трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины
Классы МПК: | F23R3/16 с устройствами внутри жаровой трубы или камеры сгорания, влияющими на воздушный или газовый поток |
Автор(ы): | Токарев В.В., Кириевский Ю.Е. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-11-10 публикация патента:
27.09.1999 |
Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины работает преимущественно на сжатом природном газе с низкой токсичностью выхлопных газов и содержит жаровые трубы, соединенные газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами, полость которого образована его собственными кольцевыми стенками. Каждая из жаровых труб содержит на выходе в поперечном потоку направлении лобовую стенку, скрепленную со стенкой жаровой трубы и соединенную с газосборником. В жаровой трубе выше по потоку от лобовой стенки размещен ряд патрубков, от которых стенка жаровой трубы сплошная. Каждый из патрубков имеет треугольную форму поперечного сечения, одна из вершин которого направлена против потока, а на обращенных к потоку боковых поверхностях патрубков выполнены ряды отверстий и щелей. Одна из вершин каждого из патрубков расположена в радиальной плоскости жаровой трубы, проходящей через угол лобовой стенки. Каждая направленная против потока вершина поперечного сечения патрубков расположена в жаровой трубе под прямым углом относительно радиальной плоскости, проходящей через аналогичную вершину поперечного сечения по меньшей мере одного из смежных патрубков. Торец каждого из патрубков в жаровой трубе выполнен на расстоянии от 0,5 до 0,6 радиуса ее внутренней поверхности. Изобретение позволяет снизить токсичность выхлопных газов и повысить топливную экономичность газовой турбины путем интенсификации процессов смешения и повышения полноты сгорания топлива. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, содержащая жаровые трубы, соединенные с газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами, полость которого образована его собственными кольцевыми стенками, при этом каждая из жаровых труб содержит на выходе в поперечном потоку направлении лобовую стенку, скрепленную со стенкой жаровой трубы и соединенную с газосборником, отличающаяся тем, что в жаровой трубе выше по потоку от лобовой стенки размещен ряд патрубков, от которых стенка жаровой трубы сплошная, при этом каждый из патрубков имеет треугольную форму поперечного сечения, одна из вершин которого направлена против потока, а на обращенных к потоку боковых поверхностях патрубков выполнены ряды отверстий и щелей. 2. Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины по п.1, отличающаяся тем, что одна из вершин каждого из патрубков расположена в радиальной плоскости жаровой трубы, проходящей через угол лобовой стенки. 3. Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины по п.1, отличающаяся тем, что каждая направленная против потока вершина поперечного сечения патрубков расположена в жаровой трубе под прямым углом относительно радиальной плоскости, проходящей через аналогичную вершину поперечного сечения по меньшей мере одного из смежных патрубков. 4. Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины по п.1, отличающаяся тем, что торец каждого из патрубков в жаровой трубе выполнен на расстоянии от 0,5 до 0,6 радиуса ее внутренней поверхности.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газовых турбин, работающих преимущественно на сжатом природном газе с низкой токсичностью выхлопных газов. Известна камера сгорания со ступенчатым горением, состоящая из коаксиально расположенных внутреннего и наружного цилиндров, внутренний цилиндр в которой по длине короче наружного и расположен в зоне горения, а в стенке наружного цилиндра, которая охватывает внутреннюю кольцевую часть внутреннего цилиндра, выполнен ряд отверстий, при этом на расстоянии, не меньшем, чем диаметр этого наружного цилиндра, расположен еще один ряд воздухоподводящих отверстий в направлении вниз по потоку относительно первых воздухоподводящих отверстий, а оба ряда отверстий окантованы патрубками [1]. Недостатком известной камеры сгорания является большая длина жаровой трубы вследствие ступенчатого горения, а также повышенная токсичность выхлопных газов турбины вследствие трудности обеспечения симметричного подвода воздуха к топливу, а также трудности достижения полноты смешения потоков топлива, воздуха и продуктов горения и полноты сгорания топлива. Наиболее близкой к заявляемой является трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки, содержащая жаровые трубы, соединенные с газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами, полость которого образована его собственными кольцевыми стенками, при этом каждая из жаровых труб содержит на выходе в поперечном потоку направлении лобовую стенку, скрепленную со стенкой жаровой трубы и соединенную с газосборником, в жаровой трубе в плоскости лобовой стенки, обращенной к потоку, по периметру стенки жаровой трубы выполнены каналы [2]. Недостатком известной камеры сгорания является неполное использование возможностей организации кинетического горения переобогащенной топливовоздушной смеси с образованием циркуляционных зон и частичным сжиганием топлива при значительном избытке воздуха, а также низкая надежность и ресурс жаровых труб при использовании сжатого природного газа. К недостаткам известной камеры сгорания следует отнести также низкую интенсивность перемешивания топлива с воздухом, приводящую к образованию длинных факелов и длительному пребыванию продуктов горения в зоне максимальных локальных температур, вследствие отсутствия элементов стабилизации пламени в жаровой трубе, и как следствие - к повышенной токсичности выхлопных газов турбины. В выхлопных газах турбин авиационных двигателей и наземных энергетических установок окислы азота NOx составляют до 95% общего уровня вредных веществ и являются основным наиболее токсичным веществом, содержащимся в продуктах сгорания. Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении токсичности выхлопных газов и повышении топливной экономичности газовой турбины путем интенсификации процессов смешения и повышения полноты сгорания топлива. Сущность технического решения заключается в том, что в трубчато-кольцевой камере сгорания газовой турбины, содержащей жаровые трубы, соединенные с газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами, полость которого образована его собственными кольцевыми стенками, при этом каждая из жаровых труб содержит на выходе в поперечном потоку направлении лобовую стенку, скрепленную со стенкой жаровой трубы и соединенную с газосборником, согласно изобретению в жаровой трубе выше по потоку от лобовой стенки размещен ряд патрубков, от которых стенка жаровой трубы сплошная, при этом каждый из патрубков имеет треугольную форму поперечного сечения, одна из вершин которого направлена против потока, а на обращенных к потоку боковых поверхностях патрубков выполнены ряды отверстий и щелей. Одна из вершин каждого из патрубков расположена в радиальной плоскости жаровой трубы, проходящей через угол лобовой стенки. Каждая, направленная против потока, вершина поперечного сечения патрубков расположена в жаровой трубе под прямым углом относительно радиальной плоскости, проходящей через аналогичную вершину поперечного сечения по меньшей мере одного из смежных патрубков. Торец каждого из патрубков в жаровой трубе выполнен на расстоянии от 0,5 до 0,6 радиуса ее внутренней поверхности. Размещение в жаровой трубе выше по потоку от лобовой стенки ряда патрубков, от которых стенка жаровой трубы сплошная и выполнение каждого из патрубков треугольной формы поперечного сечения, одна из вершин которого направлена против потока и расположена в радиальной плоскости жаровой трубы, проходящей через угол лобовой стенки, позволяет достичь более эффективное сочетание технологии смешивания газовых и воздушных потоков, аэродинамического торможения их, дожигания несгоревших микрочастиц топлива с образованием зон лавинной активации горения при резком (внезапном) охлаждении несгоревших частиц топлива. Принцип организации горения при таком сочетании процессов заключается в создании и горении обогащенной топливовоздушной смеси (для этого стенка жаровой трубы сплошная), т.е. диффузионного факела пламени первичной зоны горения, аэродинамического торможения этого потока и обеспечения (путем вдува воздуха через патрубки) лавинной активации горения с возникновением цепных реакций. В первичной зоне богатого горения![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
на фиг. 2 - разрез A-A на фиг.1 (жаровые трубы с патрубками в разрезе),
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 2,
на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2. Трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины содержит жаровые трубы 1, соединенные с газосборником 2, скрепленным с внешним корпусом 3 и внутренним корпусом 4. Каждая из жаровых труб 1 содержит на выходе 5 в поперечном потоку 6 направлении лобовую стенку 7 толщиной h, скрепленную со стенкой 8 жаровой трубы, например, при помощи сварки и соединенную с газосборником 2, например, с возможностью перемещения вдоль оси 9 жаровой трубы 1 по пояскам Д1 и Д2, см. фиг.2. В жаровой трубе 1 выше по потоку 6 от лобовой стенки 7 размещен ряд патрубков 10, от которых стенка 8 жаровой трубы 1 сплошная на длине L, т.е. не имеет отверстий либо щелей, (см. фиг. 1). На фиг. 2 показана схема расположения жаровых труб 1 относительно оси 11 камеры сгорания. Каждый из патрубков 10 имеет треугольную форму поперечного сечения, (см. фиг. 3) одна из вершин 12 которого направлена против потока 13, в данном случае продуктов горения факела пламени 14 первичной (обогащенной топливом) зоны, протекающей на длине L, и расположена в радиальной плоскости, например, В-В жаровой трубы 1, проходящей через угол 15 лобовой стенки 7, (см. фиг. 2). У лобовой стенки 7 в данном случае четыре угла: 15, 16, 17 и 18, которые образованы пересечением окружных поясков Д1 и Д2 с радиальными плоскостями стыка 15-17 и 16-18 смежных лобовых стенок 7 (см. фиг.2). Кроме того, на обращенных к потоку 13 продуктов горения боковых поверхностях 19 и 20 патрубков 10 выполнены ряды отверстий 21 и щелей 22 (см. фиг. 3, 4). Кроме того, каждая, направленная против потока воздуха 6 и потока 13 продуктов горения факела пламени 14, вершина 12 поперечного сечения патрубков 10 расположена в жаровой трубе 1 под прямым углом
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138057/8776.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
![трубчато-кольцевая камера сгорания газовой турбины, патент № 2138739](/images/patents/333/2138012/945.gif)
1. US, патент N 4173118, кл. F 02 C 7/22, 1979. 2. FR, заявка N 2695460, кл. F 23 R 3/28, 1994.
Класс F23R3/16 с устройствами внутри жаровой трубы или камеры сгорания, влияющими на воздушный или газовый поток