RU2774929C1 - Fuel injector and gas turbine combustion chamber - Google Patents

Fuel injector and gas turbine combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2774929C1
RU2774929C1 RU2021127096A RU2021127096A RU2774929C1 RU 2774929 C1 RU2774929 C1 RU 2774929C1 RU 2021127096 A RU2021127096 A RU 2021127096A RU 2021127096 A RU2021127096 A RU 2021127096A RU 2774929 C1 RU2774929 C1 RU 2774929C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
fuel
fuel injector
combustion chamber
combustion air
Prior art date
Application number
RU2021127096A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2774929C9 (en
Inventor
Хироаки НАГАХАСИ
Йоситака ТЕРАДА
Сохеи НУМАТА
Сота ИГАРАСИ
Ясухиро ВАДА
Original Assignee
Мицубиси Пауэр, 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 Мицубиси Пауэр, Лтд. filed Critical Мицубиси Пауэр, Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2774929C1 publication Critical patent/RU2774929C1/en
Publication of RU2774929C9 publication Critical patent/RU2774929C9/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas turbine engines.
SUBSTANCE: invention relates to the combustion chambers of gas turbine engines. The fuel injector contains a plurality of channels and includes: a first channel through which fuel or combustion air passes, a second channel through which fuel or combustion air passes and which is different from the first channel, and the fuel injector includes structural elements, and an integral structural element of the fuel injector of these structural elements is at least the area in which the first channel and the second channel are located. The first channel and the second channel are divided into a plurality of sections arranged in the circumferential direction of the fuel injector.
EFFECT: invention makes it possible to obtain a fuel injector with low thermal stress caused by the temperature difference between the fuel and combustion air that pass through it, as well as to increase the reliability and service life of the gas turbine combustion chamber.
10 cl, 8 dwg

Description

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

Настоящее изобретение относится к конструкции топливной форсунки, используемой в камере сгорания газовой турбины и, в частности, к эффективному техническому решению в применении к пилотной форсунке.The present invention relates to the design of a fuel injector used in the combustion chamber of a gas turbine and, in particular, to an effective technical solution in application to a pilot injector.

Существуют различные типы топлива для применения в газовых турбинах, и подходящая камера сгорания выбирается в зависимости от калорийности топлива и скорости горения. Низкокалорийное топливо подходит для использования в диффузионной камере сгорания, а высококалорийное топливо подходит для использования в камере сгорания с предварительным смешиванием. Сгорание с предварительным смешиванием обеспечивает снижение температуры пламени по сравнению с диффузионным сгоранием. Поэтому сгорание с предварительным смешиванием позволяет сократить выбросы NOx без разбрызгивания воды или пара, и в настоящее время оно широко применяется в газовых турбинах.There are various types of fuels for gas turbine applications and the appropriate combustor is selected depending on the calorific value of the fuel and the burning rate. Low calorie fuel is suitable for use in a diffusion combustor and high calorific fuel is suitable for use in a premix combustor. Premix combustion provides a reduction in flame temperature compared to diffusion combustion. Therefore, premix combustion can reduce NOx emissions without splashing water or steam, and is currently widely used in gas turbines.

В газовых турбинах, используемых для выработки электроэнергии, в качестве топлива в основном используется природный газ. Многие камеры сгорания с предварительным смешиванием, работающие на природном газе, снабжены пилотной форсункой и основными форсунками и обеспечивают стабилизацию основного пламени с предварительным смешиванием за счет пламени, формируемого пилотной форсункой.Gas turbines used to generate electricity primarily use natural gas as fuel. Many natural gas premix combustors are equipped with a pilot burner and main burners and stabilize the premix main flame with the flame generated by the pilot burner.

В качестве одного из известных из уровня техники технических решений в такой области техники, например, выложенная заявка на патент Японии, опубликованная под №2010-249449, раскрывает следующее. "Пилотная горелка сгорания в газовой турбине, размещенная на оси камеры сгорания газовой турбины, содержащая: пилотную форсунку сгорания, имеющую множество топливных каналов для сгорания с предварительным смешиванием и множество топливных каналов для диффузионного сгорания, сформированных в ней независимо в осевом направлении; цилиндр пилотной горелки, который размещен концентрически относительно этой пилотной форсунке сгорания так, что верхний по потоку торец цилиндра пилотной горелки окружает нижний по потоку торец пилотной форсунки сгорания; и множество завихряющих лопаток, которые размещены радиально на нижнем по потоку торце пилотной форсунки сгорания для приложения завихряющего усилия к сжатому воздуху, проходящему через кольцеобразный канал для воздуха, сформированный между нижним по потоку торцом пилотной форсунки сгорания и верхним по потоку торцом цилиндра горелки, чтобы преобразовать сжатый воздух в вихревой воздушный поток."As one of the prior art solutions in this field, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-249449 discloses the following. "A pilot combustion burner in a gas turbine, located on the axis of the combustion chamber of a gas turbine, containing: a pilot combustion nozzle having a plurality of fuel channels for pre-mixing combustion and a plurality of fuel channels for diffusion combustion formed independently in the axial direction; a pilot burner cylinder , which is placed concentrically with respect to that combustion pilot nozzle such that the upstream end of the pilot burner cylinder surrounds the downstream end of the combustion pilot nozzle; air passing through an annular air passage formed between the downstream end of the combustion pilot nozzle and the upstream end of the burner cylinder to convert the compressed air into a swirl airflow."

