Впрыскивание топлива под наклоном в щелевое отверстие завихрителя

Авторы патента:


Впрыскивание топлива под наклоном в щелевое отверстие завихрителя
Впрыскивание топлива под наклоном в щелевое отверстие завихрителя
Впрыскивание топлива под наклоном в щелевое отверстие завихрителя

 


Владельцы патента RU 2584385:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания для газовой турбины, содержащая предкамеру, имеющую центральную ось, и завихритель, который установлен на предкамере. Завихритель охватывает предкамеру в окружном направлении относительно центральной оси. Завихритель содержит поверхность основания, которая образует часть щелевого отверстия, выполненного с возможностью впрыскивать через него в предкамеру смесь окислитель/топливо, причем поверхность основания располагается в плоскости основания. Завихритель дополнительно содержит топливный инжектор, который размещается на поверхности основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие топливо в направлении впрыскивания топлива, причем первый компонент направления впрыскивания топлива не параллелен нормали плоскости основания. Также представлен способ функционирования камеры сгорания. Изобретение позволяет обеспечить правильный профиль пламени. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины и к способу функционирования камеры сгорания.

Уровень техники

Имеется задача уменьшить температуру на поверхности вспомогательной горелки внутри камеры сгорания газовой турбины и уменьшить эмиссию вредных веществ, таких как оксиды азота NOx и/или монооксид углерода CO. Высокие температуры внутри камеры сгорания ведут к более высокой эмиссии CO и NOx. В частности, внутри камеры сгорания смешивание топлива и газа (воздуха) считается важнейшим вопросом при решении задачи уменьшения температуры и тем самым уменьшения эмиссии вредных веществ.

Обычно камера сгорания содержит завихритель, через который впрыскивается топливо, типично в виде нескольких потоков, например, основное топливо и вспомогательное топливо. Вспомогательное топливо типично впрыскивается вспомогательной горелкой, обычно в направлении вдоль центральной оси камеры сгорания, причем вспомогательное топливо используется для управления пламенем камеры сгорания, в котором сгорает основное топливо. Впрыскиваемое вспомогательное топливо создает заданную форму пламени внутри камеры сгорания. Поток основного топлива подается через завихритель в камеру сгорания в целом в тангенциальном направлении относительно центральной оси камеры сгорания. Впрыскиваемые потоки основного топлива и вспомогательного топлива могут быть жидкими или газообразными. Сгорание обеспечивается с помощью потока по существу несгораемого газа, содержащего окислитель, который вначале смешивается с топливом в горелке.

Внутри камеры сгорания в центре вспомогательной горелки вблизи поверхности вспомогательной горелки может образоваться высокая концентрация топлива в смеси газа, например воздуха, и топлива из-за обратной циркуляции впрыснутых газа и топлива. Поэтому имеется задача уменьшить концентрацию топлива в насыщенной топливной смеси в центре горелки вблизи поверхности вспомогательной горелки и расположить зону реакции, в которой происходит воспламенение пламени, дальше от поверхности вспомогательной горелки, чтобы уменьшить высокие температуры вспомогательной горелки.

Документ WO2009/056425A2 раскрывает камеру сгорания для газовой турбины, которая содержит камеру сгорания с головкой горелки, поверхностью горелки и радиальным завихрителем. Основное топливо впрыскивается через завихритель в центр камеры сгорания. Топливные форсунки для вспомогательного топлива, которые прикреплены к поверхности вспомогательной горелки, впрыскивают вспомогательное топливо в камеру сгорания. Вспомогательное топливо впрыскивается с индивидуальным направлением завихрения и с заданным углом впрыскивания, чтобы получить желаемый профиль пламени внутри камеры сгорания.

Документ US5267442A раскрывает топливную форсунку с эксцентриковым отверстием основного контура. Топливная форсунка, которая включает в себя завихритель для воздуха, впрыскивает топливо непосредственно на поверхность предварительного образования пленки завихрителя для воздуха.

Документ US5761906A раскрывает систему топливного инжектора, содержащую экранирующие средства для образования карманов с высокой концентрацией топлива в турбине с газообразным или жидким топливом. Поток воздуха подается через завихритель в центр камеры сгорания, где поток воздуха смешивается с топливом, которое впрыскивается форсунками внутри завихрителя. Далее, экранирующие средства экранируют подачу топлива от потока воздуха по меньшей мере в одной области системы топливного инжектора таким образом, что образуются карманы с высокой концентрацией топлива.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание камеры сгорания, обеспечивающей правильный профиль пламени.

