[go: up one dir, main page]

RU2561956C2 - Газотурбинная система сгорания - Google Patents

Газотурбинная система сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2561956C2
RU2561956C2 RU2013128796/06A RU2013128796A RU2561956C2 RU 2561956 C2 RU2561956 C2 RU 2561956C2 RU 2013128796/06 A RU2013128796/06 A RU 2013128796/06A RU 2013128796 A RU2013128796 A RU 2013128796A RU 2561956 C2 RU2561956 C2 RU 2561956C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixing
combustion chamber
burners
burner
tubular
Prior art date
Application number
RU2013128796/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013128796A (ru
Inventor
Франклин Мари ЖЕНЭН
Нареш АЛУРИ
Ян СЕРНИ
Аднан ЕРОГЛУ
Эннио ПАСКУАЛОТТО
Original Assignee
Альстом Текнолоджи Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Альстом Текнолоджи Лтд filed Critical Альстом Текнолоджи Лтд
Publication of RU2013128796A publication Critical patent/RU2013128796A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2561956C2 publication Critical patent/RU2561956C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005Noise absorbing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/30Staged fuel supply
    • F23C2201/301Staged fuel supply with different fuels in stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/40Intermediate treatments between stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341Sequential combustion chambers or burners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная система сгорания, при этом газовая турбина содержит компрессор, камеру сгорания для выработки рабочего газа, соединенную для приема сжатого воздуха из компрессора, турбину, соединенную для приема рабочего газа из камеры сгорания. Камера сгорания состоит из единственной трубчатой камеры сгорания или содержит множество трубчатых камер сгорания, расположенных в кольцевой трубчатой конфигурации, причем трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку предварительного смешивания. Воспламенение смеси начинается на выпуске горелки предварительного смешивания, а пламя стабилизируется в области выпуска горелки предварительного смешивания посредством области обратного течения. Изобретение позволяет обеспечить стабильное сгорание во всём рабочем диапазоне, а также позволяет понизить выбросы CO. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к газотурбинной системе сгорания. Дополнительно изобретение относится к способу работы газовой турбины с трубчатой камерой сгорания, содержащей множество горелок предварительного смешивания, соответствующих настоящему описанию.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В US 6,935,116 B1 описана газотурбинная система сгорания для уменьшения загрязняющих выбросов, таких как NOx и CO, при этом обеспечивающая стабильное сгорание в условиях сниженной нагрузки. Система сгорания содержит корпус, имеющий центральную ось, соединенный по текучей среде с компрессором двигателя, и концевую крышку, закрепленную на корпусе. В предпочтительном варианте осуществления концевая крышка содержит множество первых форсунок, расположенных первой группой вокруг концевой крышки, и множество вторых форсунок, расположенных второй группой вокруг концевой крышки, при этом вторая группа в радиальном направлении расположена снаружи первой группы. Вблизи концевой крышки расположен первый завихритель, также именуемый генератор завихрений, содержащий множество каналов, ориентированных, по существу, перпендикулярно к центральной оси корпуса, для создания завихрения первой порции сжатого воздуха, по существу, радиально внутрь. Топливо, которое впрыскивается через первые и вторые форсунки, смешивается с первой порцией сжатого воздуха из первого завихрителя до вхождения в жаровую трубу через куполообразную секцию. Дополнительное топливо также поступает во вторую порцию сжатого воздуха через множество третьих форсунок, расположенных в коллекторе хвостового форсуночного узла. Третьи форсунки разделены на множество кольцевых секторов для ступенчатой подачи различных топлив по окружности вокруг хвостового форсуночного узла. Для улучшения смешивания между топливом из третьих форсунок и второй порцией сжатого воздуха, второй завихритель, расположенный смежно хвостовому форсуночному узлу, создает завихрение второй порции сжатого воздуха. Это топливо и воздух смешиваются во втором канале, расположенном между первой частью жаровой трубы и куполом до поступления в жаровую трубу и смешивания с топливом и первой порцией сжатого воздуха из области первого завихрителя. После попадания в жаровую трубу предварительная смесь из второго канала должна полностью менять направление движения, в результате чего образуются области сильной рециркуляции в переднем конце жаровой трубы. Эти области рециркуляции помогают повысить стабильность сгорания благодаря наличию области, в которой часть горячих газообразных продуктов сгорания захватывается и подвергается рециркуляции, обеспечивая непрерывное воспламенение поступающих предварительно смешанных топлива и сжатого воздуха. Потоком топлива в каждой из групп форсунок, первой, второй и третьей, управляют независимо, чтобы иметь возможность ступенчатой подачи топлива в различных условиях нагрузки для управления выбросами NOx и CO для каждого уровня нагрузки.
В US 5,577,378 описана газотурбинная группа, содержащая по меньшей мере компрессорный агрегат, первую камеру сгорания для генерации рабочего газа, при этом первая камера сгорания соединена для приема сжатого воздуха из компрессорного агрегата. Кроме того, первая камера сгорания представляет собой кольцевую камеру сгорания, содержащую множество предварительно смешивающих горелок предварительного смешивания. Первая турбина соединена для приема рабочего газа из первой камеры сгорания. Вторая камера сгорания соединена для приема выхлопного рабочего газа из первой турбины и подачи рабочего газа во вторую турбину. Вторая камера сгорания содержит кольцевой канал, образующий пространство сгорания, продолжающееся в направлении потока от выпуска первой турбины к впуску второй турбины; и средство подачи топлива во вторую камеру сгорания для самовоспламенения топлива. Множество турбулизаторов установлено во второй камере сгорания выше по потоку от средства подачи топлива; однороторный вал, поддерживаемый не более, чем двумя подшипниками, по меньшей мере один компрессорный агрегат, при этом первая турбина и вторая турбина соединены с валом ротора, и компрессорный агрегат содержит по меньшей мере один компрессор. Кольцевая камера сгорания содержит множество отдельных трубчатых элементов, образующих пространство сгорания, расположенное по окружности вокруг вала ротора. Первая турбина выполнена с возможностью частичного расширения рабочего газа так, чтобы рабочий газ, выходящий из первой турбины, имел температуру, достаточную для самовоспламенения топлива во второй камере сгорания. Турбулизаторы второй камеры сгорания имеют форму и положение, обеспечивающие образование вихрей в потоке. Таким образом, системы сгорания известного уровня техники, в которых используются горелки предварительного смешивания, соответствующие документам EP 0321809 A1 и/или EP 0704657 A1, имеют конструкцию шахтного или кольцевого типа, указанные документы образуют неотъемлемую часть настоящего описания.
Одна из этих горелок предварительного смешивания состоит из полых частично-конических элементов, образующих корпус, содержащий тангенциальные воздушные выпускные щели и питающие каналы газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением. Топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки предварительного смешивания в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
Другая горелка предварительного смешивания, по существу, состоит из завихрителя, который, по существу, состоит из полых частично-конических элементов, образующих корпус, содержащий тангенциальные воздушные выпускные щели и питающие каналы газообразного и жидкого топлив. Центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением, при этом топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки предварительного смешивания в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами. Ниже по потоку указанного завихрителя имеется траектория смешивания, при этом указанная траектория смешивания содержит переходные каналы, продолжающие в первой части траектории в направлении потока для переноса потока, образованного в указанном завихрителе, в поперечное сечение потока указанной траектории смешивания, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
По сравнению с конструкцией кольцевого типа, в известном уровне техники отсутствует вариант с неограниченно более высокой ремонтопригодностью. Множество горелок предварительного смешивания, распределенных по окружности, не дает возможность регулировать оптимальное сгорание для каждого уровня нагрузки на горелку предварительного смешивания и типа топлива из-за постоянного взаимовлияния смежных горелок предварительного смешивания.
