Жидкостная пусковая трубка с кожухом
Изобретение относится к топливной форсунке газотурбинного агрегата, а в частности к топливной форсунке газовой турбины со съёмной жидкостной пусковой трубкой. Жидкостная пусковая трубка, имеющая впуск пускового жидкого топлива, пусковой жидкостный топливопровод, сопло жидкого пускового топлива и кожух, экранирующий сопло жидкого пускового топлива. Форсунка газотурбинного агрегата, включающая в себя жидкостную пусковую трубку, также представлена в настоящем изобретении. При этом жидкостная пусковая трубка устанавливается и/или снимается с форсунки газотурбинного агрегата, а кожух остается прикрепленным к пусковому жидкостному топливопроводу. Изобретение позволяет значительно уменьшить теплопередачу в пусковой жидкостный топливопровод и замедлить коксование. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область технического применения
Настоящее изобретение в целом относится к топливной форсунке газотурбинного агрегата, а в частности к топливной форсунке газовой турбины со съемной жидкостной пусковой трубкой.
Предпосылки создания изобретения
Газотурбинные агрегаты ("ГТД"), как правило, включают одну или ко топливных форсунок, подающих топливо в камеру сгорания для сжигания. Топливные форсунки включают в себя несколько топливных каналов или топливных трактов, таких как основной топливный канал и канал пускового топлива. Из-за близости топливной форсунки к камере сгорания, трубки жидкого топлива, обеспечивающие жидким топливом пусковой узел (называемый жидкостной пусковой трубкой) топливной форсунки подвергаются воздействию высоких температур во время работы газотурбинного агрегата. В дополнение к потенциалу термического воздействия на компоненты топливной форсунки, длительное воздействие таких высоких температурах приводит к засорению жидкостной пусковой трубки из-за ее закоксования.
В патенте США № App. Pub. 2010/0175382, опубликованном 15 июля 2010 г., Эроглу (Eroglu) описывает показывает горелку газовой турбины. В частности, изобретение Эроглу направлено на создание горелки газовой турбины, которая включаете в себя вихревой генератор, а на выходе из него, а смесительную трубу. Вихревой генератор состоит из по меньшей мере двух стенок, обращенных друг к другу, образующих конусообразную вихревую камеру, и снабжен соплами для впрыска топлива и отверстиями для подачи окислителя в вихревую камеру. Горелка включает в себя эжекторную трубку, простирающуюся вдоль продольной оси вихревого генератора и снабженную боковыми соплами для впрыска топлива в горелку. Оси боковых сопел наклонены относительно оси эжекторной трубки и располагаются вдоль оси горелки.
Настоящее изобретение направлено на решение известной проблемы и\или нескольких проблем, описанных автором.
Сущность изобретения
Описывается жидкостная пусковая трубка. Жидкостная пусковая трубка включает в себя: пусковой жидкостный топливопровод с первым и вторым концами, выполненный для подачи жидкого топлива через жидкостную пусковую трубку; впуск жидкого пускового топлива, имеющий жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом на первом конце, и выполненный для образования жидкостной связи с разъемом подачи пускового топлива; сопло жидкого пускового топлива, имеющее жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом на втором конце; сопло жидкого пускового топлива, выполненное для распыления жидкого топлива в камеру сгорания. Жидкостная пусковая трубка включает в себя: завихритель, соединенный с пусковым жидкостным топливопроводом и кожух, соединенный с завихрителем; кожух, выполненный для обозначения пределов сопла жидкого пускового топлива.
Согласно одному варианту осуществления, жидкостная пусковая трубка включает в себя: пусковой жидкостный топливопровод с первым концом и вторым концом, выполненный для подачи жидкого топлива по жидкостной пусковой трубке; впуск жидкого пускового топлива, имеющий жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом на первом конце; впуск жидкого пускового топлива, выполненный для образования жидкостной связи с разъемом подачи пускового топлива. Жидкостная пусковая трубка включает в себя узел кожуха Узел кожуха включает в себя сопряжение трубки, удлинитель, кожух и сопло жидкого пускового топлива. Узел кожуха соединяется с пусковым жидкостным топливопроводом на втором конце через сопряжение трубки. Сопло жидкого пускового топлива имеет жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом через удлинитель и выполнено для распыления жидкого топлива в камеру сгорания. Кожух соединен с удлинителем и выполнен для обозначения пределов сопла жидкого пускового топлива.
Краткое описание чертежей
На РИС. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата.
На РИС. 2 представлена изометрическая проекция одной форсунки, изображенной на РИС. 1.
На РИС. 3 представлен вид сбоку с частичным разрезом первой части форсунки, изображенной на РИС. 2.
На РИС. 4 представлен вид сбоку с частичным разрезом второй части форсунки, изображенной на РИС. 2.
На РИС. 5 представлена изометрическая проекция жидкостной пусковой трубки, изображенной на РИС. 3 и 4.
На РИС. 6 представлен вид сбоку с частичным разрезом узла кожуха, изображенного на РИС. 4.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к топливной форсунке газотурбинного агрегата. В частности, изобретение относится к трубке жидкого топлива (также называемый "эжекторной трубкой") со встроенным наконечником, экранированным от нагрева и потока. Инжекторная трубка снимается с форсунки и представляет собой часть узла пускового топлива.
На РИС. 1 представлено схематическое изображение примерного газотурбинного агрегата. Для ясности и простоты объяснения некоторые из поверхностей были опущены или увеличены (здесь и на других рисунках). В целом газотурбинный агрегат 100 включает в себя: устройство впуска 110, вал 120 (уложенный на несколько подшипниковых узлов 150), компрессор 200, камеру сгорания 300, турбину 400, устройство выпуска 500 и муфту 600 отбора мощности. Компрессор 200 включает в себя один или несколько дисков ротора компрессора в сборе 220. Камера сгорания 300 включает в себя корпус 310 камеры сгорания, одну или несколько форсунок 350, установленных на корпусе 310 камеры сгорания и одну или несколько камер сгорания 390, установленные внутри корпуса 310 камеры сгорания. Турбина 400 включает в себя один или несколько роторных узлов турбины 420.