Как указано выше, многие камеры сгорания с предварительным смешиванием, работающие на природном газе, включают в себя одну пилотную форсунку и восемь основных форсунок, а топливопроводы в основном включают в себя два топливопровода - основной топливопровод и пилотный топливопровод. Пилотное отношение (пилотный расход топлива/общий расход топлива) является самым высоким при зажигании и затем снижается с увеличением нагрузки, а при номинальной нагрузке пилотное отношение является самым низким, что обеспечивает сокращение выбросов NOx.As mentioned above, many natural gas premix combustors include one pilot injector and eight main injectors, and the fuel lines generally include two fuel lines, the main fuel line and the pilot fuel line. The pilot ratio (pilot fuel consumption/total fuel consumption) is highest at ignition and then decreases with increasing load, and at rated load the pilot ratio is lowest, resulting in NOx reduction.

Кроме того, при изменении концентрации метана в топливе изменяются и характеристики сгорания. Поэтому появляется необходимость регулирования соотношения топливо-воздух в зоне горения с помощью байпасного клапана для воздуха и/или изменения пилотного отношения для достижения стабильного состояния сгорания.In addition, when the concentration of methane in the fuel changes, the combustion characteristics also change. Therefore, it becomes necessary to control the fuel-air ratio in the combustion zone by means of an air bypass valve and/or change the pilot ratio in order to achieve a stable combustion state.

При этом проблемой топливной форсунки камеры сгорания газовой турбины зачастую является возникновение термического напряжения, вызываемого перепадом температур между воздухом для горения и топливом. Чрезмерное термическое напряжение приводит к сокращению срока службы, вызываемому малоцикловой усталостью, и к ограничению эксплуатационных возможностей. В частности, в топливной форсунке, включающей в себя множество топливопроводов, как в вышеупомянутой камере сгорания с предварительным смешиванием, работающей на природном газе, несколько текучих сред с разными температурами, такие как топливо и воздух для горения (продувочный воздух) и т.п., проходят в зависимости от условий эксплуатации через топливную форсунку, и это может приводить к увеличению термического напряжения. Термическое напряжение, возникающее в топливной форсунке, приводит к снижению надежности и сокращению срока службы топливной форсунки.In this case, the problem of the fuel injector of the combustion chamber of a gas turbine is often the occurrence of thermal stress caused by a temperature difference between the combustion air and the fuel. Excessive thermal stress leads to reduced life due to low cycle fatigue and limited service capability. Specifically, in a fuel injector including a plurality of fuel lines, as in the above-mentioned natural gas premix combustion chamber, multiple fluids of different temperatures such as fuel and combustion air (scavenging air) and the like. , pass through the fuel injector, depending on the operating conditions, and this can lead to an increase in thermal stress. Thermal stress generated in the fuel injector leads to reduced reliability and shortened life of the fuel injector.

В соответствии с выложенной заявкой на патент Японии, опубликованной под №2010-249449, уменьшаются вибрации, создаваемые потоком сжатого воздуха, а также предотвращается выброс при запуске. Однако не учитывается термическое напряжение, вызываемое на топливной форсунке при прохождении текучих сред с разными температурами, таких как указанные выше топливо, воздух для горения (продувочный воздух) и т.п.According to Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-249449, the vibrations generated by the compressed air flow are reduced and the blowout at startup is also prevented. However, the thermal stress caused on the fuel injector by the passage of fluids of different temperatures such as the above-mentioned fuel, combustion air (scavenging air) and the like is not taken into account.

Краткое изложение сущности изобретенияBrief summary of the invention

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание топливной форсунки, включающей в себя множество топливопроводов, с низким термическим напряжением, вызываемым перепадом температур между топливом и воздухом для горения, проходящими через топливную форсунку, а также камеры сгорания газовой турбины, использующей эту топливную форсунку.Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel injector including a plurality of fuel lines with low thermal stress caused by the temperature difference between the fuel and combustion air passing through the fuel injector, as well as the combustion chambers of a gas turbine using the fuel injector.

Для решения вышеупомянутой задачи в аспекте настоящего изобретения топливная форсунка включает в себя множество каналов: включающих в себя первый канал, через который проходит топливо или воздух для горения; и второй канал, через который проходит топливо или воздух для горения, и который отличается от первого канала. Из элементов конструкции топливной форсунки неразъемный элемент конструкции топливной форсунки составляет по меньшей мере область, в которой размещены первый канал и второй канал.In order to achieve the above object, in an aspect of the present invention, the fuel injector includes a plurality of passages: including a first passage through which fuel or combustion air flows; and a second passage through which the fuel or combustion air passes and which is different from the first passage. Of the structural elements of the fuel injector, the one-piece structural element of the fuel injector is at least the area in which the first channel and the second channel are located.

