающий воздух, что приводит к снижению эффективности газовой турбины в целом.

Ниже приводится описание конструкции торцевой рамы переходного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения со ссылками на фиг.3 и фиг.4. На фиг.3 представлен вид участка А фиг.2 с увеличением, являющийся схематической иллюстрацией одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.4 представлен вид участка В фиг.3 с увеличением.

Как показано на фиг.3 и фиг.4, в первом варианте осуществления камера сгорания газовой турбины включает в себя переходный отсек 4, который направляет газ сгорания из камеры 2 сгорания в турбину 3, торцевую раму 6 переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека 4 со стороны турбины 3 и размещена напротив торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени турбины 3 с заданным зазором, и уплотнительный элемент 11, надетый на торцевую раму 6 переходного отсека и вставленный в торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор.

Охлаждающее отверстие 12, через которые охлаждающий воздух непосредственно подается на торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени, выполнено в торцевой раме 6 переходного отсека и проходит внутри нее. Охлаждающий воздух проходит в направлении 13 похождения и, таким образом, торцевая рама 6 переходного отсека охлаждается охлаждающим воздухом изнутри, и также охлаждающим воздухом охлаждается торцевая стенка 10 лопатки статора первой ступени.

В первом варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность сокращения количества охлаждающего воздуха, используемого для охлаждения высокотемпературных элементы конструкции, и эффективного охлаждения как торцевой рамы 6 переходного отсека, так и торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, а также подавления локального повышения температуры газа сгорания вследствие сокращения количества воздуха, используемого для горения. Таким образом, появляется возможность повышения надежности и долговечности газовой турбины, сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения газовой турбины.

При этом, целесообразно, чтобы, как показано на фиг.4, охлаждающее отверстие 12 имело заданный угол наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 _ч переходного отсека, обеспечивающий подачу охлаждающего воздуха непосредственно на наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности. Это объясняется тем, что наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности имеет небольшую толщину, и поэтому высокотемпературный газ сгорания может приводить к возникновению высокотемпературного окислительного истончения, растрескивания под действием термического напряжения и т.д. Кроме того, появляется возможность получения не только эффекта пленочного охлаждения, но и эффекта ударного охлаждения, а также возможность повышения эффективности охлаждения.

Второй вариант осуществления

Ниже со ссылками на фиг.5 и фиг.6 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, показывающая переходной отсек 4 с верхней стороны и нижней стороны. На фиг.6 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.5 в разрезе по линии С-С, показывающем практически половинное сечение.

Как показано на фиг.5, во втором варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека сформированы так, что угол наклона одного охлаждающего отверстия 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, расположенном с верхней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, отличен от угла наклона другого охлаждающего отверстия 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, расположенном с нижней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека.

За счет отличия углов наклона охлаждающих отверстий 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с верхней стороны и нижней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, появляется возможность подачи охлаждающего воздуха непосредственно на соответствующие нужные участки торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени с верхней стороны и нижней стороны переходного отсека 4, например, на участки, достигающие наиболее высокой температуры.

Кроме того, охлаждающее отверстие 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, который располагается с верхней стороны переходного отсека 4, может быть выполнено с возможностью подачи охлаждающего воздуха непосредственно на наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности, а охлаждающее отверстие 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, который располагается с нижней стороны переходного отсека 4, может быть выполнено с возможностью подачи охлаждающего воздуха непосредственно на передний торец торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности.

При этом целесообразно, чтобы, как показано на фиг.6, размещать охлаждающие отверстия 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с верхней стороны переходного отсека 4, так, чтобы в направлении, перпендикулярном направлению 5 прохождения газа сгорания в торцевой раме 6 переходного отсека, отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека, становился меньше, чем отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека.

Точно так же целесообразно размещать охлаждающие отверстия 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с нижней стороны переходного отсека 4, так, чтобы в направлении, перпендикулярном направлению 5 прохождения газа сгорания в торцевой раме 6 переходного отсека, отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека, становился меньше, чем отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека.

Как правило, температура участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка выше, чем температура участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от окружных участков, и поэтому увеличение количества охлаждающего воздуха, подаваемого на участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка за счет уменьшения отношения шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения/диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека по сравнению с отношением шага Р размещения к диаметру D отверстия (P/D) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека, позволяет эффективно охлаждать участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка и торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека.

Кроме того, как показано на фиг.6, в более предпочтительном варианте отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека задают равным или менее чем 3,1, а отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека, равным или менее чем 4,0. При такой конструкции воздух, выбрасываемый из соседних охлаждающих отверстий 12, образует охлаждающую пленку на участках торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от окружных участков и, таким образом, появляется возможность надежного охлаждения торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, и, кроме того, появляется возможность эффективного охлаждения участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка за счет увеличения количества охлаждающего воздуха, подаваемого на участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка.

