Малоэмиссионная двухконтурная горелка Российский патент 2024 года по МПК F23R3/14 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, может быть использовано в конструкции камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД) наземного применения, работающих на природном газе, и обеспечивает при его использовании широкий диапазон устойчивого горения камеры сгорания и низкий уровень эмиссии вредных загрязняющих веществ, таких как оксиды азота NO_x и оксид углерода СО на всех режимах работы двигателя за счет изменения расхода топлива между контурами.

По патенту на изобретение РФ № 94665 известна форсунка двухконтурная для газотурбинных двигателей, имеющая основной и вспомогательный контуры, включающая соосно расположенные корпус форсунки, корпус вспомогательного контура, установленный между корпусами, осевой завихритель воздуха с каналами и отверстиями для подачи топлива и распылитель вспомогательного контура с фронтальным кожухом.

К недостаткам имеющейся конструкции можно отнести:

- Ограничение до 15% общего расхода подачи топлива во вспомогательный контур,

- Перегрев форсунки из-за «богатого» горения формирующего высокотемпературные тепловые потоки,

- Не разборная конструкция,

- Не стабильный розжиг,

По патенту на изобретение РФ № 2442932 известна малоэмиссионная горелка, содержащая корпус с соплом; завихритель с полыми лопатками с отверстиями подачи топлива в основную зону; центральное тело с отверстиями подачи топлива в дежурную зону и отверстиями подачи воздуха в дежурную зону; шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны и выполненный на входе в воздушный канал горелки перед завихрителем попутный уступ-турбулизатор воздуха высотой от 15 до 20% от высоты канала.

К недостаткам имеющейся конструкции можно отнести:

- Не стабильный розжиг,

- Не обеспечивает возможность замены форсунки и центрального тела,

- Ограничение до 15% общего расхода подачи топлива во вспомогательный контур.

- Завышенная концентрация оксидов углерода в продуктах сгорания (более 300мг/м³)

По патенту на изобретение РФ № 2170391 известно горелочное устройство, которое содержит вспомогательную центральную горелку диффузионного типа, лопаточный завихритель с полыми лопатками, у которых во внешнем ярусе выполнены щели для раздачи топлива. Лопатки внутреннего яруса лопаточного завихрителя выполнены со сплошными стенками и выходными кромками.

К недостаткам имеющейся конструкции можно отнести:

- не стабильный розжиг, по причине низкого качества смешения топлива с воздухом;

- не обеспечивает оптимального теплового состояния, способствует перегреву.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение РФ 2 763 964, совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, известна двухконтурная горелка малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус и шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, сопло, уступ-турбулизатор, расположенный перед основным завихрителем, основной завихритель с полыми лопатками и отверстиями в них для подачи топлива в основную зону, центральное тело, во внутренней полости которого расположена топливная форсунка дежурной зоны.

Основными недостатками данного технического решения указанной одноконтурной горелки является:

- Ограничение до 15% общего расхода подачи топлива во вспомогательный контур;

-Перегрев форсунки из-за «богатого» горения формирующего высокотемпературные тепловые потоки;

- Не разборная конструкция;

- Не стабильный розжиг;

- Не обеспечивает возможность замены форсунки и центрального тела;

- Завышенная концентрация оксида углерода в продуктах сгорания (более 300мг/м³);

-Не обеспечивает интенсивности смешения топлива с воздухом.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

- Обеспечение подачи до 50% от общего расхода топлива во вспомогательный контур;

- Исключение перегрева форсунки;

- Выполнение разборной конструкции;

- Обеспечение стабильного розжига;

- Обеспечение возможности замены распылителя и центрального тела;

- Уменьшение концентрация оксида углерода в продуктах сгорания (менее 50мг/м³);

-Обеспечение интенсивности смешения топлива с воздухом.

Сущностью заявленного технического решения является, малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус и шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, сопло, уступ-турбулизатор, расположенный перед основным завихрителем, основной завихритель с полыми лопатками и отверстиями в них для подачи топлива в основную зону, центральное тело, во внутренней полости которого расположена топливная форсунка дежурной зоны

Предложенная малоэмиссионная двухконтурная горелка, характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: центральное тело имеет цилиндрическую часть с уступом и расширяющейся частью, содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, на входе в корпус топливной форсунки при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа состоящий из гайки со сферической головкой и центральным стержнем на выходе из которого расположена шайба с нанесенными по окружности отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы при совмещении которых формируется единый коллектор соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки, центральное тело цилиндрической частью до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя, резьбовая гайка содержит внутреннее отверстие формирующее уступ на входе во внутренний завихритель.

