Горелочное устройство



Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство
Горелочное устройство

 


Владельцы патента RU 2560087:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Настоящее изобретение относится к горелочному устройству для вырабатывания горячих газов (8), расширяемых в газовой турбине, содержащему горелку внутри камеры (1), причем указанная горелка содержит средство (5) впрыска топлива, средство (6) подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси внутри горелки, и камеру (7) сгорания, расположенную ниже по потоку от указанной горелки и содержащую выпуск, соединенный по текучей среде с газовой турбиной. Настоящее изобретение отличается тем, что средство (6) подачи воздуха содержит по меньшей мере два отдельных проточных канала (14, 15) и что один из двух проточных каналов запитан первым питающим давлением (p1) и другой проточный канал запитан вторым питающим давлением (p2). Изобретение направлено на создание горелочного устройства для вырабатывания горячих газов, расширяемых в газовой турбине, также изобретение направлено на снижение выбросов NOx и CO и решение проблем падения давления. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области стационарных газовых турбин, в частности к горелочному устройству для вырабатывания горячих газов, расширяемых в турбине, которое содержит горелку внутри камеры, причем указанная горелка содержит средство впрыска топлива, средство подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси внутри горелки, и камеру сгорания, расположенную ниже по потоку от указанной горелки и содержащую выпуск в сообщении по текучей среде с газовой турбиной.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При разработке газовых турбин повышение качества циклического режима и снижение выбросов загрязняющих веществ представляют собой две основные задачи, позволяющие сводить до минимума воздействие на окружающую среду, а также повышать до максимума экономическую выгоду. Для повышения эффективности газовой турбины важно одновременно оптимизировать распределение воздуха, выходящего из компрессора и распределение горячих газов, выходящих из камеры сгорания, т.е. сделать минимально возможным падение давления, испытываемое рабочей текучей средой перед началом ее расширения в турбине.

Вышеупомянутые задачи можно решить, помимо прочего, располагая охлаждающий канал для стенок камеры сгорания и воздушный канал горелки параллельно, как проиллюстрировано на фиг.2a. Рассмотрим фиг.2a, на которой проиллюстрировано приблизительное схематичное изображение горелочного устройства, содержащего камеру 1, которая соединена по текучей среде с компрессорной ступенью стационарной газовой турбины (не показано), таким образом, что объем камеры 1 заполняет сжатый воздух 2 под преобладающим давлением p1. Камера 1 содержит горелочное устройство, содержащее секцию 3 горелки, которое окружено устьем 4 горелки, содержащим средство 5 впрыска топлива, средство 6 подачи воздуха и средство образования топливовоздушной смеси (не показано), которая воспламеняется внутри камеры 7 сгорания, расположенной ниже по потоку от секции 3 горелки. Горячие газы 8, которые образуются внутри указанной камеры 7 сгорания, выходят из указанного горелочного устройства непосредственно в турбину (не показано), чтобы производить работу посредством расширения. Во избежание какой-либо термической перегрузки горелочного устройства, в частности камеры сгорания, стенка камеры сгорания образует жаровую трубу, содержащую промежуточное пространство 9, и сжатый воздух 2 из камеры 1, соответственно, из компрессора поступает в промежуточное пространство 9 для охлаждения. Промежуточное пространство 9 представляет собой охлаждающий воздушный канал для охлаждения стенок камеры сгорания. Охлаждающий воздух выходит из охлаждающего воздушного канала и поступает непосредственно в камеру сгорания. Кроме того, часть сжатого воздуха внутри камеры 1 входит в секцию 3 горелки через средство подачи воздуха в форме впускных отверстий 6 внутри устья 4 горелки для смешивания с топливом, которое впрыскивается средством 5 впрыска топлива для образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси 11.

Однако недостаток такой системы заключается в том, что не весь воздух, который подается компрессором внутрь камеры, принимает участие в сгорании топлива, таким образом, достигается более высокая температура пламени при такой же температуре горячего газа, в результате чего увеличиваются выбросы оксидов азота NOx. В качестве альтернативы, если требуется схема, снижающая выбросы NOx, температура горячего газа должна быть снижена, в результате чего происходит отрицательное воздействие на эффективность двигателя.