В процессе эксплуатации воздух поступает в устройство впуска 110 в качестве "рабочей текучей среды" и сжимается посредством компрессора 200. В компрессоре 200 рабочая текучая среда сжимается в кольцевом канале прохождения рядом дисков ротора компрессора в сборе 220. После выхода сжатого воздуха из компрессора 200, он подается в камеру сгорания 300, где распыляется и смешивается с топливом. Воздух и топливо впрыскивается в камеру сгорания 390 форсункой 350 и воспламеняется. После реакции горения, энергия реакции горения топливовоздушной смеси приводит в действие турбину 400 на каждой ступени дисков турбины в сборе 420. Отходящий газ выходит из системы через устройство выпуска 500.
Топливо, поданное в камеру сгорания 300, может включать в себя любой известный тип жидкого или газообразного топлива на основе углеводородов. Жидкое топливо представляет собой дизельное топливо, топочный мазут, авиационный керосин, топливо для реактивных двигателей или керосин. В некоторых вариантах осуществления, жидкие топливо также представляет собой газовый конденсат (например, этан, пропан, бутан и т.д.), топливо на основе дистиллятных масел (топливо авиационное для газотурбинных двигателей Джет А-1 (Jet-A)) и бензин. Газообразное топливо включает в себя природный газ. В некоторых вариантах осуществления, газообразное топливо может также включать в себя альтернативные газообразные виды топлива, такие как, сжиженный нефтяной газ (LPG), этилен, биогаз полигонов ТБО, газ сточных вод, аммиака, биогаз, каменноугольный газ, газ из отходов нефтепереработки и т.д. Данный перечень жидких и газообразных видов топлива не является исчерпывающим, а лишь примерным. В общем, любое жидкое или газообразное топливо известное в отрасли техники, к которой относится данное изобретение может подаваться в камеру сгорания 300 через форсунки 350.
Аналогичным образом один или несколько из перечисленных выше компонентов (или их составляющие) изготавливаются из нержавеющей стали и/или прочных высокотемпературных материалов, известных как "жаропрочный сплав". Жаропрочный сплав или высокоэффективный сплав, представляет собой сплав, обладающий высокой механической прочностью и жаропрочностью, хорошей стабильностью свойств поверхности и стойкостью к окислению и коррозии. Жаропрочные сплавы представлены сплавами "Хастеллой", "Инконель", "Васпаллой", "Рене", "Хайнес", "Инколой", "MP98T", "ТМС" и монокристаллическими сплавами CMSX.
На РИС. 2 представлена изометрическая проекция примерной форсунки газотурбинного агрегата, изображенной на РИС. 1. Как показано, форсунка 350 включает в себя: монтажные ручки 351, монтажный фланец 352, разъем 353 камеры сгорания, внешний корпус форсунки 354 и разъем для подачи воздуха, а также узел пускового топлива 370 и узел первичного топлива 360. Монтажные ручки 351 и монтажный фланец 352 облегчают монтаж форсунки 350 в кожух 310 камеры сгорания (РИС. 1).
Разъем 353 камеры сгорания соединяет форсунку 350 с камерой сгорания 390 (РИС. 1). Разъем 353 камеры сгорания включает в себя одну или несколько частей узла пускового топлива 370 и узла первичного топлива 360 в их соответствующих разъемах с камерой сгорания 390. В частности, разъем 353 камеры сгорания включает в себя кольцевой выступ 356, встроенный в узел первичного топлива 360, который затем вдвигается в разъем форсунки камеры сгорания 390.
Внешний корпус форсунки 354 включает в себя одно или несколько обтекаемых тел, которые подвергаются воздействию рабочей жидкости в камере сгорания 300 во время эксплуатации (РИС. 1). Один или несколько обтекаемых тел обеспечивают упор, экранирование внутренних компонентов, и/или образование внутренних каналов. Одно или несколько обтекаемых тел могут сливаться или оканчиваться в монтажном фланце 352. В соответствии с другим вариантом осуществления, один или несколько обтекаемых тел проходят через монтажный фланец 352 и оканчиваются за монтажным фланцем 352.
Согласно одному варианту осуществления, и как показано, внешний корпус форсунки 354 включает в себя пусковую направляющую 341, трубки 342 основного газа, основную жидкостную наружную трубку 343, наружную крышку 344 и опорную трубку 349, каждая из которых по отдельности поддерживает и/или защищает внутренние компоненты форсунки 350. Здесь пусковая направляющая 341, трубки 342 основного газ и основная жидкостная наружная трубка 343 экранируют внутренние топливопроводы, в то время как наружная крышка 344 экранирует разъемы корпуса. Кроме того, пусковая направляющая 341, трубки 342 основного газ и/или основная жидкостная наружная трубка 343 образуют внутренний воздушный канал. Опорная трубка 349 показана как опора между распылительным устройством 350 и монтажным фланцем 352, тем не менее, опорная трубка 349 может быть заменена экраном другого внутреннего топливопровода пускового жидкого топлива и сниматься вместе, в зависимости от конкретной конструкции форсунки.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, внешний корпус форсунки 354 может представлять собой единый корпус, выполненный для защиты всех внутренних компонентов форсунки 350. В частности, все топливные и/или воздушные каналы или могут находиться вместе в одном корпусе, который одновременно защищает и поддерживает их, а также поддерживает распылительное устройство 350.
