ТОПЛИВНЫЙ ИНЖЕКТОР С ЦЕНТРАЛЬНЫМ КОРПУСОМ В СБОРЕ
FUEL INJECTOR WITH CENTER BODY ASSEMBLY

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным двигателям и к топливному инжектору с центральным корпусом в сборе.
Уровень техники
Газотурбинные двигатели содержат следующие секции: компрессор, отсек сгорания и турбину. Отсек сгорания содержит топливные инжекторы, которые подают топливо для процесса сгорания. Во время работы топливных инжекторов прямой впрыск обедненной смеси видов жидкого топлива может привести к генерированию некоторого количества дыма во время зажигания и разгона до незагруженного состояния.
Патент США № 2002/0162333, выданный J. Zelina и соавт. раскрывает систему впрыска топлива с низким уровнем выбросов и камеру сгорания для использования в газотурбинных двигателях, которая содержит один корпус для впрыска топлива, имеющий двойной контур для питания как пилотной, так и основной топливных систем. Как контур для пилотного жидкого топлива, так и контур для основного жидкого топлива впрыскивают топливо в по существу одинаковом осевом и радиальном местоположении. Углубленное место впрыска пилотного топлива расположено вдоль центральной линии отсека сгорания в канале для завихренного воздуха, создаваемого осевыми завихрителями воздуха. Основное топливо впрыскивается в радиальном направлении через множество мест впрыска под различными углами установки во внутренний диаметр канала для завихренного воздуха, создаваемого радиальными завихрителями воздуха. Время пребывания топлива/воздуха перед поступлением в камеру сгорания относительно невелико, что минимизирует вероятность самовоспламенения. Во время работы только контура для пилотного топлива пламя стабилизируется зоной рециркуляции, создаваемой завихрителем, обеспечивающей высокие температуры для полного сжигания топлива с низким уровнем выбросов CO и UHC (несгоревших углеводородов). В условиях средней и высокой мощности двигателя как контур для основного топлива, так и контур для пилотного топлива выпускают топливо в создаваемую завихрителем зону рециркуляции с потоком сжатого воздуха, образуя обедненное топливом низкотемпературное пламя для снижения выбросов оксидов азота.
Настоящее изобретение направлено на преодоление одной или более проблем, выявленных авторами изобретения.
Сущность изобретения
В данном документе раскрыт центральный корпус в сборе для топливного инжектора газотурбинного двигателя. В вариантах осуществления центральный корпус в сборе содержит центральный корпус и основную сборку для жидкости. Центральный корпус определяет патрубок трубки для жидкости, основной патрубок для жидкости и первичный канал для жидкости. Патрубок трубки для жидкости проходит в центральный корпус и проходит в конец центрального корпуса, предназначенный для размещения со стороны основания передней части корпуса инжектора. Основной патрубок для жидкости проходит в конец центрального корпуса, расположенный со стороны основной сборки для жидкости. Основной патрубок для жидкости содержит поверхность основного патрубка для жидкости, которая представляет собой нижнюю поверхность основного патрубка для жидкости. Первичный канал для жидкости проходит от патрубка трубки для жидкости к основному патрубку для жидкости и находится в связи по текучей среде с патрубком трубки для жидкости.
Основная сборка для жидкости присоединена к центральному корпусу на основном патрубке для жидкости. Основная сборка для жидкости определяет основной корпус для жидкости, основание, фланец основания, проход для жидкости, первый основной канал для жидкости, второй основной канал для жидкости и распылитель в сборе. Проход для жидкости находится в связи по текучей среде с первичным каналом для жидкости. Проход для жидкости представляет собой канал, расположенный в основании основной сборки для жидкости, проходящий вокруг основания основной сборки для жидкости и примыкающий к поверхности основного патрубка для жидкости, смежный с основным патрубком и находящийся в связи по текучей среде с первичным каналом для жидкости.
Первый основной канал для жидкости находится в связи по текучей среде с проходом для жидкости. Второй основной канал для жидкости находится в связи по текучей среде с первым основным каналом для жидкости. Распылитель в сборе находится в связи по текучей среде со вторым основным каналом для жидкости.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 представлено схематическое изображение иллюстративного газотурбинного двигателя;
на фиг. 2 представлен разобранный вид топливного инжектора по фиг. 1;
на фиг. 3 представлен вид в разрезе варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2;
на фиг. 4 представлен вид в разрезе распределительного блока по фиг. 2 и фиг. 3, взятый по линии IV-IV;
на фиг. 5 представлен вид в разрезе распылительного устройства по фиг. 2 и фиг. 3;
на фиг. 6 представлен вид в разрезе альтернативного варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2;
на фиг. 7 представлен вид в разрезе распылительного устройства по фиг. 6;
на фиг. 8 представлен вид в разрезе части распылительного устройства по фиг. 6;
на фиг. 9 представлен вид в разрезе центрального корпуса в сборе по фиг. 2–8;
на фиг. 10 представлен вид в разрезе в разобранном виде центрального корпуса в сборе по фиг. 9;
на фиг. 11 представлен вид в изометрии части распылительного устройства согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8;
на фиг. 12 представлен вид в разрезе части распылительного устройства согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8;
на фиг. 13 представлена блок-схема способа прямого впрыска обедненной смеси жидкого топлива.
Подробное описание
В системах и способах, раскрытых в данном документе, предусмотрен топливный инжектор для газотурбинного двигателя. В вариантах осуществления топливный инжектор имеет конструкцию с двумя потоками, которая впрыскивает жидкое топливо непосредственно в первичную зону. Один поток жидкого топлива представляет собой основной поток и является конфигурацией из нескольких струй, и другой поток жидкого топлива представляет собой пилотный поток и является конфигурацией из одной струи. Во время зажигания и во время разгона до незагруженного состояния, управляемое количество топлива подается через контур для пилотного жидкого топлива. Благодаря использованию контролируемого количества жидкого топлива через контур для пилотного жидкого топлива во время этой стадии работы, распыление топлива может быть может быть надлежащим для обеспечения надежного зажигания вокруг системы сгорания и минимизации генерирования дыма. При работе в незагруженном состоянии или близком к нему, топливо подается как на контур для основного жидкого топлива, так и на контур для пилотного жидкого топлива, при это большая часть топлива протекает через контур для основного жидкого топлива. Разделение может поддерживаться при рабочем диапазоне выше незагруженного состояния для минимизации выбросов дыма и давления системы жидкого топлива.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение иллюстративного газотурбинного двигателя. Некоторые поверхности были опущены или преувеличены (на этой и на других фигурах) для ясности и простоты объяснения. Для ясности некоторые ссылочные номера показаны не для каждого случая, особенно для нескольких идентичных или почти идентичных случаев (например, зеркальных изображений) элементов, которые показаны на фигуре более одного раза. Кроме этого, настоящее раскрытие может ссылаться на переднее и заднее направление. В целом все ссылки на «передний» и «задний» связаны с направлением потока первичного воздуха (т.е. воздуха, используемого в процессе сгорания), если не указано иное. Например, передний является «расположенным выше по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха, и задний является «расположенным ниже по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха.
В дополнение, описание может в целом ссылаться на центральную ось 95 вращения газотурбинного двигателя, которая может в целом быть определена продольной осью его вала 120 (удерживаемого несколькими подшипниками 150 в сборе). Центральная ось 95 может быть общей или совместной с различными другими концентричными компонентами двигателя. Все ссылки на радиальное, осевое и окружное направления и измерения относятся к центральной оси 95, если не указано иное, и такие термины, как «внутренний» и «наружный», в целом указывают на меньшую или большую удаленность в радиальном направлении, при этом радиус 96 может проходить в любом направлении, перпендикулярном центральной оси 95 и отходящем наружу от нее.
Газотурбинный двигатель 100 содержит впуск 110, вал 120, турбокомпрессор или «компрессор» 200, отсек 300 сгорания, турбину 400, выпуск 500 для отработавших газов и муфту 50 для передачи выходной мощности. Газотурбинный двигатель 100 может быть в конфигурации с одним валом или с двойным валом.
Компрессор 200 содержит ротор компрессора в сборе 210, неподвижные лопатки 250 компрессора («статоры») и впускные направляющие лопатки 255. Ротор компрессора в сборе 210 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор компрессора в сборе 210 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор компрессора в сборе 210 содержит один или более дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220 содержит диск ротора компрессора, который по окружности заполнен лопастями ротора компрессора. Статоры 250 в осевом направлении подчиняются каждому из дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220, спаренный со смежным статором 250, который подчиняется диску компрессора в сборе 220, считается ступенью компрессора. Компрессор 200 содержит множество ступеней компрессора. Впускные направляющие лопатки 255 в осевом направлении предшествуют ступеням компрессора.
