Камера сгорания газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F23R3/28 - отличающиеся подачей топлива (горелки F23D)

Владельцы патента RU 2620187:

Болотин Николай Борисович (RU)

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор. Кольцевой коллектор, к которому присоединен топливопровод, установлен в передней полости на форсуночной плите. Внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения. Изобретение направлено на повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к камерам сгорания газотурбинного двигателя, и может использоваться в авиации и на стационарных газотурбинных двигателях, в том числе на газоперекачивающих агрегатах, использующих в качестве топлива природный газ.

Основную часть природного газа составляет метан (СН₄) - от 70 до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжелые углеводороды - гомологи метана:

- этан (С₂Н₆),

- пропан (С₃H₈),

- бутан (С₄Н₁₀).

а также другие неуглеводородные вещества.

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный газ. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет потенциальную энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определенные промежутки необходимо сооружать компрессорные станции, на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается

Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2375597, МПК F02C 7/22, опубл. 10.12.2009 г. Топливный коллектор камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую трубу для подачи топлива к форсункам, установленную внутри корпуса камеры, подводящий трубопровод и размещенный снаружи камеры входной штуцер, установленный в наружной втулке, прикрепленной к корпусу камеры с возможностью осевого перемещения, снабженный внутренней втулкой, выполненной в виде по меньшей мере одного звена, включающего два неподвижных кольца и подвижное кольцо, установленное между ними с возможностью поперечного перемещения. Неподвижные кольца соединены с наружной втулкой, а подвижное кольцо установлено с возможностью контактирования с входным штуцером. Устройство позволяет компенсировать термические напряжения, возникающие в наружной втулке и штуцере за счет различного термического расширения корпуса камеры сгорания и топливного коллектора в осевом и поперечном направлениях. Уменьшение диаметра поверхности до диаметра штуцера позволяет уменьшить утечки воздуха.

Недостатки - большая неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания, обусловленная небольшим количеством форсунок.

Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №2099640, МПК F23R 3/60, опубл. 20.12.2000 г.

Эта камерах сгорания предназначена для газотурбинных установок (ГТД). На жаровой трубе в кольцевом пространстве между корпусом и трубой установлен перфорированный капот, на котором закреплены опорные устройства и горелки второго контура. Наличие термокомпенсаторов и выполнение наружной обечайки жаровой трубы из двух секций сводят к минимуму температурные напряжения.

Недостатки те же самые.

Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №215888, МПК F23R 3/26, опубл. 10.11.2000 г.

Фронтовое устройство камеры сгорания для высокотемпературного газотурбинного двигателя с подводом топлива в топливные коллекторы через неподвижные разделители потока содержит фронтовое устройство, выполненное в виде ряда профилированных пластин. Профилированные пластины установлены на входе в первичные каналы с возможностью перемещения относительно друг друга в окружном направлении при изменении площадей проходных сечений первичных каналов. Каждая из профилированных пластин состоит из неподвижной и подвижной частей, телескопически соединенных между собой. Неподвижные части телескопических пластин жестко закреплены на неподвижных разделителях потока. Ответные подвижные части пластин закреплены на подвижных разделителях потока. Топливные коллекторы с одного конца с помощью внутренних шаровых шарниров закреплены на неподвижных разделителях потока, а с другого конца шарнирно закреплены к поворотным тягам, вторые концы которых шарнирно крепятся к подвижным разделителям потока. Такое выполнение фронтового устройства расширяет диапазон устойчивого горения.

Недостатки этой камеры сгорания: эмиссия вредных веществ особенно на режиме «малого газа», неполное сгорание топлива, окружная и радиальная неравномерность поля температур на выходе их камеры сгорания.

Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2493493, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г, прототип.

Эта камера сгорания содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную пииту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод.

Недостаток - неполное сгорание топлива. Около 5% топлива не сгорает и выбрасывается в атмосферу в виде С, СО NO и т.д. Это повышает расход топлива и ухудшает экологию атмосферы.

