Малоэмиссионная двухконтурная горелка Российский патент 2025 года по МПК F23R3/14 F23D14/02 F23D14/46 

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для сжигания топливного газа в камерах сгорания стационарных газотурбинных установок.

Из существующего уровня техники известна конструкция малоэмиссионной горелки по полезной модели к патенту RU №198755, содержащая форсунку, корпус с соплом и штоком подвода топлива в основную и дежурную зоны горения; уступ-турбулизатор, расположенный перед завихрителем воздуха, завихритель воздуха, в полых лопатках которого имеются отверстия для подачи топлива, центральное тело с каналами для подвода топлива и воздуха в дежурную зону, элементы конструкции горелки, подверженные высокотемпературной эрозии: топливная форсунка, насадок центрального тела, выполнены съемными, и детали горелки соединяются между собой посредством посадок с натягом и резьбовых пар, уступ - турбулизатор выполнен съемным, а сопло крепится на жаровую трубу камеры сгорания и сопрягается с корпусом горелки посредством телескопического соединения.

Недостатками известной малоэмиссионной горелки является то, что не обеспечивает надежность из-за возникновения локального перегрева носика форсунки под воздействием рабочих температур, что приводит к прогару горелки.

Не обеспечивает жаростойкость форсунки.

Не обеспечивает технологичность изготовления и сборки.

Не обеспечивает устойчивого процесса горения.

Известна конструкция двухконтурной форсунки газотурбинного двигателя по патенту на изобретение RU №94665, 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.

Недостатками известной двухконтурной форсунки газотурбинного двигателя является:

Не обеспечивает технологичность изготовления и сборки.

Не обеспечивает жаростойкость форсунки.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату, взятый за прототип по патенту на изобретение RU №2442932 сущность заключается в том, что малоэмиссионная горелка, содержит корпус, завихритель с полыми лопатками и отверстиями подачи топлива в основную зону содержащий центральное тело в которое установлена форсунка с каналами подвода топлива.

Недостатками известной малоэмиссионной горелки являются:

Подвержена локальному перегреву форсунки под воздействием рабочих температур приводящему к прогару.

Не обеспечивает регулировку проходного сечения сопла.

Не обеспечивает жаростойкость форсунки при завышенных температурах.

Не обеспечивает технологичность изготовления и сборки.

Не обеспечивает устойчивый процесс горения на всех режимах работы двигателя.

Не обеспечивает подачу в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива.

Не обеспечивает выравнивание поля скоростей и давлений в топливных каналах.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечить регулировку проходного сечения сопла.

Обеспечить жаростойкость форсунки при завышенных температурах.

Обеспечить технологичность изготовления и сборки.

Обеспечить устойчивый процесс горения на всех режимах работы двигателя.

Обеспечить подачу в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива. Обеспечить выравнивание поля скоростей и давлений в топливных каналах.

Сущностью заявленного технического решения является, малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус, завихритель с полыми лопатками и отверстиями подачи топлива в основную зону содержащий центральное тело в которое установлена форсунка с каналами подвода топлива.

Предложенная малоэмиссионная двухконтурная горелка содержит завихритель изготовлен методом аддитивных технологий с внутренними топливными каналами треугольной формы и выравнивающей решеткой, форсунка изготовлена из керамического материала, содержит внутреннюю цилиндрическую полость с нишевой частью, фиксируется с помощью распорных колец размещенных в кольцевых пазах центрального тела, представляет собой цилиндр со ступенькой переходящей в конус с козырьками и скруглением на котором нанесены сквозные отверстия расположенные под углом параллельно конусу, корпус содержит бобышку и втулку, в которой устанавливается гибкая трубка фиксируемая бобышкой, корпус с завихрителем соединен при помощи сварки, на выходе из завихрителя приварено сопло имеющее трактовый выступ, толщина которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения, внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка содержащая канал подвода топлива через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива. Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для исключения локального перегрева форсунки под воздействием рабочих температур приводящему к прогару, форсунка содержит внутреннюю цилиндрическую полость с нишевой частью.

Для обеспечения регулировки проходного сечения сопла оно имеет трактовый выступ, толщина которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения.

Для обеспечения жаростойкости форсунки она изготовлена из керамического материала.

Для обеспечения технологичности изготовления и сборки завихритель изготовлен методом аддитивных технологий, форсунка фиксируется с помощью распорных колец размещенных в кольцевых пазах центрального тела, корпус содержит бобышку и втулку в которой устанавливается гибкая трубка фиксируемая бобышкой, корпус с завихрителем соединен при помощи сварки, на выходе из завихрителя приварено сопло.