Отсек 300 сгорания содержит один или более топливных инжекторов 600 и содержит одну или более камер 390 сгорания. Каждый топливный инжектор 600 содержит фланец в сборе 610, распылительное устройство 630 и топливные трубки 690, проходящие между фланцем в сборе 610 и распылительным устройством 630. В показанном газотурбинном двигателе каждый топливный инжектор 600 установлен в отсеке 300 сгорания в осевом направлении по отношению к центральной оси 95 через радиальную часть 399 кожуха 398 отсека сгорания или кожуха диффузора компрессора.
Турбина 400 содержит ротор турбины в сборе 410 и сопла 450 турбины. Ротор турбины в сборе 410 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор турбины в сборе 410 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор турбины в сборе 410 содержит один или более дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 содержит диск ротора турбины, который по окружности заполнен лопастями ротора турбины. Сопла 450 турбины в осевом направлении предшествуют каждому из дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420, спаренный со смежным соплом 450 турбины, которое предшествует диску турбины в сборе 420, считается ступенью турбины. Турбина 400 содержит множество ступеней турбины.
Выпуск 500 для отработавших газов содержит диффузор 510 отработавших газов и коллектор отработавших газов 520.
Топливный инжектор 600 может содержать множество топливных контуров для доставки топлива в камеру 390 сгорания. На фиг. 2 представлен разобранный вид топливного инжектора 600 по фиг. 1. Как показано на фиг. 2, фланец в сборе 610 может содержать фланец 611, распределительный блок 612, фитинги и ручки 620. Один фитинг может быть использован для каждого топливного контура. Фланец 611 может представлять собой цилиндрический диск и может иметь отверстия для крепления топливного инжектора 600 к кожуху 398 отсека сгорания.
Распределительный блок 612 выступает из фланца 611 и может выступать из фланца 611 в осевом направлении. Фланец 611 и распределительный блок 612 могут быть выполнены в виде цельного элемента. Распределительный блок 612 может действовать как магистраль для одного или более топливных контуров для распределения потока топлива одного или более контуров через множество топливных трубок или каналов.
Топливные трубки 690 могут включать первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, вторичную трубку 603 и трубчатый стержень 604. Первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 могут быть частью первичного контура для основного газообразного топлива. Первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 могут быть параллельными и могут проходить параллельно оси 797 сборки. Ось 797 сборки предусматривает продольную ось к центральному корпусу в сборе 700. Радиальное направление 896 оси сборки перпендикулярно оси 797 сборки и отходит наружу от нее.
Вторичная трубка 603 может быть частью первичного контура для основного газообразного топлива или может быть частью вторичного контура для основного газообразного топлива. Вторичная трубка 603 может проходить от распределительного блока 612 к распылительному устройству 630 под углом по отношению к первой первичной трубке 601 и второй первичной трубке 602 и может действовать как опорная трубка для распылительного устройства 630, чтобы предотвратить отклонение распылительного устройства 630. Трубчатый стержень 604 может содержать каналы для контура для основного жидкого топлива, контур для пилотного жидкого топлива и контур для пилотного газообразного топлива.
Распылительное устройство 630 может содержать корпус 640 инжектора, наружный колпак 632, внутреннюю трубку 660 для предварительного смешивания, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания, центральный корпус в сборе 700, фиксирующее кольцо 634 и крепежи 635. Корпус 640 инжектора может содержать первый первичный фитинг 651 для передачи топлива, второй первичный фитинг 652 для передачи топлива и вторичный фитинг 653 для передачи топлива. Первая первичная трубка 601 может быть соединена с распылительным устройством 630 в первом первичном фитинге 651 для передачи топлива. Вторая первичная трубка 602 может быть соединена с распылительным устройством 630 во втором первичном фитинге 652 для передачи топлива, и вторичная трубка 603 может быть соединена с распылительным устройством 630 во вторичном фитинге 653 для передачи топлива.
Наружный колпак 632 может быть соединен с корпусом 640 инжектора и может быть размещен между корпусом 640 инжектора и фланцем в сборе 610. Наружный колпак 632 может иметь проемы, которые позволяют воздуху, нагнетаемому компрессором, поступать в распылительное устройство 630.
Фланец в сборе 610, трубки для газа, трубки для жидкости, трубчатый стержень 604, корпус 640 инжектора, внутренняя трубка 660 для предварительного смешивания, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания и центральный корпус в сборе 700 включают или могут быть собраны с образованием каналов для контура (контуров) для основного газообразного топлива, контура для основного жидкого топлива, контура для пилотного жидкого топлива и контура для пилотного газообразного топлива. Варианты осуществления этих топливных контуров раскрыты в данном документе и будут описаны в сочетании с другими фигурами.
Фиксирующее кольцо 634 и крепежи 635 могут быть использованы для удержания различных компонентов вместе. Фиксирующее кольцо 634 может быть использовано для крепления внутренней трубки 660 для предварительного смешивания к корпусу 640 инжектора.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе варианта осуществления топливного инжектора 600 по фиг. 2. На фиг. 4 представлен вид в разрезе распределительного блока 612 по фиг. 2 и фиг. 3, взятый по линии IV-IV. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 3 и фиг. 4, первая первичная трубка 601, вторая первичная трубка 602 и вторичная трубка 603 образуют один первичный контур для газообразного топлива.
Как показано на фиг. 3, фланец в сборе 610 может содержать первичный фитинг 621 для газа, прикрепленный к фланцу 611, и канал 614 впуска газа находится в связи по текучей среде с первичным фитингом 621 для газа. Канал 614 впуска газа может проходить через фланец 611 и затем в распределительный блок 612. Как показано на фиг. 4, распределительный блок 612 содержит первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617. В изображенном варианте осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 находятся в связи по текучей среде с каналом 614 впуска газа. Как показано на фиг. 4, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут быть соединены с каналом 614 впуска газа и могут иметь конфигурацию с параллельным потоком.
Фланец в сборе 610 также может содержать патрубок 638 первой первичной трубки, патрубок 639 второй первичной трубки и патрубок 619 вторичной трубки. Первая первичная трубка 601 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 638 первой первичной трубки, находится в связи по текучей среде с первым первичным каналом 615 и может соединять по текучей среде первый первичный канал 615 с первой первичной трубкой 601. Вторая первичная трубка 602 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 639 второй первичной трубки, находится в связи по текучей среде со вторым первичным каналом 616 и может соединять по текучей среде второй первичный канал 616 со второй первичной трубкой 602. Вторичная трубка 603 может быть соединена с распределительным блоком 612 на патрубке 619 вторичной трубки, может находиться в связи по текучей среде со вторичным каналом 617 и может соединять по текучей среде вторичный канал 617 со вторичной трубкой 603.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут пересекать канал 614 впуска газа в одном и том же месте. В изображенном варианте осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 выполнены с помощью поперечного сверления. Первый первичный канал 615 просверлен под углом со стороны распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа и проходит к патрубку 638 первой первичной трубки. Второй первичный канал 616 просверлен под углом с противоположной стороны распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа и первым первичным каналом 615 и проходит к патрубку 639 второй первичной трубки. Вторичный канал 617 просверлен снизу распределительного блока 612, пересекается с каналом 614 впуска газа, первым первичным каналом 615 и вторым первичным каналом 616 и проходит к патрубку 619 вторичной трубки. Фланец в сборе 610 может содержать заглушку 618 на конце каждого канала, дистального по отношению к своему соответствующему патрубку трубки.
В некоторых вариантах осуществления первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут начинаться в канале 614 впуска газа и проходить к своим соответствующим патрубкам трубок. Например, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616 и вторичный канал 617 могут быть выполнены одновременно с распределительным блоком 612 во время процесса аддитивного производства и могут не требовать поперечного сверления.
Фланец в сборе 610 также может содержать полость 622 стержня. Полость 622 стержня может проходить через фланец 611 и также может проходить через распределительный блок 612. В изображенном варианте осуществления распределительный блок 612 имеет такую форму, чтобы окружать трубчатый стержень 604.
Трубчатый стержень 604 может проходить через фланец в сборе 610 и затем в распылительное устройство 630. Трубчатый стержень 604 может содержать полость 605 трубки для основной жидкости, полость 606 трубки для пилотной жидкости и канал 625 для пилотного газа, проходящие через него.
