Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки Российский патент 2024 года по МПК F23R3/00 

Изобретение относится к устройствам подготовки и сжигания одно- и многокомпонентных топлив в камерах сгорания газотурбинных энергетических установок.

Известна камера сгорания авиационного или энергетического газотурбинного двигателя RU 2094705 C1 МПК F23R 3/18, F02C 7/22, опубл. 27.10.1999 г., применяемая в авиационных и стационарных энергетических установках. Сущность изобретения: в камере сгорания, имеющей многофорсуночное устройство с двухконтурным по топливу коллектором, форсунки установлены в количестве, выбираемом по определенной формуле, и выполнены двухканальными с внутренним каналом - топливным и наружным - воздушным.

Недостатком камера сгорания авиационного или энергетического газотурбинного двигателя является высокая неравномерность температуры в области реакции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является камера сгорания газовой турбины RU 2766495 C9 МПК F23R 3/28 (2006.01), опубл. 15.03.2022 г., которая относится к области машиностроения, а именно камерам сгорания газовых турбин.

Камера сгорания газовой турбины содержит горелку, снабженную группой топливных форсунок, имеющей множество топливных форсунок для подачи топлива; пластину с топливными форсунками, которая конструкционно поддерживает топливные форсунки и служит для распределения топлива, поступающего с верхней по потоку стороны в топливные форсунки; и перфорированную пластину, размещенную с нижней по потоку стороны от топливных форсунок и снабженную отверстиями для форсунок, соответствующими топливным форсункам, причем группа топливных форсунок включает в себя внешние окружные топливные форсунки и внутренние окружные топливные форсунки, и внешний диаметр, по меньшей мере, проксимального концевого участка каждой из внешних окружных топливных форсунок превышает внешний диаметр каждой из внутренних окружных топливных форсунок

Недостатками наиболее близкой по технической сущности конструкции являются низкая интенсивность смешения топлива и сжатого воздуха, низкая полнота доокисления промежуточных продуктов реакции до углекислого газа и водяных паров, низкая эффективность охлаждения стенок вкладыша, большая протяженность пламени в осевом направлении.

Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности смешения топлива и сжатого воздуха, повышение полноты доокисления промежуточных продуктов реакции до углекислого газа и водяных паров, повышение эффективности охлаждения стенок вкладыша, снижение протяженности пламени в осевом направлении.

Технический результат достигается тем, что в многофорсуночном горелочном модуле камеры сгорания газотурбинной установки, содержащем горелки, каждая из которых снабжена топливной форсункой, вкладыш, перфорированную пластину, в которую интегрированы горелки, при этом для подачи воздуха в область образования топливовоздушной смеси в горелках выполнен канал подвода воздуха, в конце которого расположен тангенциальный сопловой ввод, на выходе из которого, сжатый воздух, взаимодействуя с топливом, образует топливовоздушную смесь, при этом сопловой ввод представляет собой систему из четырех каналов подвода воздуха, распределенных по окружности с шагом 90 градусов, в горелках выполнен диффузорный сопловой насадок, через который топливовоздушная смесь поступает во внутреннее пространство вкладыша, образуя фронт пламени.

В целях повышения интенсивности смешения топлива и сжатого воздуха для подачи воздуха в область, где образуется смесь топлива и сжатого воздуха выполнен тангенциальный сопловой ввод; для повышения полноты доокисления промежуточных продуктов реакции до углекислого газа и водяных паров, и снижения протяженности пламени в осевом направлении в горелке выполнен диффузорный сопловой насадок; для повышения эффективности охлаждения стенок вкладыша на стенках вкладыша выполнены заградительные выступы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – Продольный разрез многофорсуночного горелочного модуля камеры сгорания газотурбинной установки;

Фиг. 2 – Вид А с продольного разреза фиг.1, на котором представлена топливная форсунка;

Фиг. 3 – Разрез Б-Б – поперечное сечение топливной форсунки в области тангенциального соплового ввода;

Фиг. 4 – Разрез В-В с поперечного разреза с фиг.1, на котором представлена компоновка топливных форсунок;

Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки выполнен в пространстве камеры сгорания 1, ограниченной внешним кольцевым кожухом 2 и внутренним кольцевым кожухом 3, содержит перфорированную пластину 4, с интегрированными в нее горелками 5, в которых сжатый воздух и топливо подаются через канал подвода воздуха 6 и топливную форсунку 7 соответственно; в конце канала подвода воздуха 6 находится тангенциальный сопловой ввод 8, на выходе из которого, сжатый воздух, взаимодействуя с топливом, образует топливовоздушную смесь; через диффузорный сопловой насадок 9, реагируя, топливовоздушная смесь попадает в вкладыш 10 образуя фронт пламени; в результате сгорания топливовоздушной смеси образуется газ сгорания, состоящий из углекислого газа и водяных паров. Тангенциальный сопловой ввод 8 представляет систему из четырех каналов подвода воздуха, распределенных по окружности с шагом 90 градусов, что позволяет интенсифицировать смешение топлива и окислителя в горелке. В вкладыше 10 выполнены каналы подачи охлаждающего воздуха 11, через которые часть сжатого воздуха поступает на охлаждение стенок вкладыша 10; внешний охлаждающий канал 12, расположенный между внешним кольцевым кожухом 2 и вкладышем 10; внутренний охлаждающий канал 13, расположенный между внутренним кольцевым кожухом 3 и вкладышем 10; на внутренней поверхности вкладыша 10 выполнены заградительные выступы 14; в перфорированной пластине 4 выполнены каналы охлаждения диффузорных сопловых насадков 15.

Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки работает следующим образом: предварительно сжатый воздух подается в камеру сгорания 1, ограниченную внешним кольцевым кожухом 2 и внутренним кольцевым кожухом 3, откуда, распределяется между: внешним охлаждающим каналом 12, расположенным между внешним кольцевым кожухом 2 и вкладышем 10; внутренним охлаждающим каналом 13, расположенным между внутренним кольцевым кожухом 3 и вкладышем 10; горелками 5, каналами охлаждения диффузорных сопловых насадков 15, расположенными в перфорированной пластине 4. В горелки 5 сжатый воздух подается через кольцевые каналы подвода воздуха 6. Из кольцевых каналов подвода воздуха 6 сжатый воздух через тангенциальный сопловой ввод 8 подается в область, где образуется топливовоздушная смесь. Топливо подается через топливную форсунку 7. За счет применения тангенциального соплового ввода 8 потоку сообщается окружная компонента скорости, образуется закрученное течение, что позволяет повысить интенсивность смешения топлива и сжатого воздуха. Топливовоздушная смесь, воспламеняемая от горячих газов, образует фронт пламени и поступает во внутреннее пространство вкладыша 10 через диффузорный сопловой насадок 9. В диффузорном сопловом насадке 9 поток топливовоздушной смеси приобретает радиальную компоненту скорости, за счет чего увеличивается его взаимодействие с потоками, выходящими из соседних горелок 5, что обеспечивает повышение полноты доокисления промежуточных продуктов реакции до углекислого газа и водяных паров, и снижение протяженности пламени в осевом направлении. Часть сжатого воздуха поступает в каналы охлаждения диффузорных сопловых насадков 15, выполненные в перфорированной пластине 4 для охлаждения стенок диффузорного соплового насадка 9 и разбавления топливовоздушной смеси. Во вкладыше 10 топливовоздушная смесь, прошедшая через фронт пламени, переходит в газ сгорания, состоящий из углекислого газа и водяных паров. Охлаждающий воздух, во внешнем охлаждающем канале 12 и внутреннем охлаждающем канале 13, поступает в пространство вкладыша 10 через каналы подачи охлаждающего воздуха 11. В вкладыше 10, движение охлаждающего воздуха в приосевую часть ограничивается заградительным выступом 14. Таким образом, охлаждающий воздух, теряя радиальную, приобретает осевую компоненту скорости и распространяется вдоль поверхности вкладыша 10, формируя заградительную завесу, что служит для повышения эффективности охлаждения стенок вкладыша 10.

Изобретение относится к устройствам подготовки и сжигания одно- и многокомпонентных топлив в камерах сгорания газотурбинных энергетических установок. Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки содержит горелки, каждая из которых снабжена топливной форсункой, вкладыш, перфорированную пластину, в которую интегрированы горелки. Для подачи воздуха в область образования топливовоздушной смеси в горелках выполнен канал подвода воздуха, в конце которого расположен тангенциальный сопловой ввод, на выходе из которого сжатый воздух, взаимодействуя с топливом, образует топливовоздушную смесь. Сопловой ввод представляет собой систему из четырех каналов подвода воздуха, распределенных по окружности с шагом 90 градусов. В горелках выполнен диффузорный сопловой насадок, через который топливовоздушная смесь поступает во внутреннее пространство вкладыша, образуя фронт пламени. При использовании изобретения обеспечивается повышение интенсивности смешения топлива и сжатого воздуха, повышение полноты доокисления промежуточных продуктов реакции до углекислого газа и водяных паров, повышение эффективности охлаждения стенок вкладыша, снижение протяженности пламени в осевом направлении. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки, содержащий горелки, каждая из которых снабжена топливной форсункой, вкладыш, перфорированную пластину, в которую интегрированы горелки, отличающийся тем, что для подачи воздуха в область образования топливовоздушной смеси в горелках выполнен канал подвода воздуха, в конце которого расположен тангенциальный сопловой ввод, на выходе из которого сжатый воздух, взаимодействуя с топливом, образует топливовоздушную смесь, при этом сопловой ввод представляет собой систему из четырех каналов подвода воздуха, распределенных по окружности с шагом 90 градусов, в горелках выполнен диффузорный сопловой насадок, через который топливовоздушная смесь поступает во внутреннее пространство вкладыша, образуя фронт пламени.

2. Многофорсуночный горелочный модуль камеры сгорания газотурбинной установки по п.1, отличающийся тем, что на стенках вкладыша выполнены заградительные выступы.