Эта цель достигается камерой сгорания для газовой турбины и способом функционирования камеры сгорания согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается камера сгорания для газовой турбины. Камера сгорания содержит предкамеру и завихритель. Предкамера имеет центральную ось. Завихритель установлен на предкамере, причем завихритель охватывает предкамеру в окружном направлении относительно центральной оси. Завихритель содержит поверхность основания, которая образует часть щелевого отверстия, выполненного с возможностью впрыскивать через нее в предкамеру смесь окислитель/топливо. Поверхность основания располагается в плоскости основания. Нормаль плоскости основания, в частности, например, по меньшей мере один компонент нормали, параллельна осевому направлению относительно центральной оси.

Завихритель дополнительно содержит топливный инжектор, который размещается на поверхности основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие топливо, в частности топливный газ, в заданном направлении впрыскивания топлива. Первый компонент направления впрыскивания топлива не параллелен нормали плоскости основания. Другими словами, топливный инжектор не впрыскивает топливо в направлении впрыскивания, которое параллельно центральной оси.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ функционирования описанной выше камеры сгорания. Согласно этому способу, топливо впрыскивается в щелевое отверстие в направлении впрыскивания топлива, причем первый компонент направления впрыскивания топлива не параллелен нормали плоскости основания.

Камера сгорания может представлять собой камеру сгорания кольцевого или трубчатого типа. Камера сгорания может иметь цилиндрическую или овальную форму. Камера сгорания может содержать основную камеру сгорания и предкамеру с секцией завихрителя. Центральная ось предкамеры может быть линией симметрии предкамеры. В секции завихрителя на предкамере установлен завихритель, который охватывает центральную ось предкамеры.

Завихритель содержит щелевые отверстия, выполненные с возможностью впрыскивать через них в камеру сгорания смесь окислитель/топливо, состоящую из окислителя и топлива, в виде нескольких завихренных потоков. Завихритель может представлять собой, в частности, радиальный завихритель. Топливо впрыскивается топливным инжектором в соответствующее щелевое отверстие.

Смесь окислитель/топливо, которая течет через щелевые отверстия завихрителя, направляется в целом тангенциально относительно центральной оси, когда она входит в соответствующем потоке в предкамеру. Далее, смесь окислитель/топливо перемещается внутри предкамеры в направлении, компонент которого параллелен осевому направлению центральной оси внутри предкамеры, до тех пор, пока смесь окислитель/топливо не войдет в основную камеру сгорания.

Вспомогательная горелка, содержащая поверхность горелки, может быть прикреплена к секции завихрителя предкамеры. Топливный инжектор для вспомогательного топлива размещается на поверхности вспомогательной горелки для впрыскивания вспомогательного топлива в предкамеру. Вспомогательное топливо впрыскивается в целом вдоль осевого направления центральной оси предкамеры. Далее, поверхность горелки может располагаться, в частности, в плоскости основания.

Через щелевое отверстие завихрителя подается окислитель. Топливный инжектор впрыскивает топливо в щелевое отверстие, так что образуется смесь окислитель/топливо.

В качестве окислителя может использоваться, например, воздух или сжатый воздух. Топливо, которое впрыскивается топливным инжектором, может быть в газообразном состоянии, т.е. топливный газ, или в жидком состоянии, т.е. жидкое топливо.

Завихритель выполнен с возможностью впрыскивать смесь окислитель/топливо, т.е. окислитель, такой как (сжатый) воздух, и топливо, в предкамеру. Топливо может впрыскиваться в щелевое отверстие завихрителя таким образом, что образуется смесь окислитель/топливо. Смесь окислитель/топливо входит в предкамеру с помощью завихрителя. Кроме того, вспомогательное топливо впрыскивается топливными инжекторами для вспомогательного топлива, причем вспомогательное топливо перемещается в целом в направлении вдоль осевого направления. Вспомогательное топливо направляет смесь окислитель/топливо, впрыснутую завихрителем, вдоль осевого направления. В центральной области камеры сгорания имеет место обратный поток смеси окислитель/топливо (этот обратный поток необходим для поддержания непрерывного горения), так что продукты сгорания из смеси окислитель/топливо текут обратно в центральную область вблизи поверхности вспомогательной горелки. В результате здесь образуется так называемый рециркуляционный пузырь, в котором воспламененная смесь окислитель/топливо, направляемая центральным обратным потоком к поверхности горелки, создает в центре поверхности вспомогательной горелки высокие температуры.