Кроме того, в другом аспекте настоящего изобретения камера сгорания газовой турбины включает в себя: вкладыш камеры сгорания, который по существу составляет секцию камеры сгорания, в которой сжигается газовая смесь топлива и воздуха для горения; переходный отсек, через который газы сгорания направляются из секции камеры сгорания в турбину; пилотную форсунку, которая подает топливо и воздух для горения в секцию камеры сгорания; и множество основных форсунок, которые размещены вокруг пилотной форсунки и подают топливо и воздух для горения в секцию камеры сгорания. Пилотная форсунка имеет: первый канал, через который проходит топливо или воздух для горения; и второй канал, через который проходит топливо или воздух для горения, и который отличается от первого канала. Пилотная форсунка включает в себя элементы конструкции, и неразъемный элемент конструкции пилотной форсунки из этих элементов конструкции составляет по меньшей мере область, в которой размещены первый канал и второй канал.Further, in another aspect of the present invention, a gas turbine combustor includes: a combustor liner that substantially constitutes a section of a combustor in which a mixture of fuel and combustion air is burned; a transition compartment through which combustion gases are directed from the combustion chamber section to the turbine; a pilot nozzle that supplies fuel and combustion air to the combustion chamber section; and a plurality of main injectors that are positioned around the pilot injector and supply fuel and combustion air to the combustion chamber section. The pilot nozzle has: a first passage through which fuel or combustion air passes; and a second passage through which the fuel or combustion air passes and which is different from the first passage. The pilot injector includes structural elements, and the one-piece pilot injector structural element of these structural elements constitutes at least the area in which the first channel and the second channel are located.

В соответствии с настоящим изобретением можно реализовать топливную форсунку, которая включает в себя множество топливопроводов и имеет низкое термическое напряжение, вызываемое перепадом температур между топливом и воздухом для горения, проходящими через топливную форсунку, а также камеру сгорания газовой турбины, использующую эту топливную форсунку.According to the present invention, it is possible to realize a fuel injector that includes a plurality of fuel lines and has a low thermal stress caused by a temperature difference between fuel and combustion air passing through the fuel injector, as well as a gas turbine combustion chamber using the fuel injector.

Это позволяет получить высокоэффективную камеру сгорания газовой турбины, отличающуюся высокой надежностью и длительным сроком службы.This results in a highly efficient gas turbine combustor with high reliability and long service life.

Эти и другие объекты, признаки и преимущества станут очевидными из приводимого ниже описания вариантов осуществления.These and other objects, features and advantages will become apparent from the following description of the embodiments.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - схематическая иллюстрация варианта осуществления конструкции типовой газовой турбины;Fig. 1 is a schematic illustration of an embodiment of a typical gas turbine design;

Фиг. 2 - схематическая иллюстрация варианта осуществления конструкции типовой камеры сгорания;Fig. 2 is a schematic illustration of an embodiment of a typical combustion chamber design;

Фиг. 3 - вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;Fig. 3 is a sectional view illustrating the construction of a fuel injector according to Embodiment 1 of the present invention;

Фиг. 4А - вид топливной форсунки, показанной на фиг. 3, в разрезе по А-А';Fig. 4A is a view of the fuel injector shown in FIG. 3, in section along A-A';

Фиг. 4В - вид топливной форсунки, показанной на фиг. 3. в разрезе по В-В';Fig. 4B is a view of the fuel injector shown in FIG. 3. in a section along В-В';

Фиг. 5 - вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию топливной форсунки, известной из уровня техники;Fig. 5 is a sectional view illustrating the construction of a prior art fuel injector;

Фиг. 6А - вид топливной форсунки, показанной на фиг. 5, в разрезе по С-С;Fig. 6A is a view of the fuel injector shown in FIG. 5, in a section along C-C;

представляет собой вид поперечного сечения на фиг. 5; иis a cross-sectional view in FIG. 5; and

Фиг. 6В - вид топливной форсунки, показанной на фиг. 5, в разрезе по D-D'.Fig. 6B is a view of the fuel injector shown in FIG. 5, in section along D-D'.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of the Preferred Embodiments

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится описание вариантов осуществления настоящего изобретения. При этом на каждом чертеже одни и те же или подобные элементы конструкции обозначены одними и теми же ссылочными позициями, при повторении которых их подробного описания не приводится.Below with reference to the accompanying drawings is a description of embodiments of the present invention. In each drawing, however, the same or similar structural elements are designated by the same reference numerals, in the repetition of which their detailed description is not given.