Для обеспечения устойчивого процесса горения на всех режимах работы двигателя форсунка представляет собой цилиндр со ступенькой переходящей в конус с козырьками и скруглением на котором нанесены сквозные отверстия расположенные под углом параллельно конусу, внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка содержащая канал подвода топлива через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива.

Для обеспечения подачи в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка содержащая канал подвода топлива через которую подается топливо.

Для обеспечения выравнивания поля скоростей и давлений в топливных каналах завихритель имеет внутренние топливные каналы треугольной формы и выравнивающую решетку.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из исследованного заявителем уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизны» и «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом: На фиг. 1 представлен продольный разрез малоэмиссионной двухконтурной горелки;

Малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус 1, завихритель 2 с полыми лопатками 3 и отверстиями 4 подачи топлива в основную зону содержащий центральное тело 5 в которое установлена форсунка 6 с каналом подвода топлива 7.

Заявленная малоэмиссионная двухконтурная горелка характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, завихритель 2 изготовлен методом аддитивных технологий с внутренними 8 топливными каналами треугольной формы и выравнивающей решеткой 9, форсунка 6 изготовлена из керамического материала, содержит внутреннюю цилиндрическую полость 10 с нишевой частью 11, фиксируется с помощью распорных и стопорных колец 12 размещенных в кольцевых пазах 13 центрального тела 5, представляет собой цилиндр 14 со ступенькой 15 переходящей в конус 16 с козырьками 17 и скруглением 18 на котором нанесены сквозные отверстия 19 расположенные под углом параллельно конусу 16, корпус 1 содержит бобышку 20 и втулку 21, в которой устанавливается гибкая трубка 22 фиксируемая бобышкой 20, корпус 1 с завихрителем 2 соединен при помощи сварки, на выходе из завихрителя приварено сопло 23 имеющее трактовый выступ 24, толщина h которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения, внутри центрального тела 5 герметично установлена пустотелая втулка 25 содержащая канал подвода топлива 26 через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива.

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

Обеспечено исключение локального перегрева форсунки под воздействием рабочих температур приводящему к прогару тем, что форсунка содержит внутреннюю цилиндрическую полость с нишевой частью.

Обеспечена регулировка проходного сечения сопла тем, что оно имеет трактовый выступ, толщина которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения.

Обеспечена жаростойкости форсунки тем, что она изготовлена из керамического материала.

Обеспечена технологичность изготовления и сборки тем, что завихритель изготовлен методом аддитивных технологий, форсунка фиксируется с помощью распорных колец размещенных в кольцевых пазах центрального тела, корпус содержит бобышку и втулку в которой устанавливается гибкая трубка фиксируемая бобышкой, корпус с завихрителем соединен при помощи сварки, на выходе из завихрителя приварено сопло.

Обеспечен устойчивый процесс горения на всех режимах работы двигателя тем, что форсунка представляет собой цилиндр со ступенькой переходящей в конус с козырьками и скруглением на котором нанесены сквозные отверстия расположенные под углом параллельно конусу, внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка содержащая канал подвода топлива через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива.

Обеспечена подача в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива тем, что внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка, содержащая канал подвода топлива через которую подается топливо.

Обеспечено выравнивание поля скоростей и давлений в топливных каналах тем, что завихритель имеет внутренние топливные каналы треугольной формы и выравнивающую решетку.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, то есть заявленное техническое решение обеспечивает за счет внесения изменений в конструкцию малоэмиссионной двухконтурной горелки их более эффективное использование в камерах сгорания газотурбинных двигателей, а именно: обеспечена регулировка проходного сечения сопла, обеспечена жаростойкость форсунки при завышенных температурах, обеспечена технологичность изготовления и сборки, обеспечена устойчивый процесс горения на всех режимах работы двигателя, обеспечена подача в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива, обеспечено выравнивание поля скоростей и давлений в топливных каналах.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна» предъявляемому к изобретениям. Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» предъявляемому к изобретениям, т.к. не является очевидным для специалиста.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. конструкция апробирована в АО КМПО и результаты испытаний показали реализацию поставленных целей.

При работе предложенной малоэмиссионной двухконтурной горелки реализуется сжигание перемешанной топливно-воздушной смеси в основной зоне горения и дежурной зоны горения представляющей собой диффузионный факел.