Топливный инжектор 600 также может содержать фитинг 627 для основной жидкости, фитинг 628 для пилотной жидкости и фитинг 691 для пилотного газа, присоединенные к трубчатому стержню 604 дистально по отношению к распылительному устройству 630. В вариантах осуществления топливный инжектор 600 содержит трубку 607 для основной жидкости, проходящую через полость 605 трубки для основной жидкости, и трубку 608 для пилотной жидкости, проходящую через полость 606 трубки для пилотной жидкости. Трубка 607 для основной жидкости находится в связи по текучей среде с фитингом 627 для основной жидкости, и трубка 608 для пилотной жидкости находится в связи по текучей среде с фитингом 628 для пилотной жидкости. В изображенном варианте осуществления топливный инжектор 600 содержит зазоры для трубки 608 для пилотной жидкости, чтобы обеспечить пространство между трубкой 608 для пилотной жидкости и трубчатым стержнем 604 в полости 606 трубки для пилотной жидкости.
На фиг. 5 представлен вид в разрезе распылительного устройства 630 по фиг. 2 и фиг. 3. Распылительное устройство 630 может иметь ось 797 сборки. Все ссылки на радиальное, осевое и окружное направления и измерения распылительного устройства 630 и элементов распылительного устройство 630 относятся к оси 797 сборки, и такие термины, как «внутренний» и «наружный», в целом указывают на меньшую или большую удаленность в радиальном направлении от оси 797 сборки. Центр фланца 611 может быть смещен относительно оси 797 сборки.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 5, распылительное устройство 630 может содержать корпус 640 инжектора, наружный колпак 632, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания, внутреннюю трубку 660 для предварительного смешивания, колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания, экран 629 пилотной трубки и центральный корпус в сборе 700. Корпус 640 инжектора может иметь заднюю часть 641 и переднюю часть 642.
Задняя часть 641 может иметь цилиндрическую форму и может быть полым цилиндром с «C»-, «U»- или «J»-образным сечением, вращаемым вокруг оси 797 сборки. Передняя часть 642 также может иметь основание цилиндрической формы и также может быть полым цилиндром. Передняя часть 642 также может иметь соосную полую цилиндрическую часть, проходящую в направлении назад от основания. Диаметр полой цилиндрической части может быть больше диаметра основания, образующего выточку для внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Передняя часть 642 также может иметь выточку для фиксирующего кольца 634, которое может быть использовано для крепления внутренней трубки 660 для предварительного смешивания к передней части 642. Передняя часть 642 также может иметь поверхность 649 корпуса инжектора. Поверхность 649 корпуса инжектора может быть кольцеобразной и может быть обращена в осевом направлении вперед, противоположно задней части 641. Передняя часть 642 и задняя часть 641 могут быть соединены металлургически, например, посредством пайки или сварки.
Первый первичный фитинг 651 для передачи топлива, второй первичный фитинг 652 для передачи топлива и вторичный фитинг 653 для передачи топлива могут быть цельными с задней частью 641 и могут быть расположены на противоположной стороне оси задней части 641 по отношению к передней части 642.
Распылительное устройство 630 также содержит первичный проход 643 для газа, впуски 658 первичного прохода, впуск 659 вторичного прохода и первичные каналы 646 корпуса для газа. Задняя часть 641 и передняя часть 642 могут быть соединены вместе с образованием первичного прохода 643 для газа. Первичный проход 643 для газа может представлять собой кольцеобразную полость, проходящую вокруг оси 797 сборки. В вариантах осуществления «C»-, «U»- или «J»-образное сечение задней части 641, вращаемое вокруг оси 797 сборки, может формировать первичный проход 643 для газа при прикреплении к передней части 642.
Распылительное устройство 630 может содержать впуск 658 первичного прохода, смежный с каждым первичным фитингом 651 для передачи топлива, например, первым первичным фитингом 651 для передачи топлива и вторым первичным фитингом 652 для передачи топлива. Впуск 658 первичного прохода может представлять собой проем, проходящий через задний конец задней части 641, который проходит до первичного прохода 643 для газа так, чтобы первичная трубка для газа, соединенная со смежным первичным фитингом 651 для передачи топлива, находилась в связи по текучей среде с первичным проходом 643 для газа. В изображенном варианте осуществления впуск 659 вторичного прохода представляет собой проем, проходящий через задний конец задней части 641, который проходит к первичному проходу 643 для газа так, чтобы вторичная трубка 603 находилась в связи по текучей среде с первичным проходом 643 для газа.
Первичные каналы 646 корпуса для газа могут проходить в осевом направлении через переднюю часть 642 от первичного прохода 643 для газа, чтобы обеспечить путь для первичного газообразного топлива в наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания. В вариантах осуществления, изображенных на фиг. 3—5, основное газообразное топливо подается в наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания в одном контуре для основного газообразного топлива. Контур для основного газообразного топлива содержит первичный фитинг 621 для газа, канал 614 впуска газа, первый первичный канал 615, второй первичный канал 616, вторичный канал 617, первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, вторичную трубку 603, первичный проход 643 для газа и первичные каналы 646 корпуса для газа.
Распылительное устройство также может содержать полость 650 стержня в распылительном устройстве, проем 655 для центрального корпуса и каналы 654 для подачи воздуха. Полость 650 стержня в распылительном устройстве может проходить через заднюю часть 641 и может быть полой частью с полой цилиндрической формой задней части 641. Проем 655 для центрального корпуса может быть соосным с передней частью 642 и может проходить через основание передней части 642 в осевом направлении. Каналы 654 для подачи воздуха также могут проходить через основание передней части 642 в осевом направлении. Каналы 654 для подачи воздуха могут быть расположены в радиальном направлении снаружи от оси 797 сборки и проема 655 для центрального корпуса и могут быть расположены в радиальном направлении внутри от внутренней поверхности полой цилиндрической части передней части 642.
Наружный колпак 632 может представлять собой выпуклый колпак, который прикреплен к корпусу 640 инжектора на наружной в радиальном направлении поверхности задней части 641. Наружный колпак 632 может иметь множество отверстий и каналов для одной или более топливных трубок 690, чтобы воздух, нагнетаемый компрессором, поступал в топливный инжектор 600.
Наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания соединен с корпусом 640 инжектора и расположен в радиальном направлении снаружи от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания может содержать цилиндр 671, торец 672 цилиндра и наружную поверхность 680 трубки для предварительного смешивания. Цилиндр 671 может содержать корпусную часть 674, цилиндрическую часть 675, лопатки 673, первичные каналы 676 лопаток для газа, первичные выпуски 677 для газа, вентиляционные каналы 678 для воздуха и вентиляционные выпуски 679 для воздуха. Корпусная часть 674 может иметь форму кольцеобразного диска. Цилиндрическая часть 675 может проходить в осевом направлении назад от корпусной части 674. В показанном варианте осуществления цилиндрическая часть 675 проходит от задней и внутренней в радиальном направлении части корпусной части 674. Цилиндрическая часть 675 может иметь форму полого цилиндра или цилиндрической трубки. Форма полого цилиндра или цилиндрической формы может быть конической или иметь коническую внутреннюю поверхность.
Лопатки 673 могут проходить в осевом направлении вперед от корпусной части 674. Лопатки 673 могут иметь клиновидную форму и могут иметь усеченный или удаленный кончик клина. Лопатки 673 могут иметь и другие формы, выполненные с возможностью направления и завихрения воздуха в канале 669 для предварительного смешивания.
Первичный канал 676 лопатки для газа может проходить в осевом направлении внутри каждой лопатки 673. Каждый первичный канал 676 лопатки для газа выровнен и находится в связи по текучей среде с первичным каналом 646 корпуса для газа. Первичные выпуски 677 для газа проходят от первичного канала 676 лопатки для газа и через лопатки 673. В изображенном варианте осуществления первичные выпуски 677 для газа проходят в поперечном направлении к первичным каналам 676 лопаток для газа так, чтобы первичное газообразное топливо выходило из первичных выпусков 677 для газа между смежными лопатками 673 в касательном направлении по отношению к оси 797 сборки и в канал 669 для предварительного смешивания. В изображенном варианте осуществления первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа являются частью контура для основного газообразного топлива.
Вентиляционный канал 678 для воздуха также может проходить в осевом направлении в каждой лопатке 673 и может быть расположен смежно с первичным каналом 676 лопатки для газа. Вентиляционные выпуски 679 для воздуха проходят от вентиляционных каналов 678 для воздуха через лопатки 673 и могут выходить из лопаток 673 на узком конце клинообразной формы, чтобы предотвратить образование на конце лопаток 673 карманов пониженного давления.
