RU2769616C2 - Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины - Google Patents

Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины Download PDF

Info

Publication number
RU2769616C2
RU2769616C2 RU2018146134A RU2018146134A RU2769616C2 RU 2769616 C2 RU2769616 C2 RU 2769616C2 RU 2018146134 A RU2018146134 A RU 2018146134A RU 2018146134 A RU2018146134 A RU 2018146134A RU 2769616 C2 RU2769616 C2 RU 2769616C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
inlet
primary
injection head
chamber
Prior art date
Application number
RU2018146134A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018146134A (ru
RU2018146134A3 (ru
Inventor
Фридолин ХЕЙНЕН
Михаэль Томас МАУРЕР
Александр Сергеевич МЯТЛЕВ
Кристоф ГАУПП
Урс БЕНЦ
Original Assignee
Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг
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 Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг filed Critical Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг
Priority to RU2018146134A priority Critical patent/RU2769616C2/ru
Priority to EP19219662.4A priority patent/EP3674608B1/en
Priority to CN201911357666.1A priority patent/CN111380075B/zh
Publication of RU2018146134A publication Critical patent/RU2018146134A/ru
Publication of RU2018146134A3 publication Critical patent/RU2018146134A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2769616C2 publication Critical patent/RU2769616C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/10Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • 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
    • F23R3/283Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • 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
    • 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
    • F23R3/36Supply of different fuels
    • 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
    • F23C2900/07001Air swirling vanes incorporating fuel injectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к инжекционной головке для камеры сгорания газовой турбины. Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины содержит блок (22) топливных камер, проходящий вокруг центральной оси (А) и включающий в себя первичную топливную камеру (24), множество инжекторных пальцев (19, 20), которые проходят в радиальном направлении наружу от блока (22) топливных камер и каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, соответствующей топливной форсункой, элемент (27, 28) для впуска топлива, соединенный по текучей среде с блоком (22) топливных камер, полость для охлаждающего воздуха, окружающую, по меньшей мере частично, блок (22) топливных камер и образующую камеру (21) для охлаждающего воздуха, при этом, по меньшей мере, часть топливных форсунок имеют соответствующие первичные топливоподводящие элементы, соединенные по текучей среде с первичной топливной камерой (24), и соответствующие каналы для защитного воздуха, соединенные по текучей среде с камерой (21) для охлаждающего воздуха. Блок (22) топливных камер включает в себя вторичную топливную камеру (25), проходящую вокруг центральной оси (А) и заключенную, по меньшей мере частично, внутри первичной топливной камеры (24), и при этом часть топливных форсунок имеют соответствующие вторичные топливоподводящие элементы, заключенные, по меньшей мере частично, внутри соответствующих первичных топливоподводящих элементов и соединенные по текучей среде со вторичной топливной камерой (25). Изобретение позволяет упростить процесс сборки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к инжекционной головке для камеры сгорания газовой турбины.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как известно, современные газовые турбины могут работать на ряде различных видов топлива, таких как различные виды жидкого и газообразного топлива, такого как природный газ и дизельное топливо. В общем случае выбор рабочего топлива зависит от цены, доступности и эксплуатационных параметров.
Несколько видов камер сгорания были разработаны для получения горячего газа посредством сжигания газообразного или жидкого топлива, которое подается в сжатом воздухе через одну или более топливных форсунок. Камера сгорания одного вида, которая оказалась эффективной, содержит топливные форсунки, расположенные радиально вокруг центральной оси, и систему подачи топлива, содержащую расположенные один внутри другого, топливоподающие элементы (по меньшей мере, один, но, возможно, два или более для каждого вида топлива) с соответствующими кольцевыми распределителями и подводящими трубками. Подводящие трубки проходят в радиальном направлении внутрь от кольцевых распределителей и имеют соответствующие наружные концы, соединенные с ними. Топливные форсунки могут быть предусмотрены у внутренних концов или на боковых стенках соответствующих подводящих трубок. Топливо, или газообразное, или жидкое, подается из топливоподающих элементов к кольцевым распределителям, которые служат в качестве кольцевых камер для выравнивания давления и создания одинаковых условий впрыска во всех топливных форсунках.