Часто используют альтернативную систему, в которой охлаждающий и горелочный воздушные каналы соединены последовательно (см. фиг.2b). Фиг.2 содержит такие же ссылочные позиции, которые обозначают компоненты, уже разъясненные на фиг.2a; таким образом, чтобы избежать повторения, эти компоненты не будут разъясняться еще раз. Здесь охлаждающий канал для камеры сгорания, который представляет собой промежуточное пространство 9, соединен по текучей среде с секцией 3 горелки, таким образом, что охлаждающий воздух поступает в горелку через средство 6 подачи воздуха и смешивается с топливом, образуя топливовоздушную смесь 11.

Преимущество этого заключается в том, что вся масса воздушного потока принимает участие в сгорании, и, таким образом, выбросы сводятся до минимума; однако в этом случае суммарное падение давления может увеличиваться, и, таким образом, снижается эффективность. В такой схеме падение давления в охлаждающем канале можно, по выбору, уменьшать посредством отвода некоторой части воздуха 11 непосредственно из камеры 1 в устье 4 горелки. Однако отводимый воздух 11 все же испытывает падение давления, и в результате этого не обеспечивается дополнительная выгода.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить горелочное устройство для вырабатывания горячих газов, расширяемых в газовой турбине, которое содержит горелку внутри камеры, причем указанная горелка содержит средство впрыска топлива, средство подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси внутри горелки, и камеру сгорания, расположенную ниже по потоку от указанной горелки и содержащую выпуск, соединенный по текучей среде с газовой турбиной, что позволяет работать при повышенных температурах и в то же время обеспечивать снижение выбросов NOx и CO и решение проблем падения давления.

Данную задачу решает совокупность отличительных признаков, перечисленных в п.1 формулы изобретения. Настоящее изобретение можно модифицировать преимущественно посредством отличительных признаков, описанных в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в следующем описании, в частности, в отношении предпочтительных вариантов осуществления.

Идея настоящего изобретения основана на сочетании преимуществ обеих известных схем распределения воздуха, которые представлены на фиг.2a и 2b, и она предотвращает соответствующие недостатки посредством использования горелочного устройства согласно отличительным признакам преамбулы п.1 формулы изобретения, которые характеризуются наличием двух отдельных проточных каналов для используемого в сгорании воздуха, т.е. средство подачи воздуха в горелку содержит по меньшей мере два отдельных проточных канала, причем один из двух проточных каналов запитан первым питающим давлением, и другой проточный канал запитан вторым питающим давлением.

По существу, в предпочтительном варианте осуществления горелочного устройства по меньшей мере один из двух проточных каналов соединен по текучей среде с камерой, в которой преобладает первое давление и которая соединена по текучей среде с компрессором, и другой проточный канал соединен по текучей среде с промежуточным пространством, в котором преобладает второе давление и которое ограничено жаровой трубой, содержащей по меньшей мере один впуск текучей среды в камеру. Оба канала заканчиваются в секции горелки, таким образом, что все количество воздуха, поступающего через оба канала, смешивается с топливом для образования топливовоздушной смеси перед ее воспламенением внутри камеры сгорания.

Процесс введения воздуха через каждый канал можно осуществлять двумя различными способами, т.е. последовательно или параллельно относительно охлаждающего воздушного канала, который соответствует промежуточному пространству внутри жаровой трубы для охлаждения стенок камеры сгорания. В случае последовательного воздушного потока часть сжатого воздуха внутри камеры поступает через впускные отверстия в промежуточное пространство жаровой трубы для охлаждения стенок камеры сгорания перед поступлением в область горелки через один из проточных каналов для смешивания с топливом. При прохождении через впускные отверстия для поступления в промежуточное пространство жаровой трубы воздух для охлаждения камеры сгорания испытывает падение давления, таким образом, что внутри жаровой трубы преобладает давление p2 потока, которое меньше, чем давление p1. В случае параллельного воздушного потока другая часть сжатого воздуха внутри камеры поступает в горелку через другой нижний канал непосредственно без существенного охлаждения стенок камеры сгорания. Таким образом, разделение потока воздуха для сгорания, который поступает в горелку для производства топливовоздушной смеси по меньшей мере на два отдельных проточных канала обеспечивает возможность того, что один проточный канал питается параллельно охлаждающему воздушному каналу, и одновременно другой канал питается последовательно с ним.

