Система (варианты) и способ для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания

Авторы патента:

СТОЙЯ Лукас Джон (US)

МЕЛТОН Патрик Бенедикт (US)

F23R3/54 - камеры сгорания с реверсированием потока

F23R3/34 - подача топлива в различные зоны сгорания

Владельцы патента RU 2611135:

Дженерал Электрик Компани (US)

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания содержит топливную форсунку, топочную камеру, проточный рукав, который по окружности охватывает топочную камеру для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу, топливные инжекторы, распределительный коллектор, проход для текучей среды. Топочная камера расположена ниже по потоку от топливной форсунки и содержит жаровую трубу, которая по окружности расположена вокруг по меньшей мере части топочной камеры. Топливные инжекторы расположены по окружности вокруг проточного рукава и обеспечивают проточное сообщение через жаровую трубу и проточный рукав и в топочную камеру. Распределительный коллектор по окружности охватывает топливные инжекторы с обеспечением кольцевого объема между коллектором и проточным рукавом. Проход для текучей среды проходит через распределительный коллектор и обеспечивает проточное сообщение через распределительный коллектор к указанным кольцевому объему и топливным инжекторам. Изобретение направлено на увеличение кпд и снижение выбросов из камеры сгорания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к системе и способу подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Камеры сгорания традиционно используются в промышленных и энергетических процессах для воспламенения топлива для производства продуктов сгорания, имеющих высокую температуру и давление. Например, газовые турбины обычно содержат одну или несколько камер сгорания для генерации электроэнергии или тяги. Типичная газовая турбина, используемая для генерации электроэнергии, содержит осевой компрессор спереди, одну или несколько камер сгорания в середине и турбину сзади. Окружающий воздух может подаваться в компрессор, а вращающиеся лопатки и неподвижные лопатки в компрессоре поступательно передают кинетическую энергию рабочей текучей среде (воздуху) для получения сжатой рабочей текучей среды в сильно энергетическом состоянии. Сжатая рабочая текучая среда выходит из компрессора и проходит через одну или несколько сопловых лопаток в камеру сгорания в каждом узле камер сгорания, где сжатая рабочая текучая среда смешивается с топливом и воспламеняется для создания газообразных продуктов сгорания, имеющих высокую температуру и давление. Газообразные продукты сгорания расширяются в турбине для создания работы. Например, расширение газообразных продуктов сгорания в турбине может вращать вал, соединенный с генератором для производства электроэнергии.

[0003] На конструкцию и работу камеры сгорания влияют различные конструкционные и эксплуатационные параметры. Например, высокие температуры газообразных продуктов сгорания в целом могут улучшить термодинамический КПД камеры сгорания. Тем не менее, высокие температуры газообразных продуктов сгорания также способствуют проскоку пламени или стабилизации пламени, при которых пламя горения мигрирует в сторону топлива, подаваемого форсунками, что может вызвать серьезные повреждения форсунки за относительно короткий промежуток времени. Кроме того, высокие температуры сгорания газа в целом увеличивают скорость диссоциации двухатомного азота, увеличивают производство оксидов азота (NO_x). И наоборот, более низкая температура горения газа связана со снижением расхода топлива и/или работа с частичной нагрузкой (динамический диапазон) в целом снижает скорость химической реакции горения, увеличивая производство моноксида углерода и несгоревших углеводородов.

[0004] В конкретной конструкции камеры сгорания один или несколько топливных инжекторов, также известных как инжекторы с поздним впрыском обедненного топлива, могут быть расположены по окружности вокруг камеры сгорания ниже по потоку от форсунок. Часть сжатой рабочей текучей среды, выходящей из компрессора, может проходить через топливные инжекторы для смешивания с топливом для производства обедненной топливно-воздушной смеси. Обедненная топливно-воздушная смесь может быть затем введена в камеру сгорания для дополнительного сжигания, чтобы повысить температуру газообразных продуктов сгорания и увеличить термодинамический КПД камеры сгорания.

[0005] Инжекторы с поздним впрыском обедненного топлива являются эффективными при повышении температур сгорания газа без соответствующего увеличения производства NO_x. Тем не менее, давление и расход сжатой рабочей текучей среды, выходящей из компрессора, может существенно различаться по окружности камеры сгорания. В результате соотношение топливо-воздух в топливно-воздушной смеси, протекающей через инжекторы с поздним впрыском обедненного топлива, может значительно различаться, размывая положительные эффекты, в противном случае создаваемые поздним впрыском обедненного топлива в камеру сгорания. Предшествующие попытки были сделаны для достижения более равномерного потока рабочей текучей среды через инжекторы с поздним впрыском обедненного топлива. Например, сборники или кожухи были установлены вокруг части топливных инжекторов, чтобы более равномерно регулировать поток рабочей текучей среды через топливные инжекторы. Тем не менее, была бы полезна улучшенная система и способ снижения вариаций в давлении и/или потоке рабочей текучей среды, протекающей через инжекторы с поздним впрыском обедненного топлива.