На РИС. 3 и 4 представлен вид сбоку с частичным разрезом первой и второй части форсунки, изображенной на РИС. 2, соответственно. В частности, форсунка 350 представлена как двухтопливная форсунка, выполненная с возможностью подачи пускового топлива и первичного топлива в камеру сгорания 390 (РИС. 1). Например, форсунка 350 включает в себя узел пускового топлива 370 и узел первичного топлива 360. В показанном варианте осуществления, узел пускового топлива 370 и узел первичного топлива 360 в целом имеют трубчатую конфигурацию с внутренней и наружной трубкой, расположенными концентрично вокруг центральной оси 359 форсунки.
Здесь, если не указано иное, все ссылки на "вверх по потоку" и "вниз по потоку" представляют собой ссылки на направление потока топлива через форсунку 350 во время эксплуатации. Например, монтажный фланец 352, как правило, находится в положении "вверх по потоку", а разъем 353 камеры сгорания, как правило, в положении "вниз по потоку". Кроме того, ссылки на "вверх по потоку" и "вниз по потоку" являются ссылками относительно центральной оси 359 форсунки.
Как показано, форсунка 350 предназначена для приема сжатого воздуха. В частности, форсунка 350 предназначена для приема сжатого воздуха и использования его в реакции горения и для охлаждения. Форсунка 350 включает в себя любой подходящий разъем или разъемы, предназначенные для приема сжатого воздуха. В частности, форсунка 350 может включать в себя первичный воздухозаборник 346, предназначенный для приема сжатого воздуха и использования его в узле первичного топлива 360. Аналогичным образом, форсунка 350 может включать в себя разъем 347 первичного пускового воздуха для подачи первичного воздуха (для реакции горения) в воздуховод 333 первичного пускового воздуха узла пускового топлива 370. Аналогичным образом, пусковой воздухозаборник включает в себя разъем 348 вторичного пускового воздуха для подачи вторичного воздуха (не для реакции горения, а для охлаждения и нагнетания давления) или подачи воздуха в воздуховод 334 вторичного пускового воздуха узла пускового топлива 370 и использования в узле пускового топлива 370.
Согласно одному варианту осуществления, первичный воздухозаборник 346 включает в себя несколько радиальных отверстий в форсунке 350 между каждой лопаткой 362 завихрителя и сопутствующими воздушными каналами, ведущими в канал предварительного смешивания 361. Согласно другому варианту осуществления, разъем 347 первичного пускового воздуха включает в себя отверстие в наружной крышке 344, сопровождающее воздушные каналы, ведущие к кольцевому коллектору, питающему воздуховод 333 первичного пускового воздуха. Согласно другому варианту осуществления, разъем 348 вторичного пускового воздуха включает в себя пневматический штуцер прикрепленный к пусковой направляющей 341 и пневматически связанный с кольцевым коллектором, предназначенным для питания воздуховода 334 вторичным пусковым воздухом. Согласно другому варианту осуществления, разъем 348 вторичного пускового воздуха включает в себя пневматический штуцер прикрепленный к монтажному фланцу 352 и пневматически связанный с кольцевым коллектором, предназначенным для питания воздуховода 334 вторичным пусковым воздухом.
Узел первичного топлива 360 включает в себя несколько лопаток 362 завихрителя, внутреннюю камеру предварительного смешивания 363 и наружную камеру предварительного смешивания 364. Лопатки 362 завихрителя принимают первичный воздуха от первичного воздухозаборника 346 и впрыскивают первичное топливо в воздушный поток придавая угловую составляющую потоку (смотрите также РИС.2). Внешняя стенка внутренней камеры предварительного смешивания 363 и внутренняя стенка наружной камеры предварительного смешивания 364 вместе образуют канал предварительного смешивания 361. Канал предварительного смешивания 361 образует начальную стадию реакции горения с низкой теплотой сгорания ("LPC"), рассмотренную ниже. В канале предварительного смешивания 361 осуществляется смешивание первичного топлива и первичного воздуха и направление его в камеру сгорания 390. Кроме того, внутренняя камера предварительного смешивания 363 включает в себя пусковой экран 365 защиты от соударения. Пусковой экран 365 защиты от соударения простирается радиально внутрь от нижнего конца внутренней камеры предварительного смешивания 363.
Узел пускового топлива 370 проиллюстрирован как двухтопливный и включает в себя узел 371 пускового газообразного топлива и узел 372 пускового жидкого топлива. В частности, узел 371 пускового газообразного топлива выполнен для впрыска сжатого воздуха из воздуховода 333 первичного пускового воздуха и газообразного топлива из узла пускового топлива 370 в камеру сгорания 390. Аналогичным образом, узел 372 пускового жидкого топлива выполнен для впрыска сжатого воздуха из воздуховода 334 вторичного пускового воздуха и жидкого топлива из узла пускового топлива 370 в камеру сгорания 390. Например, в показанном варианте осуществления, узел 371 пускового газообразного топлива может осуществлять впрыск в кольцевом режиме предварительно смешанного газообразного топлива, а узел 372 пускового жидкого топлива может осуществлять конусообразное распыление жидкого топлива.
Узел 371 пускового газообразного топлива может представлять собой кольцевой узел, соединенный с форсункой 350 и иметь продольную ось, концентрически расположенную относительно центральной оси 359 форсунки. Как показано, узел 371 пускового газообразного топлива включает в себя кожух 373 пускового газа, кожух 374 вспомогательного воздуха, наконечник 375 пускового первичного воздуха и наконечник 378 пускового газа. Кроме того, узел 371 пускового газообразного топлива может использовать внутреннюю стенку внутренней камеры предварительного смешивания 363.