В EP 1055879 A1 описана камера сгорания в сборе, содержащая трубчатую камеру сгорания, представляющую собой камеру сгорания в виде трубы (см. стр. 8, строку 35). Вдоль оси трубчатой камеры сгорания предусмотрена компоновка горелок, содержащая топливную форсунку и смесительный канал, которая подает топливовоздушную смесь в первую область сгорания внутри трубчатой камеры сгорания. Вдоль боковой стенки трубчатой камеры сгорания расположены две дополнительных компоновки горелок, каждая из которых впрыскивает топливовоздушную смесь в трубчатую камеру сгорания. Данный документ не содержит разъяснения термина горелка предварительного смешивания». Области сгорания значительно разнесены от вторичного и третичного смесительных каналов топлива и воздуха. Поэтому естественно предположить, что описанная в этом документе камера сгорания представляет собой, так называемую, систему горелок.
В ЕР 1752709 А2 описано форсажное сгорание в газотурбинной системе. Основной аспект относится к форсажному устройству, расположенному ниже по потоку от первой турбины, в которое вводится дополнительный поток топлива, что способствует повышению температуры частично расширенного потока рабочего газа. В этом документе не описана форма и вариант осуществления камеры сгорания. Кроме этого отсутствует описание в отношении использования горелки предварительного смешивания.
Дополнительно, в уровне техники известны решения, характеризующие различные газотурбинные системы, описанные в ЕР 0321809 А1; ЕР 0704657 А2; ЕР 0620362 Al; DE 10312971 А1; ЕР 0646705 А1 и В1; ЕР 0646704 А1 и В1; ЕР 0718470 А2 и Bl, DE 10330023 А1.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении варианта осуществления и способа работы газовой турбины, содержащих неразделенное или последовательное сгорание с небольшими выбросами загрязняющих веществ, таких как NOx и СО, обеспечивающих стабильное сгорание во всем рабочем диапазоне, включая режим пониженной нагрузки в отношении газообразного и жидкого топлива, что дает возможность функционирования с пониженным выбросом СО.
По меньшей мере в одной траектории сгорания газотурбинной системы используется по меньшей мере одна трубчатая камера сгорания, и в каждой трубчатой камере сгорания используется по меньшей мере одна горелка предварительного смешивания.
Термин «трубчатая камера сгорания» является хорошо известным техническим термином, который означает отдельную цилиндрическую или квазицилиндрическую камеру сгорания (с трубчатым пространством горения), которая может иметь разную площадь поперечного сечения.
Камера сгорания может состоять из одной или более отдельных или взаимозависимых трубчатых камер сгорания, которые расположены в форме горизонтального, наклонного, винтообразного и т.д. кольца вокруг оси ротора.
Первая горелка предварительного смешивания состоит из полых частично-конических элементов, образующих корпус, содержащий тангенциальные воздушные выпускные щели и питающие каналы газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением. Топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки предварительного смешивания в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
Дополнительная система горелок предварительного смешивания для теплового генератора, по существу, состоит из завихрителя, подающего поток воздуха для горения, и средства подачи топлива, а также смесительной трубки, расположенной ниже по потоку от указанного завихрителя, при этом указанная смесительная трубка содержит переходные каналы, продолжающиеся в первой части смесительной трубки в направлении потока для переноса потока, образованного в указанном завихрителе, в поперечное сечение потока указанной смесительной трубки, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
Дополнительные горелки содержат конические элементы различных типов для сжигания предварительного смешивания, а именно: горелки без завихрителя, горелки по меньшей мере с одним аксиальным, радиальным или коническим завихрителем или их сочетание для различных каналов.
Трубчатая камера сгорания может содержать сочетания различных горелок предварительного смешивания, соответствующих по меньшей мере описанным выше горелкам предварительного смешивания.
Смесительная трубка горелки предварительного смешивания может быть выполнена за одно целое с коническим завихрителем или с передней поверхностью трубчатой камеры сгорания. Промежуток в соединении конического завихрителя и смесительной трубки выполнен с возможностью создания небольшого потока воздуха, поступающего в смесительную трубку и производящего обратный удар, защищающий пограничный слой воздуха. Смесительная трубка является прямой или специальной формы на выходе для создания заданного поля потока на выходе в трубчатую камеру сгорания.
Таким образом, конический завихритель оптимизирован в зависимости от того, какого типа используется топливная трубка.
Первичные форсунки с предварительным смешиванием газа расположены в оптимизированных воздушных щелях конического завихрителя. Вторичные форсунки с предварительным смешиванием газа могут быть расположены на топливной трубке. Форсунки предварительного ввода газа могут быть расположены на выходном кольце смесительной трубки или на топливной трубке. Отдельные форсунки предварительного ввода газа могут быть расположены между горелками предварительного смешивания.
Основные масляные форсунки расположены на топливной трубке или в верхней части конического завихрителя. Форсунки предварительного ввода масла расположены на выходном кольце смесительной трубки или на топливной трубке. Отдельные форсунки предварительного ввода масла могут быть расположены между горелками предварительного смешивания.
Все горелки могут иметь одинаковое направление вращательного движения завихрителя или может иметь место сочетание двух групп горелок, одна с направлением вращения в завихрителе по часовой стрелке, вторая - против часовой стрелки.
Описанное множество точек впрыска и различные типы форсунок в различных осевых положениях в сочетании с возможным расстоянием вдоль оси между двумя группами горелок предварительного смешивания и азимутально ступенчатое расположение горелок предварительного смешивания обеспечивает условия для оптимального функционирования трубчатой камеры сгорания во всем рабочем диапазоне.
Кроме того, данная система сгорания состоит из корпуса, работающего под давлением, установленного на корпусе турбины и соединенного по текучей среде с компрессором двигателя. Выход системы сгорания соединен по текучей среде с турбиной.
Кроме того, система сгорания состоит из компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию. Жаровая труба содержит область горения и обеспечивает перемещение горячих газов через выходное сопло в турбину. Горячая сторона жаровой трубы снабжена теплоизоляцией, предпочтительно в виде покрытия, создающего термический барьер. Снаружи жаровой трубы имеется охладительный канал, образованный оболочкой и/или корпусом собственно системы сгорания. Воздух для горения поступает через этот канал и охлаждает горячую жаровую трубу. Для повышения эффективности охлаждения поверхность жаровой трубы снабжена турбулизаторами, также называемыми генераторами завихрений, а высота канала выбрана так, чтобы достичь оптимальной скорости воздуха, необходимой для достаточного охлаждения при наименьшем возможном падении давления. Кроме того, предлагается использовать охладительные отверстия на или вблизи турбулизаторов целенаправленным образом для внесения дополнительного аксиального импульса. Этого можно достичь посредством модификации части охладительных отверстий так, чтобы увеличенный аксиальный импульс вводился в центральный поток волновых вихрей. С этой целью выбирают соответствующую геометрию выходных отверстий, например, относительно их ориентации и/или пропускной способности.