Однако соединение наружных концов подводящих трубок с кольцевыми распределителями является довольно сложным и дорогим. Действительно, подводящие трубки должны быть соединены по отдельности, и компенсаторы необходимы на наружном конце каждой подводящей трубки для гашения вибраций и восприятия нагрузок, вызываемых тепловым расширением. Компенсаторы могут быть выполнены, например, в виде сильфонов, применяемых между кольцевыми распределителями и подводящими трубками. В любом случае для соединений необходимы многочисленные дополнительные компоненты, и должны быть предусмотрены соответствующие сварные швы, что может быть критичным с точки зрения механики и усложняет процесс сборки. Кроме того, пространство, необходимое для кольцевых распределителей, которые проходят вокруг горелки, не позволяет получить компактные конструкции, и размер может представлять собой проблему.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в разработке инжекционной головки для камеры сгорания газовой турбины, которая позволяет преодолеть или, по меньшей мере, уменьшить описанные ограничения.
Согласно настоящему изобретению предложена инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины, при этом инжекционная головка содержит:
блок топливных камер, проходящий вокруг центральной оси и включающий в себя первичную топливную камеру;
множество инжекторных пальцев, которые проходят в радиальном направлении наружу от блока топливных камер и каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, соответствующей топливной форсункой;
элемент для впуска топлива, соединенный по текучей среде с блоком топливных камер;
полость для охлаждающего воздуха, окружающую, по меньшей мере частично, блок топливных камер и образующую камеру для охлаждающего воздуха;
при этом, по меньшей мере, часть топливных форсунок имеют соответствующие первичные топливоподводящие элементы, соединенные по текучей среде с первичной топливной камерой, и соответствующие каналы для защитного воздуха, соединенные по текучей среде с камерой для охлаждающего воздуха.
Распределение топлива по пальцам от центра к периферии требует одного места соединения для подачи в блок топливных камер. Соответственно, одна компенсационная система должна быть предусмотрена для ослабления отрицательных эффектов от механических колебаний и теплового расширения. Таким образом, общая структура упрощается, что предпочтительно для процесса изготовления и затрат на изготовление.
Согласно аспекту изобретения блок топливных камер включает в себя вторичную топливную камеру, проходящую вокруг центральной оси и заключенную, по меньшей мере частично, внутри первичной топливной камеры, и при этом часть топливных форсунок имеют соответствующие вторичные топливоподводящие элементы, заключенные, по меньшей мере частично, внутри соответствующих первичных топливоподводящих элементов и соединенные по текучей среде с вторичной топливной камерой.
Концентрическая конструкция первой и второй является компактной и функциональной для центральной системы подачи.
Согласно аспекту изобретения элемент для впуска топлива содержит первичный впускной элемент, соединенный по текучей среде с первичной топливной камерой, и вторичный впускной элемент, соединенный по текучей среде со вторичной топливной камерой и заключенный, по меньшей мере частично, внутри первичного впускного элемента.
Согласно аспекту изобретения инжекционное устройство содержит воздуховпускной элемент, окружающий, по меньшей мере частично, первичный впускной элемент и вторичный впускной элемент и соединенный по текучей среде с камерой для охлаждающего воздуха.
Размещение первичного и вторичного топливоподводящих элементов и, возможно, элемента для впуска воздуха один внутри другого способствует малому размеру блока топливных камер, что также предпочтительно для аэродинамики.
Согласно аспекту изобретения первичный впускной элемент и вторичный впускной элемент проходят в радиальном направлении между блоком топливных камер и инжекционным коллектором.
Радиальное расположение элементов для впуска топлива способствует компактной конструкции.
Согласно аспекту изобретения первичный впускной элемент и вторичный впускной элемент выровнены относительно соответствующего одного из инжекторных пальцев перед ним в аксиальном направлении.
Согласно аспекту изобретения инжекторные пальцы имеют форму обтекаемых тел с соответствующими передними кромками и задними кромками, проходящих в радиальном направлении наружу от блока топливных камер, и содержат, по меньшей мере, впускной инжекторный палец, выполненный с возможностью соединения с инжекционным коллектором, при этом первичный впускной элемент и вторичный впускной элемент заключены, по меньшей мере частично, внутри впускного инжекторного пальца.
Благодаря радиальному расположению элементы для впуска топлива могут быть расположены в одном из инжекторных пальцев, который, следовательно, также имеет функцию подвода топлива для всей инжекционной головки. Аэродинамическая эффективность повышается за счет включения пальца обтекаемой формы.
Согласно аспекту изобретения инжекционная головка содержит множество первичных впускных элементов, соединенных по текучей среде с первичной топливной камерой, и вторичных впускных элементов, соединенных по текучей среде со вторичной топливной камерой, заключенной, по меньшей мере частично, внутри соответствующего первичного впускного элемента, при этом инжекторные пальцы содержат множество впускных инжекторных пальцев, и при этом первичные впускные элементы и вторичные впускные элементы заключены, по меньшей мере частично, внутри соответствующих впускных инжекторных пальцев.