В патентном документе GB 2311596 описана система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, содержащая, среди прочего, топливную форсунку и топочную камеру. По окружности вокруг топочной камеры расположены смежно друг с другом цилиндрический канал и кольцевой объем, который образован рукавом и по которому проходит топливно-воздушная смесь. Система согласно документу GB 2311596 также содержит топливные инжекторы, предназначенные для впрыска топлива в указанный кольцевой объем, и канал, который служит для проведения охлаждающего воздуха, поступающего через трубки, проходящие поперек кольцевого объема, по которому распространяется поток смеси топлива и рабочей текучей среды (воздуха), и служащие, таким образом, для создания дополнительной турбулентности в указанном потоке. В такой системе отсутствует проход для текучей среды, проходящий через распределительный коллектор к кольцевому объему и топливным инжекторам, и, следовательно, не предусмотрено отведение или протекание части рабочей текучей среды через указанный проход в кольцевой объем. Соответственно, могут иметь место изменения в давлении и/или расходе указанной среды, достигающей топливных инжекторов, что может привести к недостаточной однородности топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Аспекты и преимущества изобретения изложены ниже в последующем описании, или же могут быть очевидны из описания, или же могут быть поняты путем использования изобретения на практике.

[0007] Один вариант выполнения настоящего изобретения представляет собой систему для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, которая содержит топливную форсунку и топочную камеру, расположенную ниже по потоку от топливной форсунки и содержащую жаровую трубу, которая по окружности расположена вокруг по меньшей мере части топочной камеры. Проточный рукав по окружности окружает топочную камеру для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу, при этом вокруг проточного рукава по окружности расположены несколько инжекторов для обеспечения проточного сообщения через жаровую трубу и проточный рукав и в топочную камеру. Распределительный коллектор по окружности окружает указанные топливные инжекторы с обеспечением кольцевого объема между коллектором и проточным рукавом, а проход для текучей среды через распределительный коллектор обеспечивает проточное сообщение через указанный коллектор к кольцевому объему и топливным инжекторам.

[0008] Еще один вариант выполнения настоящего изобретения представляет собой систему для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, которая содержит топочную камеру и жаровую трубу, охватывающую по окружности топочную камеру. Проточный рукав по окружности окружает жаровую трубу для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу, а распределительный коллектор по окружности окружает проточный рукав с обеспечением кольцевого объема между коллектором и проточным рукавом. Вокруг проточного рукава по окружности расположено несколько топливных инжекторов для обеспечения проточного сообщения через проточный рукав и жаровую трубу к топочной камере. Проход для текучей среды через распределительный коллектор обеспечивает проточное сообщение через указанный коллектор к указанным кольцевому объему и инжекторам.

[0009] Настоящее изобретение может также включать способ подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания. Способ содержит обеспечение протекания рабочей текучей среды из компрессора через топочную камеру и отведение части рабочей текучей среды через распределительный коллектор, который по окружности окружает несколько топливных инжекторов, по окружности расположенных вокруг топочной камеры, и является частью предложенной системы для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания.

Наличие прохода для текучей среды, проходящего через распределительный коллектор и обеспечивающего проточное сообщение через распределительный коллектор к указанным кольцевому объему и топливным инжекторам, обеспечивает возможность отведения или протекания части рабочей текучей среды через такой проход в кольцевой объем. Когда текучая среда протекает вокруг проточного рукава внутри кольцевого объема, изменения в давлении и/или расходе указанной среды, достигающей топливных инжекторов, уменьшаются для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру.

[0010] После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области лучше поймут признаки и аспекты таких вариантов выполнения и других вариантов выполнения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Полное и всестороннее раскрытие настоящего изобретения, в том числе лучший режим использования для специалистов, изложено более конкретно в оставшейся части описания, включая и ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

[0012] Фиг. 1 представляет собой упрощенный продольный разрез системы, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0013] Фиг. 2 представляет собой упрощенный вид сбоку в продольном разрезе части камеры сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0014] Фиг. 3 представляет собой упрощенный вид сбоку в продольном разрезе части камеры сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0015] Фиг. 4 представляет собой упрощенный вид сбоку в продольном разрезе части камеры сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0016] Фиг. 5 представляет собой упрощенный вид сбоку в продольном разрезе части камеры сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0017] Фиг. 6 представляет собой поперечный разрез камеры сгорания, изображенной на Фиг. 5, вдоль линии А-А, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0018] Фиг. 7 представляет собой поперечный разрез камеры сгорания, изображенной на Фиг. 5, вдоль линии А-А, в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0019] Фиг. 8 представляет собой упрощенный вид сбоку в продольном разрезе части камеры сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0020] Фиг. 9 представляет собой поперечный разрез камеры сгорания, изображенной на Фиг. 8, вдоль линии В-В, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0021] Фиг. 10 представляет собой поперечный разрез камеры сгорания, изображенной на Фиг. 8, вдоль линии В-В, в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Ниже подробно описаны варианты выполнения изобретения, один или несколько примеров которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Подробное описание использует численные и буквенные обозначения для обозначения признаков на чертежах. Похожие или одинаковые обозначения на чертежах и в описании используются для обозначения похожих или аналогичных частей изобретения. Используемые в настоящем документе термины «первый», «второй» и «третий» могут быть использованы взаимозаменяемо, чтобы отличить один элемент от другого элемента, и не предназначены для обозначения места или значения отдельных элементов. Кроме того, термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к относительному расположению элементов в проходе для текучей среды. Например, элемент А расположен выше по потоку от элемента В, если текучая среда течет от элемента А к элементу В. Напротив, элемент В расположен ниже по потоку от элемента А, если элемент В получает поток текучей среды от элемента А.