Внутренняя стенка внутренней камеры предварительного смешивания 363 и наружная стенка кожуха 373 пускового газа образуют воздуховод 333 первичного пускового воздуха. В данной конфигурации, воздуховод 333 первичного пускового воздуха принимает первичный воздух в осевом направлении через разъем 347 первичного пускового воздуха и направляет первичный воздух ниже по потоку с переходом его в воздуховод кольцевой формы. Аналогичным образом, внутренняя стенка кожуха 373 пускового газа и наружная стенка кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха образуют канал 332 пускового газа. Канал 332 пускового газа, как правило, представляет собой кольцевой канал, по которому пусковое газообразное топливо подается в камеру сгорания 390.
В данной конфигурации, канал 332 пускового газа закрыт наконечником 378 пускового газа. Тем не менее, наконечник 378 пускового газа включает в себя сопло 379 пускового газа. Сопло 379 пускового газа включает в себя несколько каналов, направляющих пусковое газообразное топливо в пусковую зону предварительного смешивания узла пускового топлива 370.
Аналогичным образом, в этой конфигурации, воздуховод 333 первичного пускового воздух оканчивается наконечником 375 пускового первичного воздуха. Наконечник 375 пускового первичного воздуха включает в себя пусковой наконечник охлаждающего сопла 376 и сопло 377 первичного пускового воздуха. Пусковой наконечник охлаждающего сопла 376 включает в себя несколько каналов, направляющих первичный пусковой воздух на пусковой экран 365 защиты от соударения. Сопло 377 первичного пускового воздуха включает в себя несколько каналов, направляющих сжатый первичный пусковой воздух в пусковую зону предварительного смешивания узла пускового топлива 370. Несмотря на показанную ориентацию различных воздуховодов, наконечников и сопел ориентированы следует понимать, что возможны и другие ориентации. Кроме того, один или несколько компонентов могут быть соединены и/или скомбинированы с другими конструкциями.
Узел 372 пускового жидкого топлива может представлять собой цилиндрический узел, соединенный с форсункой 350 и иметь продольную ось, концентрически расположенную относительно центральной оси 359 форсунки. Как показано, узел 372 пускового жидкого топлива включает в себя жидкостную пусковую трубку 380 и кожух 374 подачи вспомогательного воздуха. В данном случае узел 372 пускового жидкого топлива разделяет кожух 374 подачи вспомогательного воздуха с узлом 371 пускового газообразного топлива за счет внутренней стенки кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха. В частности, жидкостная пусковая трубка 380 может располагаться внутри кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха, образуя часть воздуховода 334 вторичного пускового воздуха между жидкостной пусковой трубкой 380 и внутренней стенкой кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха.
Жидкое топливо поданное в узел пускового топлива 370 по жидкостной пусковой трубке 380 распыляется в камеру сгорания 390 соплом 389 жидкого пускового топлива на нижнем конце жидкостной пусковой трубки 380. Сжатый воздух (вторичный воздух или магистральный воздух) из воздуховода 334 вторичного пускового воздуха подается в камеру сгорания 390 наряду с распыленным топливом. Распыленное топливо и сжатый воздух сгорают, образуя диффузионное пламя в камере сгорания 390.
Кожух 374 подачи вспомогательного воздуха пневматически соединен с одним концом пусковой направляющей 341, а другим концом с наконечником 378 пускового газа. Кроме того, один конец включает неподвижное соединение (например, пайку, резьбу и т.д.), в то время как другой конец включает разъемное соединение (например, телескопическое соединение), позволяющее относительное смещение в определенных пределах во время эксплуатации между кожухом 374 подачи вспомогательного воздуха и наконечником 378 пускового газа, или любые другие динамические изменения в узле или вокруг узла пускового топлива 370 (например, из-за теплового расширения/сжатия). Кроме того, кожух 374 подачи вспомогательного воздух может быть выполнен с переходом в эффективную проточную площадь ниже по потоку пусковой направляющей 341. Например, кожух 374 подачи вспомогательного воздух в целом может иметь цилиндрическую форму с верхней по потоку частью, имеющей один диаметр и нижней по потоку частью, имеющей второй диаметр, причем второй (т.е. меньший) диаметр, влияющие на эффективную проточную площадь воздуховода 334 вторичного пускового воздуха в кожухе 374 подачи вспомогательного воздуха.
На РИС. 5 представлена изометрическая проекция жидкостной пусковой трубки, изображенной на РИС. 3 и 4. Жидкостная пусковая трубка 380 может представлять собой удлиненный узел, подвижно соединенный с форсункой 350 и имеющий продольную ось, концентрически расположенную относительно центральной оси 359 форсунки. Жидкостная пусковая трубка 380 включает в себя впуск 381 жидкого пускового топлива, пусковой жидкостный топливопровод 382, опору 383 топливопровода и узел 384 кожуха. Например, жидкостная пусковая трубка 380 может вставляться в (и выниматься) пусковую направляющую 341 и соединяться с пусковой направляющей 341 впуском 381 жидкого пускового топлива. Пусковая жидкостная трубка 380 подает топливо из-за пределов форсунки 350 в узел пускового топлива 370 через сопло 389 жидкого пускового топлива.
Впуск 381 жидкого пускового топлива включает в себя любой удобный разъем или штуцер для внешней подачи топлива. В частности, впуск 381 жидкого пускового топлива образует жидкостную связь с разъемом подачи пускового топлива и пусковым жидкостным топливопроводом 382. Кроме того, впуск 381 жидкого пускового топлива может быть выполнен съемным с форсунки 350. Например, впуск 381 жидкого пускового топлива может включать в себя стандартный штуцер жидкого топлива, ввинчиваемый или иным образом закрепляемый на монтажном фланце 352. Также, например, впуск 381 жидкого пускового топлива может быть изготовлен из нержавеющей стали NITRONIC 60 или любого другого подходящего материала.