Гибкая конструкция предусмотрена для обеспечения соответствия предпочтениям при проектировании, например, для дополнительного повышения однородности режимов в блоке топливных камер без значительного увеличения сложности конструкции.
Согласно аспекту изобретения первичный впускной элемент и вторичный впускной элемент обеспечивают подачу в аксиальном направлении в блок топливных камер.
Согласно аспекту изобретения в каждой топливной форсунке соответствующий канал для защитного воздуха окружает соответствующий первичный топливоподводящий элемент и соответствующий вторичный топливоподводящий элемент.
Таким образом, обеспечивается эффективный защитный воздух для предотвращения засасывания горячего воздуха.
Согласно аспекту изобретения вторичный топливоподводящий элемент сужается на выходном конце, посредством чего обеспечивается кольцевое пространство между первичным топливоподводящим элементом и соответствующим вторичным топливоподводящим элементом на выходном конце.
Согласно аспекту изобретения первичный топливоподводящий элемент имеет сквозные отверстия на выходном конце, посредством чего обеспечивается соединение по текучей среде между каналом для защитного воздуха и кольцевым пространством между первичным топливоподводящим элементом и соответствующим вторичным топливоподводящим элементом на выходном конце.
Таким образом обеспечивается дополнительный поток защитного воздуха непосредственно вокруг внутреннего вторичного топливоподводящего элемента для дополнительной защиты.
Согласно аспекту изобретения инжекционная головка содержит дистанционирующие элементы, проходящие в радиальном направлении между первичным топливоподводящим элементом и соответствующим каналом для защитного воздуха на выходном конце и выполненные с конфигурацией, позволяющей первичному топливоподводящему элементу смещаться в аксиальном направлении относительно канала для защитного воздуха.
Таким образом, форсунка предназначена для адаптации к различному тепловому расширению первичного и вторичного топливоподводящих элементов.
Согласно аспекту изобретения инжекционное устройство содержит компенсатор между инжекционным коллектором и инжекционной головкой, при этом компенсатор выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность перемещений инжекционной головки и инжекционного коллектора друг относительно друга в аксиальном направлении и/или в радиальном направлении.
Согласно аспекту изобретения камера сгорания газовой турбины содержит, по меньшей мере, инжекционное устройство, определенное выше, и инжекционный коллектор, соединенный с инжекционной головкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет описано далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые показывают некоторые неограничивающие варианты его осуществления и в которых:
- фиг. 1 представляет собой продольное сечение газовой турбины в сборе;
- фиг. 2 представляет собой упрощенное продольное сечение трубчатой камеры сгорания газовой турбины в сборе по фиг. 1, включающей в себя инжекционное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг. 3 представляет собой продольное сечение инжекционной головки инжекционного устройства по фиг. 2;
- фиг. 4 представляет собой вид сзади инжекционной головки по фиг. 3;
- фиг. 5а представляет собой увеличенное поперечное сечение фрагмента сечения инжекционной головки по фиг. 4, выполненное по плоскости V-V на фиг. 4;
- фиг. 5b представляет собой увеличенное поперечное сечение фрагмента инжекционной головки в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг. 6 представляет собой вид сзади форсунки инжекционной головки по фиг. 3;
- фиг. 7 представляет собой вид в перспективе форсунки по фиг.6 с частичным разрезом по продольной осевой плоскости;
- фиг. 8 представляет собой вид сбоку форсунки по фиг.6 с разрезом по плоскости VIII-VIII на фиг. 6;
- фиг. 9а и 9b представляют собой виды в перспективе соответствующих компонентов форсунки по фиг. 6;
- фиг. 10 представляет собой вид сзади инжекционной головки инжекционного устройства в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и
- фиг. 11 представляет собой вид сбоку инжекционный головки инжекционного устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения с разрезом вдоль продольной осевой плоскости.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает упрощенный вид газовой турбины в сборе, обозначенной в целом ссылочной позицией 1. Газовая турбина 1 в сборе содержит компрессорную часть 2, узел 3 с камерами сгорания и турбинную часть 5. Компрессорная часть 2 и турбинная часть 5 проходят вдоль главной оси М. Узел 3 с камерами сгорания может представлять собой одноступенчатый узел с камерами сгорания или узел с камерами сгорания последовательного действия. В одном варианте осуществления узел 3 с камерами сгорания содержит множество трубчатых камер 7 сгорания последовательного действия, расположенных по окружности вокруг главной оси М.