Оба проточных канала выполнены предпочтительно таким образом, что один из двух проточных каналов представляет собой внешний проточный канал, который окружает другой проточный канал, который представляет собой так называемый внутренний проточный канал. В случае содержащей ось симметрии горелки внутренний и внешний проточные каналы являются коаксиальными, и каждый проточный канал содержит проточную выходную плоскость, которая расположена ниже по потоку от конца каждого проточного канала, таким образом, что выходная плоскость внутреннего проточного канала является отличной, располагаясь предпочтительно выше по потоку от выходной плоскости внешнего проточного канала.

По выбору, каждый проточный канал может содержать проточный завихритель, который может различаться для внутреннего и внешнего проточных каналов, таким образом, что завихрение, которое образуется в обоих потоках, можно регулировать раздельно для улучшения процесса смешивания ниже по потоку с впрыскиваемым топливом.

Средство впрыска топлива можно выполнять и располагать различными способами и в различных местах. Одно предпочтительное средство впрыска топлива представляет собой топливную трубку, проходящую во внутренний проточный канал или через него. В качестве альтернативы или в сочетании с указанной топливной трубкой следующее средство впрыска топлива можно выполнить как выпускающие топливо форсунки, которые расположены ниже по потоку от края стенки канала, которая окружает внутренний проточный канал, т.е. по меньшей мере одна топливная форсунка расположена в выходной плоскости внутреннего проточного канала. Разумеется, можно беспрепятственно использовать и другие технологии впрыска топлива для изобретенного горелочного устройства.

Следующий преимущественный отличительный признак, способствующий улучшению поточных характеристик ниже по потоку от внутреннего канала, представляет собой дольчатую конструкцию выходного края стенки канала, которая окружает внутренний проточный канал. Подробное описание представлено в сочетании со следующими проиллюстрированными вариантами осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее настоящее изобретение разъясняется более подробно на основании примерных вариантов осуществления в сочетании с чертежами. На данных чертежах:

Фиг.1 представляет горелочное устройство с двойным воздушным каналом для воздуха камеры сгорания по настоящему изобретению;

Фиг.2a и 2b представляют горелочное устройство уровня техники, содержащее: a) параллельный воздушный охлаждающий поток и b) последовательный воздушный охлаждающий поток;

Фиг.3 представляет схему предлагаемой конструкции с двойным воздушным каналом;

Фиг.4a и 4b представляют предпочтительные варианты осуществления, содержащие: a) последовательный внешний канал и параллельный внутренний канал, b) параллельный внешний канал и последовательный внутренний канал;

Фиг.5 представляет горелку согласно изобретению, содержащую последовательный внешний канал и параллельный внутренний канал, на основании конического завихрителя;

Фиг.6 представляет горелку согласно изобретению, содержащую последовательный внешний канал и параллельный внутренний канал, на основании аксиальных завихрителей;

Фиг.7 представляет частичный вид продольного сечения изобретенных двойных проточных каналов, содержащих дольчатый смесительный край;