Пусковой жидкостный топливопровод 382 представляет собой любой подходящий топливопровод, такой как стандартной трубопровод жидкого топлива, предназначенный для подачи топлива между впуском жидкого пускового топлива 381 и соплом 389 жидкого пускового топлива. Пусковой жидкостный топливопровод 382 изготавливается из нержавеющей стали Grade 316 L или любого другого подходящего материала. Согласно одному варианту осуществления, пусковой жидкостный топливопровод 382 может быть сегментирован и содержать два или несколько соединенных секций. Например, и как показано, пусковой жидкостный топливопровод 382 может имеет первую, вторую и третью секции, причем первая секция является ближайшей к впуску 381 жидкого пускового топлива. Кроме того, различные секции могут быть сделаны из различных материалов. Например, первая и вторая секции пускового жидкостного топливопровода 382 изготавливаются из нержавеющей стали Grade 316 L или любого другого подходящего материала, а третья секция изготавливается из сплава Alloy 625 или любого другого подходящего термостойкого материала.
Опора 383 топливопровода представляет собой любую подходящую опору или зафиксированную распорную втулку, выполненную для поддержки пускового жидкостного топливопровода 382 внутри канала форсунки 350, и позволяющую проходить вторичному пусковому воздуху во время эксплуатации. В частности, жидкостная пусковая трубка 380 может располагаться внутри пусковой направляющей 341, кожуха 374 подачи вспомогательного воздух и узла 384 кожуха, образуя воздуховод 334 вторичного пускового воздуха между внешней стороной пускового жидкостного топливопровода 382 и внутренней стороной пусковой направляющей 341, кожуха 374 подачи вспомогательного воздух и узла 384 кожуха. Опора 383 топливопровода, следовательно, позиционирует пусковой жидкостный топливопровод 382 (и расширения) и создает канал воздуховода 334 вторичного пускового воздуха. Например, опора 383 топливопровода может быть выполнена в виде радиального корончатого кольца (или «звездообразного кольца") подвижно сопряженная с внутренней стенкой кожуха 374 подачи вспомогательного воздух по внешней окружности опоры 383 топливопровода и жестко сопряженная с пусковым жидкостным топливопроводом 382 по внутренней окружности опоры 383 топливопровода. Кроме того, опора 383 топливопровода может быть изготовлена из нержавеющей стали NITRONIC 60 или любого другого подходящего материала.
Согласно одному варианту осуществления, опора 383 топливопровода может быть выполнена в виде штуцера или соединения между двумя секциями пускового жидкостного топливопровода 382. Например, и как показано, две секции могут быть вставлены в выровненные прорези на противоположных сторонах опоры 383 топливопровода и спаяны или соединены иным образом в единый блок. Кроме того, опора 383 топливопровода может иметь различные диаметры прорезей, позволяющие соединять трубки с различными наружными диаметрами (НД).
В соответствии с другим вариантом осуществления, опора 383 топливопровода может включать в себя две или несколько опор распределенных вдоль пускового жидкостного топливопровода 382. Например, и как показано на рисунке, где пусковой жидкостный топливопровод 382 имеет первую, вторую и третью секции, опора 383 топливопровода включает в себя первую и вторую опору 383 топливопровода, где первая опора 383 топливопровода соединяет первую и вторую секции пускового жидкостного топливопровода 382, а вторая опора 383 топливопровода соединяет вторую и третью секции пускового жидкостного топливопровода 382. Согласно другому варианту осуществления, одна или несколько опор располагаются на основании и/или добавляются, чтобы изменить, модовую реакцию жидкостной пусковой трубки 380.
На РИС. 6 представлен вид сбоку с частичным разрезом узла кожуха, изображенного на РИС. 4. Узел 384 кожуха включает в себя кожух 385, завихритель 386 и трубчатое сопряжение 387. Узел 384 кожуха может дополнительно включать опору 383 топливопровода внутри кожуха 385. Узел 384 кожуха соединен с пусковым жидкостным топливопроводом 382 трубчатым сопряжением 387, а кожух 385 соединен с завихрителем 386.
Жидкостная пусковая трубка 380 предварительно калибруется перед установкой. В частности, узел 384 кожуха обозначает пределы сопла 389 жидкого пускового топлива, так что заранее заданная эффективная проточная площадь на выходе жидкостной пусковой трубки 380 определяется до установки ее в газотурбинный агрегат 100 и/или форсунку 350. Кроме того, узел 384 кожуха выполнен с возможностью установки и снятия с форсунки 350 как части жидкостной пусковой трубки 380, в то время как форсунка 350 остается установленной в камере сгорания 300. Кроме того, узел 384 кожуха изготовляется из сплава Alloy 625 или любого подходящего термостойкого материала.
Кожух 385 включает в себя любые подходящие элементы, пригодные для подачи вторичного пускового воздуха, герметизации завихрителя 386 и экранирования сопла 389 жидкого пускового топлива. В частности, кожух 385 сопрягается с верхней по потоку частью воздуховода 334 вторичного пускового воздуха и простирается вдоль оси вниз по потоку за сопло 389 жидкого пускового топлива, тем самым завершая воздуховод 334 вторичного пускового воздуха. Кроме того, кожух 385 простирается вниз по потоку от сопла 377 первичного пускового воздуха в пусковую зону предварительного смешивания, экранирует сопло 389 жидкого пускового топлива от соударения с сжатым воздухом, выходящим из сопла 377 первичного пускового воздуха во время эксплуатации.
Согласно одному варианту осуществления, кожух 385 имеет в целом цилиндрическую форму, обозначающую, в числе прочего, пределы сопла 389 жидкого пускового топлива. Например, кожух 385 образует трубу круглого сечения, но включающую в себя конусную насадку. Также, например, кожух 385 включает в себя верхнюю по потоку часть, имеющую первый диаметр, и нижнюю по потоку часть, имеющую второй (например, меньший) диаметр. Кроме того, кожух 385 включает в себя промежуточные варианты поперечного сечения. Например, кожух 385 может иметь поперечное сечение (например, диаметр, форму и т.д.), которое изменяется при каждом сопряжении (например, в завихрителе 386, в кожухе 374 подачи вспомогательного воздуха, и т.д.). Кроме того, поперечное сечение переходов между каждым промежуточным вариантом следует ступенчатому, линейному переходу или следовать кривой.