Вариант 1 осуществленияEmbodiment 1

Сначала со ссылками на фиг. 1 и 2 и на фиг. 5-6В приводится описание камеры сгорания газовой турбины в соответствии с настоящим изобретением и известные из уровня техники проблемы. На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация варианта осуществления конструкции типовой газовой турбины. На фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация варианта осуществления конструкции типовой камеры сгорания, показанной в качестве камеры сгорания, включающей в себя вкладыш 4 камеры, по существу составляющий секцию 15 камеры сгорания, и переходный отсек 5. На фиг. 5 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию пилотной форсунки 7, известной из уровня техники. На фиг. 6А и фиг. 6В представлены виды топливной форсунки, показанной на фиг. 5, в разрезе соответственно по С-С' и D-D'.First with reference to FIG. 1 and 2 and in Fig. 5-6B describe the combustion chamber of a gas turbine in accordance with the present invention and prior art problems. In FIG. 1 is a schematic illustration of an embodiment of a typical gas turbine design. In FIG. 2 is a schematic illustration of an embodiment of a typical combustion chamber design shown as a combustion chamber including a chamber insert 4 substantially constituting a combustion chamber section 15 and an adapter compartment 5. FIG. 5 is a sectional view illustrating the construction of a pilot nozzle 7 in the prior art. In FIG. 6A and FIG. 6B are views of the fuel injector shown in FIG. 5, sectioned along C-C' and D-D', respectively.

Как показано на фиг. 1, газовая турбина в общих чертах состоит из компрессора 1, камеры 2 сгорания и турбины 3. Компрессор 1 осуществляет адиабатическое сжатие в качестве рабочей текучей среды воздуха, всасываемого из атмосферы. Камера 2 сгорания смешивает и сжигает топливо со сжатым воздухом, подаваемым из компрессора 1, в результате чего образуются газы сгорания с высокой температурой и высоким давлением. При последующем расширении газов сгорания, поступающих из камеры 2 сгорания, турбина 3 вырабатывает вращающее усилие. Выхлопные газы из турбины 3 выбрасываются в атмосферу.As shown in FIG. 1, a gas turbine generally consists of a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3. The compressor 1 adiabatically compresses the air sucked in from the atmosphere as a working fluid. Combustion chamber 2 mixes and burns fuel with compressed air supplied from compressor 1, resulting in combustion gases of high temperature and high pressure. With the subsequent expansion of the combustion gases coming from the combustion chamber 2, the turbine 3 generates a rotational force. The exhaust gases from the turbine 3 are released into the atmosphere.

Как показано на фиг. 2, камера 2 сгорания включает в себя: вкладыш 4 камеры сгорания, по существу составляющий секцию 15 камеры сгорания, в которой сжигается газовая смесь топлива и воздуха для горения; переходный отсек 5, через который газы сгорания направляются из секции 15 камеры сгорания в сторону турбины 3 (в направлении 8 потока газов сгорания); а также основные форсунки 6 и пилотную форсунку 7, которые подают топливо и воздух для горения в секцию 15 камеры сгорания. Как описано выше, множество основных форсунок 6 (например, восемь основных форсунок 6) размещены вокруг одной пилотной форсунки 7.As shown in FIG. 2, the combustion chamber 2 includes: a combustion chamber liner 4 essentially constituting a combustion chamber section 15 in which a mixture of fuel and combustion air is burned; a transition compartment 5 through which the combustion gases are directed from the section 15 of the combustion chamber towards the turbine 3 (in the direction 8 of the flow of combustion gases); as well as the main injectors 6 and the pilot injector 7 which supply fuel and combustion air to the combustion chamber section 15. As described above, a plurality of main nozzles 6 (for example, eight main nozzles 6) are placed around one pilot nozzle 7.

Как показано на фиг. 5, известная из уровня техники пилотная форсунка 7 имеет такую конструкцию, в которой элементы 9, 10, 11 форсунки соединены друг с другом на участках 12 соединения, при этом элементы 9, 10, 11 форсунки имеют канал А13 и канал В14, предварительно сформированные в них в результате механической обработки, такой как сверление. Элементы 9, 10, 11 форсунки соединены друг с другом с использованием, например, сварки с припоем.As shown in FIG. 5, the prior art pilot nozzle 7 has such a construction in which the nozzle elements 9, 10, 11 are connected to each other at the connection sections 12, while the nozzle elements 9, 10, 11 have a channel A13 and a channel B14 preformed in them as a result of mechanical processing, such as drilling. The nozzle elements 9, 10, 11 are connected to each other using, for example, solder welding.

Как правило, при номинальной нагрузке газовой турбины продувочный воздух (воздух для горения), имеющий относительно высокую температуру, проходит через канал А13, а топливо, такое как природный газ, имеющий относительно низкую температуру, проходит через канал В14. Поэтому вследствие перепада температур в основном в радиальном направлении пилотной форсунки 7 и разности термического расширения в радиальном направлении и осевом направлении, вызываемой этим перепадом температур, возникает термическое напряжение. Как правило, неоднородность формы вследствие появления несваренных участков и/или т.п. приводит к усилению термического напряжения и снижению усталостной прочности на участке сварки по сравнению с основным материалом.Typically, at rated load of the gas turbine, purge air (combustion air) at a relatively high temperature passes through port A13 and fuel such as natural gas at a relatively low temperature passes through port B14. Therefore, due to the temperature difference mainly in the radial direction of the pilot nozzle 7 and the thermal expansion difference in the radial direction and the axial direction caused by this temperature difference, thermal stress is generated. As a rule, non-uniformity of the shape due to the appearance of non-welded areas and/or the like. leads to an increase in thermal stress and a decrease in fatigue strength in the welding area compared to the base material.

