RU144902U1

RU144902U1 - RING COMBUSTION CHAMBER OF A GAS-TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU144902U1
Application number: RU2014103589/06U
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Тарасов; Валентин Викторович Зарицкий; Дмитрий Владимирович Аникин; Ольга Владимировна Жаворонкова; Виктор Михайлович Куфтарев; Андрей Анатольевич Мальков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СИБЭКС"
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-09-10

Abstract

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинной установки, содержащая наружный каркас и газосборник, который размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, на входе в газосборник расположено фронтовое устройство с лопаточным завихрителем и топливной форсункой, в нижней части фронтового устройства размещен пояс отверстий для подвода воздуха, отличающаяся тем, что дополнительно на входе в газосборник соосно фронтовому устройству установлен кожух, фронтовое устройство и кожух выполнены в виде стаканов, торцы которых сообщены с газосборником, а между стенками фронтового устройства и кожуха образованы каналы для прохода воздуха.2. Кольцевая камера сгорания газотурбинной установки по п.1, отличающаяся тем, что нижний край кожуха расположен ниже уровня, на котором располагается пояс отверстий для подвода воздуха фронтового устройства.1. An annular combustion chamber of a gas turbine installation, comprising an outer frame and a gas collector, which is located in the annular cavity and is made of outer and inner shells with transverse belts of air supply openings, a front device with a blade swirl and a fuel nozzle is located at the gas inlet entrance, in the lower part the front device has a belt of holes for supplying air, characterized in that in addition to the inlet of the gas collector coaxial to the front device, a casing, front devices о and the casing are made in the form of glasses, the ends of which are in communication with the gas collector, and channels for air passage are formed between the walls of the front device and the casing. 2. The annular combustion chamber of a gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the lower edge of the casing is located below the level at which the belt of holes for supplying air to the front device is located.

Description

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям и может быть использована в камерах сгорания газотурбинных установок.The utility model relates to gas turbine engines and can be used in the combustion chambers of gas turbine plants.

Известна 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, отличающаяся тем, что лобовая стенка соединена с газосборником с возможностью перемещения вдоль оси жаровой трубы, в последней перед лобовой стенкой выше по потоку выполнен минимум один ряд отверстий, от которых стенка жаровой трубы сплошная, а каналы в жаровой трубе выполнены щелевыми (патент на изобретение РФ №2107227, опубл. 20.03.1998 г.).A tubular-annular combustion chamber of a gas turbine power plant is known, comprising flame tubes connected to a gas collector fastened to the outer and inner bodies, the cavity of which is formed by its own annular walls, each of the flame tubes containing a frontal wall fastened at the outlet in the transverse flow direction with the flame tube wall and connected to the gas collector, in the flame tube in the plane of the frontal wall facing the flow, channels are made along the perimeter of the flame tube wall, cast characterized by the fact that the front wall is connected to the gas collector with the possibility of moving along the axis of the flame tube, in the latter, in front of the front wall upstream, at least one row of holes is made, from which the flame tube wall is solid and the channels in the flame tube are slotted (RF patent No. 2107227, published on March 20, 1998).

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, которая содержит корпус, жаровую трубу, на фронтальной стенке которой размещены воздушные завихрители, а на боковых стенках - отверстия для подвода воздуха и, по меньшей мере, одно запальное устройство. Топливные форсунки установлены коаксиально воздушным завихрителям и выполнены в виде топливного завихрителя с тангенциальными каналами и/или выходного сопла. По меньшей мере, одна топливная форсунка, расположенная в зоне запального устройства, выполнена с суммарной площадью ее тангенциальных каналов и/или сопла, на 2-30% большей, чем у остальных форсунок (патент на изобретение РФ №2250415, опубл. 20.04.2005 г.).Known annular combustion chamber of a gas turbine engine, which contains a housing, a flame tube, on the front wall of which are placed air swirls, and on the side walls there are openings for air supply and at least one ignition device. Fuel nozzles are installed coaxially with air swirls and are made in the form of a fuel swirl with tangential channels and / or an outlet nozzle. At least one fuel nozzle located in the zone of the ignition device is made with a total area of its tangential channels and / or nozzles 2-30% larger than the rest of the nozzles (patent for the invention of the Russian Federation No. 2250415, publ. 20.04.2005 g.).