Согласно одному варианту осуществления, кожух 385 может иметь осевую длину, простирающуюся вверх по потоку до завихрителя 386, но не за его пределы. Согласно другому варианту осуществления, кожух 385 простирается вверх по потоку и сопрягается с кожухом 374 подачи вспомогательного воздуха. Согласно еще одному варианту осуществления, кожух 385 простирается вверх по потоку, и за конец, ниже по потоку, кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха. Например, там, где кожух 374 подачи вспомогательного воздуха включает в себя телескопическое соединение с наконечником 378 пускового газа, кожух 385 может простираться вверх по потоку, достаточно перекрывая телескопическое соединение таким образом, что осевое перекрытие места сопряжения 345 между кожухом 374 подачи вспомогательного воздуха и наконечником 378 пускового газа допускает относительное смещение во всех заданных пределах или любые другие динамические изменения во время эксплуатации. Кроме того, например, кожух 385 может простираться вверх по потоку и далеко за место сопряжения между кожухом 374 подачи вспомогательного воздуха и наконечником 378 пускового газа (например, до перехода в эффективную проточную площадь внутри кожуха 374 подачи вспомогательного воздуха).
Согласно одному варианту осуществления, кожух 385 простирается в осевом направлении вниз по потоку за пределы сопла 389 жидкого пускового топлива или иначе сопло 389 жидкого пускового топлива утоплено в кожухе 385. В частности, кожух 385 может простираться между соплом 389 жидкого пускового топлива и местом максимального расширения. Например, место максимального расширения срок может находиться перед камерой сгорания 390. Также, например, место максимального расширения может находиться в месте где распыленное выходным конусом жидкое топливо, поступающее из сопла 389 жидкого пускового топлива не будет попадать на кожух 385. Также, например, место максимального расширения может находиться, там, где 60 градусный конус концентричен пусковому жидкостному топливопроводу 382, а его вершина находится в сопле 389 жидкого пускового топлива и не имеет пересечения и не будет пересекать кожух 385.
Согласно показанному варианту осуществления, узел 384 кожуха может представлять собой интегрированный блок, прикрепленный к концу пускового жидкостного топливопровода 382, отдаленному от впуска 381 жидкого пускового топлива. В частности, узел 384 кожуха дополнительно включает в себя удлинитель 388 и сопло 389 жидкого пускового топлива. Удлинитель 388 представляет собой жидкостный канал, похожий на пусковой жидкостный топливопровод 382, простирающийся между трубчатым сопряжением 387 и соплом 389 жидкого пускового топлива. В данном варианте осуществления, трубчатое сопряжение 387 может иметь жидкостную связь и соединение удлинителя 388 с концом пускового жидкостного топливопровода 382. Кроме того, завихритель 386 соединяется с удлинителем 388 и соединяет кожух 385 с удлинителем 388.
Согласно другому варианту осуществления узел 384 кожуха крепится к наружной стенке пускового жидкостного топливопровода 382. В частности, трубчатое сопряжение 387 включает в себя внутреннюю окружность завихрителя 386, которое затем крепится к пусковому жидкостному топливопроводу 382. В этом варианте осуществления пусковой жидкостный топливопровод 382 включает в себя и/или образует сопло 389 жидкого пускового топлива.
Завихритель 386 включает в себя любые подходящие элементы, выполненных для придания вращения вторичному пусковому воздуху, проходящему через кожух 385 во время эксплуатации. В частности, завихритель 386 включает в себя элементы завихрителя, выступающие в канал воздуховода 334 вторичного пускового воздуха и завихряющие сжатый вторичный пусковой поток. Кроме того, элементы завихрителя простираются в радиальном направлении между кожухом 385 и пусковым жидкостным топливопроводом 382 и/или удлинителем 388. Например, завихритель 386 включает в себя винтовые канавками, выступающие в канал воздуховода 334 вторичного пускового воздуха как элементы завихрителя. Также, например, завихритель 386 включает в себя несколько скошенных лопаток, выступающих в канал воздуховода 334 вторичного пускового воздуха как элементы завихрителя. Также, например, элементы завихрителя выполняются с поворотом на 15 градусов, с поворотом на 30 градусов или с поворотом между 15 и 30 градусами к вторичному пусковому воздуху, проходящему вдоль внешней поверхности пускового жидкостного топливопровода 382 во время эксплуатации.
Согласно одному варианту осуществления, завихритель 386 включает в себя кольцевую матрицу элементов завихрителя. Например, как показано, завихритель 386 включает в себя три винтовых канавки, выровненных в плоскости, перпендикулярной пусковому жидкостному топливопроводу 382. Кроме того, завихритель 386 включает в себя множество кольцеобразных матриц распределенных в осевом направлении вдоль пускового жидкостного топливопровода 382 и/или удлинителя 388. Например, завихритель 386 включает в себя два набора элементов завихрителя в разных местах вдоль оси пускового жидкостного топливопровода 382. В частности, завихритель 386 включает в себя по меньшей мере две кольцевых матрицы элементов завихрителя и по меньшей мере две кольцевых матрицы элементов завихрителя, разнесенные друг от друга таким образом, чтобы обеспечить конструкционную основу крепления кожуха 385 к пусковому жидкостному топливопроводу 382 и/или удлинителю 388. Таким образом, согласно одному варианту осуществления, показанная опора 383 топливопровода может заменяться вторым завихрителем 386.