Таким образом, поставленная задача в целом достигается тем, что

Для обеспечения подачи до 50% от общего расхода топлива во вспомогательный контур, центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, на входе в корпус топливной форсунки при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа состоящий из гайки со сферической головкой и центральным стержнем на выходе из которого расположена шайба с нанесенными по окружности отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы при совмещении которых формируется единый коллектор соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки.

Для исключения перегрева форсунки, центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями

Для выполнение разборной конструкции, центральное тело имеет цилиндрическую часть, которой до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя, с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка, которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя.

Для обеспечения стабильного розжига, центральное тело выполнено с расширяющейся частью, а так же содержит внутренний завихритель, в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями.

Для обеспечения возможности замены распылителя и центрального тела, центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями. Так же центральное тело имеет цилиндрическую часть, которой до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя, с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя.

Для уменьшения концентрация оксида углерода в продуктах сгорания (менее 50мг/м³) центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы при совмещении которых формируется единый коллектор соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки.

Для обеспечения интенсивности смешения топлива с воздухом резьбовая гайка содержит внутреннее отверстие формирующее уступ на входе во внутренний завихритель.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом:

Фиг. 1 - общий вид, продольный разрез.

Малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус 1 и шток 2 с каналами 3, 4 подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, сопло 5, уступ-турбулизатор 6, расположенный перед основным завихрителем 7, основной завихритель 7 с полыми лопатками 8 и отверстиями 9 в них для подачи топлива в основную зону, центральное тело 10, во внутренней полости которого расположена топливная форсунка 11 дежурной зоны

Заявленная малоэмиссионная двухконтурная горелка, характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, что центральное тело 10 имеет цилиндрическую часть 12 с уступом 13 и расширяющейся частью 14, содержит внутренний завихритель 15 в центре которого расположен корпус 16 топливной форсунки 11 с центральной кольцевой полостью 17, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель 18 со сквозными отверстиями 19, на входе в корпус 16 топливной форсунки 11 при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа 20 состоящий из гайки 21 со сферической головкой 22 и центральным стержнем 23 на выходе из которого расположена шайба 24 с нанесенными по окружности отверстиями 25, в лопатках основного 7 и внутреннего 15 завихрителей размещены сквозные каналы 26 при совмещении которых формируется единый коллектор 27 соединяющий один из каналов 3 корпуса 1 с центральной кольцевой полостью 17 топливной форсунки 11, центральное тело 10 цилиндрической частью 12 до уступа 13 устанавливается в кольцевую втулку 28 основного завихрителя 7 с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца 29, для фиксации центрального тела 10 в кольцевой втулке 28 основного завихрителя 7 установлена резьбовая гайка 30 которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку 28 основного завихрителя 7, резьбовая гайка 30 содержит внутреннее отверстие 31 формирующее уступ 32 на входе во внутренний завихритель 15.

Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:

Обеспечение подачи до 50% от общего расхода топлива во вспомогательный контур достигается тем, что центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, на входе в корпус топливной форсунки при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа состоящий из гайки со сферической головкой и центральным стержнем на выходе из которого расположена шайба с нанесенными по окружности отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы при совмещении которых формируется единый коллектор соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки.

Исключение перегрева форсунки достигается тем, что центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями.

Выполнение разборной конструкции достигается тем, что центральное тело имеет цилиндрическую часть, которой до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка, которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя.

Обеспечение стабильного розжига достигается тем, что центральное тело выполнено с расширяющейся частью, а также содержит внутренний завихритель, в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями.

Обеспечение возможности замены распылителя и центрального тела достигается тем, что центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями. Так же центральное тело имеет цилиндрическую часть, которой до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя.

Уменьшение концентрации оксидов углерода в продуктах сгорания (менее 50мг/м³) достигается тем, что центральное тело содержит внутренний завихритель в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы при совмещении которых формируется единый коллектор соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки.

Обеспечение интенсивности смешения топлива с воздухом достигается тем, что резьбовая гайка содержит внутреннее отверстие формирующее уступ на входе во внутренний завихритель.