[0023] Каждый пример дается путем разъяснения изобретения, а не ограничением изобретения. На самом деле, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что в настоящем изобретении могут быть сделаны модификации и изменения без отхода от объема или сущности изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта выполнения, могут быть использованы в другом варианте выполнения, получая еще один вариант выполнения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации и изменения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквиваленты.

[0024] Различные варианты выполнения настоящего изобретения включают систему и способ для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания. В целом, система содержит несколько инжекторов с поздним впрыском обедненного топлива, которые по окружности расположены вокруг топочной камеры. Система отводит или пропускает часть рабочей текучей среды через распределительный коллектор, который по окружности расположен вокруг указанных инжекторов для уменьшения вариаций давления и/или расхода рабочей текучей среды, достигающей этих инжекторов. В распределительном коллекторе для дальнейшего распределения и выравнивания давления и/или расхода рабочей текучей среды по окружности вокруг топочной камеры может быть предусмотрена одна или несколько перегородок. В результате, система снижает вариации давления и/или расхода рабочей текучей среды, протекающей через каждый указанный инжектор, для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в топочную камеру. Несмотря на то что иллюстративные варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны, как правило, в контексте камеры сгорания, содержащейся в газовой турбине, специалисту должно быть понятно, что варианты выполнения настоящего изобретения могут быть применены к любой камере сгорания и не ограничиваются камерой сгорания газовой турбины, если это специально не оговорено в формуле изобретения.

[0025] Фиг. 1 представляет собой упрощенный разрез системы 10, выполненной в соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения. Как показано, система 10 может быть включена в газовую турбину 12, имеющую компрессор 14 спереди, одну или несколько камер 16 сгорания, радиально расположенных вокруг середины, и турбину 18 сзади. Компрессор 14 и турбина 18 обычно имеют общий ротор 20, соединенный с генератором 22 для производства электроэнергии.

[0026] Компрессор 14 может представлять собой компрессор с осевым потоком, в котором рабочая текучая среда 24, такая как атмосферный воздух, поступает в компрессор 14 и проходит через чередующиеся ступени неподвижных лопаток 26 и вращающихся лопаток 28. Корпус 30 компрессора содержит рабочую текучую среду 24, которая, посредством неподвижных лопаток 26 и вращающихся лопаток 28, ускоряется и перенаправляет рабочую текучую среду 24 для производства непрерывного потока сжатой рабочей текучей среды 24. Большая часть сжатой рабочей текучей среды 24 протекает через нагнетательную камеру 32 компрессора в камеру 16 сгорания.

[0027] Камера 16 сгорания может представлять собой камеру сгорания любого типа, известного в данной области техники. Например, как показано на Фиг. 1, корпус 34 камеры сгорания может по окружности окружать всю или часть камеры 16 сгорания для вмещения сжатой рабочей текучей среды 24, вытекающей из компрессора 14. Одна или несколько топливных форсунок 36 могут быть радиально расположены в торцевой крышке 38 для подачи топлива в топочную камеру 40, расположенную ниже по потоку от топливных форсунок 36. Возможные виды топлива включают, например, одно или несколько из: доменного газа, коксового газа, природного газа, испаренного сжиженного природного газа (СПГ), водорода и пропана. Сжатая рабочая текучая среда 24 может вытекать из нагнетательной камеры 32 компрессора по наружной стороне камеры 40 сгорания, доходя до торцевой крышки 38, и, изменяя направление на обратное, проходить через топливные форсунки 36 для смешивания с топливом. Смесь топлива и сжатой рабочей текучей среды 24 поступает в камеру 40, где она воспламеняется для производства газообразных продуктов сгорания, имеющих высокую температуру и давление. Поток газообразных продуктов сгорания проходит через переходник 42 в турбину 18.

[0028] Турбина 18 может содержать чередующиеся ступени статорных 44 и вращающихся рабочих лопаток 46. Первая ступень статорных лопаток 44 перенаправляет и фокусирует газообразные продукты сгорания на первую ступень рабочих лопаток 46 турбины. Когда газообразные продукты сгорания проходят через первую ступень рабочих лопаток 46 турбины, газообразные продукты сгорания расширяются, вызывая вращение рабочих лопаток 46 турбины и ротора 20. Газообразные продукты сгорания затем поступают в следующую ступень статорных лопаток 44, которая перенаправляет газообразные продукты сгорания к следующей ступени вращающихся рабочих лопаток 46 турбины, и процесс повторяется для следующих ступеней.

[0029] Фиг. 2 представляет собой упрощенный вид сбоку в разрезе части камеры 16 сгорания, изображенной на Фиг. 1, выполненной в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, камера 16 сгорания может содержать жаровую трубу 48, которая по окружности расположена вокруг по меньшей мере части топочной камеры 40, и проточный рукав 50, который может по окружности быть расположен вокруг жаровой трубы 48 для ограничения кольцевого канала 52, который окружает жаровую трубу 48. Таким образом, сжатая рабочая текучая среда 24 из нагнетательной камеры 32 компрессора может проходить через кольцевой канал 26 по наружной стороне жаровой трубы для обеспечения конвективного охлаждения жаровой трубы 48 перед тем, как поменять направление на обратное для протекания через топливные форсунки 36 (показанные на Фиг. 1) и в камеру 40.