За счет задания отношения шага размещения охлаждающих отверстий 12 к диаметру отверстия (шаг Р размещения/диаметр D отверстия) равным или менее чем 4,0 воздух, выбрасываемый из соседних охлаждающих отверстий 12, образует непрерывную охлаждающую пленку в окружном направлении, и, таким образом, появляется возможность надежного охлаждения торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени.

Как описано выше, появляется возможность минимизировать количество распределяемого охлаждающего воздуха за счет задания диаметра D отверстия и шага Р размещения охлаждающих отверстий 12 в нескольких диапазонах в соответствии с количеством охлаждающего воздуха, требуемого для торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени.

При этом отношение шага размещения охлаждающих отверстий 12 к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) необязательно должно быть постоянным, и можно также дополнительно сокращать количество охлаждающего воздуха за счет размещения охлаждающих отверстий 12 с другими отношениями P/D и другими диаметрами D охлаждающих отверстий в соответствии с распределением температуры газа сгорания в окружном направлении и т.д.

Третий вариант осуществления

Ниже со ссылками на фиг.7 и фиг.8 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.7 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.7 по стрелке (в перспективе) в направлении D-D'.

В камере сгорания в соответствии с третьим вариантом осуществления, как показано на фиг.7, охлаждающие отверстия размещены в положениях, взаимно различных по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, с разделением на множество охлаждающих отверстий 14 и множество охлаждающих отверстий 16. Из-за допусков на изготовление деталей и сборку между переходным отсеком и торцевой стеной лопатки статора первой ступени могут возникать некоторые отклонения при сборке. Поэтому, появляется возможность подачи охлаждающего воздуха в заданное положение через соответствующие охлаждающие отверстия 14 и 16 даже в случае возникновения некоаксиальности.

Кроме того, как показано на фиг.8, множество охлаждающих отверстий 14 и множество охлаждающих отверстий 16, которые размещены в разных положениях по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, имеют разную высоту между соседними охлаждающими отверстиями в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека.

В третьем варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность равномерного охлаждения поверхности торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека, по всей окружности.

Четвертый вариант осуществления

Ниже со ссылками на фиг.9 и фиг.10 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.9 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.10 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.9 по стрелке (в перспективе) в направлении Е-Е'.

В камере сгорания в соответствии с четвертым вариантом осуществления, как показано на фиг.9, охлаждающие отверстия размещены с разделением на множество охлаждающих отверстий 18 и множество охлаждающих отверстий 20, которые имеют разные углы наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека.

Кроме того, как показано на фиг.10, множества охлаждающих отверстий 18 и 20, которые имеют разные углы наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, размещены в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека с чередованием так, что углы наклона соседних охлаждающих отверстий являются разными.

Охлаждающие отверстия переходного отсека в четвертом варианте осуществления имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность равномерного охлаждения поверхности торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека, по всей окружности.

Пятый вариант осуществления

Ниже со ссылками на фиг.11 и фиг.12 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.11 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.12 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.11 по стрелке (в перспективе) в направлении F-F'.

В камере сгорания в соответствии с пятым вариантом осуществления, множество охлаждающих отверстий 22 размещены под заданным углом (по диагонали) с разделением в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека, как показано на фиг.11. В случае, когда проблема заключается в высокой температуре металла торцевой рамы 6 переходного отсека, появляется возможность снижения температуры металла торцевой рамы 6 переходного отсека без увеличения количество охлаждающего воздуха по сравнению с конструкцией, в которой охлаждающие отверстия параллельно осевому направлению камеры сгорания.

Шестой вариант осуществления

Ниже со ссылками на фиг.13 и фиг.14 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.13 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.14 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.13 по стрелке (в перспективе) в направлении G-G'

В камере сгорания в соответствии с шестым вариантом осуществления, как показано на фиг.13, охлаждающие отверстия образованы первым охлаждающим отверстием 24, которое соединяет внешнюю окружную поверхность и внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы 6 переходного отсека между собой под первым углом (под заданным углом) в радиальном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека, и вторым охлаждающим отверстием 12, которое соединяет другую внешнюю окружную поверхность и другую внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы 6 переходного отсека между собой под вторым углом (отличным от первого угла) в осевом направлении торцевой рамы 6 переходного отсека.

Кроме того, как показано на фиг.14, первые охлаждающие отверстия 24 и вторые охлаждающие отверстия 12 размещены в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека с взаимным чередованием.

При этом настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления и включает в себя самые различные модификации. Например, рассмотренные выше варианты осуществления были описаны в деталях для того, чтобы объяснить настоящее изобретение простым для понимания способом, и необязательно ограничивается вариантами, имеющими все описанные конструкции. Кроме того, можно заменять участок конструкции одного варианта осуществления конструкцией другого варианта осуществления, а также можно добавлять конструкцию другого варианта осуществления к конструкции одного варианта осуществления. Кроме того, можно также добавлять/удалять/заменять другую конструкцию участком одной конструкции каждого варианта осуществления.