Согласно обычным решениям, топливо, которое впрыскивается топливным инжектором в щелевое отверстие завихрителя, впрыскивается в направлении впрыскивания топлива, которое выровнено параллельно осевому направлению центральной оси.

Согласно решению настоящего изобретения, топливо впрыскивается топливным инжектором в направлении впрыскивания топлива, имеющем первый компонент, который не параллелен нормали плоскости основания и, в частности, не параллелен центральной оси предкамеры.

Другими словами, топливный инжектор впрыскивает топливо в щелевое отверстие завихрителя в направлении впрыскивания топлива, которое имеет по меньшей мере один первый компонент, который не параллелен относительно центральной оси. Тем самым топливо направляется ближе к плоскости основания в месте впрыскивания в камеру сгорания и тем самым ближе к поверхности вспомогательной горелки, в сравнении с направлением впрыскивания топлива, которое параллельно нормали плоскости основания и осевому направлению центральной оси предкамеры, соответственно.

Тем самым, за счет обеспечения направления впрыскивания топлива, которое проходит ближе к поверхности вспомогательной горелки, область реакции, в которой выходит и воспламеняется насыщенная часть смеси, т.е. окислитель/топливо, например, вблизи центра поверхности вспомогательной горелки, уменьшается, т.е. уменьшается диаметр зоны реакции. Тем самым уменьшается центральная часть поверхности вспомогательной горелки, в которой возникают высокие температуры.

Тем самым, впрыскивание завихрителем смеси окислитель/топливо более пологим образом, т.е. с первым компонентом направления впрыскивания топлива, который не параллелен нормали плоскости основания, и/или с компонентом направления впрыскивания топлива, который параллелен поверхности основания, положительно влияет на распределение части смеси окислитель/топливо в центральной области поверхности вспомогательной горелки. В частности, обеспечиваются более низкие пиковые температуры на поверхности вспомогательной горелки. Кроме того, обеспечивается более эффективное расположение насыщенной части смеси окислитель/топливо в центральной области на расстоянии от поверхности вспомогательной горелки. Кроме того, вблизи поверхности вспомогательной горелки образуется меньше точек перегрева, так что уменьшаются локальные карманы с высоким содержанием COx и NOx, которые могут, например, привести к большой эмиссии вредных веществ и осаждению сажи на топливных инжекторах или вокруг топливных инжекторов. Кроме того, за счет изменения конструкции, т.е. выравнивания топливного инжектора, достигается лучшая стабилизация пламени, например, улучшенная стабильность пламени и меньшая динамика горения.

Топливный инжектор размещается на поверхности основания таким образом, что направление впрыскивания топлива (т.е. его первый компонент) имеет угол впрыскивания между плоскостью основания и направлением впрыскивания топлива, причем угол впрыскивания находится в пределах между (приблизительно) 20° и (приблизительно) 70°. Подходящий результат может быть получен при обеспечении угла впрыскивания (приблизительно) 45° в том месте, где топливо входит в щелевое отверстие завихрителя.

Топливный инжектор содержит инжекционную трубку, причем инжекционная трубка выровнена относительно поверхности основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать топливо в щелевое отверстие в направлении впрыскивания топлива. В частности, трубка может содержать форсунку в выходной части для топлива.

Инжекционная трубка может иметь цилиндрическую форму, содержащую центральную ось. Инжекционная трубка продолжается вдоль центральной оси. Инжекционная трубка может быть выровнена относительно плоскости основания таким образом, что ее центральная ось параллельна направлению впрыскивания топлива. Тем самым инжекционная трубка и ее центральная ось не параллельны нормали плоскости основания. Другими словами, трубка продолжается под углом и под наклоном от поверхности основания завихрителя. В частности, инжекционная трубка содержит отверстие для топлива (например, форсунка), которое образовано на торцевой поверхности свободного конца инжекционной трубки. Тем самым, если инжекционная трубка выровнена таким образом, что ее центральная ось параллельна направлению впрыскивания топлива, топливо может выходить через отверстие для топлива вдоль направления впрыскивания топлива от торцевой поверхности инжекционной трубки.

Согласно другому примеру варианта воплощения, трубка выступает от поверхности основания в щелевое отверстие. Например, выходная часть трубки может располагаться на расстоянии относительно поверхности основания завихрителя. Тем самым могут быть получены лучшие характеристики потока смеси окислитель/топливо внутри щелевого отверстия завихрителя.