Кроме того, каждая кольцевая матрица элементов завихрителя выполняется для создания различного влияния на поток. Например, каждая кольцевая матрица из скошенных лопаток может иметь различные углы атаки относительно потока воздуха, или каждая кольцевая матрица из винтовых канавок может иметь различный шаг. Также, например, и как показано, там, где есть две кольцевых матрицы элементов завихрителя, верхняя по потоку матрица может иметь больший диаметр, чем нижняя по потоку матрица.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение в целом относится к топливным форсункам газовых турбин и газотурбинным агрегатам, имеющим топливные форсунки. Описанные варианты осуществления изобретения не имеют ограничений в использовании совместно с определенным типом газотурбинного агрегата и могут применяться в стационарных или передвижных газотурбинных агрегатах, или их вариантах. Газотурбинные агрегаты и их компоненты используются в большинстве отраслей промышленности, таких как, но не ограничиваясь, нефтяная и газовая промышленность (в том числе транспортировка, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), производство электроэнергии, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, аэрокосмическая отрасль и другие транспортные отрасли.
Как правило, варианты осуществления описанной жидкостной пусковой трубки с кожухом применимы к использованию, эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и усовершенствованию газотурбинных агрегатов и могут использоваться для повышения производительности и эффективности, уменьшения затрат на техническое обслуживание и ремонт. Кроме того, варианты осуществления описанной жидкостной пусковой трубки с кожухом применимы на любой стадии срока службы газотурбинного агрегата, начиная от проектирования, создания прототипа, первого производства и далее до конца срока службы. Соответственно, жидкостная пусковая трубка с кожухом может быть использована при модификации или усовершенствовании существующего газотурбинного агрегата в качестве превентивной меры или как реакция на некое событие. Это особенно верно поскольку описанная здесь жидкостная пусковая трубка с кожухом устанавливается в форсунку, имеющую идентичные сопряжения с взаимозаменяемой форсункой более раннего типа.
В этом варианте осуществления, форсунка выполнена для камер сгорания с системой сухого подавления вредных выбросов ("DLE") - т.е. без добавки воды в реакцию горения. В частности, узел первичного топлива 360 выполнен для реакции горения с низкой теплотой сгорания ("LPC") первичного топлива. LPC используется для уменьшения выбросов оксидов азота (NOx). В форсунках с предварительным смешиванием обедненной смеси, топливо и воздух тщательно смешиваются в начальной стадии вверх по потоку от камеры сгорания, в результате чего получается однородная, обедненная, несгоревшая топливовоздушная смесь, который затем впрыскивается в камеру сгорания. Кроме того, узел первичного топлива может быть выполнен для работы на жидком и/или газообразном топливе.
Кроме того, узел пускового топлива выполнен с возможностью раздельного сжигания пускового топлива, например, с помощью диффузионного пламени. Диффузионные пламя представляет собой пламя, которые образуется при одновременном смешении топлива и воздуха и их сгорания в камере сгорания, без предварительного смешивания на начальной стадии. Диффузионные пламя имеет более высокую температуру, чем пламя после предварительно перемешанной смеси, и может служить в качестве локализованного горячего пламени, стабилизирующего процесс горения и предотвращающего срыв пламени при работе с обедненной смесью. Кроме того, узел пускового топлива может быть выполнен для работы на жидком и/или газообразном топливе.
Жидкостная пусковая трубка с кожухом вдвигается в форсунку, а кожух или узел кожуха прикрепляется. В частности, жидкостная пусковая трубка ("эжекторная трубка") вставляется в (или вынимается из) в корпус форсунки как пусковая направляющая и закрепляется на месте (или разблокируется). В данной конфигурации жидкостная пусковая трубка калибруется перед установкой. В частности, кожух или узел кожуха заранее выполняется с эффективной проточной площадью или профилем потока выходящим из узла пускового жидкого топлива после установки и в процессе эксплуатации. Например, вместо установки эжекторной трубки и регулировки форсунки, эффективная проточная площадь или профиль потока устанавливаются и/или определяются на калибровочном стенде или приспособлении, поскольку кожух и, тем самым, выход сжатого воздуха имеется в наличии и может быть зафиксирован. Другими словами, благодаря жидкостной пусковой трубке с кожухом, граничные условия, по существу, присутствуют до ее установки.
Это удобно при балансировке сжатого воздуха выходящего из нескольких форсунок. В частности, камера сгорания с несколькими форсунками, может питать несколько форсунок сжатым воздухом от одного источника. Кроме того, подача воздуха может иметь ограниченный статический напор, существующий за граничными условиями на выходе узла пускового жидкого топлива. Например, конечная воздушная ступень может охлаждаться и запитываться вторичным воздухом.
Если одна или несколько форсунок не сбалансированы с другими форсунками, то затрагивается "объем" доступного сжатого воздух, влияя таким образом на сжатый воздух, доступный для других форсунок. При предварительной калибровке жидкостной пусковой трубки перед установкой, изобретатели отметили улучшение балансировки сжатого воздуха. выходящего из нескольких форсунок. Например, как описано здесь, форсунка с жидкостной пусковой трубкой с кожухом, дает установленный допуск от 2 до 5% от номинального расхода. Также, например, камера сгорания, использующая форсунки с жидкостной пусковой трубкой с кожухом дает изменение потока от 2 до 5% между форсунками.
В процессе эксплуатации жидкостная пусковая трубка экранирует узел пускового жидкого топлива от узла пускового газообразного топлива. В частности, кожух экранирует сопло жидкого пускового топлива и пусковой жидкостный топливопровод или удлинитель от горячего сжатого воздуха, выходящего из воздуховода первичного пускового воздуха. Например, кожух отсекать струю сжатого воздуха, выходящую из сопла первичного пускового воздуха, от прямого или косвенного соударения. Как обсуждалось выше, сопло жидкого пускового топлива может быть значительно утоплено (ограниченное конусом распыленного топлива). Предпочтительным является сочетание экранирования с охлажденным сжатым вторичным воздухом, позволяющее значительно уменьшить теплопередачу в пусковой жидкостный топливопровод и замедлить коксование.