Для восстановления динамического давления выход охладительного канала в колпак горелки предварительного смешивания преимущественно имеет форму диффузора. Стабилизация поля течения воздуха в горелке предварительного смешивания возможна посредством сетки с оптимизированным распределением отверстий, окружающей колпак. В альтернативной конструкции сетку, если нужно, заменяют отдельными ситами, расположенными у впуска каждой отдельной горелки предварительного смешивания.
Количество установленных горелок предварительного смешивания с коническими завихрителями в соответствии с определенными выше вариантами осуществления изобретения выбирают оптимальным с точки зрения необходимой выходной мощности системы сгорания и из соображений, учитывающих стабильность сгорания и загрязняющие выбросы во всем рабочем диапазоне.
Общее число горелок предварительного смешивания, абсолютное или относительно каждой трубчатой камеры сгорания, может быть разделено на две независимых группы, отдельные друг от друга, находящиеся, обе, на воздушной стороне (отдельные колпаки) и на стороне горения, при этом их факелы не пересекаются.
Кроме того, конструкция крышки трубчатой камеры сгорания обеспечивает удобный доступ к горелкам предварительного смешивания и удобное обращение с системой. Конический завихритель и топливная трубка могут быть выполнены за одно целое с крышкой и сниматься вместе с ней, тогда как смесительная трубка выполнена за одно целое с передней поверхностью. В случае, когда конструкцией предусматривается конический завихритель, выполненный за одно целое со смесительной трубкой и, в результате, с ситом, каждая отдельная горелка предварительного смешивания может быть демонтирована отдельно. В этой связи топливные трубки всегда выполняют с возможностью отдельного демонтажа.
Кроме того, передняя поверхность трубчатой камеры сгорания может охлаждаться в незамкнутом контуре охлаждения, в котором охлаждающий воздух обходит конические завихрители по сегментам акустической облицовки. В замкнутом контуре охлаждения охлаждающий воздух возвращается в колпак после столкновения, охлаждая заднюю сторону передней поверхности трубчатой камеры сгорания, и к завихрителям.
Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает множество средств управления динамикой горения для дополнительного повышения работоспособности трубчатой камеры сгорания. Высокочастотной динамикой горения, если нужно, управляют посредством сегментов акустической облицовки, прикрепленных по окружности жаровой трубы, или акустической передней панели.
Низкочастотной динамикой горения, если нужно, управляют посредством демпферов типа демпферов Гельмгольца. В зависимости от расположения горелок демпфер предпочтительно имеет конструкцию отдельного цилиндрического резонатора Гельмгольца с горловиной или резонатора Гельмгольца в свободном пространстве между смесительными трубками, разделенного на секторы для предотвращения всасывания газа и обеспечения возможности отдельного регулирования.
Кроме того, динамику горения можно дополнительно улучшить подбором длины смесительных трубок, отдельно для каждой горелки.
Основными преимуществами вариантов осуществления настоящего изобретения являются следующие, при этом их последовательность не отражает каких-либо предпочтений:
- Значительное удобство для технического обслуживания по сравнению с другой конструкцией, в которой кольцевая конструкция в сочетании с трубчатой конфигурацией может быть усовершенствована в пользу повышения удобства технического обслуживания.
- Сокращение продолжительности разработки и стоимости благодаря возможности разработки полностью собственными силами до реализации в двигателе.
- Адаптация системы сгорания для следующего поколения горелок предварительного смешивания с коническим завихрителем и смесительными трубками определенной формы.
- Относительно небольшой размер трубчатой камеры сгорания делает возможной рентабельную конструкцию из листового металла. Время и стоимость обслуживания двигателя могут быть уменьшены благодаря тому, что стоимость и срок службы трубчатой камеры сгорания должным образом оптимизированы.
- Компактный размер делает возможной конструкцию с ограниченным числом подверженных износу и разрушению деталей и, следовательно, малочувствительную к динамике горения.
- Возможность группировки ступенчато расположенных аксиально, радиально, азимутально горелок предварительного смешивания в двух и более положениях и применения горелок с одинаковым или смешенным направлением вращения в завихрителе и обратным направлением вращения.
- Осуществление акустических и других пассивно демпфирующих устройств для низких выбросов и управляемой динамики горения в широком рабочем диапазоне.
- Трубчатая камера сгорания, ввиду модульной конструкции, может соответствовать широкому диапазону размеров двигателя. Размер системы сгорания ограничен только размером доступной испытательной установки высокого давления. Количество трубчатых камер сгорания для одного двигателя выбирают на основании его размера.
- Конфигурация трубчатой камеры сгорания способствует снижению окружных градиентов температуры на входе турбины. Это благоприятствует повышению срока службы деталей турбины.
- С точки зрения выбросов CO для конфигурации трубчатой камеры сгорания взаимодействие между отдельными трубчатыми камерами сгорания минимально или отсутствует. В дополнение к этому, утечки по линии разъема, которые, как известно, сказываются на CO в кольцевой конфигурации, не влияют на CO для двигателя с трубчатой камерой сгорания, поскольку в данной конфигурации утечки по линии разъема в камере сгорания возможны только в самом конце переходного отсека.
Из этих результатов следует, что можно ожидать пригодности данной концепции для двигателя, работающего в условиях последовательного горения (с промежуточной турбиной высокого давления или без нее) в трубчатой камере сгорания.
В принципе, отдельная трубчатая камера сгорания, содержащая множество горелок предварительного смешивания, может функционировать как одна камера сгорания.
Что касается последовательного горения, сочетание двух главных камер сгорания может быть реализовано следующим образом.
- Основной вариант осуществления: по меньшей мере одна камера сгорания состоит из кольцевой камеры сгорания по меньшей мере с одной рабочей турбиной.
- Основной вариант осуществления: обе, первая и вторая, камеры сгорания состоят из последовательных трубчатых камер сгорания по меньшей мере с одной рабочей турбиной.
- Основной вариант осуществления: обе, первая и вторая, камеры сгорания состоят из последовательных трубчатых камер сгорания по меньшей мере с одной промежуточной рабочей турбиной между первой и второй камерами сгорания.
- Дополнительный вариант осуществления: первая главная камера сгорания состоит из кольцевой камеры сгорания, вторая главная камера сгорания имеет трубчатую конфигурацию по меньшей мере с одной рабочей турбиной.
- Дополнительный вариант осуществления: первая главная камера сгорания имеет трубчатую конфигурацию, вторая главная камера сгорания состоит из кольцевой камеры сгорания по меньшей мере с одной рабочей турбиной.
- Дополнительный вариант осуществления: обе главных камеры сгорания, первая и вторая, состоят из кольцевой камеры сгорания по меньшей мере с одной рабочей турбиной.
- Дополнительный вариант осуществления: обе главных камеры сгорания, первая и вторая, состоят из кольцевой камеры сгорания с промежуточной рабочей турбиной.
Дополнительный вариант осуществления: смесительной трубке придана форма с переменным диаметром и/или длиной вдоль оси горелки предварительного смешивания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1-11 схематично иллюстрируют изобретение на основании примерных вариантов его осуществления.