[0030] Камера 16 сгорания может дополнительно содержать несколько топливных инжекторов 60, расположенных по окружности вокруг топочной камеры 40, жаровой трубы 48 и проточного рукава 50 ниже по потоку от топливных форсунок 36. Топливные инжекторы 60 обеспечивают проточное сообщение через жаровую трубу 48 и проточный рукав 50 и в камеру 40. Топливные инжекторы 60 могут получать то же самое или другое топливо, чем то, которое поступает в топливные форсунки 36, и смешивать топливо с частью сжатой рабочей текучей среды 24 до впрыска смеси в камеру 40 или во время этого впрыска. Таким образом, инжекторы 60 могут подавать обедненную смесь топлива и сжатой рабочей текучей среды 24 для дополнительного сжигания с целью повышения температуры и, следовательно, КПД камеры 16 сгорания.

[0031] Распределительный коллектор 62 по окружности расположен вокруг топливных инжекторов 60 для защиты топливных инжекторов 60 от прямого ударного воздействия сжатой рабочей текучей среды 24, вытекающей из компрессора 14. Коллектор 62 может быть прикреплен прессовой посадкой или иным образом соединен с корпусом 34 камеры сгорания и/или по окружности проточного рукава 50, чтобы обеспечить по существу закрытый объем или кольцевой объем 64 между коллектором 62 и проточным рукавом 50. Коллектор 62 может проходить в осевом направлении вдоль части или вдоль всей длины проточного рукава 50. В конкретном варианте выполнения, изображенном на Фиг. 2, например, коллектор 62 проходит в осевом направлении вдоль всей длины проточного рукава 50, так что коллектор 62 имеет по существу одинаковую протяженность с проточным рукавом 50.

[0032] Один или несколько проходов 66 для текучей среды через коллектор 62 могут обеспечивать проточное сообщение через коллектор 62 к кольцевому объему 64 между коллектором 62 и проточным рукавом 50. Часть сжатой рабочей текучей среды 24 может, таким образом, быть отведена или протекать через проходы 66 для текучей среды и в кольцевой объем 64. Когда сжатая рабочая текучая среда 24 протекает вокруг проточного рукава 50 внутри кольцевого объема 64, изменения в давлении и/или расходе рабочей текучей среды 24, достигающей топливных инжекторов 60, уменьшаются для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру 40.

[0033] Фиг. 3 и 4 представляют собой упрощенные виды сбоку в разрезе части камеры 16 сгорания, изображенной на Фиг. 1, в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, камера 16 сгорания также содержит жаровую трубу 48, проточный рукав 50, кольцевой канал 52, топливные инжекторы 60, коллектор 62, кольцевой объем 64 и проходы 66 для текучей среды, как описано выше в отношении варианта выполнения, изображенного на Фиг. 2. В этих конкретных вариантах выполнения для соединения одного конца коллектора 62 с корпусом 34 камеры сгорания используется несколько болтов 70. Кроме того, коллектор 62 содержит радиальный выступ 72, ближайший к топливным инжекторам 60 и аксиально совмещенный с ними. Радиальный выступ 72 может быть выполнен как одно целое с коллектором 62, как показано на Фиг. 3, или он может представлять собой отдельный рукав, манжету или аналогичное устройство, подсоединенное к коллектору 62 и/или проточному рукаву 50, как показано на Фиг. 4. Кроме того, радиальный выступ 72 может по окружности охватывать проточный рукав 50, как показано на Фиг. 3, или может совпадать с топливными инжекторами 60, как показано на Фиг. 4. В любом случае радиальный выступ 72 обеспечивает дополнительный зазор между распределительным коллектором 62 и топливными инжекторами 60 для дальнейшего снижения любых вариаций давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей топливных инжекторов 60, для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру 40.

[0034] Фиг. 5 изображает упрощенный вид сбоку в разрезе части камеры 16 сгорания, показанной на Фиг. 1, в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 5, коллектор 62 также по окружности охватывает проточный рукав 50 и/или топливные инжекторы 60 для ограждения топливных инжекторов 60 от прямого ударного воздействия сжатой рабочей текучей среды 24, вытекающей из компрессора 14. Кроме того, проходы 66 для текучей среды, проходящие через коллектор 62, снова обеспечивают возможность протекания части рабочей текучей среды 24 через коллектор 62, вокруг проточного рукава 50 и вовнутрь кольцевого объема 64, перед тем, как достичь топливных инжекторов 60. В этом конкретном варианте выполнения, однако, коллектор 62 охватывает только часть рукава 50. Например, коллектор 62 может проходить аксиально меньше, чем приблизительно 75%, 50% или 25% от осевой длины рукава 50. Кроме того, один или несколько экранов 80 проходят радиально между рукавом 50 и коллектором 62. Перегородки 80 могут быть присоединены к проточному рукаву 50 и/или к коллектору 62, могут проходить по окружности вокруг всех или некоторых проточных рукавов 50 и/или могут содержать проходы или отверстия для улучшения распределения сжатой рабочей текучей среды 24 вокруг рукава 50. Таким образом, перегородки 80 могут уменьшать вариации давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей топливные инжекторы 60, для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру 40.

