Усовершенствованная форсунка для жидкого топлива для горелок газовых турбин

Изобретение относится к усовершенствованной форсунке для жидкого топлива для горелок газовых турбин. Указанная форсунка содержит головку в форме усеченного конуса с отверстием в ее меньшем основании для выхода жидкого топлива, трубку, которая подает жидкое топливо в головку форсунки, наружную трубку, расположенную вокруг трубки для формирования кольцевой полости, в которую подается сжатый воздух, элемент для создания турбулентности, расположенный между трубкой и головкой форсунки и соединенный с головкой при помощи резьбового соединения, а с трубкой - сваркой встык, при этом указанный элемент имеет центральный соединительный канал для прохождения жидкого топлива от трубки к отверстию в меньшем основании головки, закрывающий элемент, расположенный вокруг головки и элемента для создания турбулентности с образованием полости для прохождения сжатого воздуха, которая сообщена с кольцевой полостью, и соединенный с одного конца с наружной трубкой, а с другого - суживающийся в форме усеченного конуса вокруг головки с образованием отверстия перед отверстием в меньшем основании головки, элемент для создания турбулентности снабжен лопатками, ориентированными по спирали и расположенными снаружи от центрального соединительного канала для придания турбулентного движения сжатому воздуху, проходящему через вышеуказанную полость, образованную между закрывающим элементом и головкой с указанным элементом. Для центрирования трубки относительно наружной трубки использованы центрирующие средства, которые содержат перемычки, проходящие в радиальном направлении между трубкой и наружной трубкой. Изобретение позволяет снизить выброс веществ, загрязняющих окружающую среду, обеспечить высокую устойчивость пламени, уменьшить колебания давления в камере сгорания, повысить эффективность сгорания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к усовершенствованной форсунке для жидкого топлива для горелок газовых турбин.

Как известно, газовой турбиной является устройство, состоящее из компрессора и турбины с одной или более ступенями, в котором эти компоненты соединены вращающимся валом и в котором между компрессором и турбиной расположена камера сгорания.

Воздух из окружающей среды подается в компрессор, где его давление повышается.

Сжатый воздух проходит через серию камер предварительного смешивания, каждая из которых заканчивается соплом или суживающейся частью, и когда форсунка подает топливо в каждую из этих камер, это топливо смешивается с воздухом для формирования топливовоздушной смеси для сгорания.

Топливо, требуемое для сгорания, которое необходимо для повышения температуры и теплосодержания газа, подается в камеру сгорания при помощи одной или более горелок, питаемых из контура под давлением.

Для улучшения характеристик устойчивости пламени обычно также применяется параллельная система подачи топлива для генерирования пусковых факелов вблизи выходного отверстия горелки, в которой обычно используется газообразное топливо.

Газ при высокой температуре и под высоким давлением затем проходит по соответствующим каналам к разным ступеням турбины, которая преобразует теплосодержание газа в механическую энергию, поставляемую пользователю.

Известные горелочные узлы имеют сложную конструкцию, в которую входит форсунка, содержащаяся внутри суживающегося корпуса.

Форсунка, которая прямо соединена с линией питания жидким топливом, проходящей от удаленного резервуара, обычно имеет корпус с цилиндрической частью и заостренной оконечной частью.

Известный тип форсунки для жидкого топлива для горелок в газовых турбинах имеет канал для прохождения топлива и имеет каналы для доступа сжатого воздуха из компрессора турбины.

Как канал для топлива, так и канал для сжатого воздуха заканчивается соответствующими выпускными отверстиями, где воздух, выходящий из форсунки, используется для испарения топлива для улучшения характеристик сгорания (см. патент США №1997066).

Хорошо известно, что основными соображениями, принимаемыми во внимание при конструировании камер сгорания для газовых турбин, являются устойчивость пламени и контроль избыточного воздуха с целью создания идеальных условий для сгорания.

Вторым фактором, который влияет на конструкцию камер сгорания газовых турбин, является тенденция обеспечения сгорания как можно ближе к куполу камеры сгорания.

Другие проблемы, которые особенно существенны в области техники, связанной с горелками, включают необходимость достижения оптимального распыления жидкого топлива и надлежащее смешивание в соответствии с разными характеристиками используемых топлив.

Наконец, желательно достигать оптимальных условий турбулентности текучих сред, относящихся к области предварительного смешивания, и уменьшения выпуска побочных продуктов сгорания, в особенности загрязняющих окружающую среду веществ, таких как окиси азота.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является усовершенствование указанной выше форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин так, чтобы минимизировать выброс загрязняющих окружающую среду веществ, но с учетом других требований для обеспечения удовлетворительного сгорания, таких как указанные ниже.