НА ЧЕРТЕЖАХ СХЕМАТИЧНО ПОКАЗАНО:
фиг. 1, 2: отдельная трубчатая камера сгорания, содержащая 5 съемных горелок предварительного смешивания;
фиг. 3, 4: отдельная трубчатая камера сгорания, содержащая 7 съемных горелок предварительного смешивания;
фиг. 5, 6, 7: трубчатая камера сгорания, содержащая 2х3 съемных горелки предварительного смешивания, расположенных ступенчато аксиально;
фиг. 8, 9: трубчатая камера сгорания, содержащая 7 съемных горелок предварительного смешивания, при этом одна центральная горелка аксиально отведена, чтобы избежать взаимодействия с остальными горелками; и
фиг. 10, 11: трубчатая система сгорания с 6 горелками предварительного смешивания, выполненными за одно целое с крышкой и акустической панелью.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана трубчатая камера 100 сгорания, которая делает возможным отдельный процесс горения, и при этом отсутствует отрицательное взаимодействие с другими отдельными трубчатыми камерами сгорания в процессе горения. Трубчатая камера 100 сгорания содержит множество съемных горелок 10 предварительного смешивания. То есть трубчатая конфигурация в соответствии с фиг. 1 содержит множество горелок 10 предварительного смешивания, расположенных в передней поверхности 15, что обеспечивает отдельный процесс горения.
Горелка 10 предварительного смешивания состоит из завихрителя для обеспечения протекания воздуха для горения и средства впрыскивания топлива, а также траектории смешивания, образованной смесительной трубкой, предусмотренной ниже по потоку от указанного завихрителя, при этом указанная траектория смешивания содержит переходные каналы, продолжающиеся в первой части траектории в направлении потока для переноса потока, образованного указанным завихрителем, в поперечное сечение потока указанной траектории смешивания, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
Завихритель состоит из полых частично-конических элементов, образующих корпус, содержащий тангенциальные воздушные выпускные щели и питающие каналы для газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением. Топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
Интенсивность и направление вихря в завихрителе выбирают посредством его геометрии таким образом, чтобы распад вихря происходил не в смесительной трубке, а дальше по потоку у входа в камеру сгорания. Длину смесительной трубки выбирают так, чтобы обеспечить адекватное качество смешивания всех типов топлива. В смесительной трубке профиль осевых скоростей характеризуется выраженным максимумом на оси, тем самым, в этой области предотвращается обратный удар. Осевая скорость уменьшается к стенке. Также для предотвращения обратного удара в данной области предпринимаются различные меры: с одной стороны, например, может быть увеличена общая скорость посредством использования смесительной трубки достаточно малого диаметра. Распад вихря в значительной степени зависит от конструкции камеры сгорания, содержащей выступ в поперечном сечении на конце смесительной трубки. Воспламенение топливовоздушной смеси начинается на выпуске горелки предварительного смешивания, в области выпуска горелки предварительного смешивания пламя стабилизируется посредством области обратного течения.
В частности, указанная горелка предварительного смешивания пригодна для использования жидкого и/или газообразного топлива любого типа. Таким образом, можно без труда подавать различное топливо в отдельные камеры. Это также означает, что горелка 10 предварительного смешивания также может работать одновременно с различными видами топлива.
Акустическая передняя панель 13 расположена в передней поверхности 15 трубчатой камеры сгорания. Выше по потоку от всех горелок 10 предварительного смешивания они функционально соединены с воздушной напорной камерой 14 для дополнительного повышения эффективности предварительного смешивания.
Газотурбинная система содержит, по существу, по меньшей мере один компрессор, первую главную камеру сгорания, соединенную ниже по потоку от компрессора. Горячие газы первой главной камеры сгорания поступают по меньшей мере в промежуточную турбину или непосредственно, или косвенно во вторую главную камеру сгорания. Горячие газы второй камеры сгорания поступают в следующую турбину или, непосредственно или косвенно, в систему регенерации энергии, например, в парогенератор.
Таким образом, при последовательной траектории горения все задействованные трубчатые камеры сгорания первой и/или второй камер сгорания расположены так, что образуют кольцевую конфигурацию трубчатых элементов.
Кроме того, на фиг. 2 показано расположение демпфера 11 Гельмгольца и вспомогательного сопла 12 в расположении горелок предварительного смешивания трубчатой камеры 100 сгорания. Кроме того, множество демпферов 11 Гельмгольца соединено с пространством горения посредством отверстий в передней панели 13 для гашения низкочастотных колебаний давления.
Таким образом, использование некоторой структуры расположения горелок предварительного смешивания в одной трубчатой камере 100 сгорания дает возможность осуществлять горение с малыми выбросами в различных режимах нагрузки газотурбинной системы. Кроме того, оптимизированное расположение демпфера 11 Гельмгольца и вспомогательного сопла 12 в структуре горелок предварительного смешивания каждой трубчатой камеры 100 сгорания обеспечивает дополнительную возможность уменьшения загрязняющих выбросов, таких как NOx и СО, при одновременной возможности поддержания стабильного горения в режиме пониженной нагрузки. Система горелок предварительного смешивания может быть дополнена вспомогательными соплами 12 без предварительного смешивания или с частичным предварительным смешиванием, расположенными на выходе горелок на выходном кольце или на топливной трубке, для воспламенения и снижения температуры срыва пламени при работе с обедненной смесью в режиме частичной нагрузки. В качестве альтернативы, множество вспомогательных сопел частичной нагрузки располагают в промежутках между горелками 10 предварительного смешивания.
На фиг. 3 показана трубчатая камера 110 сгорания, обеспечивающая отдельный процесс горения, при котором отсутствует неблагоприятное взаимодействие с другими отдельными трубчатыми камерами сгорания в ходе процесса горения. Трубчатая камера 110 сгорания содержит множество съемных горелок 10 предварительного смешивания. То есть трубчатая конфигурация в соответствии с фиг. 3 содержит множество горелок 10 предварительного смешивания, расположенных в передней поверхности 15 трубчатой камеры сгорания, что обеспечивает отдельный процесс горения.
Горелка 10 предварительного смешивания состоит из завихрителя для обеспечения протекания воздуха для горения и средства впрыскивания топлива, а также траектории смешивания, образованной смесительной трубкой, установленной ниже по потоку от указанного завихрителя, при этом указанная траектория смешивания содержит переходные каналы, продолжающиеся в первой части траектории в направлении потока для переноса потока, образованного указанным завихрителем, в поперечное сечение потока указанной траектории смешивания, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
Завихритель состоит из полых частично-конических элементов, образующих корпус, содержащий тангенциальные воздушные выпускные щели и питающие каналы газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением. Топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
Интенсивность и направление вихря в завихрителе выбирают посредством его геометрии таким образом, чтобы распад вихря происходил не в смесительной трубке, а дальше по потоку у входа в камеру сгорания. Длину смесительной трубки выбирают так, чтобы обеспечить адекватное качество смешивания всех типов топлива. В смесительной трубке профиль осевых скоростей характеризуется выраженным максимумом на оси, тем самым, в этой области предотвращается обратный удар. Осевая скорость уменьшается к стенке. Также для предотвращения обратного удара в данной области предпринимаются различные меры: с одной стороны, например, может быть увеличена общая скорость посредством использования смесительной трубки достаточно малого диаметра. Распад вихря в значительной степени зависит от конструкции камеры сгорания, содержащей выступ в поперечном сечении на конце смесительной трубки. Центральная область обратного течения в данном случае обладает свойствами отражающего пламя барьера.