Фиг.8 представляет вид в разрезе изобретенного горелочного устройства, содержащего двойной воздушный канал с параллельным внешним каналом и последовательным внутренним каналом.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематично представляет продольное сечение горелочного устройства, содержащего камеру 1, которая соединена по текучей среде с компрессорной ступенью стационарной газовой турбины (не показано), что объем камеры 1 заполнен сжатым воздухом 2 при преобладающем давлении p1. Камера 1 содержит горелочное устройство, содержащее секцию 3 горелки, которое окружено устьем 4 горелки, содержащим средство 5 впрыска топлива, средства 6, 6' подачи воздуха и средство (не показано) образования топливовоздушной смеси, которая воспламеняется внутри камеры 7 сгорания, расположенной ниже по потоку от секции 3 горелки. Горячие газы 8, которые образуются внутри указанной камеры 7 сгорания, выходят из указанного горелочного устройства непосредственно в турбину (не показано), чтобы производить работу посредством расширения. Чтобы предотвращать какую-либо термическую перегрузку горелочного устройства, в частности, камеры сгорания, стенка камеры сгорания образует жаровую трубу, содержащую промежуточное пространство 9, причем сжатый воздух 2 из камеры 1, соответственно, из компрессора поступает через впускные отверстия 10 в промежуточное пространство 9 для охлаждения. Вследствие падения давления, давление p2, которое вызывают впускные отверстия внутри промежуточного пространства 9, является меньше, чем p1. Промежуточное пространство 9 вмещает охлаждающий воздушный поток 13 для охлаждения стенок камеры сгорания. После прохождения через промежуточное пространство 9 в направлении потока охлаждающий воздушный поток 13 поступает через отверстия 6', которые служат в качестве средства подачи топлива, во внешний проточный канал 14, который является закрытым у верхнего по потоку конца (слева на фигуре) и открывается в камеру 7 сгорания у своего нижнего по потоку конца. Внешний проточный канал, который радиально окружен имеющей предпочтительно цилиндрическую форму стенкой, в которой предусмотрены отверстия 6', окружает внутренний проточный канал 15. Внутренний проточный канал 15 соединен по текучей среде с камерой 1 и открывается в камеру 7 сгорания. Внешний и внутренний каналы 14, 15 расположены и выполнены коаксиально и представляют собой двойную воздушную камеру сгорания горелочного устройства. Внутренний проточный канал 15 обеспечивает прямой поток сжатого воздуха из камеры 1 в секцию 3 горелки под давлением p1. Внешний проточный канал 14 обеспечивает поступление охлаждающего воздушного потока 13, который сначала охлаждает стенку камеры сгорания, в секцию 3 горелки. Таким образом, оба воздушных потока, выходящие из внутреннего и внешнего проточных каналов 14, 15, смешиваются с топливом, образуя топливовоздушную смесь 11, которая воспламеняется и сгорает в камере 7 сгорания, производя горячие газы 8 для приведения в движение турбинной ступени, расположенной ниже по потоку от камеры сгорания (не показано).

Принцип действия такой содержащей двойной воздушный канал горелки представлен на фиг.3. Внешний проточный канал, питаемый питающим давлением p2, представляющим собой давление внутри промежуточного пространства 9 жаровой трубы, окружает внутренний проточный канал 15, питаемый питающим давлением p1, представляющим собой давление внутри камеры 1. Массовые потоки m1 и m2 через два проточных каналы, предпочтительно являются различными, и их можно регулировать соответствующим образом.

По выбору каждый проточный канал 14, 15 можно снабдить завихрителями 16, 17, которые могут различаться для внутреннего и внешнего проточных каналов 14, 15 соответственно. Внутренний проточный канал 15 содержит обтекатель для средства 5 выпрыска топлива, которое может также представлять собой средство стабилизации потока. Выходная плоскость 18 внутреннего проточного канала 15 может отличаться от выходной плоскости 19 внешнего проточного канала 14 и, в частности, может быть расположена выше по потоку от выходной плоскости 19 внешнего проточного канала 14.

В случае содержащего ось симметрии горелочного устройства, у которого два проточных канала, т.е. внешний и внутренний проточный канал 14, 15, являются коаксиально расположенными, причем предложены два основных варианта схемы.

Фиг.4a представляет вариант осуществления, в котором внешний проточный канал 14 последовательно запитан охлаждающим камеру сгорания воздухом 13, и параллельно этому внутренний проточный канал 15 запитан непосредственно сжатым воздухом из камеры 1. Здесь предполагается, что средство 5 впрыска топлива также представляет собой часть фланца корпуса газовой турбины (не показано), который образует топливную трубку 5', продолжающуюся, главным образом, через весь внутренний проточный канал 15. Верхняя по потоку часть стенки 20 канала, которая окружает внутренний проточный канал 15, снабжена отверстием 21, через которое сжатый воздух из камеры 1 поступает во внутренний проточный канал 15. Внутри внутреннего проточного канала 15 расположен завихритель 17.