Согласно другому примеру варианта воплощения, завихритель содержит лопатку с боковой стенкой, которая образует щелевое отверстие вместе с поверхностью основания. Топливный инжектор дополнительно размещается на поверхности основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать топливо в щелевое отверстие со вторым компонентом направления впрыскивания топлива. Второй компонент, в частности, приблизительно перпендикулярен боковой поверхности или стенке. Другими словами, топливо впрыскивается перпендикулярно боковой стенке лопатки. Тем самым может быть создана турбулентность, которая может быть полезна для получения гомогенной смеси окислитель/топливо и для образования желаемого профиля пламени внутри камеры сгорания.

В частности, лопатка может иметь три стеновых участка и тем самым может образовать треугольную форму, в которой описанная выше боковая стенка, перпендикулярно которой впрыскивается топливо в дополнительном направлении впрыскивания топлива, является самым большим стеновым участком из трех. Тем самым боковая стенка имеет самую большую поверхность по сравнению с другими двумя стеновыми участками. Тем самым топливо впрыскивается перпендикулярно самому большому стеновому участку (т.е. боковой стенке) лопатки, которая частично образует щелевое отверстие.

Согласно другому примеру варианта воплощения, завихритель также содержит топливный инжектор для дополнительного топлива, который размещается на поверхности основания. Тем самым дополнительное топливо может впрыскиваться в щелевое отверстие, так что внутри завихрителя окислитель смешивается с топливом. Дополнительным топливом может быть топливный газ или жидкое топливо. Тем самым смесь окислитель/топливо выходит из завихрителя и течет в камеру сгорания. В частности, топливо и дополнительно топливо, текущие через щелевые отверстия завихрителя, обеспечивают вместе в рабочем режиме приблизительно от 90% до 95% общей потребности в топливе газовой турбины. Топливный инжектор для дополнительного топлива может впрыскивать дополнительное топливо в направлении впрыскивания топлива и в дополнительном направлении впрыскивания топлива, как было описано выше для топливного инжектора.

Согласно другому примеру варианта воплощения, поверхность основания образует часть дополнительного щелевого отверстия, выполненного с возможностью впрыскивать через него в камеру сгорания другое топливо. Завихритель дополнительно содержит топливный инжектор для другого топлива, который размещается на поверхности основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать другое топливо в дополнительное щелевое отверстие в направлении впрыскивания другого топлива. Другой первый компонент направления впрыскивания другого топлива не параллелен нормали плоскости основания.

В частности, множество дополнительных щелевых отверстий с соответствующими топливными инжекторами может размещаться по всей окружности завихрителя. Каждое из множества щелевых отверстий может быть образовано расположенными на расстоянии друг от друга по окружности лопатками, которые закреплены на поверхности основания.

Поверхность основания может быть, в частности, поверхностью опорной пластины завихрителя, на которой установлены лопатки завихрителя или от которой поднимаются лопатки завихрителя. «Основание» означает продольный конец завихрителя относительно центральной оси, предпочтительно продольный конец, который направлен в направлении от камеры сгорания и в направлении головки горелки.

Следует отметить, что описанные варианты воплощения изобретения относятся к различным объектам изобретения. В частности, некоторые варианты воплощения были описаны для устройства согласно формуле изобретения, тогда как другие варианты воплощения были описаны для способа согласно формуле изобретения. Однако специалисту в этой области техники будет понятно из приведенного выше и последующего описания, если не указано иное, что дополнительно к любой комбинации признаков, относящихся к одному типу объектов изобретения, также и любая комбинация между признаками, относящимися к различным объектам изобретения, в частности, между признаками устройства согласно изобретению и признаками способа согласно изобретению, считается раскрытой в этой заявке.

Краткое описание чертежей

Описанные выше и дополнительные аспекты настоящего изобретения станут очевидны из описываемых далее примеров вариантов воплощения и будут пояснены с их помощью. Изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на примеры вариантов воплощения, которые не ограничивают изобретение.

Фиг. 1 показывает камеру сгорания для газовой турбины согласно примеру варианта воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 2 показывает завихритель согласно примеру варианта воплощения изобретения.

Фиг. 3 показывает схематический вид части завихрителя согласно примеру варианта воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 4 показывает схематично завихритель на фиг. 3 в разрезе по линии IV-IV согласно примеру варианта воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание

Изображения на чертежах являются схематическими. Следует отметить, что на различных чертежах подобные или идентичные элементы обозначаются одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показана камера 100 сгорания для газовой турбины. Камера 100 сгорания содержит предкамеру 101, имеющую центральную ось 102, и завихритель 103, который установлен на предкамере 101.