При работе предложенной малоэмиссионной двухконтурной горелки реализуется способ сжигания «обедненной», предварительно подготовленной, топливо-воздушной смеси в основной зоне горения и организации дежурной зоны горения формирующей диффузионное пламя возможностью подачи топлива до 50% от общего расхода топлива.

Топливо из канала 3 корпуса 1 проходит через сквозные каналы 26 в лопатках основного 7 и внутреннего 15 завихрителей по единому коллектору 27 и попадает в центральную кольцевую полостью 17 топливной форсунки 11 и далее поступает на ограничитель расхода газа 20 проходя через нанесенными по окружности отверстиями 25 в шайбе 24 где происходит выравнивание поля скоростей и давлений, после чего выходит из сквозных отверстий 19 в съемном распылителе 18. Топливные струйки попадаются в закрученный поток, формируемый внутренним завихрителем 15 и дополнительно турбулизированный уступом 32, что обеспечивает диффузионное горение дежурной зоны.

Топливо из канала 4 корпуса 1 проходит через полые лопатки 8 в отверстия 9 основного завихрителя 7 и поступает в поток воздуха, прошедший через уступ-турбулизатор 6 в основной завихритель 7. На выходе из основного завихрителя 7 формируется «бедная» перемешанная топливо-воздушная смесь, идущая в основную зону горения. Горение топливовоздушной смеси основной зоны в закрученной струе обеспечивается постоянным подводом тепла от горения дежурного факела сформированного на выходе из центрального тела 10. В результате организации дежурного факела, сформированного за центральным телом 10 и возможностью подачи до 50% от общего расхода топлива, обеспечивается стабильный розжиг, интенсивность смешения топлива с воздухом, устойчивый процесс горения на всех режимах работы газотурбинного двигателя, позволяющий обеспечить высокую полноту сгорания и низкое содержание выбросов оксида углерода.

Конструкция является разборной и имеет возможность замены съемного распылителя 18 и центрального тела 10.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, может быть использовано в конструкции камер сгорания газотурбинных двигателей наземного применения, работающих на природном газе. В устройстве центральное тело имеет цилиндрическую часть с уступом и расширяющейся частью, содержит внутренний завихритель, в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, на входе в корпус топливной форсунки при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа, состоящий из гайки со сферической головкой и центральным стержнем, на выходе из которого расположена шайба с нанесенными по окружности отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы, при совмещении которых формируется единый коллектор, соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки, центральное тело цилиндрической частью до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя, с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка, которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя, резьбовая гайка содержит внутреннее отверстие, формирующее уступ на входе во внутренний завихритель. Изобретение обеспечивает: подачу до 50% от общего расхода топлива во вспомогательный контур; исключение перегрева форсунки; выполнение разборной конструкции; стабильный розжиг; возможность замены распылителя и центрального тела; уменьшение концентрации оксида углерода в продуктах сгорания (менее 50 мг/м³); интенсивность смешения топлива с воздухом. 1 ил.

Малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус и шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, сопло, уступ-турбулизатор, расположенный перед основным завихрителем, основной завихритель с полыми лопатками и отверстиями в них для подачи топлива в основную зону, центральное тело, во внутренней полости которого расположена топливная форсунка дежурной зоны, отличающаяся тем, что центральное тело имеет цилиндрическую часть с уступом и расширяющейся частью, содержит внутренний завихритель, в центре которого расположен корпус топливной форсунки с центральной кольцевой полостью, на выходе из которого при помощи резьбового соединения устанавливается съемный распылитель со сквозными отверстиями, на входе в корпус топливной форсунки при помощи резьбового соединения устанавливается ограничитель расхода газа, состоящий из гайки со сферической головкой и центральным стержнем, на выходе из которого расположена шайба с нанесенными по окружности отверстиями, в лопатках основного и внутреннего завихрителей размещены сквозные каналы, при совмещении которых формируется единый коллектор, соединяющий один из каналов корпуса с центральной кольцевой полостью топливной форсунки, центральное тело цилиндрической частью до уступа устанавливается в кольцевую втулку основного завихрителя, с обеих сторон которой располагаются уплотнительные кольца, для фиксации центрального тела в кольцевой втулке основного завихрителя установлена резьбовая гайка, которая упирается торцевой частью в кольцевую втулку основного завихрителя, резьбовая гайка содержит внутреннее отверстие, формирующее уступ на входе во внутренний завихритель.