В частности, указанные горелки предварительного смешивания пригодны для использования жидкого и/или газообразного топлива любого типа. Таким образом, можно без труда подавать различное топливо в отдельные камеры сгорания. Это также означает, что горелка 10 предварительного смешивания также может работать одновременно с различными видами топлива.
Ряд из 6 сегментов 16 акустической облицовки расположен между горелками 10 предварительного смешивания. Выше по потоку от всех горелок 10 предварительного смешивания они функционально соединены с воздушной напорной камерой 14 для дополнительного повышения эффективности предварительного смешивания.
Газотурбинная система содержит, по существу, по меньшей мере один компрессор, первую главную камеру сгорания, соединенную ниже по потоку от компрессора. Горячие газы первой главной камеры сгорания поступают по меньшей мере в промежуточную турбину или непосредственно или косвенно во вторую камеру сгорания. Горячие газы второй камеры сгорания поступают в следующую турбину или, непосредственно или косвенно, на регенерацию энергии, например, в парогенератор.
Таким образом, при последовательной траектории горения все задействованные трубчатые камеры сгорания первой и/или второй камер сгорания расположены так, что образуют кольцевую конфигурацию трубчатых элементов.
Кроме того, на фиг. 4 показано расположение демпфера 11 Гельмгольца и вспомогательного сопла 12 в структуре горелок предварительного смешивания трубчатой камеры 110 сгорания. С одной стороны, возможно, чтобы множество демпферов 11 Гельмгольца было соединено с пространством горения посредством отверстий в передней панели трубчатой камеры сгорания 10 для гашения низкочастотных колебаний давления. Как показано на фиг. 3, можно расположить непрерывную или сегментированную акустическую облицовку 16 на передней поверхности 15 трубчатой камеры сгорания, выполненную с возможностью гашения высокочастотных колебаний акустического давления. На фиг. 4 в сочетании с фиг. 3 показан замкнутый контур охлаждения 17, в котором охлаждающий воздух поступает в коллектор и распределяется в области рассеивания, а после инжекционного охлаждения задней стороны передней поверхности 18 трубчатой камеры сгорания возвращается в колпак и поступает в завихрители 19. Для осуществления этой операции охлаждающий воздух для замкнутого контура охлаждения подают из источника воздуха с более высоким статическим давлением, чем давление в колпаке, как показано на фиг. 3.
Тем самым, использование структуры расположения горелок предварительного смешивания в одной трубчатой камере 110 сгорания дает возможность осуществления горения с малыми выбросами в различных режимах нагрузки газотурбинной системы. Кроме того, оптимизированное расположение демпфера 11 Гельмгольца и вспомогательного сопла 12, как показано на фиг. 1 и 2, или непрерывной или сегментированной акустической облицовки 16 в структуре горелок предварительного смешивания каждой трубчатой камеры 110 сгорания обеспечивает дополнительную возможность уменьшения загрязняющих выбросов, таких как NOx и СО, при одновременной возможности поддержания стабильного горения в режиме пониженной нагрузки.
Кроме того, трубчатая камера сгорания, соответствующая фиг. 3, может содержать все отличительные особенности, описанные в отношении предшествующей фиг. 1.
На фиг. 5 показана трубчатая камера 120 сгорания, содержащая 2х3 съемных горелки 10 предварительного смешивания, расположенных ступенчато аксиально, с замкнутым циклом охлаждения в соответствии с фиг. 3. Горелки предварительного смешивания в этой трубчатой камере сгорания разделены на две группы (фиг. 6 и 7), в каждой из которых одна или более горелок предварительного смешивания. Первая группа (фиг. 6) расположена на передней стороне 15 трубчатой камеры сгорания; вторая (фиг. 7) расположена ниже по потоку от первой группы в аксиальном положении, в которой блокирование областями рециркуляции первой группы (фиг. 6) прекращается. Горелки 10 предварительного смешивания второй группы (фиг. 7) работают в наклонном положении относительно аксиального продолжения трубчатой камеры 120 сгорания. Таким образом, размеры первой группы (фиг. 6) в отношении диаметра горелки и количества горелок выбирают так, чтобы обеспечить стабильную работу в режиме частичной нагрузки газовой турбины с низким уровнем выбросов и избежать помех со стороны холодного потока воздуха не воспламененных в режиме частичной нагрузки горелок предварительного смешивания второй группы (фиг. 7).
Тем самым, использование по меньшей мере двух последовательных групп горелок предварительного смешивания в одной трубчатой камере 120 сгорания дает возможность осуществлять горение с малыми выбросами в различных режимах нагрузки газотурбинной системы. Кроме того, оптимизированное расположение демпфера Гельмгольца (не показан) или непрерывной или сегментированной акустической облицовки 16 в структуре горелок предварительного смешивания каждой трубчатой камеры 120 сгорания обеспечивает дополнительную возможность уменьшения загрязняющих выбросов, таких как NOx и СО, при одновременной возможности поддержания стабильного горения в режиме пониженной нагрузки.
Кроме того, трубчатая камера сгорания, соответствующая фиг. 5, может содержать все отличительные особенности, описанные в отношении предшествующих фигур.
На фиг. 8 и 9 показана трубчатая камера сгорания, содержащая 7 съемных горелок предварительного смешивания, из которых одна центральная горелка 20 аксиально отведена, чтобы избежать взаимодействия с остальными горелками 30. В целом, горелки предварительного смешивания разделены на две группы. Первая группа состоит по меньшей мере из одной горелки предварительного смешивания, отведенной аксиально, в положение, в котором ее область рециркуляции не взаимодействует с областями рециркуляции второй группы. Размеры первой группы 20 в отношении диаметра горелки и количества горелок выбирают так, чтобы обеспечить стабильную работу в режиме частичной нагрузки газовой турбины с низким уровнем выбросов и избежать помех со стороны холодного потока воздуха не воспламененных в режиме частичной нагрузки горелок предварительного смешивания второй группы 30.
Кроме того, трубчатая камера сгорания, соответствующая фиг. 8, может содержать все отличительные особенности, описанные в отношении предшествующих фигур.