Завихритель 103 охватывает предкамеру 101 в окружном направлении относительно центральной оси 102. Завихритель 103 содержит поверхность 104 основания, которая образует часть щелевого отверстия 201 (см. фиг. 2), выполненного с возможностью впрыскивать через него в предкамеру 101 смесь окислитель/топливо. Поверхность 104 основания располагается в плоскости 106 основания. В примере варианта воплощения, показанном на фиг. 1, компонент нормали (n) плоскости 106 основания параллелен осевому направлению относительно центральной оси 102.

Завихритель 103 дополнительно содержит топливный инжектор 107, который размещается на поверхности 104 основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие 201 топливо в направлении 108 впрыскивания топлива. В частности, направление 108 впрыскивания топлива соответствует ориентации выпускного отверстия топливного инжектора 107.

Как показано на фиг. 1, первый компонент направления 108 впрыскивания топлива не параллелен нормали (n) плоскости 106 основания.

В частности, топливный инжектор 107 размещается на поверхности 104 основания таким образом, что направление 108 впрыскивания топлива имеет угол θ впрыскивания между плоскостью 106 основания и направлением 108 впрыскивания топлива, причем угол θ впрыскивания приблизительно равен 45°.

Кроме того, как показано на фиг. 1, вспомогательная горелка 110, которая содержит поверхность 111 вспомогательной горелки, установлена на завихрителе 103. В частности, поверхность 111 вспомогательной горелки располагается в плоскости 106 основания или по существу параллельна плоскости 106 основания. Вспомогательная горелка 110 содержит топливный инжектор 112 для вспомогательного топлива, который размещается на поверхности 111 вспомогательной горелки для впрыскивания вспомогательного топлива в предкамеру 101.

Вспомогательное топливо впрыскивается через топливные инжекторы 112 для вспомогательного топлива в основном вдоль осевого направления относительно центральной оси 102. Вспомогательное топливо образует разделительный слой и фронт 105 пламени. Топливные инжекторы 112 для вспомогательного пламени могут располагаться вдоль окружного направления на поверхности 111 вспомогательной горелки таким образом, что впрыскиваемое вспомогательное топливо образует центральную круговую зону, внутри которой воспламеняется топливо (т.е. смесь окислитель/топливо). Эта центральная зона может быть названа зоной реакции RZ. Вокруг зоны реакции RZ, т.е. между стенками предкамеры 101 и разделительным слоем, образуемым вспомогательным топливом, смесь окислитель/топливо впрыскивается завихрителем 103.

Топливо впрыскивается в щелевое отверстие 201 (см. фиг. 2) завихрителя 103 топливными инжекторами 107 в направлении 108 впрыскивания топлива. В соответствии с описываемым решением направление 108 впрыскивания топлива располагается под наклоном и не параллельно относительно нормали (n) плоскости 106 основания и тем самым не параллельно центральной оси 102. Смесь окислитель/топливо впрыскивается завихрителем 103 в предкамеру 101 и направляется после входа в предкамеру 101 с помощью вспомогательного топлива вдоль осевого направления центральной оси 102. На заданном расстоянии от поверхности 111 вспомогательной горелки вдоль центральной оси 102 поток вспомогательного топлива ослабевает, и продукты предварительного сгорания смеси окислитель/топливо резко текут назад к поверхности 111 вспомогательной горелки вдоль центральной оси 102 внутри центральной области и зоны реакции RZ, соответственно.

Внутри щелевых отверстий 201 завихрителя 101 окислитель может смешиваться с (основным) топливом таким образом, чтобы образуемая в результате смесь окислитель/топливо могла быть воспламенена после прохождения фронта 105 пламени. Точка перегрева располагается вблизи поверхности 111 вспомогательной горелки в центральной зоне реакции RZ из-за обратного потока воспламененной смеси окислитель/топливо. Часть поверхности 111 вспомогательной горелки в зоне реакции RZ имеет определенный диаметр (d). Благодаря решению согласно настоящему изобретению диаметр (d) части поверхности 111 вспомогательной горелки в зоне реакции RZ уменьшается за счет наклонного расположения направления 108 впрыскивания топлива для топлива, которое впрыскивается в щелевое отверстие 201. Как можно увидеть из фиг.1, топливо и тем самым смесь окислитель/топливо впрыскиваются из завихрителя 103 пологим образом относительно плоскости 106 основания. Направление 108 впрыскивания топлива не параллельно относительно нормали (n) плоскости 106 основания. За счет этого также уменьшается диаметр (d) части поверхности 111 вспомогательной горелки внутри зоны реакции RZ и тем самым также уменьшается общий нагрев вспомогательной горелки 110.