Торец 672 цилиндра может быть металлургически соединен с цилиндром 671 на заднем конце цилиндрической части 675, например, посредством сварки или пайки. Торец 672 цилиндра может иметь форму полого цилиндра или цилиндрической трубки, подобную форме цилиндрической части 675. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может быть металлургически соединен, например, посредством сварки или пайки, с задним концом торца 672 цилиндра на наружной поверхности торца 672 цилиндра. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может иметь «C»-, «U»- или «J»-образное сечение, вращаемое вокруг оси 797 сборки. Колпак 681 цилиндра для предварительного смешивания может создать воздушный карман или канал с торцом 672 цилиндра.
Наружная поверхность 680 трубки для предварительного смешивания может содержать внутренние в радиальном направлении цилиндрические поверхности цилиндра 671 и торец 672 цилиндра. При установке в распылительном устройстве 630 наружная поверхность 680 трубки для предварительного смешивания может быть расположена в радиальном направлении снаружи от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.
Как показано на фиг. 2, наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания может быть прикреплен к корпусу 640 инжектора крепежами 635. Лопатки 673 могут контактировать с поверхностью 649 корпуса инжектора, когда наружный цилиндр 670 для предварительного смешивания соединен с корпусом 640 инжектора.
Снова, как показано на фиг. 3 и фиг. 5, внутренняя трубка 660 для предварительного смешивания может быть присоединена к корпусу 640 инжектора и может иметь переходной конец 661, промежуточную трубку 662, торец 663 кончика, поверхность 665 кончика, а также внутреннюю поверхность 664 трубки для предварительного смешивания. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 3, переходной конец 661 представляет собой гиперболическую воронку, которая начинает переход от радиального направления к осевому направлению по отношению к оси 797 сборки.
Промежуточная трубка 662 может быть металлургически соединена с задним концом переходного конца 661, например, посредством сварки или пайки. В показанном варианте осуществления промежуточная трубка 662 продолжает форму гиперболической воронки переходного конца 661. В других вариантах осуществления промежуточная трубка 662 может быть усеченным конусом, воронкой или выполнена с сечением с изогнутыми наружной и внутренней поверхностями, вращаемыми вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.
Торец 663 кончика может быть металлургически соединен с задним концом промежуточной трубки 662 дистально к переходному концу 661. Поверхность 665 кончика проходит в радиальном направлении внутрь от торца 663 кончика и может быть цельной с торцом 663 кончика. Поверхность 665 кончика может проходить и сужаться внутрь от торца 663 кончика к проему 666 кончика, при этом поверхность 665 кончика шире в радиальном направлении на торце 663 кончика и уже в радиальном направлении на проеме 666 кончика. Поверхность 665 кончика может проходить под углом относительно радиального направления 896 оси сборки. Поверхность 665 кончика может содержать проем 857 распылителя для обеспечения проема для распылителя в сборе 850. Проем 857 распылителя может иметь цилиндрическую форму или может иметь коническую форму с удаленной вершиной, например, форму усеченного конуса. Проем 666 кончика может иметь форму кольцеобразного диска, который образован торцом 663 кончика.
Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания составляет по меньшей мере часть наружной поверхности внутренней трубки 660 для предварительного смешивания. Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания может быть поверхностью, вращающейся вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания, которая переходит от радиальной поверхности или кольцеобразной поверхности в окружающую или цилиндрическую поверхность. В изображенном варианте осуществления внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания является гиперболической воронкой или сегментом псевдосферы. В других вариантах осуществления радиальная поверхность может переходить в цилиндрическую поверхность с комбинацией линейных сегментов или кривых, вращаемых вокруг оси внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.
Внутренняя поверхность 664 трубки для предварительного смешивания расположена на расстоянии от наружной поверхности 680 трубки для предварительного смешивания, образующей канал 669 для предварительного смешивания между ними. Канал 669 для предварительного смешивания может быть кольцеобразным каналом. Воздух, нагнетаемый компрессором, может поступать в канал 669 для предварительного смешивания между лопатками 673 и может смешиваться с газообразным топливом, выходящим из первичных выпусков 677 для газа. Канал 669 для предварительного смешивания может направлять топливовоздушную смесь в камеру 390 сгорания для сжигания.
Трубка 608 для пилотной жидкости может содержать кончик 609 пилотной трубки. Кончик 609 пилотной трубки может быть отдельным распылителем и может быть частью контура для пилотного жидкого топлива. Кончик 609 пилотной трубки может иметь конфигурацию, образующую завихрение под давлением, или конфигурацию с прямым отверстием. Экран 629 пилотной трубки может иметь осевую часть, расположенную в радиальном направлении от центрального корпуса в сборе 700 и выполненную с возможностью защиты кончика 609 пилотной трубки.
Центральный корпус в сборе 700 может быть расположен в радиальном направлении внутри от внутренней трубки 660 для предварительного смешивания и от корпуса 640 инжектора. Центральный корпус в сборе 700 также может быть смежным в осевом направлении с трубчатым стержнем 604 и может быть металлургически соединен, например, посредством пайки или сварки, с трубчатым стержнем 604.
Как показано на фиг. 5, центральный корпус в сборе 700 может содержать центральный корпус 710 и основную сборку 870 для жидкости. Центральный корпус 710 может быть смежным с трубчатым стержнем 604. Основная сборка 870 для жидкости может быть расположена на конце центрального корпуса 710 напротив трубчатого стержня 604. Основная сборка 870 для жидкости также проходит от конца центрального корпуса 710. Основная сборка 870 для жидкости содержит основной корпус 871 для жидкости, основной фланец 872 для жидкости и проход 880 для жидкости. Основной фланец 872 для жидкости проходит в радиальном направлении наружу от основного корпуса 871 для жидкости и является смежным с торцом 663 кончика внутренней трубки 660 для предварительного смешивания.
Центральный корпус 710 содержит задний пилотный канал 716, патрубок 725 для пилотного газа и впуск 719 для пилотного газа. Задний пилотный канал 716 может быть выточкой, которая проходит в осевом направлении в центральный корпус 710 по отношению к оси 797 сборки. Патрубок 725 для пилотного газа находится в связи по текучей среде с каналом 625 для пилотного газа и может проходить в осевом направлении в центральный корпус 710 в радиальном направлении смежно с задним пилотным каналом 716. Впуск 719 для пилотного газа соединяет патрубок 725 для пилотного газа с задним пилотным каналом 716 и может проходить в радиальном направлении между патрубком 725 для пилотного газа и задним пилотным каналом 716. Фитинг 691 для пилотного газа, канал 625 для пилотного газа, патрубок 725 для пилотного газа и впуск 719 для пилотного газа образуют контур для пилотного газообразного топлива для подачи пилотного газообразного топлива в задний пилотный канал 716 для направления пилотного газообразного топлива из проема 666 кончика для сжигания.
Как показано на фиг. 3, центральный корпус 710 также содержит патрубок 722 трубки для жидкости и первичный канал 721 для жидкости. Патрубок 722 трубки для жидкости находится в связи по текучей среде с трубкой 607 для основной жидкости. Патрубок 722 трубки для жидкости может проходить в осевом направлении в конец 711 центрального корпуса 710, показанный на фиг. 9–10, причем конец 711 центрального корпуса 710 предназначен для размещения со стороны основания передней части 642 корпуса 640 инжектора. Первичный канал 721 для жидкости находится в связи по текучей среде с патрубком трубки 722 для жидкости. Первичный канал 721 для жидкости проходит от патрубка 722 трубки для жидкости к основному патрубку 823 для жидкости через центральный корпус 710 для доставки основного жидкого топлива в проход 880 для жидкости, показанный на фиг. 9–10. Фитинг 627 для основной жидкости, трубка 607 для основной жидкости, патрубок 722 трубки для жидкости и первичный канал 721 для жидкости образуют контур для основного жидкого топлива для подачи основного жидкого топлива от фитинга 627 для основной жидкости в проход 880 для жидкости. Проход 880 для жидкости находится в связи по текучей среде с распылителем в сборе 850 через первый основной канал 875 для жидкости и второй основной канал 879 для жидкости. Основное жидкое топливо распыляется и распределяется распылителем в сборе 850 для сгорания.
На фиг. 6 представлен вид в разрезе альтернативного варианта осуществления топливного инжектора по фиг. 2. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, первая первичная трубка 601 и вторая первичная трубка 602 образуют часть первичного контура для газообразного топлива, тогда как вторичная трубка 603 образует часть вторичного контура для газообразного топлива.