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, которая содержит наружный корпус и внутренний корпус, выполненный в виде газосбирника, установленный на входе в камеру сгорания заборное устройство в виде кольцевого диффузора, газосборник размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха. На входе в газосборник расположено кольцевое фронтовое устройство, с лопаточным завихрителем (патент на изобретение РФ №2349840, опубл. 20.03.2009 г.).Known annular combustion chamber of a gas turbine engine, which contains an outer casing and an inner casing made in the form of a gas separator, an intake device in the form of an annular diffuser installed at the entrance to the combustion chamber, the gas collector is placed in an annular cavity and is made of outer and inner shells with transverse belts of supply openings air. At the entrance to the gas collector there is an annular frontal device with a blade swirl (patent for the invention of the Russian Federation No. 2349840, publ. March 20, 2009).

Недостатком данной конструкции является недостаточная надежность из-за возможного выноса языка пламени в сопловой аппарат и как следствие пережег лопаток первой ступени.The disadvantage of this design is the lack of reliability due to the possible removal of the flame tongue into the nozzle apparatus and, as a result, burned out the blades of the first stage.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является кольцевая камера сгорания газотурбинной установки, которая содержит наружный каркас и газосборник, который размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, на входе в газосборник расположено фронтовое устройство с лопаточным завихрителем и топливной форсункой, смеситель, выполненный в виде стакана, причем с одного торца стенки смесителя образуют входной цилиндр, который соединен с лопаточным завихрителем фронтового устройства, а с другого торца смеситель соединен с газосборником, смеситель снабжен поясами отверстий подвода воздуха для охлаждения поверхности смесителя и для поджима факела, отверстия пояса подвода воздуха для охлаждения поверхности смесителя выполнены неотбортованными и по диаметру меньше, чем отверстия пояса подвода воздуха для поджима факела (патент на полезную модель RU №125310, 2012).Closest to the proposed device is an annular combustion chamber of a gas turbine installation, which contains an outer frame and a gas collector, which is placed in the annular cavity and is made of outer and inner shells with transverse belts of air supply openings, and a front device with a blade swirler and a fuel is located at the inlet of the gas collector nozzle, the mixer, made in the form of a glass, moreover, from one end of the wall of the mixer form the inlet cylinder, which is connected to the blade vortex swirler the device, and from the other end the mixer is connected to the gas collector, the mixer is equipped with belts of air supply holes for cooling the surface of the mixer and for pressing the torch, the holes of the air supply belt for cooling the surface of the mixer are unflanged and smaller in diameter than the holes of the air supply belt for pressing the torch (patent for utility model RU No. 125310, 2012).

Известная кольцевая камера позволяет повысить надежность, стабилизировать температуру по объему камеры, повысить равномерность смешения топлива. Вместе с тем, как показала практика, известное устройство успешно может быть использовано для газотурбинных установок с невысокой мощностью (около 6 МВт), а для газотурбинных установок с повышенной мощностью (более 16 МВт), используемая система охлаждения недостаточно эффективна. В условиях повышенных расхода топлива в газотурбинных установках с повышенной мощностью происходит сокращение ресурса фронтового устройства за счет его прогорания.The well-known annular chamber allows to increase reliability, stabilize the temperature throughout the volume of the chamber, increase the uniformity of fuel mixing. At the same time, as practice has shown, the known device can be successfully used for gas turbine units with low power (about 6 MW), and for gas turbine units with increased power (more than 16 MW), the cooling system used is not effective enough. In conditions of increased fuel consumption in gas turbine plants with increased power, the resource of the front-end device is reduced due to its burning.

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности газотурбинных установок повышенной мощности.The technical task of the claimed utility model is to increase the reliability of high-power gas turbine units.

Технический результат - повышение эффективности охлаждения фронтового устройства.The technical result is an increase in the cooling efficiency of the front device.

Техническая задача достигается тем, что кольцевая камера сгорания газотурбинной установки содержит наружный каркас и газосборник, который размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, на входе в газосборник расположено фронтовое устройство с лопаточным завихрителем и топливной форсункой, в нижней части фронтового устройства размещен пояс отверстий для подвода воздуха, отличается тем, что, дополнительно на входе в газосборник соосно фронтовому устройству установлен кожух, фронтовое устройство и кожух выполнены в виде стаканов, нижние торцы которых сообщены с газосборником, а между стенками фронтового устройства и кожуха образованы каналы для прохода воздуха.The technical problem is achieved in that the annular combustion chamber of a gas turbine installation contains an outer frame and a gas collector, which is placed in the annular cavity and is made of outer and inner shells with transverse belts of the air supply openings, and a front device with a blade swirl and a fuel nozzle is located at the inlet of the gas collector, in the lower part of the front device there is a belt of holes for air supply, characterized in that, in addition, at the entrance to the gas collector coaxial to the front device Credited casing front device and the housing are formed as cup, the lower ends of which communicate with the plenum, and between the walls of the front device and the housing are formed channels for the passage of air.