Кроме того, насыщенная смесь окислитель/топливо внутри зоны реакции RZ, которая располагается вблизи поверхности 111 вспомогательной горелки, также уменьшается.

На фиг. 2 показан подробный вид завихрителя 103. Завихритель 103 содержит множество щелевых отверстий 201. Каждое щелевое отверстие 201 образовано расположенными на расстоянии друг от друга по окружности лопатками 203 и поверхностью 104 основания. Смесь окислитель/топливо, которая течет через щелевые отверстия 201, направляется приблизительно тангенциально относительно центральной оси 102. В центре завихрителя 103 показана поверхность 111 вспомогательной горелки. Топливные инжекторы 112 для вспомогательного топлива могут размещаться по окружности вокруг центральной оси 102 в поверхности 111 вспомогательной горелки.

Топливные инжекторы 107 установлены в некоторых из щелевых отверстий 201 или, в частности, во всех щелевых отверстиях 201, причем через топливные инжекторы 107 топливо впрыскивается в щелевые отверстия 201 в описанном выше желаемом направлении 108 впрыскивания топлива.

Кроме того, топливные инжекторы 202 для дополнительного топлива могут быть установлены в некоторых из щелевых отверстий 201 или во всех щелевых отверстиях 201. Топливные инжекторы 202 для дополнительного топлива впрыскивают дополнительное (жидкое или газообразное) топливо. Дополнительное топливо может смешиваться внутри щелевых отверстий 201 с топливом, которое впрыскивается топливным инжектором 107, и с окислителем.

На фиг. 2 ссылочными позициями обозначены не все щелевые отверстия 201 и соответствующие инжекторы 107, 202, чтобы обеспечить лучший общий вид.

На фиг. 3 показан более подробный вид части завихрителя 103. Щелевые отверстия 201 образованы поверхностью 104 основания и лопатками 203. На фиг. 3 показан второй компонент направления 108 впрыскивания топлива. Как можно увидеть на фиг. 3, второй компонент направления 108 впрыскивания топлива направлен приблизительно перпендикулярно боковой стенке 301 лопаток 203. В частности, дополнительный угол впрыскивания топлива второго компонента направления 108 впрыскивания топлива между вторым компонентом направления 108 впрыскивания топлива и боковой стенкой 301 приблизительно равен 90°. В других примерах вариантов воплощения дополнительный угол впрыскивания топлива второго компонента направления 108 впрыскивания топлива может быть в пределах между 0° и 90°, например (приблизительно) 45°. Тем самым, дополнительный угол впрыскивания топлива второго компонента направления 108 впрыскивания топлива может быть направлен таким образом, что впрыскиваемое топливо (которое впрыскивается топливным инжектором 107) содержит в области, где топливо выходит из топливного инжектора 107, направление во внутренний объем предкамеры 101 или направление, противоположное внутреннему объему предкамеры 101.

Тем самым, за счет впрыскивания топлива топливным инжектором 107 под углом впрыскивания и под дополнительным углом впрыскивания во впрыскиваемом потоке топлива может быть создана турбулентность, так что возможно получить лучшие свойства смеси окислитель/топливо.

На фиг. 4 показан вид в разрезе по линии IV-IV на фиг. 3. На фиг. 4 топливный инжектор 107 образован трубкой 401, через которую может впрыскиваться топливо в предпочтительном направлении 108 впрыскивания топлива. В частности, на фиг. 4 показан первый компонент направления 108 впрыскивания топлива. Первый компонент направления 108 впрыскивания топлива содержит угол θ впрыскивания между поверхностью 104 основания и вторым компонентом направления 108 впрыскивания топлива. Кроме того, на фиг. 4 показаны лопатки 203, которые образуют щелевое отверстие 201.

Кроме того, как можно увидеть на фиг. 4, поверхность 104 основания может содержать углубление, причем в области углубления размещается топливный инжектор 107. В качестве альтернативы, топливный инжектор 107 может выступать от поверхности 104 основания в щелевое отверстие 201 (не показано на фиг. 4).