Другой задачей настоящего изобретения, таким образом, должно быть получение форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая также обеспечивает высокую устойчивость пламени.

Задачи настоящего изобретения также включают получение усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая уменьшает колебания давления в камере сгорания.

Еще одной задачей настоящего изобретения является получение усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая обеспечивает высокую эффективность сгорания.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является получение усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая дает возможность повышения среднего срока службы компонентов, подвергающихся воздействию высоких температур.

Другой дополнительной задачей настоящего изобретения является получение усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин с малым уровнем выброса загрязняющих окружающую среду веществ, которая имеет очень простую и компактную конструкцию, но которая поддерживает оптимальные динамические характеристики текучей среды.

Наконец, еще одной задачей настоящего изобретения является получение усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая обеспечивает отличную надежность работы устройства и которая может изготовляться с низкими затратами, поскольку состоит из небольшого количества компонентов: это также облегчает разборку и обслуживание.

Эти и другие задачи настоящего изобретения решены с получением усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, содержащей головку в форме усеченного конуса с отверстием в ее меньшем основании для выхода жидкого топлива, трубку, которая подает жидкое топливо в головку форсунки, наружную трубку, расположенную вокруг трубки для формирования кольцевой полости, в которую подается сжатый воздух, элемент для создания турбулентности, расположенный между трубкой и головкой форсунки и соединенный с головкой при помощи резьбового соединения, а с трубкой - сваркой встык, при этом указанный элемент имеет центральный соединительный канал для прохождения жидкого топлива от трубки к отверстию в меньшем основании головки, закрывающий элемент, расположенный вокруг головки и элемента для создания турбулентности с образованием полости для прохождения сжатого воздуха, которая сообщена с кольцевой полостью, и соединенный с одного конца с наружной трубкой, а с другого - суживающийся в форме усеченного конуса вокруг головки с образованием отверстия перед отверстием в меньшем основании головки, причем элемент для создания турбулентности снабжен лопатками, ориентированными по спирали и расположенными снаружи от центрального соединительного канала для придания турбулентного движения сжатому воздуху, проходящему через вышеуказанную полость, образованную между закрывающим элементом и головкой с указанным элементом.

В форсунке согласно изобретению предусмотрены центрирующие средства для центрирования трубки для подачи топлива относительно наружной трубки. При этом центрирующие средства предпочтительно содержат перемычки, проходящие в радиальном направлении между трубкой для подачи топлива и наружной трубкой.

Характеристики и преимущества усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, соответствующей настоящему изобретению, будут понятнее при ознакомлении с нижеследующим описанием, данным для примера и без намерения внести ограничения, со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вертикальный вид сбоку с частичным сечением форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, соответствующей настоящему изобретению;

фиг.2 изображает перспективный вид частично разобранной форсунки, показанной на фиг.1.

На фигурах показана усовершенствованная форсунка для жидкого топлива для горелок газовых турбин, обозначенная в целом номером 10.

Форсунка 10 имеет головку 12 форсунки в форме усеченного конуса, имеющую отверстие 14 в ее меньшем основании для прохождения жидкого топлива, при этом ее большее основание соединено с трубкой 16, по которой подается жидкое топливо.

Между начальной частью трубки 16 и головкой 12 форсунки расположен элемент для создания турбулентности или "завихритель" 18.

Этот элемент 18 содержит центральный соединительный канал 20 для прохождения топлива между трубкой 16 и головкой 12.

Головка 12 соединена с элементом 18, например, при помощи резьбового соединения. В альтернативном варианте элемент 18 может быть приварен встык к трубке 16.

Снаружи от указанного центрального канала 20 расположена группа лопаток 22, проходящих в осевом направлении и, в целом, спиральной конфигурации.

Вокруг трубки 16 расположена наружная трубка 24 для формирования кольцевой полости 26, по которой протекает сжатый воздух, который подается компрессором (не показан).

Для обеспечения разнесения между трубкой 16 и наружной трубкой 24 использованы центрирующие средства, такие как перемычки 25, проходящие в радиальном направлении между внешней поверхностью трубки 16 и внутренней поверхностью наружной трубки 24.