Первичный фитинг 621 для газа находится в связи по текучей среде с первой первичной трубкой 601 и второй первичной трубкой 602. Первичный фитинг 621 для газа не находится в связи по текучей среде со вторичной трубкой 603. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, фланец в сборе 610 содержит вторичный фитинг 623 для газа, который находится в связи по текучей среде со вторичным каналом 617 и вторичной трубкой 603. Фланец в сборе 610 может содержать вторичный канал 692 впуска газа, который соединяет по текучей среде вторичный фитинг 623 для газа со вторичным каналом 617. Распределительный блок 612 может быть выполнен с возможностью изоляции вторичного фитинга 623 для газа и вторичной трубки 603 от первичного фитинга 621 для газа, первой первичной трубки 601 и второй первичной трубки 602.
Полость 622 стержня, трубчатый стержень 604, фитинг 627 для основной жидкости, фитинг 628 для пилотной жидкости, фитинг 691 для пилотного газа и свои соответствующие признаки могут быть одинаковыми или подобными тем, что были описаны выше в отношении предыдущего варианта осуществления.
На фиг. 7 представлен вид в разрезе распылительного устройства 630 по фиг. 6. На фиг. 8 представлен вид в разрезе части распылительного устройства 630 по фиг. 6. Как показано на фиг. 6–8, распылительное устройство 630 в данном варианте осуществления содержит первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа. Первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа могут быть смежными с кольцеобразными полостями. Как показано, первичный проход 643 для газа и вторичный проход 644 для газа могут находиться на расстоянии в радиальном направлении, где один находится в радиальном направлении внутри от другого.
Вариант осуществления по фиг. 6–8 также содержит впуски 658 первичного прохода (показано на фиг. 8), первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа. Впуск 658 первичного прохода расположен между первой первичной трубкой 601 и первичным проходом 643 для газа и между второй первичной трубкой 602 и первичным проходом 643 для газа. Первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа могут быть одинаковыми или подобными тем, что описаны в сочетании с предыдущим вариантом осуществления.
Первичный контур для газообразного топлива содержит первичный фитинг 621 для газа, первую первичную трубку 601, вторую первичную трубку 602, первичный проход 643 для газа, первичные каналы 646 корпуса для газа, первичные каналы 676 лопаток для газа и первичные выпуски 677 для газа. Каждая из первой первичной трубки 601 и второй первичной трубки 602 находится в связи по текучей среде с первичным фитингом 621 для газа и первичным проходом 643 для газа. Первичный проход 643 для газа находится в связи по текучей среде с первичными каналами 646 корпуса для газа, первичными каналами 676 лопаток для газа и первичными выпусками 677 для газа. Первичный контур для газообразного топлива выполнен с возможностью доставки основного газообразного топлива от первичного фитинга 621 для газа в канал 669 для предварительного смешивания через первичные выпуски 677 для газа.
Варианты осуществления по фиг. 6–8 также содержат впуск 659 вторичного прохода (показано на фиг. 6 и фиг. 7), вторичные выпуски 648 для газа и вторичные каналы 647 для газа. Впуск 659 вторичного прохода расположен между вторичной трубкой 603 и вторичным проходом 644 для газа. Каждый вторичный выпуск 648 для газа может быть расположен на поверхности 649 корпуса инжектора между смежными лопатками 673. Вторичные выпуски 648 для газа могут быть выполнены с возможностью направления основного газообразного топлива между лопатками 673 в осевом направлении. Каждый вторичный выпуск 648 для газа может проходить в переднюю часть 642 от поверхности 649 корпуса инжектора. Вторичные выпуски 648 для газа могут быть равномерно разнесены в направлении по окружности, так что вторичный выпуск 648 для газа расположен между каждым набором смежных лопаток 673.
Каждый вторичный канал 647 для газа проходит через переднюю часть 642 от вторичного выпуска 648 для газа к вторичному проходу 644 для газа для соединения вторичного выпуска 648 для газа со вторичным проходом 644 для газа. В вариантах осуществления каждый вторичный канал 647 для газа проходит в осевом направлении назад и в радиальном направлении наружу от вторичного прохода 644 для газа к вторичным выпускам 648 для газа.
Вторичный контур для газообразного топлива содержит вторичный фитинг 623 для газа, вторичную трубку 603, вторичный проход 644 для газа, вторичные каналы 647 для газа и вторичные выпуски 648 для газа. Вторичный контур для газообразного топлива выполнен с возможностью доставки основного газообразного топлива от вторичного фитинга 623 для газа в канал 669 для предварительного смешивания через вторичные выпуски 648 для газа.
На фиг. 9 представлен вид в разрезе центрального корпуса в сборе 700 по фиг. 2–8. На фиг. 10 представлен вид в разрезе в разобранном виде центрального корпуса в сборе 700 по фиг. 9. Как показано на фиг. 9 и фиг. 10, центральный корпус 710 может содержать конец 711, предназначенный для размещения со стороны основания передней части 642 корпуса 640 инжектора, среднюю часть 712, конец 813, расположенный со стороны основной сборки 870 для жидкости, и соединитель 714 стержня. Конец 711 может иметь цилиндрическую форму и может иметь фланец по отношению к средней части 712. Средняя часть 712 проходит между концом 711 и концом 813 и может сужаться от конца 711 к концу 813. Конец 813 является дистальным по отношению к концу 711 и может иметь фланец по отношению к средней части 712. Соединитель 714 стержня может иметь полую цилиндрическую форму и может проходить от конца 711 в направлении, противоположном концу 813. Соединитель 714 стержня может быть использован для соединения центрального корпуса 710 с трубчатым стержнем 604. В некоторых вариантах осуществления соединитель 714 стержня также может быть выточкой, которая проходит в конце 711 и принимает часть трубчатого стержня 604.
Центральный корпус 710 также содержит задний пилотный канал 716, основной патрубок 823 для жидкости, передний пилотный канал 717, внутренний фланец 715 и пилотный трубчатый канал 718. Задний пилотный канал 716 может проходить от конца 711 и в среднюю часть 712. Задний пилотный канал 716 может проходить от соединителя 714 стержня к внутреннему фланцу 715. Основной патрубок 823 для жидкости проходит в конец 813. Основной патрубок 823 для жидкости может быть концентрическим с концом 813. Основной патрубок 823 для жидкости может быть выточкой, которая выполнена с возможностью приема основной сборки 870 для жидкости. Передний пилотный канал 717 может проходить от основного патрубка 823 для жидкости к внутреннему фланцу 715. Основной патрубок 823 для жидкости может содержать поверхность 824 основного патрубка для жидкости, которая представляет собой нижнюю поверхность основного патрубка 823 для жидкости. Поверхность 824 основного патрубка для жидкости может иметь форму кольца.
Внутренний фланец 715 может проходить в радиальном направлении внутрь от средней части 712. Внутренний фланец 715 может быть полым цилиндром и может формировать пилотный трубчатый канал 718. Пилотный трубчатый канал 718 может соединять задний пилотный канал 716 с передним пилотным каналом 717. Пилотный трубчатый канал может находиться в связи по текучей среде с задним пилотным каналом 716 и может находиться в связи по текучей среде с передним пилотным каналом 717. Центральный корпус 710 может также содержать пилотные впуски 720 для воздуха, проходящие через среднюю часть 712 к переднему пилотному каналу 717. Пилотные впуски 720 для воздуха могут обеспечить попадание воздуха, нагнетаемого компрессором, в передний пилотный канал 717 и смешать его с газообразным топливом перед направлением в камеру 390 сгорания.
Впуск 719 для пилотного газа, задний пилотный канал 716, пилотный трубчатый канал 718 и передний пилотный канал 717 также могут формировать часть контура для пилотного газообразного топлива.
Узел пилотного впрыска может содержать задний пилотный канал 716, пилотный трубчатый канал 718, передний пилотный канал 717, патрубок 725 для пилотного газа и впуски 270 для пилотного газа. Узел пилотного впрыска может находиться в связи по текучей среде с каналом 625 для пилотного газа. Узел пилотного впрыска, например, может представлять собой узел пилотного впрыска, предназначенный для направления пилотного топлива через центральный корпус 710.
Основная сборка 870 для жидкости может содержать фланец 869 основания, основание 874, основной корпус 871 для жидкости, основной фланец 872 для жидкости, поверхность 868 основного корпуса для жидкости, основной канал 876 для жидкости распылителя и основной кончик 873 для жидкости. Фланец 869 основания проходит от основания 874 в направлении конца 711 и смежный с основным патрубком 823 для жидкости, для присоединения основной сборки 870 для жидкости к центральному корпусу 710. Фланец 869 основания может иметь форму полого цилиндра и может иметь наружный диаметр, который меньше, чем наружный диаметр основания 874. Фланец 869 основания может иметь такие размеры, чтобы входить в передний пилотный канал 717 так, чтобы основание 874 могло примыкать к концу 813 внутри основного патрубка 823 для жидкости, смежного с передним пилотным каналом 717.