Внутренний проточный канал 15 частично окружен внешним проточным каналом вдоль его оси, которая сама радиально окружена стенкой 22 канала. Обе стенки 20, 22 канала имеют цилиндрическую форму и расположены коаксиально вдоль одной и той же оси горелки. Вдоль внешнего проточного канала также расположены завихрители 16. Как показано на фиг.4a, давление потока p1 и массовый поток m1 воздушного потока, поступающего во внутренний проточный канал 15, который направлен параллельно охлаждающему воздушному потоку 13, отличаются от соответствующих значений p2 и m2 охлаждающего воздушного потока 13 при поступлении во внешний проточный канал 14.

Фиг.4b представляет вариант осуществления, в котором во внешний проточный канал 14 параллельно запитан сжатым воздухом из камеры 1, и внутренний проточный канал 15 последовательно запитан охлаждающим камеру сгорания воздухом 13. Устье 4 горелки окружает внутреннюю область горелки и отделяет объем камеры.

Фиг.5 представляет вид в разрезе горелочного устройства, содержащего двойной воздушный канал, в том числе последовательный внешний проточный канал 14 и параллельный внутренний проточный канал 15, на основании конического завихрителя 23. Так же, как и во всех других проиллюстрированных вариантах осуществления, горелочное устройство содержится в камере (не показано). Внутренний проточный канал 15 запитан сжатым воздухом, входящим в верхнее по потоку отверстие 24 под давлением p1 и с массовым потоком m1. Дополнительная топливная трубка 5' продолжается во внутренний проточный канал 15, который впрыскивает топливо в воздушный поток, завихряемый коническим завихрителем 23. Дополнительный охлаждающий воздушный поток 13 поступает во внешний проточный канал 14 после охлаждения стенки камеры сгорания и завихрения также с помощью конического завихрителя 23, при прохождении через внешний проточный канал 14. Таким образом, топливовоздушная смесь, которая образуется вдоль внутреннего проточного канала 15, будет смешиваться после прохождения выходной плоскости 18 с завихренным дополнительным потоком воздуха внутри внешнего проточного канала 14. Дополнительный завихренный поток воздуха во внешнем проточном канале имеет меньшее давление p2 и другой массовый поток m2, что эффективность смешивания можно оптимизировать внутри внешнего проточного канала 14 посредством соответствующего регулирования значений p2 и m2 для получения полностью и однородно перемешанной топливовоздушной смеси перед прохождением выходной плоскости 19 внешнего проточного канала.

Фиг.6 представляет вид в разрезе горелочного устройства с двойным воздушным каналом, содержащим последовательный внешний проточный канал 14 и параллельный внутренний проточный канал 15, на основании аксиального завихрителя 23. Так же, как и во всех других проиллюстрированных вариантах осуществления, горелочное устройство содержится в камере 1. Внутренний проточный канал 15 запитан сжатым воздухом, входящим в верхнее по потоку отверстие 24 под давлением p1 и с массовым потоком m1. Дополнительная топливная трубка 5' продолжается во внутренний проточный канал 15, который впрыскивает топливо в оба воздушных потока, каждый их которых завихряется коническим завихрителем 23. Впрыскивание топлива в оба воздушных потока происходит одновременно на выходной плоскости 18 внутреннего проточного канала, на которой встречаются оба завихренных воздушных потока.

В предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг.7a и 7b, внутренний проточный канал 15 окружен стенкой 20 канала, которая содержит аксиальный нижний по потоку край 26, обеспечивающий дольчатую форму 27 (см. фиг.7a), которую можно наблюдать на поперечном секции, проиллюстрированном на фиг.7b. Такой дольчатый контур 27 является особенно подходящим для видов топлива с высокой реакционной способностью.