Следует отметить, что термин «содержит» не исключает другие элементы или этапы, и использование единственного числа не исключает множественного числа. Кроме того, элементы, описанные для различных вариантов воплощения, могут комбинироваться друг с другом. Следует отметить, что указанные в формуле изобретения ссылочные позиции не ограничивают объем формулы изобретения.

1. Камера (100) сгорания для газовой турбины, содержащая:
- предкамеру (101), имеющую центральную ось (102),
- завихритель (103), который установлен на предкамере (101),
в которой завихритель (103) охватывает предкамеру (101) в окружном направлении относительно центральной оси (102),
в которой завихритель (103) содержит поверхность (104) основания, которая образует часть щелевого отверстия (201), выполненного с возможностью впрыскивать через него в предкамеру (101) смесь окислитель/топливо,
в которой поверхность (104) основания располагается в плоскости (106) основания,
в которой завихритель (103) дополнительно содержит топливный инжектор (107), который размещается на поверхности (104) основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие (201) топливо в направлении (108) впрыскивания топлива, в которой первый компонент направления (108) впрыскивания топлива не параллелен нормали (n) плоскости (106) основания, в которой топливный инжектор (107) содержит инжекционную трубку (401),
в которой инжекционная трубка (401) выровнена относительно поверхности (104) основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие (201) топливо в направлении (108) впрыскивания топлива, и
в которой топливный инжектор (107) размещается на поверхности (104) основания таким образом, что угол (θ) впрыскивания между плоскостью (106) основания и направлением (108) впрыскивания топлива находится в пределах между 20° и 70°.

2. Камера (100) сгорания по п. 1, в которой топливный инжектор (107) размещается на поверхности (104) основания таким образом, что угол (θ) впрыскивания между плоскостью (106) основания и направлением (108) впрыскивания топлива находится в пределах между 35° и 55°.

3. Камера (100) сгорания по п. 1, в которой инжекционная трубка (401) выступает от поверхности (104) основания в щелевое отверстие (201).

4. Камера (100) сгорания по п. 2, в которой инжекционная трубка (401) выступает от поверхности (104) основания в щелевое отверстие (201).

5. Камера (100) сгорания по любому из пп. 1-4, в которой завихритель (103) содержит лопатку (203) с боковой стенкой (301), которая образует другую часть щелевого отверстия (201), в которой топливный инжектор (107) дополнительно размещается на поверхности (104) основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в щелевое отверстие (201) топливо со вторым компонентом направления (108) впрыскивания топлива, в которой второй компонент перпендикулярен боковой стенке (301).

6. Камера (100) сгорания по любому из пп. 1-4, в которой завихритель (103) дополнительно содержит дополнительный топливный инжектор (202), который размещается на поверхности (104) основания.

7. Камера (100) сгорания по любому из пп. 1-4, в которой поверхность (104) основания образует часть дополнительного щелевого отверстия (201), выполненного с возможностью впрыскивать через него в предкамеру (101) смесь окислитель/топливо,
в которой завихритель (103) дополнительно содержит топливный инжектор (107) для другого топлива, который размещается на поверхности (104) основания таким образом, чтобы обеспечить возможность впрыскивать в дополнительное щелевое отверстие (201) другое топливо в дополнительном направлении (108) впрыскивания топлива,
в которой дополнительный первый компонент дополнительного направления (108) впрыскивания топлива не параллелен нормали (n) плоскости (106) основания.

8. Камера (100) сгорания по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая вспомогательную горелку (110), которая содержит поверхность (111) вспомогательной горелки, в которой вспомогательная горелка (110) содержит топливный инжектор (112) для вспомогательного топлива, который размещается на поверхности (111) вспомогательной горелки для впрыскивания вспомогательного топлива в предкамеру (101).

9. Камера (100) сгорания по п. 8, в которой поверхность (111) вспомогательной горелки располагается в плоскости (106) основания.

10. Способ функционирования камеры (100) сгорания по любому из пп. 1-9, включающий в себя впрыскивание топлива в щелевое отверстие (201) в направлении (108) впрыскивания топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Система впрыска топлива для турбореактивного двигателя, включающая в себя неподвижную часть и скользящую траверсу, дополнительно содержащую центрирующий конус, предназначенный для центрирования инжектора топлива относительно системы впрыска, причем неподвижная часть и скользящая траверса проходят по оси отсчета, причем неподвижная часть содержит полость, ограниченную в осевом направлении дном и закрывающим желобом, при этом скользящая траверса имеет реборду, содержащуюся в полости.