[0035] Фиг. 6 и 7 изображают поперечные разрезы камеры 16 сгорания, показанной на Фиг. 5, по линии А-А, в соответствии с различными вариантами выполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 6, проходы 66 для текучей среды могут быть равномерно распределены по всему коллектору 62 и/или распределены уступами по окружности относительно топливных инжекторов 60. Равномерное распределение проходов 66 может быть полезно в приложениях, в которых давление и/или расход сжатой рабочей текучей среды 24 не отличается существенным образом по окружности коллектора 62 и/или экраны 80 адекватно распределяют сжатую рабочую текучую среду 24 внутри кольцевого объема, чтобы в достаточной степени уменьшить любые изменения давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей инжекторов 60. С другой стороны, как показано на Фиг. 7, проходы 66 могут отстоять друг от друга с разными интервалами по окружности коллектора 62. Неодинаковое расстояние между проходами 66 может быть полезным в приложениях, в которых статическое давление сжатой рабочей текучей среды 24 слишком различается по окружности коллектора 62 и/или перегородки 80 не адекватно распределяют сжатую рабочую текучую среду 24 внутри кольцевого объема 64, чтобы в достаточной степени уменьшить любые вариации давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей инжекторов 60.

[0036] Фиг. 8 изображает упрощенный вид сбоку в разрезе части камеры 16 сгорания, показанной на Фиг. 1, выполненной в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 8, распределительный коллектор 62 также по окружности охватывает проточную втулку 50 и/или топливные инжекторы 60 для ограждения топливных инжекторов 60 от прямого ударного воздействия сжатой рабочей текучей среды 24, вытекающей из компрессора 14. Кроме того, проходы 66 для текучей среды, проходящие через коллектор 62, снова обеспечивают возможность протекания части рабочей текучей среды 24 через коллектор 62, вокруг проточного рукава 50 и вовнутрь кольцевого объема 64, прежде чем она достигнет инжекторов 60. Как и в предыдущем варианте выполнения, показанном на Фиг. 5, коллектор 62, однако, охватывает только часть рукава 50. Например, коллектор 62 может проходить аксиально меньше, чем приблизительно 75%, 50% или 25% от осевой длины рукава 50. Кроме того, один или несколько экранов 80 проходят по окружности между рукавом 50 и коллектором 62. Перегородки 80 могут быть соединены с рукавом 50 и/или с коллектором 62, могут проходить по окружности вокруг всех или некоторых из рукавов 50 и/или могут содержать проходы или отверстия для улучшения распределения сжатой рабочей текучей среды 24 вокруг проточного рукава 50. Таким образом, перегородки 80 могут уменьшать вариации давления и/или расход сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей топливных инжекторов 60, для получения более однородной топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру 40.

[0037] Фиг. 9 и 10 представляют собой поперечные разрезы камеры 16 сгорания, показанной на Фиг. 8, по линии В-В, в соответствии с различными вариантами выполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 9, проходы 66 для текучей среды могут быть равномерно распределены по всему коллектору 62 и/или распределены уступами по окружности относительно топливных инжекторов 60. Равномерное распределение проходов 66 может быть полезным в приложениях, в которых давление и/или расход сжатой рабочей текучей среды 24 не различаются существенным образом по окружности коллектора 62, и/или экраны адекватно распределяют сжатую рабочую текучую среду 24 внутри кольцевого объема 64, чтобы в достаточной степени уменьшить любые изменения давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей топливных инжекторов 60. С другой стороны, как показано на Фиг. 10, проходы 66 могут отстоять друг от друга с разными интервалами по окружности коллектора 62. Неодинаковое расстояние между проходами 66 может быть полезным в приложениях, в которых статическое давление сжатой рабочей текучей среды 24 слишком различается по окружности коллектора 62 и/или перегородки 80 не адекватно распределяют сжатую рабочую текучую среду 24 внутри кольцевого объема 64, чтобы в достаточной степени уменьшить любые вариации давления и/или расхода сжатой рабочей текучей среды 24, достигающей инжекторов 60.

[0038] Система 10, изображенная и описанная со ссылкой на Фиг. 1-10, может также обеспечивать способ подачи рабочей текучей среды 24 в камеру 16 сгорания. Способ может включать пропускание рабочей текучей среды 24 от компрессора 14 через камеру 40 и отведение или пропускание части рабочей текучей среды 24 через коллектор 62, который по окружности охватывает инжекторы 60, по окружности расположенные вокруг камеры 40. В конкретных вариантах выполнения способ может дополнительно включать пропускание отведенной части рабочей текучей среды 24 через перегородку 80, которая проходит в радиальном направлении и/или по окружности внутри распределительного коллектора для распределения отведенной рабочей текучей среды 24 по существу равномерно вокруг камеры 40.

[0039] Различные варианты выполнения настоящего изобретения могут обеспечивать одно или несколько технических преимуществ, по сравнению с существующими системами с поздним впрыском обедненного топлива. Например, системы и способы, описанные в настоящем документе, могут уменьшать вариации давления и/или расхода рабочей текучей среды 24 через каждый топливный инжектор 50. В результате, различные варианты выполнения требуют меньше анализа для достижения требуемого соотношения топливо/воздух через топливные инжекторы 50 и повышают желаемую способность топливных инжекторов 50 достигать требуемого КПД и сниженных выбросов из камеры 16 сгорания.