Фиг.8 представляет горелочное устройство согласно идее, представленной на фиг.4b. Горелка содержится в устье 4 горелки. Охлаждающий воздушный поток 13, проходящий через промежуточное пространство 9 жаровой трубы, входит в секцию горелки внутри устья 4 горелки после охлаждения стенок камеры сгорания. Воздушный поток затем проходит последовательно во внутренний проточный канал 15 через входное отверстие 28, на котором установлено несколько топливных форсунок 5. Последовательные потоки воздуха и топлива движутся в аксиальном направлении через внутренний проточный канал 15 и первоначально смешиваются только вследствие струйного распыления топлива. Аксиальная конфигурация впрыскивания топлива также позволяет концентрировать впрыскивающую топливо часть горелки на съемной трубе 5' и, таким образом, получать отделенную от горелки аэродинамику.

Кроме того, место впрыскивания топлива можно регулировать аксиально. Впрыскивание топлива в направлении потока обеспечивает ослабленные колебания струй топлива и, таким образом, приводит к повышенной устойчивости пламени.

Сжатый воздушный поток 2 проходит параллельно и поступает непосредственно из камеры 1 при давлении p2. Этот сжатый воздушный поток 2 пересекает первый охлажденный воздушный поток 13 в отдельных проточных каналах, расположенных поочередно, и затем протекает вдоль передней панели 29 камеры сгорания, чтобы осуществлять конвекционное охлаждение передней панели 29. После этого сжатый воздушный поток 2 протекает вокруг диффузорной части 30 горелки и приобретает угловой момент в направлении окружности горелки. Наконец, воздух протекает через несколько удлиненных воздушных щелей 31 во внутреннюю часть горелки, объединяясь с первичным воздушным потоком и придавая завихрение всему потоку в горелке. Смешивание вторичного сжатого воздушного потока 2 с первым воздушным потоком 13 и топливом происходит на очень коротком расстоянии, таким образом, что вся смесь предварительно перемешивается в достаточной степени перед достижением области 32 пламени, которая продолжается ниже по потоку от горелки и может проходить выше по потоку как продолжение центрального обтекателя 33. Чтобы дополнительно улучшать смешивание перед положением 32 фиксирования пламени, центральный обтекатель 33 может дополнительно продолжаться вниз по потоку. Дополнительное впрыскивание топлива во внешний топливный канал может обеспечивать дополнительное предварительное смешивание топлива и возможность снижения выбросов.

Преимущества новой горелки согласно настоящему изобретению можно кратко представить следующим образом:

- Возможность работы на низком уровне выбросов при высокой температуре горячего газа посредством предотвращения отвода воздуха от горелки, как в случае горелки, проиллюстрированной на фиг.2a.

- Сокращение суммарного падения давления камеры сгорания посредством оптимизации разделения воздуха между двумя проточными каналами согласно изобретению.

- Возможность улучшенного колебательного поведения посредством термоакустического разделения двух проточных каналов.

- Возможность использования различных поточных характеристик, например завихрения, уровня турбулентности, в двух проточных каналах для лучшего соответствия различным условиям работы (например, неудовлетворительным) или другим граничным условиям (например, по типу топлива, составу топлива).

- Высокое падение давления, доступное для одного из двух проточных каналов, можно использовать как наилучший подходящий вариант, например, для улучшения смешивания топлива, для придания повышенного завихрения и достижения лучшей стабилизации потока, для достижения высокой скорости и предотвращения обратного проскока пламени для видов топлива с высокой реакционной способностью.

- Граничная область, в которой объединяются два движущихся потока, может быть выполнена для оптимизации различных параметров, например смешивания между двумя потоками воздуха и топлива, стабилизации пламени, предотвращения обратного проскока пламени.

- Механические детали, подающие и разделяющие топливо на два воздушных канала, можно отделять друг от друга, и, посредством модульной конструкции, это может способствовать упрощению замены конфигураций (например, для различных видов топлива), а также упростить конструкцию и улучшить производство, монтаж, проверку и ремонт.

Что касается предлагаемых схем, описанных на фиг.4a и 4b, дополнительные преимущества первого аспекта, представленного на фиг.4a, заключаются в следующем:

- Сокращение расходов на ввод в действие и эксплуатацию в течение срока службы посредством простой конструкции, поскольку основные детали можно изготавливать в виде концентрических трубок.