Изобретение относится к энергетике. Осевой завихритель для камеры сгорания газовой турбины содержит кольцо лопаток с множеством лопаток завихрителя, распределенных по окружности вокруг оси завихрителя, при этом каждая из упомянутых лопаток завихрителя содержит заднюю кромку.

Трубчатая камера сгорания для газотурбинного двигателя, работающая на газообразном топливе, содержит цилиндрический кожух, имеющий внутреннюю полость, ось и закрытый осевой конец, цилиндрический вкладыш камеры сгорания, смесительное устройство, рукав ударного охлаждения и каналирующее устройство.

Завихритель для перемешивания топлива и воздуха, расположенный в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержит множество лопаток, расположенных в радиальном направлении вокруг центральной оси завихрителя, множество смесительных каналов для перемешивания топлива и воздуха.

Изобретение относится к энергетике. Завихритель (31, 131, 231) содержит центральный топливораспределительный элемент (37), наружную стенку (39), окружающую центральный топливораспределительный элемент (37) и ограничивающую осевой проточный канал (41) для воздуха, предназначенного для горения, завихряющие лопатки (47), проходящие в радиальном направлении до наружной стенки (39) и придающие протекающему воздуху для горения тангенциальную составляющую течения, а также окружающую центральный топливораспределительный элемент (37) и расположенную радиально внутри наружной стенки (39) перегородку (42, 142), разделяющую проточный канал (41) на радиально внутренний участок (43) и радиально внешний участок (45), радиально внутренний участок (43) канала обеспечивает протекание воздуха для горения без придания тангенциальной составляющей течения, причем через радиально внутренний участок (43) канала к завихряющим лопаткам (47) на радиально внешнем участке (45) канала проходят топливопроводы (49).

Завихритель для смешивания топлива и воздуха содержит множество лопастей, расположенных радиально вокруг центральной оси завихрителя, множество смешивающих каналов для смешивания топлива и воздуха.

Завихритель для смешивания топлива и воздуха, содержащий множество лопаток, расположенных на делительной окружности, которые, вместе с первой стенкой, расположенной на первой продольной торцевой поверхности лопаток, и второй стенкой, расположенной на противоположной второй продольной торцевой поверхности лопаток, образуют канал потока.

Завихряющее устройство для впрыска среды в турбину имеет центральную ось, центральный канал, проходящий в осевом направлении вдоль центральной оси, и наружный периметр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении котлов для сжигания низкосортных видов топлива с повышенной влажностью. Топливо подается в камеру горения, первичный воздух поступает из камеры предварительного розжига, а вторичный воздух поступает в камеру дожигания.

Одноконтурная горелка предназначена для сжигания газа в тепловырабатывающих устройствах, например, в камерах сгорания газотурбинных двигателей, где требуется низкая окружная неравномерность температурного поля и его регулировка без съема горелки с установки и частичной ее разборки.

Изобретение относится к энергетике. Горелка предварительного смешивания многоконусного типа для газовой турбины, содержащая множество кожухов, расположенных вокруг центральной оси горелки и являющихся частью виртуального аксиально продолжающегося общего конуса, открытого в направлении вниз по потоку, при этом указанные части смещены перпендикулярно указанной оси горелки для образования тангенциальной щели между каждой парой смежных кожухов, причём нижние по потоку концы кожухов ограничены пересекающимися плоскостями, которые образованы пересечением указанных кожухов с виртуальным коаксиальным цилиндром.

Изобретение относится к горелочным устройствам для сжигания топлив и может быть использовано в химической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности.

Изобретение может быть использовано для утилизации горючих отходов, биомассы или иных веществ, содержащих углерод и водород, с целью получения горючих газов. Способ включает подачу в реактор топлива воздуха, их смешивание, сгорание смеси и/или газификации содержащейся в ней твердой основы.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях и теплофикационных установках. .

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению и может быть использовано в газотурбинных установках. .

Изобретение относится к системе и способу управления содержанием NOx в дымовых газах, выделяемых из котлов, сжигающих углеродные топлива. .

Изобретение относится к способам сжигания твердого топлива и может быть использовано в котлах, оборудованных колосниковыми решетками, при полидисперсном составе топлива.

Изобретение относится к энергетике. В системе и способе для утилизации энергии из факельных газов в химических установках и нефтеперерабатывающих заводах используется двигатель для сжигания части газа, отведенного из факельной системы.
Наверх