Следовательно, в известной из уровня техники пилотной форсунке 7, в частности, участок 12 соединения, соответствующий области размещения и канала А13, и канала В14, становится серьезным узким местом вследствие перепада температур топлива или воздуха для горения, которые проходят соответственно через канал А13 или канал В14, и эксплуатационные возможности этой форсунки ограничиваются малоцикловой усталостью.Therefore, in the prior art pilot nozzle 7, in particular, the connection section 12 corresponding to the area of the location of both the channel A13 and the channel B14 becomes a serious bottleneck due to the temperature difference of the fuel or combustion air, which pass through the channel A13 or the channel respectively. B14, and the performance of this injector is limited by low cycle fatigue.

Как показано на фиг. 6А, так как в основании известной из уровня техники пилотной форсунки 7 и канал А13, и канал В14 размещены кольцеобразно в окружном направлении пилотной форсунки 7, пилотная форсунка 7 имеет конструкцию, термически разделенную в радиальном направлении каналом А13 и каналом В14. Поэтому термическое напряжение на пилотной форсунке 7 дополнительно усиливается за счет перепада температур топлива или воздуха для горения, которые проходят соответственно через канал А13 и канал В14.As shown in FIG. 6A, since in the base of the prior art pilot nozzle 7, both the passage A13 and the passage B14 are arranged annularly in the circumferential direction of the pilot nozzle 7, the pilot nozzle 7 has a structure thermally separated in the radial direction by the passage A13 and the passage B14. Therefore, the thermal stress on the pilot nozzle 7 is further enhanced by the temperature difference of the fuel or combustion air, which pass through the passage A13 and the passage B14, respectively.

Кроме того, как показано на фиг. 6В, поблизости от переднего торца известной из уровня техники пилотной форсунки 7 канал В14 разделен на множество каналов, размещенных в окружном направлении пилотной форсунки 7, а канал А13 размещен, как и в основании, кольцеобразно в окружном направлении пилотной форсунки 7. Таким образом, пилотная форсунка 7 имеет конструкцию, термически разделенную в радиальном направлении каналом А13.In addition, as shown in FIG. 6B, near the front end of the prior art pilot nozzle 7, channel B14 is divided into a plurality of channels located in the circumferential direction of the pilot nozzle 7, and channel A13 is arranged, as in the base, annularly in the circumferential direction of the pilot nozzle 7. Thus, the pilot the nozzle 7 has a structure thermally separated in the radial direction by the channel A13.

Ниже со ссылками на фиг. 3-4В приводится описание топливной форсунки в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию пилотной форсунки 7 в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. На фиг. 4А и 4В представлены виды пилотной форсунки, показанной на фиг. 3, в разрезе соответственно по А-А' и В-В'.Below with reference to Fig. 3-4B is a description of a fuel injector according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3 is a sectional view illustrating the structure of the pilot nozzle 7 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 4A and 4B are views of the pilot nozzle shown in FIG. 3, in section along A-A' and B-B' respectively.

Как показано на фиг. 3, пилотная форсунка 7 в варианте 1 осуществления имеет канал А13 (первый канал), через который проходит топливо или воздух для горения, и канал В14 (второй канал), через который проходит топливо или воздух для горения и который отличается от канала А13 (от первого канала). Из элементов 9, 10 конструкции форсунки в пилотной форсунке 7 элемент 10 конструкции, представляющий собой неразъемный элемент конструкции без участка 12 соединения, составляет по меньшей мере область, в которой размещены и канал А13 (первый канал) и канал В14 (второй канал).As shown in FIG. 3, the pilot nozzle 7 in Embodiment 1 has a port A13 (first port) through which the fuel or combustion air flows, and a port B14 (second port) through which the fuel or combustion air passes and which is different from port A13 (from first channel). Of the injector structural elements 9, 10 in the pilot injector 7, the structural element 10, which is an integral structural element without a connection section 12, constitutes at least an area in which both channel A13 (first channel) and channel B14 (second channel) are located.

Как показано на фиг. 3, область, в которой размещены и канал А13 (первый канал), и канал В14 (второй канал), состоит из неразъемного элемента 10 конструкции без участка 12 соединения. Это позволяет предотвратить превращение участка 12 соединения в серьезное узкое место вследствие, как описано выше, перепада температур топлива или воздуха для горения, которые проходят соответственно через канал А13 и канал В14. Таким образом, можно повысить надежность и увеличить длительность срока службы пилотной форсунки 7.As shown in FIG. 3, the area in which both the channel A13 (first channel) and the channel B14 (second channel) are located, consists of an integral structural element 10 without a connection section 12. This prevents connection section 12 from becoming a serious bottleneck due to, as described above, the temperature difference of the fuel or combustion air that passes through channel A13 and channel B14, respectively. Thus, it is possible to improve the reliability and increase the service life of the pilot nozzle 7.

Как показано на фиг. 4А и 4В, относящихся к пилотной форсунке 7 в варианте осуществления, и канал А13 (первый канал) и канал В14 (второй канал) разделен на множество каналов, размещенных в окружном направлении пилотной форсунки 7.As shown in FIG. 4A and 4B relating to the pilot nozzle 7 in the embodiment, and channel A13 (first channel) and channel B14 (second channel) are divided into a plurality of channels disposed in the circumferential direction of the pilot nozzle 7.