Основание 874 расположено в основном патрубке 823 для жидкости и примыкает к поверхности 824 основного патрубка для жидкости. Основание 874 может быть смежным с основным корпусом 871 для жидкости и может иметь размеры, соотносительные с основным патрубком 823 для жидкости. Основная сборка 870 для жидкости и центральный корпус 710 могут быть соединены у основания 874 и основного патрубка 823 для жидкости. Основание 874 может быть расположено в основном патрубке 823 для жидкости и может примыкать к поверхности 824 основного патрубка для жидкости.
Основной корпус 871 для жидкости является смежным с основанием 874. Основной корпус 871 для жидкости может сужаться вдоль наружной кромки по мере его прохождения от основания 874. Основной корпус 871 для жидкости может сужаться вдоль поверхности 868 основного корпуса для жидкости от основного фланца 872 для жидкости к основному кончику 873 для жидкости. Основной корпус 871 для жидкости может иметь форму поперечного сечения, которая образована за счет вращения, осуществляемого вокруг оси 797 сборки.
Основной фланец 872 для жидкости является смежным с основным корпусом 871 для жидкости. Основной фланец 872 для жидкости может проходить наружу от основного корпуса 871 для жидкости для размещения центрального корпуса в сборе 700 по отношению к внутренней трубке 660 для предварительного смешивания топливного инжектора 600.
Поверхность, созданная основным корпусом 871 для жидкости и основным фланцем 872 для жидкости, ближайшая к поверхности 665 кончика, представляет собой поверхность 868 основного корпуса для жидкости. Поверхность 868 основного корпуса для жидкости может иметь форму, параллельную поверхности 665 кончика. Поверхность 868 основного корпуса для жидкости может проходить под углом относительно радиального направления 896 оси сборки.
Основной корпус 871 для жидкости может содержать основной канал 876 для жидкости распылителя, который проходит от поверхности 868 основного корпуса для жидкости внутрь к основному корпусу 871 для жидкости. Основной канал 876 для жидкости распылителя может образовывать выточку, которая проходит в осевом направлении от поверхности 868 основного корпуса для жидкости внутрь ко второму основному каналу 879 для жидкости. Основной канал 876 для жидкости распылителя может образовывать выточку, перпендикулярную поверхности 868 основного корпуса для жидкости, которая имеет подходящий размер для вмещения распылителя в сборе 850. Распылитель в сборе 850 может быть прикреплен к основному каналу 876 для жидкости распылителя, расположенного в основном корпусе 871 для жидкости. Основной канал 876 для жидкости распылителя может также представлять собой выточку вкладыша 858 распылителя, который может использоваться для прикрепления распылителя в сборе 850 к основному корпусу 871 для жидкости.
Основной кончик 873 для жидкости проходит от основного корпуса 871 для жидкости дистально к фланцу 869 основания. Основной кончик 873 для жидкости может иметь форму кольца.
Основная сборка 870 для жидкости может дополнительно представлять собой основной канал 877 для жидкости с поверхностью 878 основного канала для жидкости.
Основной канал 877 для жидкости может проходить от фланца 869 основания к основному кончику 873 для жидкости. Основной канал 877 для жидкости может находиться в связи по текучей среде с передним пилотным каналом 717. Основной канал 877 для жидкости может иметь цилиндрическую форму. Цилиндрическая форма может быть сужающейся или иметь сужающуюся поверхность 878 основного канала для жидкости. Основной канал 877 для жидкости альтернативно может иметь форму усеченного конуса, в котором основной канал 877 для жидкости шире около фланца 869 основания, чем около основного кончика 873 для жидкости. Основной канал 877 для жидкости может обеспечить поступление смеси воздуха, нагнетаемого компрессором, и газообразного пилотного воздуха в камеру 390 сгорания газотурбинного двигателя. Основной канал 877 для жидкости может направлять смесь пилотного газообразного топлива и воздуха, нагнетаемого компрессором, от переднего пилотного канала 717 к камере 390 сгорания через проем 666 кончика.
Поверхность 878 основного канала для жидкости может представлять собой поверхность основного канала 877 для жидкости. Поверхность 878 основного канала для жидкости может очерчивать форму основного канала 877 для жидкости. Основной канал 877 для жидкости может иметь цилиндрическую форму. Цилиндрическая форма может быть сужающейся.
Проход 880 для жидкости выровнен и находится в связи по текучей среде с первичным каналом 721 для жидкости. Проход 880 для жидкости предусматривает канал, расположенный на основании 874, проходящий вокруг основания 874 и примыкающий к поверхности 824 основного патрубка для жидкости, смежный с основным патрубком 823 для жидкости. Как показано на фиг. 9–10, проход 880 для жидкости может представлять собой кольцеобразный вырез, который проходит внутри и вокруг основания 874. В одном варианте осуществления проход 880 для жидкости может иметь площадь поперечного сечения, которая уменьшается в размере или сужается от места, смежного с первичным каналом 721 для жидкости, до меньшей площади поперечного сечения по мере его прохождения дальше от первичного канала для жидкости 721. Проход 880 для жидкости может иметь постоянную форму поперечного сечения, которая образована за счет вращения, осуществляемого вокруг оси 797 сборки. Проход 880 для жидкости может сужаться в радиальном направлении относительно оси 797 сборки.
Основная сборка 870 для жидкости может дополнительно содержать первый основной канал 875 для жидкости, второй основной канал 879 для жидкости и распылитель в сборе 850.
Как показано на фиг. 9, первый основной канал 875 для жидкости находится в связи по текучей среде с проходом 880 для жидкости. Первый основной канал 875 для жидкости может находиться в связи по текучей среде между проходом 880 для жидкости и вторым основным каналом 879 для жидкости. Первый основной канал 875 для жидкости может представлять собой полую полость цилиндрической формы, которая проходит в осевом направлении в основании 874 и основном корпусе 871 для жидкости. Первый основной канал 875 для жидкости может альтернативно представлять собой канал, который проходит от прохода 880 для жидкости через основание 874 в основной корпус 871 для жидкости и находится в связи по текучей среде со вторым основным каналом 879 для жидкости.
Второй основной канал 879 для жидкости находится в связи по текучей среде с первым основным каналом 875 для жидкости. Второй основной канал 879 для жидкости может находиться в связи по текучей среде между первым основным каналом 875 для жидкости и распылителем в сборе 850. Второй основной канал 879 для жидкости может проходить от первого основного канала 875 для жидкости к впуску 851 распылителя. Второй основной канал 879 для жидкости может представлять собой канал, проходящий через основной корпус 871 для жидкости, который проходит в радиальном направлении от оси 859 распылителя.
Распылитель в сборе 850 может содержать впуск 851 распылителя, канал 852 распылителя, выпуск 853 распылителя, фланец 854 распылителя, вкладыш 858 распылителя, корпус 855 распылителя, кончик 856 распылителя и ось 859 распылителя. Распылитель в сборе 850 находится в связи по текучей среде со вторым основным каналом 879 для жидкости. Распылитель в сборе 850 может иметь конфигурацию, образующую завихрение под давлением, или конфигурацию с прямым отверстием. Распылитель в сборе 850, например, может представлять собой распылитель в сборе 850, предназначенный для обеспечения распыления основного жидкого топлива для сгорания при его поступлении в камеру 390 сгорания (см. фиг. 1). Распылитель в сборе 850 может быть соединен с основным корпусом 871 для жидкости таким образом, что распылитель в сборе 850 расположен под углом относительно оси 797 сборки. Распылитель в сборе 850 может быть соединен с основным корпусом 871 для жидкости таким образом, что распылитель в сборе 850 расположен параллельно относительно оси 797 сборки. В собранном состоянии распылитель в сборе 850 может выступать через проем 857 распылителя в поверхности 665 кончика.
Впуск 851 распылителя может находиться в связи по текучей среде со вторым основным каналом 879 для жидкости. Впуск 851 распылителя может проходить от второго основного канала для жидкости и присоединяться к каналу 852 распылителя, противоположному второму основному каналу 879 для жидкости. Впуск 851 распылителя может проходить в радиальном направлении от оси 859 распылителя. Впуск 851 распылителя может представлять собой фаску относительно канала 852 распылителя, таким образом, впуск 851 распылителя шире около второго основного канала 879 для жидкости и уже около канала 852 распылителя. Впуск 851 распылителя может иметь форму усеченного конуса.