Компрессорная часть 3 газовой турбины 1 в сборе создает поток сжатого воздуха, который добавляется к топливу и сжигается в трубчатых камерах 7 сгорания. Воздушный поток, нагнетаемый компрессорной частью 2, подается в узел 3 с камерами сгорания и в турбинную часть 5 для охлаждения.
В узле 3 с камерами сгорания трубчатые камеры 7 сгорания соединены с турбинной частью 5 посредством соответствующих переходных каналов 8.
Часть одной из трубчатых камер 7 сгорания проиллюстрирована на фиг.2. Трубчатая камера 7 сгорания проходит вдоль центральной оси А и содержит наружный кожух 10, жаровую трубу 11, ограничивающую проточный канал 12 для сжатого воздуха или горячего газа, и инжекционное устройство 13, выполненное с возможностью подачи регулируемого количества топлива в воздух или горячий газ в проточном канале. Трубчатая камера 7 сгорания может работать на различных видах топлива в зависимости от условий. Например, в трубчатой камере 7 сгорания газообразное топливо может использоваться в качестве первичного топлива и жидкое топливо - в качестве вторичного топлива.
Инжекционное устройство 13, в свою очередь, содержит инжекционный коллектор 14, соединенный с топливоподающими магистралями (не показанными здесь) для приема первичного топлива и вторичного топлива, и инжекционную головку 15. Инжекционный коллектор 14 соединен с инжекционной головкой 15 посредством компенсатора 17, который выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность перемещений инжекционного коллектора 14 и инжекционной головки 15 друг относительно друга в аксиальном направлении и/или в радиальном направлении. Компенсатор 17 обеспечивает возможность гашения вибраций и адаптации к тепловому расширению и может быть выполнен в виде сильфона и/или аксиального ползуна.
Инжекционная головка 15, показанная на фиг. 2 и 3, расположена вокруг центральной оси А трубчатой камеры 7 сгорания и содержит центральный элемент 18 с множеством инжекторных пальцев 19, 20, которые проходят в радиальном направлении наружу от центрального элемента 18 до периферии проточного канала 12. В одном варианте осуществления инжекторные пальцы 19, 20 расположены от края до края всего диаметрального сечения проточного канала 12. В одном варианте осуществления инжекционная головка 15 может представлять собой цельный элемент, полученный посредством технологий аддитивного производства, таких как селективное лазерное плавление (SLM). Большое преимущество аддитивных технологий состоит в том, что они являются чрезвычайно гибкими и позволяют изготавливать сложные объекты, включающие в себя самые разные элементы. Таким образом, инжекционная головка может быть создана как один элемент. Это упрощает сборку инжекционной головки без ограничения ее функциональности каким-либо образом. Однако в другом варианте осуществления инжекционная головка 15 может быть образована из собранных компонентов, соединенных, например, посредством центрального крепежного узла, проходящего вдоль центральной оси А.
Полость 21 для охлаждения и блок 22 топливных камер предусмотрены в центральном элементе 18 и проходят оба вокруг центральной оси А.
Полость 21 для охлаждения образована с входной стороны посредством наружного кожуха инжекционной головки 15 и образует воздушную камеру, которая окружает, по меньшей мере частично, блок 22 топливных камер.
Блок 22 топливных камер содержит первичную топливную камеру 24 и вторичную топливную камеру 25, которые обе имеют по существу кольцевую форму вокруг центральной оси А. Вторичная топливная камера 25, которая в одном варианте осуществления также может быть цилиндрической, заключена, по меньшей мере частично, внутри первичной топливной камеры 24.
Инжекторные пальцы 19, 20 имеют вид обтекаемых тел с соответствующими передними кромками 19а, 20а и задними кромками 19b, 20b, проходящих в радиальном направлении наружу от блока 22 камер. В варианте осуществления по фиг. 2 и 3 инжекторные пальцы 19, 20 имеют прямолинейные задние кромки 19b, 20b. Однако в других вариантах осуществления задние кромки 19b, 20b инжекторных пальцев 19, 20 могут быть криволинейными, например, с округлыми выступами, в соответствии с предпочтениями при проектировании.