В заявляемом устройстве нижний край кожуха предпочтительно расположен ниже уровня, на котором располагается пояс отверстий для подвода воздуха фронтового устройства.In the inventive device, the lower edge of the casing is preferably located below the level at which the belt of holes for supplying air to the front device is located.

Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:Comparison of the claimed utility model with the prototype shows that it differs in the following features:

- на входе в газосборник дополнительно установлен кожух;- at the entrance to the gas collector an additional casing is installed;

- кожух и фронтовое устройство расположены соосно;- the casing and the front device are aligned;

- фронтовое устройство и кожух выполнены в виде стаканов;- the front device and the casing are made in the form of glasses;

- нижние торцы фронтового устройства и кожуха сообщены с газосборником;- the lower ends of the front device and the casing are in communication with the gas collector;

- между стенками фронтового устройства и кожуха расположены каналы для прохода воздуха;- between the walls of the front device and the casing are channels for the passage of air;

- фронтовое устройство снабжено поясом отверстий для подвода воздуха.- the front device is equipped with a belt of holes for supplying air.

Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».Therefore, we can assume that the claimed utility model meets the criterion of "novelty."

Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».The utility model can be manufactured on standard equipment using well-known technological processes, therefore it meets the criterion of "industrial applicability".

На рисунке показана кольцевая камера сгорания газотурбинной установки. Заявляемая камера сгорания содержит наружный каркас 1, в кольцевой полости 2 расположен газосборник, который состоит из наружной обечайки 3 и внутренней обечайки 4. На входе в газосборник установлено фронтовое устройство 5, выполненное в виде стакана, верхний торец которого снабжен лопаточным завихрителем 6, топливная форсунка 7 с горелкой. Стакан фронтового устройства 5 в нижней части снабжен поясом 8 отверстий, предназначенных для подвода воздуха для поджима факела, а нижний торец фронтового устройства сообщен с газосборником. Кожух 9 размещен на входе в газосборник соосно фронтовому устройству 5 и жестко с ним соединен, торец кожуха 9 сообщен с газосборником. Между стенками кожуха 9 и фронтового устройства 5 образованы каналы 10 для прохождения воздуха-хладагента.The figure shows the annular combustion chamber of a gas turbine installation. The inventive combustion chamber contains an outer frame 1, in the annular cavity 2 there is a gas collector, which consists of an outer shell 3 and an inner shell 4. At the inlet of the gas collector there is a front device 5 made in the form of a cup, the upper end of which is equipped with a blade swirler 6, a fuel nozzle 7 with a burner. The glass of the front device 5 in the lower part is equipped with a belt of 8 holes designed to supply air for pressing the torch, and the lower end of the front device is in communication with the gas collector. The casing 9 is placed at the entrance to the gas collector coaxially to the front device 5 and is rigidly connected to it, the end face of the casing 9 is in communication with the gas collector. Between the walls of the casing 9 and the front device 5 are formed channels 10 for the passage of air-refrigerant.

Уровень края нижнего торца кожуха 9 расположен ниже уровня пояса 8 отверстий фронтового устройства 5.The level of the edge of the lower end of the casing 9 is located below the level of the belt 8 of the holes of the front device 5.

Устройство работает следующим образом. Топливо подается по газоподводящей трубе 11 в топливную форсунку 7. В кольцевую полость 2 компрессором (не показан) подается поток сжатого воздуха, который проходит через лопаточный завихритель 6, турбулизирующий поток газовой смеси. Газовая смесь воспламеняется обычным для таких систем способом, например при помощи воспламенителя искрового действия (на рисунке не показан), при этом во фронтовом устройстве 5 образуется факел пламени.The device operates as follows. The fuel is fed through a gas supply pipe 11 to the fuel nozzle 7. A compressed air stream is supplied to the annular cavity 2 by a compressor (not shown), which passes through the blade swirl 6, which turbulents the gas mixture flow. The gas mixture is ignited in the usual way for such systems, for example, using a spark igniter (not shown in the figure), and a flame is formed in the front device 5.