На фиг. 10 и 11 показана трубчатая камера 140 сгорания, содержащая 6 горелок 40 предварительного смешивания, с коническими завихрителями и длинными топливными трубками 47, выполненными за одно целое с крышкой 44. Таким образом, конический завихритель и топливные трубки являются частью трубчатой камеры сгорания 40. Если требуется, равномерное распределение воздуха в отдельные горелки 40 предварительного смешивания поддерживают посредством сит, расположенных вокруг конического завихрителя, или посредством сетки 41, стабилизирующего поле течения воздуха вблизи конического завихрителя. Конический завихритель и топливные трубки могут быть выполнены за одно целое с крышкой 44. Смесительная трубка 42 выполнена за одно целое с акустической передней панелью 43. Сегментированный резонатор 45 Гельмгольца выполнен за одно целое с акустической передней панелью 43. Горелки 40 предварительного смешивания снабжены вспомогательными соплами 12 без предварительного смешивания или с частичным предварительным смешиванием (см. фиг. 11), расположенными на выходе горелок, для воспламенения и снижения температуры срыва пламени при работе с обедненной смесью в режиме частичной нагрузки. В качестве альтернативы, множество вспомогательных сопел частичной нагрузки расположены в промежутках между горелками 40 предварительного смешивания. Акустическая передняя панель 43 может быть сегментированной, сегменты выбирают так, чтобы управлять множеством трубчатых камер сгорания с высокочастотными колебаниями давления и охлаждать поверхность передней панели 43. Между смесительными трубками в колпаке располагают сегментированный проходимый по горизонтали резонатор Гельмгольца. Сегменты резонатора по отдельности соединены посредством горловин 46 с пространством горения и по отдельности отрегулированы для управления различными низкочастотными колебаниями давления трубчатых камер сгорания.
Кроме того, трубчатая камера сгорания, соответствующая фиг. 10, может содержать все отличительные особенности, описанные в отношении предшествующих фигур.
Очевидно, что в объеме настоящего описания возможны многочисленные модификации и варианты настоящего изобретения. Следовательно, следует понимать, что в объеме прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть реализовано на практике иначе, нежели конкретно описано в настоящем документе.

Claims (24)

1. Газотурбинная система сгорания, содержащая по меньшей мере один компрессор, по меньшей мере одну камеру сгорания для выработки рабочего газа, соединенную для приема сжатого воздуха из компрессора, по меньшей мере одну турбину, соединенную для приема рабочего газа из камеры сгорания, при этом камера сгорания состоит из единственной трубчатой камеры сгорания или содержит множество отдельных или взаимосвязанных трубчатых камер сгорания, расположенных в кольцевой трубчатой конфигурации, причем трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку предварительного смешивания, причем воспламенение смеси начинается на выпуске горелки предварительного смешивания, а пламя стабилизируется в области выпуска горелки предварительного смешивания посредством области обратного течения, при этом трубчатая камера сгорания содержит множество горелок предварительного смешивания, разделенных по меньшей мере на две группы в трубчатой камере сгорания, причем первая группа расположена в поверхности трубчатой камеры сгорания, а вторая расположена ниже по потоку от первой группы в аксиальном положении, при этом горелки предварительного смешивания второй группы расположены симметрично в периферийном направлении трубчатой камеры сгорания.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна горелка предварительного смешивания аксиально отведена относительно остальных горелок предварительного смешивания.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что горелки предварительного смешивания второй группы работают в наклонном положении относительно аксиального продолжения трубчатой камеры сгорания.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что горелка предварительного смешивания по существу состоит из завихрителя, который по существу состоит из полых частично-конических элементов, образующих полный корпус, имеющий тангенциальные воздушные впускные щели и питающие каналы для газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением, причем топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами, а также смесительной трубкой, предусмотренной ниже по потоку от указанного завихрителя, при этом смесительная трубка содержит переходные каналы, продолжающиеся в первой части траектории в направлении потока для переноса потока, образованного в указанном завихрителе, в поперечное сечение потока указанной смесительной трубки, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что завихритель состоит из полых частично-конических элементов, образующих полный корпус, имеющий тангенциальные воздушные впускные щели и питающие каналы газообразного и/или жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением, причем топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
6. Система по п. 4, отличающаяся тем, что смесительной трубке придана форма с переменным диаметром и/или длиной вдоль оси горелки предварительного смешивания.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что горелка предварительного смешивания снабжена вспомогательным соплом, с предварительным смешиванием или с частичным предварительным смешиванием или без предварительного смешивания, для воспламенения и снижения температуры срыва пламени при работе с обедненной смесью с частичной нагрузкой.
8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что вспомогательное сопло расположено на выходе горелки предварительного смешивания или на топливной трубке завихрителя или между горелками предварительного смешивания.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что низкочастотной динамикой трубчатой камеры сгорания управляют посредством демпфера Гельмгольца, выполненного в виде отдельно стоящего цилиндрического резонатора Гельмгольца с горловиной или резонатора Гельмгольца в свободном пространстве между смесительными трубками горелок предварительного смешивания.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что демпферы Гельмгольца разделены на секторы групп горелок предварительного смешивания для предотвращения низкочастотных колебаний давления.
11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что передняя поверхность трубчатой камеры сгорания выполнена в виде акустического демпфера для гашения высокочастотных колебаний акустического давления.
12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что распределение сжатого воздуха из компрессора в отдельные горелки предварительного смешивания поддерживают посредством сит, расположенных вокруг конических завихрителей или посредством сетки.
13. Газотурбинная система сгорания, содержащая по меньшей мере один компрессор, первую камеру сгорания для выработки рабочего газа, соединенную для приема сжатого воздуха из компрессора, при этом горячие газы первой камеры сгорания впускаются по меньшей мере в промежуточную турбину, или во вторую камеру сгорания, причем горячие газы второй камеры сгорания впускаются в дополнительную турбину, или в систему регенерации энергии, при этом первая и/или вторая камера сгорания состоит из единственной трубчатой камеры сгорания или содержит множество отдельных или взаимосвязанных трубчатых камер сгорания, расположенных в кольцевой трубчатой конфигурации, при этом трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку предварительного смешивания, причем воспламенение смеси начинается на выпуске горелки предварительного смешивания, а пламя стабилизируется в области выпуска горелки предварительного смешивания посредством области обратного течения, при этом трубчатая камера сгорания содержит множество горелок предварительного смешивания, разделенных по меньшей мере на две группы в трубчатой камере сгорания, причем первая группа расположена в поверхности трубчатой камеры сгорания, а вторая расположена ниже по потоку от первой группы в аксиальном положении, при этом горелки предварительного смешивания второй группы расположены симметрично в периферийном направлении трубчатой камеры сгорания.
14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна горелка предварительного смешивания аксиально отведена относительно остальных горелок предварительного смешивания.
15. Система по п. 13, отличающаяся тем, что горелки предварительного смешивания второй группы работают в наклонном положении относительно аксиального продолжения трубчатой камеры сгорания.
16. Система по п. 13, отличающаяся тем, что горелка предварительного смешивания по существу состоит из завихрителя, который по существу состоит из полых частично-конических элементов, образующих полный корпус, имеющий тангенциальные воздушные впускные щели и питающие каналы для газообразного и жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением, причем топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами, а также смесительной трубкой, предусмотренной ниже по потоку от указанного завихрителя, при этом смесительная трубка содержит переходные каналы, продолжающиеся в первой части траектории в направлении потока для переноса потока, образованного в указанном завихрителе, в поперечное сечение потока указанной смесительной трубки, которая примыкает ниже по потоку от указанных переходных каналов.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что завихритель состоит из полых частично-конических элементов, образующих полный корпус, имеющий тангенциальные воздушные впускные щели и питающие каналы газообразного и/или жидкого топлив, при этом центральные оси полых частично-конических элементов корпуса имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении потока, и проходят в продольном направлении с взаимным смещением, причем топливное сопло, топливная форсунка которого расположена в середине соединительной линии взаимно смещенных центральных осей полых частично-конических элементов, расположено на головке горелки в коническом внутреннем пространстве, образованном частично-коническими элементами.