[0040] В настоящем описании для раскрытия изобретения используются примеры, включая наилучший режим, чтобы дать возможность любому специалисту использовать изобретение на практике, в том числе создавать и использовать любые устройства или системы и выполнять любые включенные способы. Объем охраны изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые очевидны специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры попадают в объем формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые ничем не отличаются от буквального языка формулы изобретения или если они содержат эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

1. Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, содержащая:

а) топливную форсунку,

б) топочную камеру, расположенную ниже по потоку от топливной форсунки и содержащую жаровую трубу, которая по окружности расположена вокруг по меньшей мере части топочной камеры,

в) проточный рукав, который по окружности охватывает топочную камеру для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу,

г) топливные инжекторы, расположенные по окружности вокруг проточного рукава и обеспечивающие проточное сообщение через жаровую трубу и проточный рукав и в топочную камеру,

д) распределительный коллектор, который по окружности охватывает указанные топливные инжекторы с обеспечением кольцевого объема между коллектором и проточным рукавом, и

е) проход для текучей среды, проходящий через распределительный коллектор и обеспечивающий проточное сообщение через распределительный коллектор к указанным кольцевому объему и топливным инжекторам.

2. Система по п. 1, в которой распределительный коллектор по существу имеет одинаковую протяженность с проточным рукавом.

3. Система по п. 1, в которой распределительный коллектор подсоединен к проточному рукаву по окружности проточного рукава.

4. Система по п. 1, дополнительно содержащая перегородку, расположенную между проточным рукавом и распределительным коллектором.

5. Система по п. 4, в которой перегородка проходит в радиальном направлении между проточным рукавом и распределительным коллектором.

6. Система по п. 4, в которой перегородка проходит по окружности вокруг проточного рукава.

7. Система по п. 1, дополнительно содержащая проходы для текучей среды, проходящие через распределительный коллектор и обеспечивающие проточное сообщение через распределительный коллектор к указанным кольцевому объему и топливным инжекторам.

8. Система по п. 7, в которой указанные проходы для текучей среды равномерно отстоят друг от друга по окружности вокруг распределительного коллектора.

9. Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, содержащая:

а) топочную камеру,

б) жаровую трубу, которая охватывает по окружности топочную камеру,

в) проточный рукав, который охватывает по окружности жаровую трубу для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу,

г) распределительный коллектор, который охватывает по окружности проточный рукав с обеспечением кольцевого объема между коллектором и проточным рукавом,

д) топливные инжекторы, расположенные по окружности вокруг проточного рукава и обеспечивающие проточное сообщение через проточный рукав и жаровую трубу и в топочную камеру, и

10. Система по п. 9, в которой распределительный коллектор проходит в аксиальном направлении меньше чем приблизительно на 50% от аксиальной длины проточного рукава.

11. Система по п. 9, в которой распределительный коллектор подсоединен к проточному рукаву по окружности проточного рукава.

12. Система по п. 9, дополнительно содержащая перегородку, расположенную между проточным рукавом и распределительным коллектором.

13. Система по п. 12, в которой перегородка проходит в радиальном направлении от проточного рукава к распределительному коллектору.

14. Система по п. 12, в которой перегородка проходит по окружности вокруг проточного рукава.

15. Система по п. 9, дополнительно содержащая проходы для текучей среды, проходящие через распределительный коллектор и обеспечивающие проточное сообщение через распределительный коллектор к указанным кольцевому объему и инжекторам.

16. Система по п. 15, в которой указанные проходы для текучей среды отстоят друг от друга с различными интервалами по окружности вокруг распределительного коллектора.

17. Способ подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания, включающий:

а) обеспечение протекания рабочей текучей среды из компрессора через топочную камеру, и

б) отведение части рабочей текучей среды через распределительный коллектор, который по окружности охватывает топливные инжекторы, расположенные по окружности вокруг топочной камеры, и является частью системы по п. 1.

18. Способ по п. 17, в котором дополнительно обеспечивают протекание отведенной части рабочей текучей среды через перегородку, проходящую в радиальном направлении внутри распределительного коллектора.

19. Способ по п. 17, в котором дополнительно обеспечивают протекание отведенной части рабочей текучей среды через перегородку, проходящую по окружности вокруг топочной камеры.

20. Способ по п. 17, в котором дополнительно распределяют отведенную часть рабочей текучей среды по существу равномерно вокруг топочной камеры.

Изобретение относится к водяным системам генераторов инертных газов с камерой дожигания, выполненных на базе газотурбинных двигателей и используемых для тушения пожаров в подземных выработках, шахтах, рудниках, туннелях, в жилых и складских помещениях, для дегазации и выпаривания нефтепродуктов из емкостей и нефте- и газопроводов, а также для защиты растений от заморозков.

Противоточная камера сгорания газотурбинного двигателя // 1710949

Противоточная камера сгорания // 1537968

Противоточная трубчато-кольцевая камера сгорания // 1309688

Изобретение относится к газотурбинным двигателям. .