- Дополнительное сокращение падения давления посредством обеспечения притока в два канала через большое поперечное сечение и при минимальных требованиях к поворотам потока.

Дополнительные преимущества второго аспекта, представленного на фиг.4b, заключаются в следующем:

- Эффективное использование давления на выходе компрессора для охлаждения передней панели камеры сгорания и передней поверхности горелки, возможно, посредством конвекционного охлаждения.

Другие возможные варианты осуществления настоящего изобретения заключаются в следующем:

- Применение к трубчатым, кольцевым или трубчато-кольцевым камерам сгорания.

- Завихрители различных типов (отсутствие завихрителя, аксиальные, радиальные, конические завихрители или их сочетания для различных проточных каналов).

- Два или более коаксиальных проточных канала, например один последовательный для охлаждения жаровой трубы, один последовательный для охлаждения передней панели, один параллельный для охлаждения обеих деталей.

- Некоаксиальные проточные каналы (например, разделяющие проточный канал из воздуха внутреннего и внешнего охлаждения жаровой трубы).

- Модульные варианты, в которых один из проточных каналов является постоянным, а другой оптимизируется для стандартных видов топлива (природный газ, нефть, содержащая воду) или виды топлива с высокой реакционной способностью (обогащенное водородом топливо, обезвоженная нефть), соответственно, в результате чего допускается повышенная гибкость в использовании топлива при минимальных изменениях оборудования.

- Модульные варианты, в которых внешняя стенка внешнего проточного канала соединена с передней панелью, в то время как вся подача топлива происходит посредством деталей, образующих центральный проточный канал, в результате чего допускаются утечки воздуха между горелкой и передней панелью, а также повышенная простота и надежность конструкции за счет установки только небольшого выдвижного центрального обтекателя.

- Регулируемое распределение воздушного потока между различными проточными каналами регулируется, например, посредством сменных сит с различной открытой областью.

- Различные схемы впрыскивания топлива в сочетании с различными геометрическими конфигурациями/типами завихрителей: перекрестный поток от внутренних/внешних/промежуточных стенок, непрерывное впрыскивание от завихрителя или разделяющих поток деталей, от центральной/дополнительной топливной трубки (трубок).

- Различное и регулируемое распределение потока топлива между двумя каналами.

Как известно, чтобы свести до минимума термоакустическую пульсацию, преимущественным является большая разность периода задержки между положением пламени и положениями исходных точек для различных возмущений потока и/или точек впрыскивания топлива.

- Настоящий аспект горелки является особенно подходящим для данной цели, поскольку завихрители, положение впрыскивания топлива и объемные скорости потоков можно сохранять различными для различных проточных каналов, в результате чего максимально увеличивается разность периода задержки.

- Аналогичным образом, было бы целесообразным помещение конца центральной топливной трубы, нижнего по потоку края разделительной стенки между двумя каналами и выходного края горелки в различных аксиальных положениях.

В случае коаксиальных воздушных каналов нижний край разделительной стенки между двумя каналами может иметь дольчатую форму и по выбору содержать отверстия для впрыскивания. Преимущества этого заключаются в следующем:

- Улучшенное смешивание с минимальным падением давления (возможность сохранения высокой объемной скорости потока и сокращение риска обратного проскока пламени).

- Минимальные возмущения потока вследствие отсутствия резких поворотов потока (сокращение риска обратного проскока пламени).

- Минимальные возмущения потока вследствие возможности непрерывного впрыскивания от заднего края (сокращение риска обратного проскока пламени).