Задачи создания изобретения: повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя.

Достигнутые технические результаты: повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания ГТД.

Решение указанных задач достигнуто в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащем внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную пииту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод, тем, что внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения.

Под жаровой трубой может быть установлен внутренний кольцевой кожух, образующий с жаровой трубой внутренний канал. Между внешним корпусом камеры сгорания и жаровой трубой может быть образован внешний канал. В жаровой трубе могут быть выполнены отверстия. Все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба, могут быть покрыты жаростойкой эмалью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг. 1 приведена камера сгорания,

- на фиг. 2 приведены графики времени жизни радикалов.

Камера сгорания ГТД (фиг. 1) содержит внешний корпус 1, жаровую трубу 2, форсуночную пииту 3 и установленные на ней форсунки 4. На форсуночной плите 3 установлен кольцевой коллектор 5. Кольцевой коллектор 5 расположен в передней полости 6 перед форсуночной плитой по потоку воздуха.

К кольцевому коллектору 5 присоединен с одной стороны топливопровод 7, а с другой - форсунки 4.

Внутри кольцевого коллектора 5 концентрично друг другу установлены два электрода 8 и 9, подсоединенные высоковольтными изолированными проводами 10 к блоку высокого напряжения 11.

Под жаровой трубой 2 установлен внутренний кожух 12, образующий с жаровой трубой 2 внутренний канал 13. Между внешним корпусом 1 камеры сгорания и жаровой трубой 2 образован внешний канал 14. В жаровой трубе 2 выполнены отверстия 15. Все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба 2, должны быть покрыты жаростойкой эмалью.

В форсуночной плите 3 выполнены отверстия 16 для прохода воздуха к форсункам 4.

РАБОТА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД

При работе камеры сгорания ГТД запускают ГТД стартером (на фиг. 1 и 2 не показано) и воздух высокого давления подается в переднюю полость 6, откуда через отверстия 16 к форсуночной плите 3 к форсункам 4.

Одновременно по топливопроводу 7 топливо подается в кольцевой коллектор 5, где проходит между электродами 8 и 9 и активируется (образуются свободные радикалы Н, СН, СН2 и СН3, имеющие очень маленькое время жизни (фиг. 2)). Например, количество свободных радикалов СН2 за 30 наносек уменьшается примерно в 10 раз.

Активация производится очень мощным электрическим полем, возникающим после подачи высокого напряжения на электроды 8 и 9 с блока высокого напряжения 11 (фиг. 1).

Учитывая, что средство активации топлива выполнено максимально близко от форсунок 4, большинство радикалов сохраняют свою активность и интенсифицируют процесс горения в камере сгорания ГТД.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить экономичность камеры сгорания ГТД за счет более полного сгорания углеводородного топлива, что достигнуто применением активатора топлива. 2.

2. Уменьшить выхлоп в атмосферу вредных веществ, углерода – С - и окислов углерода – СО - и окислов азота.

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод, отличающаяся тем, что внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения.

2. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что под жаровой трубой установлен внутренний кольцевой кожух, образующий с жаровой трубой внутренний канал.

3. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что между внешним корпусом камеры сгорания и жаровой трубой образован внешний канал.

4. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что в жаровой трубе выполнены отверстия.

5. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба, покрыты жаростойкой эмалью.

Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для камеры сгорания газотурбинного двигателя осуществляется в трубчато-кольцевой камере сгорания, которая содержит множество распределенных по окружности труб замкнутых между двумя цилиндрическими кожухами.

Топливная форсунка, концевой узел топливной форсунки и газовая турбина // 2618801

Изобретение относится к энергетике. Топливная форсунка для камеры сгорания содержит топочную трубу и кольцевой центральный элемент, расположенный концентрически в указанной топочной трубе.

Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха // 2618799

Группа изобретений относится к топливным форсункам. Топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины содержит кольцевые каналы, предназначенные для доставки продуктов для сжигания.

Система для подачи топлива в камеру сгорания (варианты) // 2618765

Система для подачи топлива в камеру сгорания содержит камеру горения и топливную форсунку, которая находится в проточном сообщении с камерой горения. Несколько каналов расположены в окружном направлении вокруг камеры горения для обеспечения с ней проточного сообщения.

Способ изготовления узла топливной форсунки, способ изготовления кольца топливной форсунки и кольцо топливной форсунки // 2614894

Группа изобретений относится к способам изготовления узла топливной форсунки и кольца топливной форсунки и к кольцу топливной форсунки. Способ изготовления узла 100 топливной форсунки включает использование торцевой заглушки 104 топливной форсунки, расположение кольца топливной форсунки в полости торцевой заглушки 104 и прикрепление кольца топливной форсунки к торцевой заглушке 104 для формирования элементов, проходящих в указанную полость и соответствующих или торцевой заглушке 104 топливной форсунки, или вкладышу 102 топливной форсунки, или им обоим с обеспечением закрепления вкладыша 102 топливной форсунки внутри торцевой заглушки 104 в ее полости.

Возбуждение дополнительного лазера для устойчивости горения // 2614754

Изобретение относится к энергетике. Система сжигания содержит камеру (100) сгорания, имеющую концевую секцию (101) и предсекцию (102) сгорания, продолжающуюся от концевой секции (101) вдоль центральной оси (103) камеры (100) сгорания, турбулизирующее устройство (110), необязательное запальное горелочное устройство (120) и светоизлучающее устройство (130), которое испускает во внутренний объем (104) предсекции (102) сгорания электромагнитное излучение (131), характеризующееся тем, что оно может генерировать подачу энергии в запальный факел (122) или основной факел (108) для стабилизации запального факела (122) или основного факела (108).

Узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя // 2614268

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к устройствам форсажных камер турбореактивных двухконтурных двигателей, в частности к узлам подачи топлива в форсажную камеру.

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания (варианты) // 2613764

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания содержит камеру горения и проточный патрубок, который в окружном направлении окружает по меньшей мере часть камеры горения.

Блок топливных форсунок и блок камеры сгорания // 2605164

Блок топливных форсунок, применяемый в турбинном двигателе, содержит группу топливных форсунок. Группа топливных форсунок расположена внутри воздушной напорной камеры, ограниченной корпусом.

Камера сгорания (варианты) и способ распределения топлива в камере сгорания // 2604146

Камера сгорания содержит пучок трубок, который проходит в радиальном направлении по меньшей мере через часть камеры сгорания. Указанный пучок трубок имеет верхнюю по потоку поверхность, отделенную в осевом направлении от нижней по потоку поверхности.

Система для подачи топлива в камеру сгорания (варианты) // 2618765

Система топливопитания камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2616327

Система топливопитания камеры сгорания газотурбинного двигателя относится к автоматическому регулированию подачи топлива в камеру сгорания (КС) газотурбинного двигателя (ГТД).

Устройство впрыска воздуха и топлива для камеры сгорания турбомашины // 2615887

Изобретение относится к энергетике. Устройство (2) впрыска воздуха и топлива для камеры сгорания турбомашины, содержащее топливную форсунку, по меньшей мере один первый элемент (21), установленный на топливной форсунке, и по меньшей мере один второй элемент (27, 28), установленный на донной стенке (6) камеры сгорания.

Способ контроля разделения текучих сред, топливная система, способ контроля состояния клапана и газовая турбина // 2615876

Изобретение относится к топливным системам для газовой турбины и соответствующим способам контроля разделения текучих сред в топливных системах. В частности, системы и способы включают измерение перепадов давления и сравнение результатов измерений с заранее заданным значением.