Парогазогенератор высокого давления с калильным воспламенением // 2604357

Группа изобретений относится к парогазогенераторам для применения в забое промысловых скважин. Парогазогенератор содержит корпус, образующий основную камеру сгорания, корпус форсунки, присоединенный в корпусе, теплоизоляцию, компоновку форсунки с предварительным смешиванием воздуха с топливом, впуск воздуха предварительного смешивания, элемент предварительного смешивания топлива, калильное воспламеняющее устройство.

Многозонная камера сгорания // 2598963

Многозонная камера сгорания содержит корпус, имеющий головной конец, секцию камеры сгорания, расположенную ниже по потоку от головного конца, и смесительную секцию, расположенную между указанными головным концом и секцией камеры сгорания, предварительный смеситель, ступенчатый центральный корпус.

Способ и система для впрыска эмульсии в пламя // 2571700

Система для впрыска эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды в пламя горелки содержит центральный газовый канал, наружный газовый канал, канал текучей среды и смесительное устройство для образования эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды и для выпуска эмульсии в сужающийся кольцевой канал текучей среды и для впрыска эмульсии из указанного кольцевого канала текучей среды в пламя.

Горелочное устройство промежуточного подогрева и способ работы газотурбинной установки с последовательным сгоранием // 2569137

Изобретение относится к горелочному устройству промежуточного подогрева и способу работы газотурбинной установки с последовательным сгоранием. Горелочное устройство промежуточного подогрева выполнено для второй камеры сгорания газотурбинной установки.

Устройство для сжигания топлива // 2567899

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Камера сгорания газовой турбины // 2566866

Камера сгорания газовой турбины содержит пилотную топливную форсунку, расположенную в среднем участке цилиндра, открывающегося на одном конце в камеру сгорания. Пилотная топливная форсунка содержит топливную форсунку, а также радиально отстоящую вокруг внешнего периметра топливной форсунки цилиндрическую наружную обшивку.

Камера сгорания в сборе // 2551436

Камера сгорания в сборе содержит основной корпус, формируемый подающим коллектором с системой подачи топлива и топливными форсунками, продолжающимися от подающего коллектора и снабжаемыми топливом посредством системы подачи топлива подающего коллектора.

Камера сгорания для газовой турбины(варианты) и способ эксплуатации газовой турбины // 2534189

Камера сгорания для газовой турбины содержит группу радиально внешних сопел, по меньшей мере центральное сопло, первую и вторую камеры сгорания. Внешние сопла расположены по существу по кольцевой схеме и выпускной конец каждого из них расположен с возможностью подачи топлива и/или воздуха в первую камеру сгорания.

Стабилизация пламени горелки // 2533609

Горелка газовой турбины содержит реакционную камеру (5) и множество выходящих в реакционную камеру (5) реактивных сопел (6). Реактивными соплами (6) с помощью струи (2) флюида через выпускное отверстие (22) флюид подается в реакционную камеру (5).

Камера сгорания и способ эксплуатации камеры сгорания // 2529987

Камера сгорания содержит торцевую крышку, камеру воспламенения, расположенную за торцевой крышкой, форсунки, расположенные радиально в торцевой крышке и содержащие первое подмножество форсунок и второе подмножество форсунок.

Камера сгорания (варианты) // 2614887

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания содержит камеру горения, которая задает продольную ось. Первичная зона реакции расположена в камере горения, а вторичная зона реакции расположена внутри камеры горения ниже по потоку от первичной зоны реакции. Центральная топливная форсунка проходит по оси внутри камеры горения ко вторичной зоне реакции, при этом несколько инжекторов для текучей среды расположены по окружности внутри центральной топливной форсунки ниже по потоку от первичной зоны реакции. Каждый инжектор для текучей среды задает дополнительную продольную ось в наружном направлении от центральной топливной форсунки, которая, по существу, перпендикулярна продольной оси камеры горения. Также представлены варианты камеры сгорания. Изобретение позволяет избежать образования локализованных горячих полос вдоль внутренней поверхности камеры горения и переходного патрубка. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником // 2629304

Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником содержит корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер. Герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель. Система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания. Электролизер выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока. Канал рециркуляции дозвукового потока соединен с теплообменником. Изобретение направлено на сокращение расхода топлива и повышение экономичности двигателя. 2 ил.

Блок камеры сгорания газотурбинного двигателя с переменной подачей воздуха // 2632353

Изобретение относится к блоку камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащему корпус, камеру сгорания и, по меньшей мере, один топливный инжектор для запуска газотурбинного двигателя. Камера сгорания образована двумя стенками вращения, а именно, внутренней стенкой и внешней стенкой, протягивающимися одна внутри другой и соединяемыми посредством кольцевой стенки основания камеры. Внешняя стенка камеры прикреплена к кольцевой внешней стенке корпуса. Инжектор присоединен к кольцевой внешней стенке корпуса и содержит оболочку для зажигания топлива, протягивающуюся внутри корпуса последовательно через отверстие в стенке корпуса и отверстие во внешней стенке камеры сгорания перед раскрытием в упомянутую камеру. По меньшей мере, одна стенка оболочки зажигания, которая протягивается между стенкой корпуса и стенкой камеры сгорания, снабжена, по меньшей мере, одним воздухозаборным отверстием. Блок камеры сгорания характеризуется тем, что внешняя стенка камеры сгорания жестко соединена с устройством для перекрытия воздухозаборного отверстия(-ий) согласно состоянию термического расширения камеры сгорания. Изобретение направлено на создание камеры сгорания с топливными инжекторами, в которых подача воздуха является переменной, согласно фазе работы двигателя. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Интеллектуальный способ управления с прогнозирующей способностью контроля выбросов // 2641981