Канал 852 распылителя может находиться в связи по текучей среде с впуском 851 распылителя. Канал 852 распылителя может проходить от впуска 851 распылителя и присоединяться к выпуску 853 распылителя, противоположному впуску 851 распылителя. Канал 852 распылителя обеспечивает доставку жидкого топлива от впуска 851 распылителя к камере 390 сгорания. Канал 852 распылителя может проходить в радиальном направлении от оси 859 распылителя между впуском 851 распылителя и выпуском 853 распылителя и может иметь цилиндрическую форму.
Выпуск 853 распылителя может быть дистальным по отношению к впуску 851 распылителя и может представлять собой выпуск для жидкого топлива, доставляемого посредством канала 852 распылителя. Выпуск 853 распылителя может проходить в радиальном направлении от оси 859 распылителя.
Фланец 854 распылителя может проходить в радиальном направлении от канала 852 распылителя, смежно с впуском 851 распылителя и проходить в осевом направлении в корпус 855 распылителя. В собранном состоянии фланец 854 распылителя может присоединяться к основному корпусу 871 для жидкости или соединяться с ним внутри основного канала 876 для жидкости распылителя. Фланец 854 распылителя может иметь форму полого цилиндра с полостью, имеющей форму усеченного конуса, образуя впуск 851 распылителя.
Вкладыш 858 распылителя может быть расположен смежно с верхней частью фланца 854 распылителя. Вкладыш 858 распылителя может окружать корпус 855 распылителя и иметь форму кольца. Вкладыш 858 распылителя может использоваться для прикрепления распылителя в сборе 850 к основному корпусу 871 для жидкости внутри основного канала 876 для жидкости распылителя. Вкладыш 858 распылителя может быть расположен параллельно поверхности 868 основного корпуса для жидкости. Вкладыш 858 распылителя может представлять собой пустое пространство.
Корпус 855 распылителя может проходить в радиальном направлении от канала 852 распылителя и проходить от фланца 854 распылителя и к основному кончику 873 для жидкости. В собранном состоянии корпус 855 распылителя может проходить до проема 857 распылителя или через него в поверхности 665 кончика. Корпус 855 распылителя может иметь форму полого цилиндра.
Кончик 856 распылителя может проходить от корпуса 855 распылителя в направлении выпуска 853 распылителя. Кончик 856 распылителя может проходить до проема 857 распылителя или через него в поверхности 665 кончика. Кончик 856 распылителя может иметь форму полого цилиндра. Кончик 856 распылителя может проходить в радиальном направлении от канала 852 распылителя и иметь форму усеченного конуса с каналом, проходящим через центр.
Основная сборка для жидкости может дополнительно содержать поверхность 867 основного фланца для жидкости, воздушный канал 841 основного фланца для жидкости и воздушный канал 842 кромки основного фланца для жидкости. Поверхность 867 основного фланца для жидкости может предусматривать поверхность основного фланца 872 для жидкости, обращенную к основанию 874 и обращенную в противоположном направлении поверхности 868 основного корпуса для жидкости. Поверхность 867 основного фланца для жидкости может иметь форму, параллельную поверхности 868 основного корпуса для жидкости.
Воздушный канал 841 основного фланца для жидкости может представлять собой канал, входящий в поверхность 867 основного фланца для жидкости, проходящий через основной фланец 872 для жидкости и выходящий на поверхности 868 основного корпуса для жидкости. Воздушный канал 841 основного фланца для жидкости может быть расположен перпендикулярно поверхности 867 основного фланца для жидкости. Воздушный канал 841 основного фланца для жидкости может использоваться для подачи воздуха, нагнетаемого компрессором, из воздушного тракта 699, чтобы способствовать обеспечению перемещения жидкого топлива из распылителя в сборе 850.
Воздушный канал 842 кромки основного фланца для жидкости может представлять собой канал вдоль основного фланца 872 для жидкости, расположенный в месте, где основной фланец 872 для жидкости является смежным с внутренней поверхностью торца 663 кончика. Воздушный канал 842 кромки основного фланца для жидкости может представлять собой зазор в форме кольца вдоль основного фланца 872 для жидкости, расположенный в месте, где основной фланец 872 для жидкости является смежным с внутренней поверхностью торца 663 кончика. Воздушный канал 842 кромки основного фланца для жидкости может использоваться для подачи воздуха, нагнетаемого компрессором, из воздушного тракта 699, чтобы способствовать обеспечению перемещения жидкого топлива из распылителя в сборе 850.
Количество распылителей в сборе 850 может быть выбрано для подачи необходимого объема распыленного топлива в камеру 390 сгорания. В вариантах осуществления основная сборка для жидкости может содержать несколько распылителей в сборе 850 для обеспечения необходимого объема топлива для сгорания.
На фиг. 11 представлен вид в изометрии части распылительного устройства 630 согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8; В одном варианте осуществления основная сборка 870 для жидкости содержит четыре распылителя в сборе 850, в которых кончики 856 распылителя выступают из проемов 857 распылителя в поверхности 665 кончика. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 11, показаны проем 666 кончика, основной кончик 873 для жидкости и экран 629 пилотной трубки.
Контур для основного жидкого топлива может также содержать проход 880 для жидкости, первый основной канал 875 для жидкости, второй основной канал 879 для жидкости и распылитель в сборе 850.
Тогда как варианты осуществления центрального корпуса в сборе 700 предусматривают центральный корпус 710 и основную сборку 870 для жидкости в виде отдельных компонентов, которые соединены вместе, например, с помощью металлургического связывания, некоторые варианты осуществления предусматривают два или более компонентов центрального корпуса в сборе 700 в виде цельного элемента. Такой цельный элемент может быть образован посредством аддитивного производства или подобного производственного процесса.
Проходы, каналы, полости, отверстия и другие подобные элементы, описанные в данном документе, образованы в одном из фланца в сборе 610, трубчатого стержня 604 или распылительного устройства 630, например, посредством литья или процесса машинной обработки. Проходы, каналы, полости, отверстия и другие подобные элементы определяются компонентом, через который они проходят.
Промышленная применимость
Газотурбинные двигатели могут подходить для различных промышленных применений, например, различных аспектов нефтегазовой отрасли (включающих передачу, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), энергетической промышленности, отрасли производства электрической и тепловой энергии, аэрокосмической отрасли и других транспортных отраслей.
Как показано на фиг. 1, газ (как правило, воздух 10) поступает на впуск 110 как «рабочее вещество» и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочее вещество нагнетается по пути 115 кольцевого потока посредством ряда дисков компрессора в сборе 220. В частности, воздух 10 нагнетается в пронумерованных «ступенях», при этом ступени связаны с каждым диском компрессора в сборе 220. Например, «воздух 4-й ступени» может быть связан с 4-м диском компрессора в сборе 220 в расположенном ниже по потоку или «заднем» направлении, проходящем от впуска 110 к выпуску 500 для отработавших газов. Подобным образом, каждый диск турбины в сборе 420 может быть связан с пронумерованной ступенью.
После нагнетания воздух 10 покидает компрессор 200, он попадает в отсек 300 сгорания, где он распыляется и добавляется топливо, например, жидкое топливо или газообразное топливо. Воздух 10 и топливо впрыскиваются в камеру 390 сгорания через топливный инжектор 600 и сжигаются. Энергию получают от реакции сгорания через турбину 400 посредством каждой ступени ряда дисков турбины в сборе 420. Отработавшие газы 90 могут быть затем заторможены в диффузоре 510 отработавших газов, собраны и перенаправлены. Отработавшие газы 90 покидают систему через коллектор 520 отработавших газов и могут быть дополнительно обработаны (например, чтобы снизить выбросы вредных веществ и/или чтобы рекуперировать тепло от отработавших газов 90).
Топливо, проходящее через трубку в топливном инжекторе 600, может вызвать изменение температуры в трубке и может вызвать расширение или сжатие трубки. В варианте осуществления, описанном на фиг. 3–5, топливный инжектор 600 выполнен с возможностью предоставления одного первичного контура для газообразного топлива, который делит один источник основного газообразного топлива на три параллельных пути, которые направляют основное газообразное топливо в первичный проход 643 для газа. В изображенном варианте осуществления распределительный блок 612 разделен на первый первичный канал 615, который направляет топливо в первую первичную трубку 601, второй первичный канал 616, который направляет топливо во вторую первичную трубку 602, и вторичный канал 617, который направляет топливо во вторичную трубку 603.
Благодаря разделению топлива на три пути в распределительном блоке 612, основное газообразное топливо может равномерно подаваться в каждую трубку и может обеспечивать подобные градиенты температуры в каждой трубке, что приводит к одинаковому термическому расширению в каждой трубке. Достижение одинакового термического расширения в каждой из трубок может предотвратить, помимо прочего, механическую деформацию одной или более трубок и может предотвратить отклонение распылительного устройства 630.