Один из инжекторных пальцев, обозначенный в данном случае ссылочной позицией 20 (см. также фиг. 5а), имеет особую конструкцию и также выполняет функцию впускного элемента для первичного и вторичного топлива и для защитного воздуха. В частности, впускной инжекторный палец 20 содержит первичный впускной элемент 27, соединенный по текучей среде с первичной топливной камерой 24, и вторичный впускной элемент 28, соединенный по текучей среде со вторичной топливной камерой 25 и заключенный, по меньшей мере частично, внутри первичного впускного элемента 27. Кроме того, впускной инжекторный палец 20 содержит воздуховпускной элемент 29, который окружает, по меньшей мере частично, первичный впускной элемент 27 и вторичный впускной элемент 28 и соединен по текучей среде с полостью 21 для охлаждающего воздуха. Следовательно, в описанном варианте осуществления первичный впускной элемент 27 и вторичный впускной элемент 28 проходят в радиальном направлении между топливной камерой и инжекционным коллектором. Таким образом, первичный впускной элемент 27 и вторичный впускной элемент 28 также выровнены относительно инжекторного пальца 20 перед ним в аксиальном направлении, что способствует равномерному воздушному потоку. Однако это необязательно, и впускные элементы могут быть не выровнены относительно какого-либо инжекторного пальца.
На соответствующих задних кромках 19b, 20b инжекторных пальцев 19, 20 выполнены соответствующие одна или более топливных форсунок 30 (по две для каждого инжекторного пальца 19, 20 в описанном примере). Каждая топливная форсунка 30 (одна из которых подробно показана на фиг.6-9а, 9b) имеет соответствующий первичный топливоподводящий элемент 31, соединенный по текучей среде с первичной топливной камерой 24, соответствующий вторичный топливоподводящий элемент 32, соединенный по текучей среде со вторичной топливной камерой 25, и соответствующий канал 33 для защитного воздуха, соединенный по текучей среде с полостью 21 для охлаждающего воздуха. Топливные форсунки 30 ориентированы по существу параллельно центральной оси А и обеспечивают выпуск топлива в направлении по потоку. В одном варианте осуществления топливная форсунка или топливные форсунки впускного инжекторного пальца 20 могут быть напрямую соединены с первичным впускным элементом 27 и/или вторичным впускным элементом 28, как показано на фиг. 5b. Кроме того, в других непроиллюстрированных вариантах осуществления некоторые из топливных форсунок 30 могут быть выполнены только с первичным топливоподводящим элементом 31.
Первичный топливоподводящий элемент 31, вторичный топливоподводящий элемент 32 и канал 33 для защитного воздуха расположены коаксиально, при этом канал 33 для защитного воздуха окружает первичный топливоподводящий элемент 31, и первичный топливоподводящий элемент 31, в свою очередь, окружает вторичный топливоподводящий элемент 32. Кроме того, первичный топливоподводящий элемент 31, вторичный топливоподводящий элемент 32 и канал 33 для защитного воздуха проходят по существу в радиальном направлении наружу от блока 22 топливных камер снаружи форсунки 30 и по существу параллельно центральной оси А внутри форсунки 30. Расположение первичного топливоподводящего элемента 31, вторичного топливоподводящего элемента 32 и канала 33 для защитного воздуха необязательно должно быть коаксиальным, и может иметь место их смещение друг относительно друга для компенсации теплового расширения в соответствии с предпочтениями при проектировании.
Вторичный топливоподводящий элемент 32 сужается на выходном конце 30а так, что обеспечивается кольцевое пространство 35 между первичным топливоподводящим элементом 31 и соответствующим вторичным топливоподводящим элементом 32. На выходном конце 30а первичный топливоподводящий элемент 31 имеет сквозные отверстия 37, которые соединяют по текучей среде канал 33 для защитного воздуха и кольцевое пространство 35. Кольцевое пространство 35 открыто наружу, так что защитный воздух, проходящий через отверстия 37, выпускается в направлении выходной стороны. Соответственно, первый защитный воздушный поток F1 подается вокруг первичного топливоподводящего элемента 31, и второй защитный воздушный поток F2 подается между первичным топливоподводящим элементом 31 и вторичным топливоподводящим элементом 32 (фиг. 8).
Радиальные дистанционирующие элементы 38 предусмотрены между первичным топливоподводящим элементом 31 и каналом 33 для защитного воздуха на выходном конце 30а форсунки 30. Дистанционирующие элементы 38 образуют одно целое с одним из первичного топливоподводящего элемента 31 и канала 33 для защитного воздуха и обеспечивают возможность их аксиального смещения друг относительно друга.
Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.10, инжекционная головка имеет конструкцию, в основном уже описанную за исключением того, что инжекционная головка 115 содержит множество впускных инжекторных пальцев 120, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг центральной оси А. В примере по фиг.10 предусмотрены три инжекторных пальца 120, расположенных на расстоянии друг от друга, равном 120°. Впускные инжекторные пальцы 120 включают в себя соответствующие расположенные один внутри другого каналы для защитного воздуха, первичные впускные элементы и вторичные впускные элементы, подобные уже описанным (не показанные в данном случае для простоты). В вариантах осуществления, не проиллюстрированных в данном документе, впускные инжекторные пальцы 120 могут быть не расположены на одинаковом расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 11, инжекционная головка 215 инжекционного устройства 213 имеет в основном конструкцию инжекционной головки 15 по фиг.3 за исключением того, что первичное топливо, вторичное топливо и охлаждающий воздух подаются в аксиальном направлении. В этом случае первичный впускной элемент 227 и вторичный впускной элемент 228 обеспечивают подачу в аксиальном направлении непосредственно в блок топливных камер, и инжекционный коллектор 214 соединен с инжекционной головкой 215 в зоне центральной оси и обеспечивает подачу непосредственно в первичную топливную камеру 224 и вторичную топливную камеру 225. Воздуховпускной элемент также расположен в аксиальном направлении и частично окружает первичный впускной элемент 227 и вторичный впускной элемент 228.
В этом случае не требуются впускные инжекторные пальцы с особой конструкцией.
В завершение, очевидно, что описанная инжекционная головка может быть подвергнута модификациям и изменениям без отхода от объема настоящего изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.

Claims (20)

1. Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины, при этом инжекционная головка (15; 115; 215) содержит:
блок (22) топливных камер, проходящий вокруг центральной оси (А) и включающий в себя первичную топливную камеру (24; 224);
множество инжекторных пальцев (19; 20; 120), которые проходят в радиальном направлении наружу от блока (22) топливных камер и каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, соответствующей топливной форсункой (30);
элемент (27; 28) для впуска топлива, соединенный по текучей среде с блоком (22) топливных камер;
полость для охлаждающего воздуха, окружающую, по меньшей мере частично, блок (22) топливных камер и образующую камеру (21) для охлаждающего воздуха;
при этом, по меньшей мере, часть топливных форсунок (30) имеют соответствующие первичные топливоподводящие элементы (31), соединенные по текучей среде с первичной топливной камерой (24; 224), и соответствующие каналы (33) для защитного воздуха, соединенные по текучей среде с камерой (21) для охлаждающего воздуха.
2. Инжекционная головка по п.1, в которой блок (22) топливных камер включает в себя вторичную топливную камеру (25; 225), проходящую вокруг центральной оси (А) и заключенную, по меньшей мере частично, внутри первичной топливной камеры (24; 224), и при этом часть топливных форсунок (30) имеют соответствующие вторичные топливоподводящие элементы (32), заключенные, по меньшей мере частично, внутри соответствующих первичных топливоподводящих элементов (31) и соединенные по текучей среде со вторичной топливной камерой (25; 225).
3. Инжекционная головка по п.2, в которой элемент (27; 28) для впуска топлива содержит первичный впускной элемент (27), соединенный по текучей среде с первичной топливной камерой (24; 224), и вторичный впускной элемент (28), соединенный по текучей среде со вторичной топливной камерой (25; 225) и заключенный, по меньшей мере частично, внутри первичного впускного элемента (27).
4. Инжекционная головка по п.3, содержащая воздуховпускной элемент (29), окружающий, по меньшей мере частично, первичный впускной элемент (27) и вторичный впускной элемент (28) и соединенный по текучей среде с камерой (21) для охлаждающего воздуха.
5. Инжекционная головка по п.3 или 4, в которой первичный впускной элемент (27) и вторичный впускной элемент (28) проходят в радиальном направлении между блоком (22) топливных камер и инжекционным коллектором (14; 214).
6. Инжекционная головка по п.5, в которой первичный впускной элемент (27) и вторичный впускной элемент (28) выровнены относительно соответствующего одного из инжекторных пальцев (19; 20; 120) перед ним в аксиальном направлении.
7. Инжекционная головка по п.6, в которой инжекторные пальцы (19; 20; 120) имеют форму обтекаемых тел с соответствующими передними кромками (19а; 20а) и задними кромками (19b; 20b), проходящих в радиальном направлении наружу от блока (22) топливных камер, и содержат, по меньшей мере, впускной инжекторный палец (20), выполненный с возможностью соединения с инжекционным коллектором (14; 224), при этом первичный впускной элемент (27) и вторичный впускной элемент (28) заключены, по меньшей мере частично, внутри впускного инжекторного пальца (20).
8. Инжекционная головка по п.7, содержащая множество первичных впускных элементов (27), соединенных по текучей среде с первичной топливной камерой (24; 224), и вторичных впускных элементов (28), соединенных по текучей среде со вторичной топливной камерой (25; 225), заключенной, по меньшей мере частично, внутри соответствующего первичного впускного элемента (27), при этом инжекторные пальцы (19; 20; 120) содержат множество впускных инжекторных пальцев (19; 20; 120), и при этом первичные впускные элементы (27) и вторичные впускные элементы (28) заключены, по меньшей мере частично, внутри соответствующих впускных инжекторных пальцев (19; 20; 120).