Сжатый воздух поступает в каналы 10, образованные стенками кожуха 9 и фронтового устройства 5, обеспечивая охлаждение стенок фронтового устройства. Часть сжатого воздуха поступает в отверстия пояса 8, создавая проистекающие столбы воздуха, направленные навстречу фронту факела пламени, образуя обратный вихрь и не давая пламени сорваться с форсунки, а также поджимая факел к фронтовому устройству. В результате происходит дополнительное перемешивание газовоздушной смеси, стабилизация температуры горения и повышение полноты сгорания топлива. Поскольку стенки фронтового устройства 5 непрерывно охлаждаются потоками воздуха, проходящими по каналам 10, постольку предотвращается прогорание стенок фронтового устройства, в том числе при повышенном расходе топлива. При этом, помимо продуктов сгорания, в газосборник поступает дополнительный объем нагретого воздуха, образовавшийся в результате передачи тепла от стенок фронтового устройства. Устранение прогорания фронтового устройства за счет обеспечения эффективного охлаждения его стенок и получения дополнительного объема нагретого воздуха обеспечивает повышение ресурса и эффективности работы кольцевой камеры. Расположение края нижнего торца кожуха 9 ниже уровня пояса 8 отверстия для поджима факела позволяет обеспечить равномерный направленный вдув в зону горения встречного воздуха для стабилизации фронта пламени, сокращения его длины и времени пребывания продуктов сгорания топлива в зоне высоких температур более 1200°C. Тем самым устраняются условия для образования оксидов азота NOx более установленных экологическими требованиями к газотурбинным установкам.Compressed air enters the channels 10 formed by the walls of the casing 9 and the front device 5, providing cooling of the walls of the front device. Part of the compressed air enters the openings of the belt 8, creating flowing air columns directed towards the front of the flame, forming a reverse vortex and preventing the flame from escaping from the nozzle, as well as pressing the torch to the front device. As a result, additional mixing of the gas-air mixture occurs, stabilization of the combustion temperature and increase in the completeness of fuel combustion. Since the walls of the front device 5 are continuously cooled by the air flows passing through the channels 10, the burning of the walls of the front device is prevented, including with increased fuel consumption. At the same time, in addition to the combustion products, an additional volume of heated air, resulting from the transfer of heat from the walls of the frontal device, enters the gas collector. Elimination of burning of the front device by providing effective cooling of its walls and obtaining an additional volume of heated air provides an increase in the resource and efficiency of the annular chamber. The location of the edge of the lower end of the casing 9 below the level of the belt 8 of the hole for pressing the torch allows for uniform directed blowing into the combustion zone of the oncoming air to stabilize the flame front, reduce its length and residence time of fuel combustion products in the high temperature zone of more than 1200 ° C. This eliminates the conditions for the formation of nitrogen oxides NOx more established by environmental requirements for gas turbine plants.

Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности кольцевой камеры сгорания газотурбинных установок повышенной мощности за счет эффективного охлаждения фронтового устройства потоками воздуха. Кроме того, надежность обеспечивается тем, что в заявляемой полезной модели исключен вынос языка пламени в сопловой аппарат, обеспечивается минимальный перекос температурного поля перед турбиной высокого давления.Thus, the claimed utility model provides increased reliability of the annular combustion chamber of gas turbine plants of increased power due to the effective cooling of the front-end device by air flows. In addition, reliability is ensured by the fact that in the claimed utility model the removal of the flame tongue to the nozzle apparatus is excluded, the temperature field in front of the high pressure turbine is minimally skewed.

Claims

1. An annular combustion chamber of a gas turbine installation, comprising an outer frame and a gas collector, which is located in the annular cavity and is made of outer and inner shells with transverse belts of air supply openings, a front device with a blade swirl and a fuel nozzle is located at the gas inlet entrance, in the lower part the front device has a belt of holes for supplying air, characterized in that in addition to the inlet of the gas collector coaxial to the front device, a casing, front devices о and the casing are made in the form of glasses, the ends of which are in communication with the gas collector, and channels for air passage are formed between the walls of the front device and the casing.

2. The annular combustion chamber of a gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the lower edge of the casing is located below the level at which the belt of holes for supplying air to the front device is located.