18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что смесительной трубке придана форма с переменным диаметром и/или длиной вдоль оси горелки предварительного смешивания.
19. Система по п. 13, отличающаяся тем, что горелка предварительного смешивания снабжена вспомогательным соплом, с предварительным смешиванием или с частичным предварительным смешиванием или без предварительного смешивания, для воспламенения и снижения температуры срыва пламени при работе с обедненной смесью с частичной нагрузкой.
20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что вспомогательное сопло расположено на выходе горелки предварительного смешивания или на топливной трубке завихрителя или между горелками предварительного смешивания.
21. Система по п. 13, отличающаяся тем, что низкочастотной динамикой трубчатой камеры сгорания управляют посредством демпфера Гельмгольца, выполненного в виде отдельно стоящего цилиндрического резонатора Гельмгольца с горловиной или резонатора Гельмгольца в свободном пространстве между смесительными трубками горелок предварительного смешивания.
22. Система по п. 21, отличающаяся тем, что демпферы Гельмгольца разделены на секторы групп горелок предварительного смешивания для предотвращения низкочастотных колебаний давления.
23. Система по п. 13, отличающаяся тем, что передняя поверхность трубчатой камеры сгорания выполнена в виде акустического демпфера для гашения высокочастотных колебаний акустического давления.
24. Система по п. 13, отличающаяся тем, что распределение сжатого воздуха из компрессора в отдельные горелки предварительного смешивания поддерживают посредством сит, расположенных вокруг конических завихрителей или посредством сетки.
RU2013128796/06A 2012-07-09 2013-06-24 Газотурбинная система сгорания RU2561956C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12175593 2012-07-09
EP12175593.8 2012-07-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013128796A RU2013128796A (ru) 2014-12-27
RU2561956C2 true RU2561956C2 (ru) 2015-09-10

Family

ID=48703362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013128796/06A RU2561956C2 (ru) 2012-07-09 2013-06-24 Газотурбинная система сгорания

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9810152B2 (ru)
EP (1) EP2685172B1 (ru)
JP (1) JP5933491B2 (ru)
KR (1) KR101563526B1 (ru)
CN (1) CN103542427B (ru)
CA (1) CA2820082C (ru)
RU (1) RU2561956C2 (ru)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9958162B2 (en) 2011-01-24 2018-05-01 United Technologies Corporation Combustor assembly for a turbine engine
EP2796789B1 (en) * 2013-04-26 2017-03-01 General Electric Technology GmbH Can combustor for a can-annular combustor arrangement in a gas turbine
EP2975326B1 (en) * 2014-07-18 2019-09-18 United Technologies Corporation Combustor assembly for a turbine engine
EP3002518B1 (en) * 2014-09-30 2019-01-30 Ansaldo Energia Switzerland AG Combustor front panel
KR102488572B1 (ko) * 2015-05-06 2023-01-13 한화파워시스템 주식회사 제품 설계 방법 및 이 방법을 채용한 압축기 설계 방법
KR20180128932A (ko) * 2016-03-15 2018-12-04 제이 켈러 비-사전 혼합 선회류 버너 팁 및 연소 전략
EP3228939B1 (en) * 2016-04-08 2020-08-05 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for combusting a fuel, and combustion appliance
KR102063169B1 (ko) * 2017-07-04 2020-01-07 두산중공업 주식회사 연료 노즐 조립체와 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
US11519334B2 (en) * 2017-07-31 2022-12-06 General Electric Company Torch igniter for a combustor
US10941939B2 (en) * 2017-09-25 2021-03-09 General Electric Company Gas turbine assemblies and methods
US10890329B2 (en) 2018-03-01 2021-01-12 General Electric Company Fuel injector assembly for gas turbine engine
US10935245B2 (en) 2018-11-20 2021-03-02 General Electric Company Annular concentric fuel nozzle assembly with annular depression and radial inlet ports
US11073114B2 (en) 2018-12-12 2021-07-27 General Electric Company Fuel injector assembly for a heat engine
US11286884B2 (en) 2018-12-12 2022-03-29 General Electric Company Combustion section and fuel injector assembly for a heat engine
US11156360B2 (en) 2019-02-18 2021-10-26 General Electric Company Fuel nozzle assembly
DE102019204544A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Rohrbrennkammersystem und Gasturbinenanlage mit einem solchen Rohrbrennkammersystem
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11994292B2 (en) 2020-08-31 2024-05-28 General Electric Company Impingement cooling apparatus for turbomachine
US11371702B2 (en) 2020-08-31 2022-06-28 General Electric Company Impingement panel for a turbomachine
US11994293B2 (en) 2020-08-31 2024-05-28 General Electric Company Impingement cooling apparatus support structure and method of manufacture
US11460191B2 (en) 2020-08-31 2022-10-04 General Electric Company Cooling insert for a turbomachine
US11614233B2 (en) 2020-08-31 2023-03-28 General Electric Company Impingement panel support structure and method of manufacture
US11255545B1 (en) 2020-10-26 2022-02-22 General Electric Company Integrated combustion nozzle having a unified head end
US11686474B2 (en) 2021-03-04 2023-06-27 General Electric Company Damper for swirl-cup combustors
KR102583224B1 (ko) 2022-01-26 2023-09-25 두산에너빌리티 주식회사 클러스터가 구비된 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
US12215866B2 (en) 2022-02-18 2025-02-04 General Electric Company Combustor for a turbine engine having a fuel-air mixer including a set of mixing passages
US11767766B1 (en) 2022-07-29 2023-09-26 General Electric Company Turbomachine airfoil having impingement cooling passages
US12215867B2 (en) * 2023-01-06 2025-02-04 Ge Infrastructure Technology Llc Gas turbine combustor with dynamics mitigation system
CN116642203A (zh) * 2023-04-19 2023-08-25 清航空天(北京)科技有限公司 一种连续旋转爆震燃烧室及重型燃气轮机
US20250314382A1 (en) * 2024-04-09 2025-10-09 General Electric Company Dual fuel combustor for a turbine engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321809A1 (de) * 1987-12-21 1989-06-28 BBC Brown Boveri AG Verfahren für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff in einem Brenner
EP0646705A1 (de) * 1993-09-06 1995-04-05 ABB Management AG Verfahren zur Erstellung eines Teillastbetriebes bei einer Gasturbogruppe
US5626017A (en) * 1994-07-25 1997-05-06 Abb Research Ltd. Combustion chamber for gas turbine engine
RU2106573C1 (ru) * 1993-04-08 1998-03-10 Асеа Браун Бовери АГ Горелка с предварительным смешиванием
RU2447304C2 (ru) * 2010-03-19 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Газотурбинная установка

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2614385A (en) * 1946-01-14 1952-10-21 Power Jets Res & Dev Ltd Supporting structure for gas turbine power plants
US3315467A (en) * 1965-03-11 1967-04-25 Westinghouse Electric Corp Reheat gas turbine power plant with air admission to the primary combustion zone of the reheat combustion chamber structure
DE2629761A1 (de) * 1976-07-02 1978-01-05 Volkswagenwerk Ag Brennkammer fuer gasturbinen
FR2392231A1 (fr) * 1977-05-23 1978-12-22 Inst Francais Du Petrole Turbine a gaz comportant une chambre de combustion entre les etages de la turbine
US4910957A (en) 1988-07-13 1990-03-27 Prutech Ii Staged lean premix low nox hot wall gas turbine combustor with improved turndown capability
DE4223828A1 (de) 1992-05-27 1993-12-02 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine
DE59208831D1 (de) * 1992-06-29 1997-10-02 Abb Research Ltd Brennkammer einer Gasturbine
CH687269A5 (de) 1993-04-08 1996-10-31 Abb Management Ag Gasturbogruppe.