9. Инжекционная головка по п.3 или 4, в которой первичный впускной элемент (27) и вторичный впускной элемент (28) обеспечивают подачу в аксиальном направлении в блок (22) топливных камер.
10. Инжекционная головка по любому из предшествующих пунктов, в которой в каждой топливной форсунке (30) соответствующий канал (33) для защитного воздуха окружает соответствующий первичный топливоподводящий элемент (31) и соответствующий вторичный топливоподводящий элемент (32).
11. Инжекционная головка по п.13, в которой вторичный топливоподводящий элемент (32) сужается на выходном конце (30а), посредством чего обеспечивается кольцевое пространство (35) между первичным топливоподводящим элементом (31) и соответствующим вторичным топливоподводящим элементом (32) на выходном конце (30а).
12. Инжекционная головка по п.11, в которой первичный топливоподводящий элемент (31) имеет сквозные отверстия (37) на выходном конце (30а), посредством чего обеспечивается соединение по текучей среде между каналом (33) для защитного воздуха и кольцевым пространством (35) между первичным топливоподводящим элементом (31) и соответствующим вторичным топливоподводящим элементом (32) на выходном конце (30а).
13. Инжекционная головка по п.11 или 12, содержащая дистанционирующие элементы (38), проходящие в радиальном направлении между первичным топливоподводящим элементом (31) и соответствующим каналом (33) для защитного воздуха на выходном конце (30а) и выполненные с конфигурацией, позволяющей первичному топливоподводящему элементу (31) смещаться в аксиальном направлении относительно канала (33) для защитного воздуха.
14. Инжекционная головка по любому из вышеприведенных пунктов, содержащая компенсатор (17) между инжекционным коллектором (14; 214) и инжекционной головкой (15; 115; 215), при этом компенсатор (17) выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность перемещений инжекционной головки (15; 115; 215) и инжекционного коллектора (14; 214) друг относительно друга в аксиальном направлении и/или в радиальном направлении.
15. Камера газовой турбины, содержащая по меньшей мере, инжекционную головку (15; 115; 215) по любому из предшествующих пунктов и инжекционный коллектор (14; 214), соединенный с инжекционной головкой (15; 115; 215).
RU2018146134A 2018-12-25 2018-12-25 Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины RU2769616C2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146134A RU2769616C2 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины
EP19219662.4A EP3674608B1 (en) 2018-12-25 2019-12-24 Injection head for a gas turbine combustor
CN201911357666.1A CN111380075B (zh) 2018-12-25 2019-12-25 用于燃气涡轮燃烧器的喷射头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146134A RU2769616C2 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018146134A RU2018146134A (ru) 2020-06-25
RU2018146134A3 RU2018146134A3 (ru) 2022-02-15
RU2769616C2 true RU2769616C2 (ru) 2022-04-04

Family

ID=69024198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146134A RU2769616C2 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3674608B1 (ru)
CN (1) CN111380075B (ru)
RU (1) RU2769616C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU217743U1 (ru) * 2022-12-22 2023-04-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Горелочное устройство камеры сгорания

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2320926C2 (ru) * 2001-12-21 2008-03-27 Нуово Пиньоне Холдинг С.П.А. Основное устройство для впрыскивания жидкого топлива для одной камеры сгорания, имеющей камеру предварительного смешивания, газовой турбины с малым уровнем выброса загрязняющих окружающую среду веществ
JP5400632B2 (ja) * 2009-01-21 2014-01-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 予混合燃料ノズル用の挿入可能な予め穿孔された旋回羽根
US20160146459A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 General Electric Company Premix fuel nozzle assembly
RU2618801C2 (ru) * 2013-01-10 2017-05-11 Дженерал Электрик Компани Топливная форсунка, концевой узел топливной форсунки и газовая турбина
US20180100653A1 (en) * 2016-10-08 2018-04-12 Ansaldo Energia Switzerland AG Dual fuel concentric nozzle for a gas turbine