Это, в частности, является подходящим для содержащих высокую реакционную способность видов топлива и может осуществляться в горелке согласно аспекту, представленному на фиг.7a и b.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Камера

2 - Сжатый воздух

3 - Секция горелки

4 - Устье горелки

5 - Средство впрыска топлива

5' - Топливная трубка

6, 6' - Средство подачи топлива

7 - Камера сгорания

8 - Горячие газы

9 - Промежуточное пространство

10 - Впускные отверстия

11 - Топливовоздушная смесь

12 - Отводной воздушный поток

13 - Охлаждающий воздушный поток

14 - Внешний проточный канал

15 - Внутренний проточный канал

16 - Завихритель

17 - Завихритель

18 - Выходная плоскость внутреннего проточного канала

19 - Выходная плоскость внешнего проточного канала

20 - Стенка канала внутреннего проточного канала

21 - Отверстие

22 - Стенка канала внешнего проточного канала

23 - Конический завихритель

24 - Отверстие

25 - Аксиальный завихритель

26 - Край стенки канала

27 - Дольчатая форма

28 - Входное отверстие

29 - Передняя панель камеры сгорания

30 - Диффузорная часть

31 - Воздушная щель

32 - Область пламени

33 - Центральный обтекатель

1. Горелочное устройство для вырабатывания горячих газов (8), расширяемых в газовой турбине, содержащее горелку внутри камеры (1), содержащую средство (5) впрыска топлива, средство (6) подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси внутри горелки, и камеру (7) сгорания, расположенную ниже по потоку от указанной горелки и имеющую выпуск, соединенный по текучей среде с газовой турбиной, отличающееся тем, что средство (6) подачи воздуха содержит по меньшей мере два отдельных проточных канала (14, 15), при этом один из двух проточных каналов питается первым питающим давлением (p1), а другой проточный канал питается вторым питающим давлением (р2), при этом один из двух проточных каналов соединен по текучей среде с камерой (1), в которой преобладает первое давление (p1) и которая соединена по текучей среде с компрессором, а другой проточный канал соединен по текучей среде с промежуточным пространством (9), в котором преобладает второе давление (р2) и которое образовано жаровой трубой, содержащей по меньшей мере один впуск (10) для текучей среды в камеру (1), причем по меньшей мере один впуск (10) для текучей среды жаровой трубы в камеру (1) находится ниже по потоку от области камеры (7) сгорания.

2. Горелочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из двух проточных каналов представляет собой внешний проточный канал (14), который окружает другой проточный канал, который представляет собой так называемый внутренний проточный канал (15).

3. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что вдоль по меньшей мере одного из двух проточных каналов расположен проточный завихритель (16, 17).

4. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренний и внешний проточные каналы (15, 14) являются коаксиальными и каждый проточный канал содержит проточную выходную плоскость (18, 19), при этом выходная плоскость (18) внутреннего проточного канала (15) расположена выше по потоку от выходной плоскости (19) внешнего проточного канала (14).

5. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из средств (5) впрыска топлива расположено внутри внутреннего проточного канала (15).

6. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что промежуточное пространство (9) соединено по текучей среде с внутренним проточным каналом (15) и камера (1) соединена по текучей среде с внешним проточным каналом (14).

7. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что промежуточное пространство (9) соединено по текучей среде с внешним проточным каналом (14), а камера (1) соединена по текучей среде с внутренним проточным каналом (15).

8. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренний проточный канал (15) окружен стенкой (20) канала, которая содержит аксиальный нижний по потоку край (26), имеющий дольчатую форму (27).

9. Горелочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренний проточный канал (15) окружен стенкой (20) канала, которая содержит аксиальный нижний по потоку край (26), содержащий средство (5) впрыска топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств. .

Горелка // 2444679
Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств, и обеспечивает при его использовании повышение эффективности сжигания топлива и снижение электропотребления.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топкам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средствах, для повышения полноты сгорания топлива путем интенсификации сжигания образующейся топливно-воздушной смеси.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплогенерирующих установках для осуществления регулируемого устойчивого пульсирующего горения.

Изобретение относится к устройствам для сжигания топливных ресурсов и может применяться для розжига камер сгорания ГТУ и стабилизации фронта пламени в них. .

Изобретение относится к способу запуска испарительного устройства для образования углеводородно-воздушной смеси, разлагаемой в риформере для получения водорода. .

Изобретение относится к горелкам для сжигания жидкого топлива и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для нагрева воды в котлах, в строительстве, сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
Наверх