Смеситель топливных компонентов

Изобретение относится к устройствам смешения топливных компонентов, включающих газообразное и жидкое топливо, водяной пар и воздух перед подачей в камеру сгорания. Смеситель топливных компонентов содержит коллектор подвода топлива и систему подготовки топливосодержащей смеси, включающую устройство многоточечного впрыска топлива. Система подготовки топливосодержащей смеси выполнена в виде одной трубы Вентури, при этом установленное в трубе Вентури до ее критического сечения устройство многоточечного впрыска топлива выполнено в виде торообразного коллектора обтекаемой формы с отверстиями на наружной и внутренней поверхностях. Торообразный коллектор многоточечного впрыска имеет каплевидную форму. Изобретение позволяет упростить и облегчить конструкцию смесителя топливных компонентов и снизить потери давления на трение. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам смешения топливных компонентов, таких, как газообразное или жидкое топливо с воздухом или водяным паром, перед подачей в камеру сгорания.

Промышленные газотурбинные установки (ГТУ), используемые для выработки электроэнергии или в качестве промышленных энергетических установок, должны удовлетворять жестким правилам в отношении содержания в выхлопе вредных газов, прежде всего оксидов азота (NOx), оксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов. Чтобы минимизировать нежелательные выбросы, промышленные газовые турбины оснащаются форсунками с предварительным смешением, в которых топливо и воздух полностью смешиваются перед подачей их в камеру сгорания для сжигания. Полное предварительное смешение топлива и воздуха обеспечивает однородно низкую температуру пламени, что является обязательным условием подавления образования NOx и способствует полному сгоранию топлива.

Снижение температуры пламени, а следовательно, и уровня окислов азота NOx в выхлопных газах, также обеспечивается подачей в камеру сгорания топлива, смешанного с водяным паром.

Известны смесительные устройства для подготовки топливовоздушной смеси (ТВС), подающие топливо в воздух, проходящий по специальным каналам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является смесительное устройство для подготовки топливовоздушной смеси [Тачтон, Шема, Катрок и др. Конструкция каталитической камеры сгорания для газовой турбины высокой мощности. Энергетические машины, т.105, №4, 1983. Стр.82-91], содержащее коллекторы подвода топливных компонентов и систему подготовки топливовоздушной смеси, включающую устройство многоточечного впрыска топлива, представляющее собой ряд струйных или центробежных форсунок, и параллельно расположенные на коллекторе подвода топлива трубки Вентури, а также камеру смешения для перемешивания отдельных потоков топливовоздушной смеси. При этом форсунки устройства многоточечного впрыска установлены в трубках Вентури таким образом, что распыл топлива осуществляется перед критическим сечением трубок Вентури. Топливо в отдельных трубах Вентури перемешивается в потоке воздуха, а после слияния потоков, продолжает перемешиваться в камере смешения.

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность (большое число труб), а следовательно, трудоемкость изготовления и обслуживания, и большой вес (особенно для ГТУ высокой мощности). К недостаткам также можно отнести значительные потери давления на трение из-за большой поверхности контакта топливовоздушной смеси со стенками в трубах Вентури.

Предлагаемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в упрощении и облегчении конструкции смесителя топливных компонентов и снижении потерь давления на трение.

Для достижения указанного технического результата в смесителе топливных компонентов, содержащем коллектор подвода топлива и систему подготовки топливосодержащей смеси, включающую устройство многоточечного впрыска топлива, в отличие от известного, система подготовки топливосодержащей смеси выполнена в виде одной трубы Вентури, при этом, установленное в трубе Вентури до ее критического сечения устройство многоточечного впрыска топлива выполнено в виде торообразного коллектора обтекаемой формы с отверстиями на наружной и внутренней поверхностях.

В частности, торообразный коллектор многоточечного впрыска топлива может иметь каплевидную форму.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

фиг.1 - общий вид конструкции смесителя топливных компонентов,

фиг.2 - проекция вида по стрелке А.

Смеситель топливных компонентов содержит трубу Вентури 1 с входным патрубком 2, на наружном корпусе которого расположен топливный коллектор 3, а внутри, в высокоскоростном потоке среды (воздуха или водяного пара), на полых пилонах 4 установлено устройство многоточечного впрыска топлива 5 в виде торообразного коллектора с обтекаемым, например каплевидным, профилем, в котором выполнены многочисленные отверстия 6 по нормали к наружной и внутренней поверхностям.

Средства подвода топлива, воздуха или водяного пара размещены на удалении от смесителя топливных компонентов.

Устройство работает следующим образом.

Воздух или водяной пар от удаленных источников по специальным каналам (не показаны) подается в смеситель топливных компонентов через патрубок 2, проходя через трубу Вентури 1, ускоряется до максимальной скорости в критическом сечении 7 и затем замедляется в процессе прохождения через диффузорную часть 8.

Топливо из топливного коллектора 3 через пилоны 4 поступает в устройство многоточечного впрыска 5, инжектируется через многочисленные отверстия 6 в высокоскоростной поток среды (воздуха или водяного пара) перед критическим сечением 7 трубы Вентури 1, подвергается большому сдвигу и турбулентности, что в результате ведет к полному перемешиванию топлива и воздуха или пара на выходе из диффузорной части 8 трубы Вентури 1.

Таким образом, благодаря выполнению устройства многоточечного впрыска топлива в виде коллектора торообразной формы с удобообтекаемым профилем, с отверстиями на его внутренней и внешней поверхностях вместо индивидуальных форсунок, устанавливаемых в отдельных параллельно расположенных трубах Вснтури, удается организовать полное перемешивание топливосодержащей смеси в одной трубе Вентури большего диаметра. Это позволяет существенно упростить и облегчить устройство.

Так как степень перемешивания топливных струй из форсунок или отверстий коллектора с воздухом или паром определяется отношением длины диффузорной части трубы Вентури к диаметру выходных отверстий струй, то предлагаемое смесительное устройство имеет длину, равную длине многотрубного смесителя. При этом, площадь контакта топливной смеси со стенками одной трубы Вентури в √n раз меньше, чем в многотрубном смесителе, следовательно, гидравлические потери на трение тоже уменьшаются в √n раз, где n - число параллельно расположенных труб Вентури в многотрубном смесителе.

1. Смеситель топливных компонентов, содержащий коллектор подвода топлива и систему подготовки топливосодержащей смеси, включающую устройство многоточечного впрыска топлива, отличающийся тем, что система подготовки топливосодержащей смеси выполнена в виде одной трубы Вентури, при этом установленное в трубе Вентури до ее критического сечения устройство многоточечного впрыска топлива выполнено в виде торообразного коллектора обтекаемой формы с отверстиями на наружной и внутренней поверхностях.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что торообразный коллектор многоточечного впрыска имеет каплевидную форму.