Изобретение относится к системе сгорания и способу прогнозирования концентрации загрязняющих веществ системы сгорания для газотурбинного двигателя. Задачей изобретения является обеспечение более надежной прогнозирующей системы контроля выбросов. Система (100) сгорания содержит камеру (101) сгорания, в которую впрыскиваются и воспламеняются запальное топливо (102) и основное топливо (103), причем выхлопной газ (104), производимый сгоревшим запальным топливом (102) и сгоревшим основным топливом (103), выпускается из камеры (101) сгорания. Блок (112) управления соединен с блоком (105) управления топливом для регулировки соотношения запального топлива (102), с датчиком (107) температуры для приема сигнала температуры, с блоком (109) определения топлива для приема определенного сигнала топлива и с датчиком (110) массового расхода для приема определенного сигнала массового расхода. Блок (112) управления выполнен с возможностью определения прогнозируемой концентрации загрязняющих веществ выхлопного газа (104) на основании сигнала температуры, сигнала топлива, сигнала массового расхода и соотношения разделения топлива. Способ прогнозирования концентрации загрязняющих веществ системы сгорания для газотурбинного двигателя содержит несколько этапов. Блоком (105) управления топливом делят топливо (106) на запальное топливо (102) и основное топливо (103). Топливо впрыскивается и воспламеняется внутри камеры сгорания. Генерируют сигнал температуры датчиком (107) температуры, указывающий температуру выхлопного газа внутри камеры (101) сгорания или дальше по потоку после камеры сгорания. Генерируют сигнал массового расхода датчиком (110) массового расхода, указывающий массовый расход (111) воздуха, входящего в камеру сгорания. Блоком (109) определения топлива определяют сигнал топлива, указывающий состав топлива (106). Блоком управления на основании сигнала температуры, сигнала топлива, сигнала массового расхода и соотношения разделения топлива определяют прогнозируемую концентрацию загрязняющих веществ выхлопного газа (104). 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Вторичное устройство сгорания (варианты) // 2642940

Вторичное устройство сгорания предназначено для введения топливно-воздушной смеси в поток газов сгорания в камере сгорания газотурбинного двигателя и содержит кольцевой распределитель и инжекторы, проходящие от кольцевого распределителя в поток газов сгорания. Инжекторы имеют сопла, сообщающиеся с кольцевым распределителем и выполненные с возможностью введения топливно-воздушной смеси в поток газов сгорания. Каждое сопло наклонено под первым углом к потоку газов сгорания вверх по потоку от вторичного устройства сгорания для увеличения скорости смешивания топливно-воздушной смеси в потоке газов сгорания, и при этом каждое сопло наклонено под вторым углом к стенке соответствующего инжектора, причем второй угол может быть различным. Изобретение направлено на уменьшение вредных выбросов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система сгорания газотурбинного двигателя, содержащая усовершенствованный контур подачи топлива // 2646950

Система сгорания газотурбинного двигателя содержит камеру сгорания, по меньшей мере одну пусковую форсунку, выполненную с возможностью инициации горения в камере, множество главных форсунок, распределенных с постоянным угловым интервалом по окружности камеры сгорания, выполненных с возможностью питания топливом камеры сгорания после инициации горения, и контур подачи топлива в форсунки. Камера сгорания ограничена двумя осесимметричными стенками, наружной и внутренней, которые расположены одна внутри другой и соединены кольцевой стенкой дна камеры. Контур подачи топлива выполнен с возможностью непрерывного питания по меньшей мере одной пусковой форсунки так, чтобы указанная форсунка получала питание топливом как во время инициации горения, так и во время питания камеры после инициации горения. Каждая непрерывно питаемая пусковая форсунка ориентирована в сторону стенки дна камеры и выполнена по размерности так, чтобы рассеивать топливную струю с угловым раствором в первом направлении, составляющим от 120 до 180°. Расход топлива, впрыскиваемого главными форсунками, между которыми находятся пусковые форсунки, меньше по сравнению с расходом топлива, впрыскиваемого другими главными форсунками. Каждая пусковая форсунка расположена между двумя последовательными главными форсунками на одинаковом от них расстоянии. Изобретение направлено на упрощение контура подачи топлива. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Камера сгорания с принудительным реверсированием потока // 2612694

Топочные устройства всех типов, используемые в качестве топлива мазут, газ и угольную пыль, имеют камеру сгорания для стабилизации горения и распределения воздуха. Настоящее изобретение представляет камеру сгорания с принудительным реверсированием потока, которая включает в себя корпус, выполненный в форме полости изогнутой формы, подобной кисти руки с пальцами, согнутыми в сторону ладони и симметрично расположенными относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые расположены на внутренней стороне выхода для пламени. Топливная форсунка расположена в середине внутреннего конца камеры сгорания и встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания так, что ее выпуск проходит сквозь внутреннюю стенку. Выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом для пламени. Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению обеспечивает решение недостатков известных прямоточных камер сгорания, связанных с плохой стабилизацией горения, низкой скоростью прогорания топлива и плохими экологическими параметрами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.