DE4411623A1 (de) * 1994-04-02 1995-10-05 Abb Management Ag Vormischbrenner
GB9410233D0 (en) * 1994-05-21 1994-07-06 Rolls Royce Plc A gas turbine engine combustion chamber
CH688899A5 (de) * 1994-05-26 1998-05-15 Asea Brown Boveri Verfahren zur Regelung einer Gasturbogruppe.
DE4435266A1 (de) 1994-10-01 1996-04-04 Abb Management Ag Brenner
US5943866A (en) * 1994-10-03 1999-08-31 General Electric Company Dynamically uncoupled low NOx combustor having multiple premixers with axial staging
US5644918A (en) * 1994-11-14 1997-07-08 General Electric Company Dynamics free low emissions gas turbine combustor
US5687571A (en) * 1995-02-20 1997-11-18 Asea Brown Boveri Ag Combustion chamber with two-stage combustion
JPH0988628A (ja) 1995-09-26 1997-03-31 Toshiba Corp 再熱型ガスタービンプラント
DE19537637A1 (de) * 1995-10-10 1997-04-17 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
DE19547913A1 (de) * 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger
CN1162089A (zh) 1995-12-21 1997-10-15 Abb研究有限公司 热发生器的燃烧器
DE19615910B4 (de) * 1996-04-22 2006-09-14 Alstom Brenneranordnung
GB2319078B (en) * 1996-11-08 1999-11-03 Europ Gas Turbines Ltd Combustor arrangement
US6269646B1 (en) * 1998-01-28 2001-08-07 General Electric Company Combustors with improved dynamics
EP0935095A3 (en) * 1998-02-09 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combustor
SE9802707L (sv) * 1998-08-11 2000-02-12 Abb Ab Brännkammaranordning och förfarande för att reducera inverkan av akustiska trycksvängningar i en brännkammaranordning
GB9911867D0 (en) 1999-05-22 1999-07-21 Rolls Royce Plc A combustion chamber assembly and a method of operating a combustion chamber assembly
JP4610796B2 (ja) * 2001-06-13 2011-01-12 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
JP4610800B2 (ja) * 2001-06-29 2011-01-12 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
CN100523615C (zh) * 2002-01-16 2009-08-05 阿尔斯通技术有限公司 用于燃气轮机的燃烧室
DE10330023A1 (de) 2002-07-20 2004-02-05 Alstom (Switzerland) Ltd. Wirbelgenerator mit kontrollierter Nachlaufströmung
DE102004009226A1 (de) 2003-03-07 2004-09-16 Alstom Technology Ltd Brennraum, insbesondere für eine Gasturbinenanlage, sowie Verfahren zum Betrieb
US6935116B2 (en) 2003-04-28 2005-08-30 Power Systems Mfg., Llc Flamesheet combustor
US20070033945A1 (en) * 2005-08-10 2007-02-15 Goldmeer Jeffrey S Gas turbine system and method of operation
JP2009156542A (ja) 2007-12-27 2009-07-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの燃焼器
US8516819B2 (en) * 2008-07-16 2013-08-27 Siemens Energy, Inc. Forward-section resonator for high frequency dynamic damping
US8176739B2 (en) * 2008-07-17 2012-05-15 General Electric Company Coanda injection system for axially staged low emission combustors
CH700796A1 (de) 2009-04-01 2010-10-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum CO-emissionsarmen Betrieb einer Gasturbine mit sequentieller Verbrennung und Gasturbine mit verbessertem Teillast- Emissionsverhalten.
US8590311B2 (en) * 2010-04-28 2013-11-26 General Electric Company Pocketed air and fuel mixing tube

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321809A1 (de) * 1987-12-21 1989-06-28 BBC Brown Boveri AG Verfahren für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff in einem Brenner
RU2106573C1 (ru) * 1993-04-08 1998-03-10 Асеа Браун Бовери АГ Горелка с предварительным смешиванием
EP0646705A1 (de) * 1993-09-06 1995-04-05 ABB Management AG Verfahren zur Erstellung eines Teillastbetriebes bei einer Gasturbogruppe
US5626017A (en) * 1994-07-25 1997-05-06 Abb Research Ltd. Combustion chamber for gas turbine engine
RU2447304C2 (ru) * 2010-03-19 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Газотурбинная установка

Also Published As

Publication number Publication date
CA2820082C (en) 2016-02-23
EP2685172B1 (en) 2018-03-21
KR101563526B1 (ko) 2015-10-27
US9810152B2 (en) 2017-11-07
EP2685172A2 (en) 2014-01-15
RU2013128796A (ru) 2014-12-27
CA2820082A1 (en) 2014-01-09
JP2014016146A (ja) 2014-01-30
CN103542427B (zh) 2016-08-24
CN103542427A (zh) 2014-01-29
EP2685172A3 (en) 2014-04-16
JP5933491B2 (ja) 2016-06-08
KR20140007286A (ko) 2014-01-17
US20140007578A1 (en) 2014-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2561956C2 (ru) Газотурбинная система сгорания
CA2582796C (en) Improved combustor
JP5855049B2 (ja) バーナ配列
JP5411468B2 (ja) タービンエンジン燃料送給装置及びシステム
RU2568030C2 (ru) Демпфирующее устройство для уменьшения пульсаций камеры сгорания
JP5860620B2 (ja) ターボ機械用噴射ノズル
RU2632073C2 (ru) Узел впрыска топлива и установка, содержащая узел впрыска топлива
JP4930921B2 (ja) ガスタービンエンジンの燃焼室のための燃料インジェクタ
US8015814B2 (en) Turbine engine having folded annular jet combustor
EP2966356B1 (en) Sequential combustor arrangement with a mixer
US20050132716A1 (en) Reduced exhaust emissions gas turbine engine combustor
JP2010159957A (ja) タービンエンジンにおける燃料噴射方法及び装置
KR101774630B1 (ko) 가스 터빈 엔진에 사용되는 예비혼합된 연료와 공기를 가진 접선방향의 애뉼러형 연소실
KR20150119893A (ko) 연소기 및 가스 터빈
RU2619673C2 (ru) Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для камеры сгорания газотурбинного двигателя
CN104048325A (zh) 一种双凹腔无焰燃烧器
JP2004093076A (ja) 拡散燃焼方式低NOx燃焼器
JP2019049407A (ja) 気体燃料および液体燃料の機能を有する二重燃料燃料ノズル
JPH07318008A (ja) 燃焼室を運転する方法及び該方法を実施するための燃焼室

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170518