В процессе эксплуатации жидкостная пусковая трубка с кожухом помогает герметизации канала воздуховода вторичного пускового воздуха от канала пускового газа. Как обсуждалось выше, кожух простирается вверх по потоку и перекрывает телескопическое соединение, такое как место сопряжения между кожухом подачи вспомогательного воздух и наконечником пускового газа, в достаточной степени, чтобы продолжить перекрытие при любых других динамических изменениях во время эксплуатации Это перекрытие разъема динамически соединенных компонентов является полезным, так как создает более извилистый путь между соседними потоками и повышает герметичность динамического соединения.
Предшествующее подробное описание носит лишь иллюстративный характер и не предназначено для ограничения объема изобретения или объема применения и использования настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления изобретения не имеют ограничений в использовании совместно с определенным типом газотурбинного агрегата. Следовательно, хотя настоящее изобретение для удобства объяснения изображает и описывает конкретное воплощение в стационарном газотурбинном агрегате, следует понимать, что оно может быть реализовано с различными другими типами газотурбинных агрегатов и различными другими системами и условиями. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в любом предшествующем разделе. Следует также понимать, что иллюстрации могут включать преувеличенные размеры и графическое представление, чтобы лучше проиллюстрировать представленные ссылочные позиции, и не рассматриваются как ограничивающие объем изобретения, если иное не указано в качестве таковых.
1. Жидкостная пусковая трубка (380) для газотурбинного агрегата (100), включающая в себя:
пусковой жидкостный топливопровод (382) с первым концом и вторым концом, противоположным первому концу, пусковой жидкостный топливопровод (382) выполнен для подачи жидкого топлива по жидкостной пусковой трубке (380);
впуск (381) жидкого пускового топлива, имеющий жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом (382) на первом конце, впуск (381) жидкого пускового топлива выполнен для образования жидкостной связи с разъемом подачи пускового топлива;
сопло (389) жидкого пускового топлива, имеющее жидкостную связь с пусковым жидкостным топливопроводом (382) на втором конце, сопло (389) жидкого пускового топлива выполнено для распыления жидкого топлива;
завихритель (386), соединенный с пусковым жидкостным топливопроводом (382); и
кожух (385), соединенный с завихрителем (386), кожух (385) выполнен для обозначения пределов сопла (389) жидкого пускового топлива.
2. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, далее включающая в себя по меньшей мере одну опору (383) топливопровода, одна опора (383) топливопровода выполнена для поддержки пускового жидкостного топливопровода (382) внутри канала форсунки (350) и выполнена далее для образования потока вдоль внешней части пускового жидкостного топливопровода (382) с прохождением по меньшей мере одной опоры (383) топливопровода во время эксплуатации.
3. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 2, отличающаяся тем, что пусковой жидкостный топливопровод (382) разделен на несколько соединяемых секций и по меньшей мере две из нескольких соединенных секций имеют жидкостную связь через по меньшей мере,одну опору (383) топливопровода.
4. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, отличающаяся тем, что сопло (389) жидкого пускового топлива утоплено внутрь кожуха (385).
5. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, отличающаяся тем, что сопло (389) жидкого пускового топлива утоплено внутрь кожуха (385) таким образом, что выходной 60 градусный конус не имеет пересечения с кожухом (385).
6. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, отличающаяся тем, что жидкостная пусковая трубка (380) устанавливается в газотурбинном агрегате (100) и может сниматься с газотурбинного агрегата (100).
7. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, отличающаяся тем, что завихритель (386) включает в себя по меньшей мере два элемента завихрителя, находящихся в разных местах по оси пускового жидкостного топливопровода (382), разнесенных таким образом, чтобы обеспечить крепление кожуха (385) к пусковому жидкостному топливопроводу (382).
8. Жидкостная пусковая трубка (380) по п. 1, отличающаяся тем, что кожух (385) имеет цилиндрическую форму с верхней по потоку частью, имеющей один диаметр и нижней по потоку частью, имеющей второй диаметр, причем второй диаметр меньше, чем первый диаметр.
9. Форсунка (350) газотурбинного агрегата (100), включающая в себя жидкостную пусковую трубку (380) по любому из предшествующих пунктов, форсунка (350) далее включает в себя:
узел (371) пускового газообразного топлива, включающий в себя:
канал (332) пускового газа, выполненный для подачи пускового газа во время эксплуатации;
наконечник (378) пускового газа, включающий в себя сопло (379) пускового газа, наконечник (378) пускового газа выполнен для закрытия канала (332) пускового газа, сопло (379) пускового газа выполнено для подачи газообразного пускового топлива в пусковую зону предварительного смешивания форсунки (350);
воздуховод (333) первичного пускового воздуха, выполненный для подачи сжатого воздуха, и
сопло (377) первичного пускового воздуха, выполненное для подачи сжатого воздуха в пусковую зону предварительного смешивания; и
узел (372) пускового жидкого топлива, включающий в себя кожух (374) подачи вспомогательного воздуха, выполненный для подачи вторичного сжатого воздуха; и
отличающаяся тем, что кожух (385) жидкостной пусковой трубки (380) выполнен экранирующим сопло (389) жидкого пускового топлива от соударения со сжатым воздухом, выходящим из сопла (377) первичного пускового воздуха во время эксплуатации.
10. Форсунка (350) по п. 9, отличающаяся тем, что кожух (374) подачи вспомогательного воздуха и наконечник (378) пускового газа динамически соединены между собой и допускают относительное смещение в определенных пределах во время эксплуатации;
и кожух (385) соединен внахлестку с местом сопряжения (345) между кожухом (374) подачи вспомогательного воздуха и наконечником (378) пускового газа во всех заданных пределах относительного смещения.