US20180363551A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 General Electric Company System and method for combusting liquid fuel in a gas turbine combustor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3541987A1 (de) * 1985-11-28 1987-06-04 Sonvico Ag Ing Bureau Brenner fuer fluessige und/oder gasfoermige brennstoffe
US5363644A (en) * 1989-12-21 1994-11-15 Sundstrand Corporation Annular combustor
US6389815B1 (en) * 2000-09-08 2002-05-21 General Electric Company Fuel nozzle assembly for reduced exhaust emissions
US7762073B2 (en) * 2006-03-01 2010-07-27 General Electric Company Pilot mixer for mixer assembly of a gas turbine engine combustor having a primary fuel injector and a plurality of secondary fuel injection ports
US8671691B2 (en) * 2010-05-26 2014-03-18 General Electric Company Hybrid prefilming airblast, prevaporizing, lean-premixing dual-fuel nozzle for gas turbine combustor
US9297535B2 (en) * 2013-02-25 2016-03-29 General Electric Company Fuel/air mixing system for fuel nozzle
US9316155B2 (en) * 2013-03-18 2016-04-19 General Electric Company System for providing fuel to a combustor
EP3076084B1 (en) * 2015-03-30 2021-04-28 Ansaldo Energia Switzerland AG Fuel injector device
US9938903B2 (en) * 2015-12-22 2018-04-10 General Electric Company Staged fuel and air injection in combustion systems of gas turbines
US10274201B2 (en) * 2016-01-05 2019-04-30 Solar Turbines Incorporated Fuel injector with dual main fuel injection
US20170268786A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 General Electric Company Axially staged fuel injector assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2320926C2 (ru) * 2001-12-21 2008-03-27 Нуово Пиньоне Холдинг С.П.А. Основное устройство для впрыскивания жидкого топлива для одной камеры сгорания, имеющей камеру предварительного смешивания, газовой турбины с малым уровнем выброса загрязняющих окружающую среду веществ
JP5400632B2 (ja) * 2009-01-21 2014-01-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 予混合燃料ノズル用の挿入可能な予め穿孔された旋回羽根
RU2618801C2 (ru) * 2013-01-10 2017-05-11 Дженерал Электрик Компани Топливная форсунка, концевой узел топливной форсунки и газовая турбина
US20160146459A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 General Electric Company Premix fuel nozzle assembly
US20180100653A1 (en) * 2016-10-08 2018-04-12 Ansaldo Energia Switzerland AG Dual fuel concentric nozzle for a gas turbine
US20180363551A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 General Electric Company System and method for combusting liquid fuel in a gas turbine combustor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU217743U1 (ru) * 2022-12-22 2023-04-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Горелочное устройство камеры сгорания

Also Published As

Publication number Publication date
CN111380075A (zh) 2020-07-07
EP3674608A1 (en) 2020-07-01
RU2018146134A (ru) 2020-06-25
EP3674608B1 (en) 2022-12-07
RU2018146134A3 (ru) 2022-02-15
CN111380075B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102325910B1 (ko) 축방향 연료 다단화를 이용하는 분할형 환형 연소 시스템
JP6695801B2 (ja) 可撓性支持構造体を備えた燃料ノズル
CN108779920B (zh) 用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块
KR102345181B1 (ko) 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 일체형 연소기 노즐
CN101988702B (zh) 用于涡轮机燃烧器的燃料喷嘴及其形成方法
EP2375163B1 (en) Segmented annular ring-manifold quaternary fuel distributor
JP5989980B2 (ja) ガスタービンシステムの燃料ノズル組立体
JP5868114B2 (ja) 遅延希薄噴射マニホルド
JP5795716B2 (ja) ガスタービンエンジン蒸気噴射マニホルド
JP5487095B2 (ja) マルチノズルドライ低NOx燃焼システムの燃焼ダイナミクスを軽減するための燃料システム音響特性
CN101446211B (zh) 具有绝热空气罩的气体涡轮机燃料喷射器
JP2017227431A (ja) パイロット予混合ノズルおよび燃料ノズル組立体
JP6650694B2 (ja) ガスタービン燃焼器に関連するシステム及び装置
JP2017166809A (ja) 振動減衰機能を備えた集束管状燃料ノズル
JP2016508595A (ja) ガスタービンエンジンにおける流れスリーブ用吸気アッセンブリ
JP2014238253A (ja) ガス・タービンの燃焼器に点火するためのイグナイタを有する燃料噴射器
US11629641B2 (en) Fuel distribution manifold
JP2022013796A (ja) 燃焼器の空気流路
EP3889509A1 (en) Fuel nozzle with improved swirler vane structure
RU2769616C2 (ru) Инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины
JP7139162B2 (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
WO2020116113A1 (ja) ガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービン
JP2022070219A (ja) 統合型ヘッドエンドを有する一体型燃焼ノズル
RU2769773C2 (ru) Модульная инжекционная головка для камеры сгорания газовой турбины