СПИСОК ссылочных позиций

1 - компрессор;

2 - камеры сгорания;

3 - турбина;

4 - переходный отсек;

5 - направление прохождения газа сгорания;

6 - торцевая рама переходного отсека;

7 - поддерживающая конструкция торцевой рамы переходного отсека;

8 -кожух;

9 - фиксирующий элемент конструкции;

10 - торцевая стенка лопатки статора первой ступени (ограничительное кольцо);

11 - уплотнительный элемент;

12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 - охлаждающее отверстие;

13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 - направление прохождения охлаждающего воздуха.

Изобретение относится к конструкции камеры сгорания газовой турбины и, в частности, относится к технологии, которая эффективно применяется в конструкции торцевой рамы переходного отсека, и более детально - к охлаждающим отверстиям переходного отсека. Камера сгорания газовой турбины содержит переходный отсек, который направляет газ сгорания из камеры сгорания в турбину, торцевую раму переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека со стороны турбины и размещена напротив торцевой стенки лопатки статора первой ступени турбины с заданным зазором, и уплотнительный элемент, надетый на торцевую раму переходного отсека и вставленный в торцевую стенку лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор, причем охлаждающие отверстия размещены в торцевой раме переходного отсека так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к торцевой стенке лопатки статора первой ступени. Охлаждающие отверстия размещены так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к наклонному участку торцевой стенки лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности. Изобретение позволяет снизить выбросы NOx и повысить охлаждение торцевой рамы переходного отсека и торцевой стенки лопатки статора первой ступени. 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Камера сгорания газовой турбины, содержащая:

переходный отсек, который направляет газ сгорания из камеры сгорания в турбину;

торцевую раму переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека со стороны турбины и размещена напротив торцевой стенки лопатки статора первой ступени турбины заданным зазором; и

уплотнительный элемент, надетый на торцевую раму переходного отсека и вставленный в торцевую стенку лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор,

причем охлаждающие отверстия размещены в торцевой раме переходного отсека так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к торцевой стенке лопатки статора первой ступени.

2. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающие отверстия размещены так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к наклонному участку торцевой стенки лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности.

3. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона охлаждающего отверстия, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы переходного отсека, расположенном с верхней стороны переходного отсека, относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека, отличен от угла наклона другого охлаждающего отверстия, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы переходного отсека, расположенном с нижней стороны переходного отсека относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека.

4. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающее отверстие, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы переходного отсека, расположенном с верхней стороны переходного отсека, используется для подачи охлаждающего воздуха непосредственно к наклонному участку торцевой стенки лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности, а другое охлаждающее отверстие, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы переходного отсека, расположенном с нижней стороны переходного отсека, используется для подачи охлаждающего воздуха непосредственно к переднему торцевому участку торцевой стенки лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности.

5. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что в охлаждающих отверстиях, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы переходного отсека, которые расположены с верхней стороны переходного отсека, отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий в направлении торцевой рамы переходного отсека, перпендикулярном направлению прохождения газа сгорания, меньше, чем отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий.

6. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что в охлаждающих отверстиях, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы переходного отсека, которые расположены с нижней стороны переходного отсека, отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий в направлении торцевой рамы переходного отсека, перпендикулярном направлению прохождения газа сгорания, меньше, чем отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий.

7. Камера сгорания газовой турбины по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий составляет 3,1 или менее, а отношение шага размещения охлаждающих отверстий, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы переходного отсека, к диаметру этих отверстий составляет 4,0 или менее.

8. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающие отверстия размещены в разных положениях по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека, с разделением на одно множество охлаждающих отверстий и другое множество охлаждающих отверстий в радиальном направлении торцевой рамы переходного отсека.

9. Камера сгорания газовой турбины по п. 8, отличающаяся тем, что множества охлаждающих отверстий, которые размещены в разных положениях по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека, имеют разную высоту между соседними охлаждающими отверстиями в окружном направлении торцевой рамы переходного отсека.

10. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающие отверстия размещены с разделением на одно множество охлаждающих отверстий и другое множество охлаждающих отверстий, которые имеют разный угол наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека.

11. Камера сгорания газовой турбины по п. 10, отличающаяся тем, что множества охлаждающих отверстий, которые имеют разные углы наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы переходного отсека, имеют разные углы наклона между соседними охлаждающими отверстиями в окружном направлении торцевой рамы переходного отсека.

12. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающие отверстия размещены под заданным углом по диагонали с разделением в окружном направлении торцевой рамы переходного отсека.

13. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающие отверстия включают в себя:

первое охлаждающее отверстие, которое соединяет внешнюю окружную поверхность и внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы переходного отсека между собой под заданным углом в радиальном направлении торцевой рамы переходного отсека, и второе охлаждающее отверстие, которое соединяет другую внешнюю окружную поверхность и другую внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы переходного отсека между собой под углом, отличным от заданного угла в осевом направлении торцевой рамы переходного отсека.

14. Камера сгорания газовой турбины по п. 13, отличающаяся тем, что первое охлаждающее отверстие и второе охлаждающее отверстие размещены в окружном направлении торцевой рамы переходного отсека с чередованием.