Как показано на фиг. 4А и 4В, и канал А13 (первый канал), и канал В14 (второй канал) разделен на множество каналов, размещенных в окружном направлении пилотной форсунки 7, за счет чего предотвращается полное термическое разделение пилотной форсунки 7 в радиальном направлении каналом А13 (первым каналом) и каналом В14 (вторым каналом). В свою очередь, это позволяет снизить термическое напряжение на пилотном форсунке 7 вследствие перепада температур топлива или воздуха для горения, которые проходят соответственно через канал А13 и канал В14.As shown in FIG. 4A and 4B, both passage A13 (first passage) and passage B14 (second passage) are divided into a plurality of passages arranged in the circumferential direction of the pilot nozzle 7, thereby preventing complete thermal separation of the pilot nozzle 7 in the radial direction by passage A13 (first passage ) and channel B14 (second channel). In turn, this makes it possible to reduce the thermal stress on the pilot nozzle 7 due to the temperature difference of the fuel or combustion air, which pass through the channel A13 and channel B14, respectively.

Например, даже в случае, когда воздух для горения проходит через канал А13 (первый канал), а топливо с более низкой температурой, чем воздух для горения, проходит через канал В14 (второй канал), термическое напряжение на пилотной форсунке 7 вследствие перепада температур между топливом и воздухом для горения снижается. Поэтому в дополнение к эффекту конструкции с использованием неразъемного элемента 10 конструкции форсунки без участка 12 соединения обеспечивается дополнительное повышение надежности и увеличение длительности срока службы пилотной форсунки 7.For example, even in the case where the combustion air passes through passage A13 (the first passage) and fuel with a lower temperature than the combustion air passes through passage B14 (the second passage), the thermal stress on the pilot injector 7 due to the temperature difference between fuel and combustion air is reduced. Therefore, in addition to the design effect of using a one-piece nozzle structure member 10 without a connection section 12, an additional increase in reliability and an increase in the service life of the pilot nozzle 7 is provided.

Кроме того, как показано на фиг. 3, из обоих каналов - канала А13 (первого канала) и канала В14 (второго канала) - только канал А13 (первый канал) размещен в элементе 9 конструкции форсунки поблизости от переднего торца пилотной форсунки 7. Элемент 9 конструкции форсунки только с размещенным в нем каналом А13 (только с первым каналом) соединен с элементом 10 конструкции форсунки с размещенными в нем обоими каналами - с каналом А13 (с первым каналом) и каналом В14 (вторым каналом), например, методом сварки с припоем или HIP (горячего изостатического прессования).In addition, as shown in FIG. 3, from both channels - channel A13 (first channel) and channel B14 (second channel) - only channel A13 (first channel) is located in the element 9 of the nozzle structure near the front end of the pilot nozzle 7. The element 9 of the nozzle structure with only channel A13 (only with the first channel) is connected to the element 10 of the nozzle structure with both channels placed in it - with channel A13 (with the first channel) and channel B14 (second channel), for example, by solder welding or HIP (hot isostatic pressing) .

Как показано на фиг. 3, участок 12 соединения размещен исключительно в области, в которой из обоих каналов - канала А13 (первого канала) и канала В14 (второго канала) - сформирован только один канал А13 (первый канал). Такая конструкция позволяет предотвратить возникновение термического напряжения на пилотной форсунке вследствие перепада температур топлива или воздуха для горения, проходящих через соответствующий канал, и, в свою очередь, обеспечивает надежность участка 12.As shown in FIG. 3, the connection section 12 is located exclusively in a region in which only one channel A13 (first channel) is formed from both channels, channel A13 (first channel) and channel B14 (second channel). This design prevents the occurrence of thermal stress on the pilot nozzle due to the temperature difference of the fuel or combustion air passing through the corresponding channel, and, in turn, ensures the reliability of section 12.

При этом для соединения элемента 9 форсунки и элемента 10 форсунки друг с другом на участке 12 соединения в предпочтительном варианте используют вышеупомянутый метод HIP (горячего изостатического прессования). Использование метода HIP позволяет в максимально возможной степени предотвратить появление несваренных участков и за счет этого снизить термическое напряжение, вызываемое неоднородностью формы на участке 12 соединения.Here, the aforementioned HIP (hot isostatic pressing) method is preferably used to connect the nozzle element 9 and the nozzle element 10 to each other at the connection portion 12 . The use of the HIP method makes it possible to prevent, to the greatest extent possible, the appearance of non-welded areas and thereby reduce the thermal stress caused by the non-uniformity of the shape in the joint area 12 .

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением появляется возможность создания топливной форсунки с низким термическим напряжением, вызываемым перепадом температур между топливом и воздухом для горения, которые проходят через нее, и камеру сгорания газовой турбины, использующую эту топливную форсунку, а также возможность повысить надежность и длительность срока службы камеры сгорания газовой турбины.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fuel injector with low thermal stress caused by a temperature difference between the fuel and combustion air that pass through it, and a gas turbine combustor using this fuel injector, as well as the ability to improve reliability. and longevity of the combustion chamber of the gas turbine.

Следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничивается рассмотренными выше вариантами осуществления и включает в себя самые различные модификации. Например, рассмотренные выше варианты осуществления были описаны в деталях для того, чтобы объяснить настоящее изобретение простым для понимания способом, и необязательно ограничиваются вариантами, имеющими все описанные конструкции. Кроме того, можно заменять участок конструкции одного варианта осуществления конструкцией другого варианта осуществления, а также можно добавлять конструкцию одного варианта осуществления к конструкции другого варианта осуществления. Кроме того, можно также добавлять/удалять/заменять некоторые конструкции каждого варианта осуществления другими конструкциями.It should be borne in mind that the present invention is not limited to the above embodiments and includes various modifications. For example, the embodiments discussed above have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to embodiments having all of the structures described. In addition, it is possible to replace a portion of the structure of one embodiment with the structure of another embodiment, and it is also possible to add the structure of one embodiment to the structure of another embodiment. In addition, it is also possible to add/remove/replace some of the designs of each embodiment with other designs.

Список ссылочных позицийList of reference positions

1 - компрессор;1 - compressor;

2 - камера сгорания;2 - combustion chamber;

3 - турбина;3 - turbine;

4 - вкладыш камеры сгорания;4 - insert of the combustion chamber;

5 - переходный отсек;5 - transition compartment;

6 - основная форсунка;6 - main nozzle;

7 - пилотная форсунка;7 - pilot nozzle;

8 - направление потока газов сгорания;8 - direction of flow of combustion gases;

9, 10, 11 - элемент конструкции форсунки;9, 10, 11 - nozzle design element;

12 - участок соединения;12 - section of the connection;

13 - канал А;13 - channel A;

14 - канал В;14 - channel B;

15 - секция камеры сгорания.15 - section of the combustion chamber.

Claims (33)

1. Топливная форсунка, содержащая множество каналов, включает в себя:1. A fuel injector containing a plurality of channels includes: первый канал, через который проходит топливо или воздух для горения; иthe first channel through which the fuel or combustion air passes; and второй канал, через который проходит топливо или воздух для горения и который отличается от первого канала,a second channel through which the fuel or combustion air passes and which is different from the first channel, причем топливная форсунка включает в себя элементы конструкции, и неразъемный элемент конструкции топливной форсунки из этих элементов конструкции составляет по меньшей мере область, в которой размещены первый канал и второй канал.moreover, the fuel injector includes structural elements, and an integral fuel injector structural element of these structural elements constitutes at least the area in which the first channel and the second channel are located. 2. Топливная форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что2. Fuel injector according to claim 1, characterized in that и первый канал, и второй канал разделены на множество секций, размещенных в окружном направлении топливной форсунки.and the first passage and the second passage are divided into a plurality of sections arranged in the circumferential direction of the fuel injector. 3. Топливная форсунка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что3. Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that воздух для горения проходит через первый канал, аcombustion air passes through the first channel, and топливо, имеющее более низкую температуру, чем воздух для горения, проходит через второй канал.fuel having a lower temperature than the combustion air passes through the second channel. 4. Топливная форсунка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что4. Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that из первого канала и второго канала только первый канал расположен поблизости от переднего торца топливной форсунки, иfrom the first channel and the second channel, only the first channel is located near the front end of the fuel injector, and область, в которой размещен только первый канал, соединена с областью, в которой размещены первый канал и второй канал.the area in which only the first channel is placed is connected to the area in which the first channel and the second channel are placed. 5. Топливная форсунка по п. 4, отличающаяся тем, что5. Fuel injector according to claim 4, characterized in that область, в которой размещен только первый канал, соединена с областью, в которой размещены первый канал и второй канал, методом сварки или горячего изостатического прессования (HIP).the area in which only the first channel is placed is connected to the area in which the first channel and the second channel are placed by welding or hot isostatic pressing (HIP). 6. Камера сгорания газовой турбины, содержащая:6. The combustion chamber of a gas turbine, containing: вкладыш камеры сгорания, который по существу составляет секцию камеры сгорания, в которой сжигается газовая смесь топлива и воздуха для горения;a combustion chamber liner that substantially constitutes a section of a combustion chamber in which a gaseous mixture of fuel and combustion air is burned; переходный отсек, через который газы сгорания направляются из секции камеры сгорания в турбину;a transition compartment through which combustion gases are directed from the combustion chamber section to the turbine; пилотную форсунку, которая подает топливо и воздух для горения в секцию камеры сгорания; иa pilot nozzle that supplies fuel and combustion air to the combustion chamber section; and множество основных форсунок, которые размещены вокруг пилотной форсунки и подают топливо и воздух для горения в секцию камеры сгорания,a plurality of main injectors that are placed around the pilot injector and supply fuel and combustion air to the combustion chamber section, причем пилотная форсунка имеет:wherein the pilot nozzle has: первый канал, через который проходит топливо или воздух для горения; иthe first channel through which the fuel or combustion air passes; and второй канал, через который проходит топливо или воздух для горения и который отличается от первого канала, иa second passage through which the fuel or combustion air passes and which is different from the first passage, and пилотная форсунка включает в себя элементы конструкции, и неразъемный элемент конструкции пилотной форсунки из этих элементов конструкции составляет по меньшей мере область, в которой размещены первый канал и второй канал.the pilot injector includes structural elements, and the one-piece pilot injector structural element of these structural elements constitutes at least the area in which the first channel and the second channel are located. 7. Камера сгорания газовой турбины по п. 6, отличающаяся тем, что7. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 6, characterized in that и первый канал, и второй канал разделены на множество каналов, размещенных в окружном направлении пилотной форсунки.both the first channel and the second channel are divided into a plurality of channels arranged in the circumferential direction of the pilot nozzle. 8. Камера сгорания газовой турбины по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что8. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 6 or 7, characterized in that воздух для горения проходит через первый канал, аcombustion air passes through the first channel, and топливо, имеющее более низкую температуру, чем воздух для горения, проходит через второй канал.fuel having a lower temperature than the combustion air passes through the second channel. 9. Камера сгорания газовой турбины по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что9. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 6 or 7, characterized in that из первого канала и второго канала только первый канал расположен поблизости от переднего торца пилотной форсунки, иof the first channel and the second channel, only the first channel is located near the front end of the pilot nozzle, and область, в которой размещен только первый канал, соединена с областью, в которой размещены первый канал и второй канал.the area in which only the first channel is placed is connected to the area in which the first channel and the second channel are placed. 10. Камера сгорания газовой турбины по п. 9, отличающаяся тем, что10. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 9, characterized in that область, в которой размещен только первый канал, соединена с областью, в которой размещены первый канал и второй канал, методом сварки или горячего изостатического прессования (HIP).the area in which only the first channel is placed is connected to the area in which the first channel and the second channel are placed by welding or hot isostatic pressing (HIP).
RU2021127096A 2020-09-16 2021-09-15 Fuel nozzle and gas turbine combustor RU2774929C9 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-155193 2020-09-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2774929C1 true RU2774929C1 (en) 2022-06-27
RU2774929C9 RU2774929C9 (en) 2022-09-29