Вокруг головки 12 и элемента 18 для создания турбулентности расположен закрывающий элемент, такой как наконечник 28, соединенный с наружной трубкой 24, например, при помощи резьбового соединения.

Таким образом, наконечник 28 создает полость 32, которая формирует продолжение кольцевой полости 26, описанной выше.

На конце, противоположном соединенному с наружной трубкой 24, наконечник 28 охватывает головку 12 форсунки, при этом перед отверстием 14 в головке 12 образовано отверстие 30.

Наконечник 28 суживается вокруг головки 12 в ее области в форме усеченного конуса, таким образом, формируя полость 34, суживающуюся в направлении отверстия 30 наконечника 28.

В альтернативном варианте элемент 18 для создания турбулентности может быть выполнен посредством снабжения начальной части трубки 16 группой проходящих в осевом направлении лопаток, в целом, спиральной формы, которые подобны группе лопаток 22 элемента 18 для создания турбулентности, описанного выше.

Работа усовершенствованной форсунки 10 для жидкого топлива для горелок газовых турбин, соответствующей настоящему изобретению, понятна из приведенного выше описания со ссылками на фигуры и, коротко, состоит в следующем.

Жидкое топливо подается из удаленного резервуара по трубке 16 к головке 12 форсунки таким образом, чтобы питать основной факел горелки.

Жидкое топливо, впрыскиваемое головкой 12 форсунки, распыляется притоком воздуха, поступающего из кольцевой полости 26 наружной трубки 24, из полости 32 наконечника 28 и, наконец, из суживающейся полости 34, которая ускоряет воздух.

Перед достижением жидкого топлива этому воздуху сообщается турбулентное движение группой лопаток 22 элемента 18, с которым воздух сталкивается до достижения головки 12 форсунки.

Таким образом, на выходе из отверстия 30 наконечника 28 из жидкого топлива формируется должным образом испаренная коническая струя.

Приведенное выше описание ясно показывает характеристики усовершенствованной форсунки для жидкого топлива для горелок газовых турбин, которая является объектом настоящего изобретения, а также ясно показывает соответствующие преимущества, которые включают:

- пониженные уровни выбросов загрязняющих окружающую среду продуктов сгорания;

- уменьшенные колебания давления в камере сгорания и хорошую устойчивость пламени;

- высокую эффективность сгорания;

- высокую степень компактности;

- простоту сборки и разборки и следующую из этого простоту обслуживания.

Наконец, ясно, что усовершенствованная форсунка для жидкого топлива для горелок газовых турбин, сконструированная таким образом, может быть модифицирована и изменена многими путями в рамках объема изобретения.

Кроме того, все компоненты могут быть заменены технически эквивалентными элементами.

На практике, используемые материалы, а также формы и размеры могут изменяться в соответствии с техническими требованиями, которые могут возникать время от времени.

Объем защиты изобретения, таким образом, ограничен прилагаемой формулой изобретения.

1. Усовершенствованная форсунка для жидкого топлива для горелок газовых турбин, содержащая головку (12) в форме усеченного конуса с отверстием в ее меньшем основании для выхода жидкого топлива, трубку (16), которая подает жидкое топливо в головку форсунки, наружную трубку (24), расположенную вокруг трубки для формирования кольцевой полости (26), в которую подается сжатый воздух, элемент (18) для создания турбулентности, расположенный между трубкой и головкой форсунки и соединенный с головкой при помощи резьбового соединения, а с трубкой - сваркой встык, при этом указанный элемент имеет центральный соединительный канал для прохождения жидкого топлива от трубки к отверстию в меньшем основании головки, закрывающий элемент (28), расположенный вокруг головки и элемента (18) для создания турбулентности с образованием полости (32) для прохождения сжатого воздуха, которая сообщена с кольцевой полостью, и соединенный с одного конца с наружной трубкой, а с другого - суживающийся в форме усеченного конуса вокруг головки с образованием отверстия перед отверстием в меньшем основании головки, причем элемент (18) для создания турбулентности снабжен лопатками, ориентированными по спирали и расположенными снаружи от центрального соединительного канала для придания турбулентного движения сжатому воздуху, проходящему через вышеуказанную полость, образованную между закрывающим элементом и головкой с указанным элементом.

2. Форсунка (10) по п.1, в которой для центрирования трубки (16) относительно наружной трубки (24) использованы центрирующие средства.

3. Форсунка (10) по п.2, в которой центрирующие средства содержат перемычки (25), проходящие в радиальном направлении между трубкой (16) и наружной трубкой (24).