Способ очистки деталей топливных коллекторов газотурбинных двигателей от нагара и углеродных загрязнений // 2614441

Изобретение относится к области очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя от нагара и углеродных загрязнений. Выдержку деталей осуществляют при температуре от 100 до 150°C в водном растворе щелочи, содержащем от 600 до 800 г/л гидроксида натрия и дополнительно содержащем от 0,5 до 2 г/л нитрата натрия или от 0,2 до 0,5 г/л сульфата натрия, после выдержки в водном растворе щелочи проводят очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией от 50 до 150 г/л при температуре от 80 до 105°C, причем выдержку в водном растворе щелочи, очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты, промывку в воде и продувку сжатым воздухом проводят по меньшей мере два раза.

Камера сгорания гтд и форсуночный модуль // 2612231

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный в воздушной полости перед форсуночной плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой топливными каналами с форсуночными модулями, содержащими струйную топливную форсунку и каналы подвода и закрутки воздуха.

Топливная форсунка для двух видов топлива // 2610979

Изобретение относится к энергетике. Топливная форсунка 2 для двух видов топлива с внутренней трубой 5 с радиально ориентированными выходными отверстиями для первого вида топлива и с окружающей внутреннюю трубу внешней трубой 6 с ориентированными по оси выходными отверстиями 10 для второго вида топлива.

Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины // 2610360

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал турбомашины и насосный модуль (100), содержащий конструктивный корпус (9), насосный вал (11), связанный с валом (1) турбомашины, насос (3) питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу (11) и внутри конструктивного блока (9), и электрическое устройство (5), установленное на упомянутом насосном валу (11) и выполненное с возможностью вращения упомянутого насосного вала (11) для приведения в действие насоса (3) питания или с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом (11) для электрического питания агрегата (8) турбомашины, при этом электрическое устройство содержит элементы ротора (51), установленные на наружной периферии подвижной части (32) насоса питания, и элементы статора (52), установленные на внутренней периферии конструктивного корпуса.

Турбомашина, содержащая преимущественное устройство впрыска, и соответствующий способ впрыска // 2606167

Изобретение относится к турбомашине, оснащенной камерой сгорания, устройством впрыска топлива в камеру сгорания и средствами подачи топлива в устройство впрыска топлива.

Контроль фильтра системы подачи топлива авиационного двигателя // 2599084

Заявлен способ контроля для контроля фильтра контура питания для питания авиационного двигателя топливом, при этом способ содержит этап определения текущей стадии из множества последовательных стадий полета летательного аппарата, содержащих по меньшей мере стадию, в течение которой забивание фильтра не может быть вызвано льдом, и стадии, в течение которой забивание фильтра может быть вызвано льдом; и в ответ на обнаружение забивания - этап определения типа забивания в зависимости от упомянутой текущей стадии; при этом во время этапа выдачи индикаторного сообщения сообщение, которое выдается, зависит от типа забивания.

Способ снижения подогрева топлива в топливной системе газотурбинного двигателя на режимах глубокого дросселирования // 2622220

Изобретение относится к области регулирования авиационных газотурбинных двигателей и может быть использовано в их системах топливопитания для снижения подогрева топлива, подаваемого на форсунки основной и/или форсажной камер сгорания на режимах глубокого дросселирования. Снижение подогрева топлива в топливной системе газотурбинного двигателя осуществляют путем регулирования параметров центробежного насоса топливной системы, в качестве которых используют число оборотов рабочего колеса насоса и положение максимального КПД насоса на оси расхода напорной характеристики насоса, причем при переходе работы насоса на режимы глубокого дросселирования, для снижения подогрева топлива изменяют характеристику отвода топлива от рабочего колеса, которую осуществляют смещением максимального КПД насоса в область минимальных расходов топлива, оставляя постоянным число оборотов рабочего колеса насоса. Изобретение позволяет повысить эффективность снижения подогрева топлива в топливной системе ГТД на режимах глубокого дросселирования. 6 ил.