Для подачи в основную зону горения топливо подается в гибкую трубку 22 расположенную в корпусе 1 фиксируемую бобышкой 20 и установленную во втулку 21. Затем через топливные каналы треугольной формы подается в выравнивающую решетку 9 и попадает в завихритель 2 с полыми лопатками 3, после чего выходит из отверстий 4 подачи топлива.

Воздух проходит через полые лопатки 3 завихрителя 2 и смешивается с топливом выходящим из отверстий 4, тем самым формируя топливновоздушную смесь движущуюся через сопло 23 имеющее трактовый выступ 24, толщина h которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения. К примеру, если необходимо уменьшить расход воздуха в комплекте горелок, то толщина h увеличивается, а если необходимо увеличить расход воздуха, то толщина выполняется минимальной, соответствующей толщине стенки сопла.

Для подачи в дежурную зону горения до 50% от суммарного расхода топлива, оно подается во внутреннюю часть корпуса 1. Затем через топливные каналы треугольной формы поступает в герметично установленную пустотелую втулку 25 содержащую канал подвода топлива 26, пройдя через которую попадает в форсунку 6 изготовленную из керамического материала, которая зафиксирована с помощью распорных и стопорных колец 12 размещенных в кольцевых пазах 13 центрального тела 5. Форсунка 6 представляет собой цилиндр 14 со ступенькой 15, переходящей в конус 16 с козырьками 17 и скруглением 18. Топливо движется во внутреннюю цилиндрическую полость 10 с нишевой частью 11, на котором нанесены сквозные отверстия 19 расположенные под углом параллельно конусу 16 и формирует диффузионный факел. Нахождение топлива во внутренней нишевой части 11 позволяет обеспечить конвективное охлаждение форсунки.

Изобретение относится к устройствам для сжигания топливного газа в камерах сгорания стационарных газотурбинных установок. Предложена малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус (1), завихритель (2) с полыми лопатками (3) и отверстиями (4) подачи топлива в основную зону, содержащий центральное тело (5), в которое установлена форсунка (6) с каналом подвода топлива (7). Завихритель (2) изготовлен методом аддитивных технологий с внутренними (8) топливными каналами треугольной формы и выравнивающей решеткой (9). Форсунка (6) изготовлена из керамического материала, содержит внутреннюю цилиндрическую полость (10) с нишевой частью (11), фиксируется с помощью распорных и стопорных колец (12), размещенных в кольцевых пазах (13) центрального тела (5), представляет собой цилиндр (14) со ступенькой (15), переходящей в конус (16) с козырьками (17) и скруглением (18), на котором нанесены сквозные отверстия (19), расположенные под углом параллельно конусу (16). Корпус (1) содержит втулку (21), в которой устанавливается гибкая трубка (22), фиксируемая бобышкой (20). На выходе из завихрителя приварено сопло (23) имеющее трактовый выступ (24), толщина h которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения. Внутри центрального тела (5) герметично установлена пустотелая втулка (25), содержащая канал подвода топлива (26), через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива. Изобретение позволяет обеспечивать регулировку проходного сечения сопла, жаростойкость форсунки при завышенных температурах, технологичность изготовления и сборки форсунки, устойчивость процесса горения на всех режимах работы двигателя и подачу в форсунку до 50% от суммарного расхода топлива. 1 ил.

Малоэмиссионная двухконтурная горелка, содержащая корпус, завихритель с полыми лопатками и отверстиями подачи топлива в основную зону, содержащий центральное тело, в которое установлена форсунка с каналами подвода топлива, отличающаяся тем, что завихритель изготовлен методом аддитивных технологий с внутренними топливными каналами треугольной формы и выравнивающей решеткой, форсунка изготовлена из керамического материала, содержит внутреннюю цилиндрицескую полость с нишевой частью, фиксируется с помощью распорных и стопорных колец, размещенных в кольцевых пазах центрального тела, представляет собой цилиндр со ступенькой, переходящей в конус с козырьками и скруглением, на котором нанесены сквозные отверстия, расположенные под углом параллельно конусу, корпус содержит бобышку и втулку, в которой устанавливается гибкая трубка, фиксируемая бобышкой, корпус с завихрителем соединен при помощи сварки, на выходе из завихрителя приварено сопло, имеющее трактовый выступ, толщина которого может меняться в зависимости от условий формирования проходного сечения, внутри центрального тела герметично установлена пустотелая втулка, содержащая канал подвода топлива, через которую подается до 50% от суммарного расхода топлива.