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2374561C1 (en) * 2008-04-22 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Centrifugal-pneumatic jet
JP2010249449A (en) * 2009-04-17 2010-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Pilot combustion burner for gas turbine
RU2621566C2 (en) * 2012-02-27 2017-06-06 Дженерал Электрик Компани Fuel-air nozzle (versions), fire-fighting camera for a gas turbine engine (versions) and a method of operation of a fuel-air nozzle (options)
RU2672216C2 (en) * 2014-05-02 2018-11-12 Сименс Акциенгезелльшафт Combustor burner arrangement
US10415830B2 (en) * 2014-09-19 2019-09-17 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Combustion burner, combustor, and gas turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2374561C1 (en) * 2008-04-22 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Centrifugal-pneumatic jet
JP2010249449A (en) * 2009-04-17 2010-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Pilot combustion burner for gas turbine
RU2621566C2 (en) * 2012-02-27 2017-06-06 Дженерал Электрик Компани Fuel-air nozzle (versions), fire-fighting camera for a gas turbine engine (versions) and a method of operation of a fuel-air nozzle (options)
RU2672216C2 (en) * 2014-05-02 2018-11-12 Сименс Акциенгезелльшафт Combustor burner arrangement
US10415830B2 (en) * 2014-09-19 2019-09-17 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Combustion burner, combustor, and gas turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11067280B2 (en) Centerbody injector mini mixer fuel nozzle assembly
EP1426689B1 (en) Gas turbine combustor having staged burners with dissimilar mixing passage geometries
CA2528808C (en) Method and apparatus for decreasing combustor acoustics
EP1143201B1 (en) Cooling system for gas turbine combustor
US8166763B2 (en) Gas turbine fuel injector with a removable pilot assembly
US10890329B2 (en) Fuel injector assembly for gas turbine engine
US7137256B1 (en) Method of operating a combustion system for increased turndown capability
US9982892B2 (en) Fuel nozzle assembly including a pilot nozzle
EP1398570B1 (en) Can combustor for a gas turbine engine
AU2020200838B2 (en) Fuel nozzle assembly
US20160146460A1 (en) Premix fuel nozzle assembly
US20060168966A1 (en) Self-Purging Pilot Fuel Injection System
US4463568A (en) Fuel injector for gas turbine engines
US10228140B2 (en) Gas-only cartridge for a premix fuel nozzle
US20140150434A1 (en) Fuel nozzle for a combustor of a gas turbine engine
US10030869B2 (en) Premix fuel nozzle assembly
US20190346142A1 (en) Flamesheet diffusion cartridge
RU2774929C1 (en) Fuel injector and gas turbine combustion chamber
RU2774929C9 (en) Fuel nozzle and gas turbine combustor
US11041623B2 (en) Gas turbine combustor with heat exchanger between rich combustion zone and secondary combustion zone
US20220082260A1 (en) Combustor Fuel Nozzle Structure
US10955141B2 (en) Dual-fuel fuel nozzle with gas and liquid fuel capability
WO2023140180A1 (en) Combustor and gas turbine