В варианте осуществления, описанном на фиг. 6–8, основное газообразное топливо подается посредством сдвоенных контуров для основного газообразного топлива, таких как первичный контур для газообразного топлива и вторичный контур для газообразного топлива. В изображенном варианте осуществления первичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо в канал 669 для предварительного смешивания через лопатки 673, и вторичный контур для газообразного топлива впрыскивает основное газообразное топливо в канал 669 для предварительного смешивания через заднюю плоскость корпуса 640 инжектора на поверхности 649 корпуса инжектора.
Сдвоенные контуры для основного газообразного топлива могут минимизировать требования к давлению топлива в рабочем диапазоне газотурбинного двигателя и могут обеспечить надежный контроль за подачей основного газообразного топлива в канал 669 для предварительного смешивания для сжигания предварительно смешанной обедненной смеси. Такой надежный контроль может обеспечить соответствие обязательствам по выбросам как для топлива с низкой теплотворной способностью, такого как топливо на основе гидрокарбоната с низким числом Воббе, так и для топлива с высокой теплотворной способностью, такого как природный газ, с помощью того же оборудования.
Когда газотурбинный двигатель 100 работает на видах газообразного топлива с низкой теплотворной способностью, таких как виды газообразного топлива с числом Воббе 450–750, как первичный, так и вторичный контуры для основного газообразного топлива могут подавать топливо в канал 669 для предварительного смешивания по всему рабочему диапазону, включающему разжигание, разгон до незагруженного состояния и полный диапазон нагрузки от незагруженного состояния до полной нагрузки. Контур для пилотного газообразного топлива также может подавать газообразное топливо для сгорания в течение всего рабочего диапазона. В вариантах осуществления процентное содержание потока топлива, подаваемого через вторичный контур для основного газообразного топлива может оставаться постоянным, тогда как уровень потока топлива в процентах, подаваемого через первичный контур для основного газообразного топлива и через контур для пилотного газообразного топлива, может меняться в зависимости от условий работы и требований соответствия обязательствам по выбросам.
Когда газотурбинный двигатель 100 работает на видах газообразного топлива с высокой теплотворной способностью, таких как виды газообразного топлива с числом Воббе 750–1320, вторичный контур для основного газообразного топлива и контур для пилотного газообразного топлива могут обеспечивать газообразное топливо для режимов с более низким потоком, например, зажигание, незагруженное состояние, и до предварительно заданного уровня нагрузки в процентах. Первичный контур для основного газообразного топлива также может предоставлять газообразное топливо с помощью вторичного контура для основного газообразного топлива и контура для пилотного газообразного топлива для режимов с более высоким потоком, например, от предварительно заданного уровня в процентах до полной нагрузки. Подача газообразного топлива для режимов с более низким потоком только через вторичный контур для основного газообразного топлива и контур для пилотного газообразного топлива может помочь контролировать перепады давления во вторичном контуре для основного газообразного топлива при режимах с более низким потоком топлива. Подача газообразного топлива через первичный контур для основного газообразного топлива и вторичный контур для основного газообразного топлива при режимах с более высоким потоком топлива может помочь контролировать перепады давления при более высоких потоках топлива и может использовать подходящий профиль смесеобразования в канале 669 для предварительного смешивания, чтобы обеспечить соответствие обязательствам по выбросам.
Центральный корпус в сборе 700 выполнен с возможностью впрыска потока распыленного жидкого топлива в камеру 390 сгорания. На фиг. 12 представлен вид в разрезе части распылительного устройства 630 согласно вариантам осуществления по фиг. 2–8. Как показано основными опорными линиями 899 на фиг. 12, поток жидкого топлива может выходить из канала 852 распылителя на выпуске 853 распылителя и образовывать поток конической формы. Поверхность 665 кончика и поверхность 868 основного корпуса для жидкости могут проходить под углом относительно радиального направления 896 оси сборки, чтобы способствовать управлению величиной потока воздуха, окружающего распылитель в сборе 850. Форма проема 857 распылителя может быть выбрана, чтобы способствовать управлению величиной потока воздуха, окружающего распылитель в сборе 850. Распылитель в сборе 850 может быть расположен под углом относительно оси 797 сборки, чтобы способствовать улучшению сгорания и уменьшению дыма.
Центральный корпус в сборе 700 также может быть выполнен с возможностью поддерживания почти постоянной скорости жидкости вокруг прохода 880 для жидкости. Площадь поперечного сечения прохода 880 для жидкости может уменьшаться в размере, начиная от первичного канала 721 для жидкости, и уменьшаться в размере по мере прохождения прохода 880 для жидкости дальше от первичного канала 721 для жидкости. Такое уменьшение площади поперечного сечения может иметь постоянное сужение или может меняться вдоль длины прохода 880 для жидкости. Например, сужение между секциями может быть выполнено так, чтобы скорость жидкости в проходе 880 для жидкости была одинаковой на впуске каждого первого основного канала 875 для жидкости. Уменьшение площади поперечного сечения прохода 880 для жидкости может гарантировать, что на пути потока не будет никаких неожиданных выступов. Уменьшение площади поперечного сечения прохода 880 для жидкости также может способствовать равномерной подаче жидкого топлива к первым основным каналам 875 для жидкости и способствовать равномерному распределению жидкого топлива.
Уменьшение площади поперечного сечения прохода 880 для жидкости также может поддерживать скорость жидкого топлива выше порогового значение для предотвращения слишком большей теплопередачи к жидкому топливу, что может привести к коксованию жидкого топлива.
Снова, как показано на фиг. 12, кончик 609 пилотной трубки может впрыскивать пилотное жидкое топливо в камеру 390 сгорания конусообразно, как показано пилотными опорными линиями 798. Коническое распространение пилотного жидкого топлива может находиться между коническими распространениями, как показано основными опорными линиями 799, жидкого топлива, впрыскиваемого посредством центрального корпуса в сборе 700.
Количество жидкого топлива, впрыскиваемого посредством контура для основного жидкого топлива через центральный корпус в сборе 700 и посредством контура для пилотного жидкого топлива через кончик 609 пилотной трубки, может быть оптимизировано для прямого впрыска обедненной смеси на различных стадиях работы для минимизации дыма во время зажигания и разгона до незагруженного состояния и минимизации требований системы к давлению топлива.
На фиг. 13 представлена блок-схема способа прямого впрыска обедненной смеси жидкого топлива. Способ включает впрыск всего, т.е. ста процентов, жидкого топлива в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива, такой как контур для пилотного жидкого топлива, описанный в данном документе, во время зажигания на этапе 810. Способ также включает впрыск жидкого топлива в виде двух потоков в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива во время разгона газотурбинного двигателя 100 до незагруженного состояния на этапе 820. Распыление жидкого топлива, выходящего из кончика 609 пилотной трубки во время зажигания и разгона до незагруженного состояния, может минимизировать создание дыма, обеспечивая при этом надежное зажигание вокруг системы сгорания.
Способ дополнительно включает впрыск жидкого топлива в два потока в камеру 390 сгорания через контур для пилотного жидкого топлива и через контур для основного жидкого топлива, имеющих конфигурацию нескольких распылителей, например, контур для основного жидкого топлива, содержащий центральный корпус в сборе 700, когда данный газотурбинный двигатель 100 находится в незагруженном состоянии на этапе 830. Этап 830 включает впрыск большей части, например приблизительно восьмидесяти пяти процентов, жидкого топлива через контур для основного жидкого топлива и оставшейся части жидкого топлива через контур для пилотного жидкого топлива. В некоторых вариантах осуществления большая часть жидкого топлива составляет от восьмидесяти до девяноста процентов впрыскиваемого жидкого топлива. В других вариантах осуществления большая часть составляет от восьмидесяти трех до восьмидесяти семи процентов впрыскиваемого жидкого топлива.
Способ может включать переход от впрыска всего жидкого топлива через контур для пилотного жидкого топлива для впрыска жидкого топлива посредством двух потоков, когда большую часть жидкого топлива впрыскивают через контур для основного жидкого топлива во время периода перехода при незагруженном состоянии или до него, например, в состоянии, близком к незагруженному.
Способ также дополнительно включает впрыск жидкого топлива в два потока с такими же или подобными уровнями впрыска, как на этапе 830, при рабочих диапазонах выше незагруженного состояния. Впрыск жидкого топлива посредством двух потоков, когда большую часть жидкого топлива впрыскивают в распыленный поток через контур для основного жидкого топлива, может минимизировать требования системы к давлению топлива, при этом обеспечивая жидкое топливо и воздушную смесь, необходимые для прямого впрыска обедненной смеси.
Предыдущее подробное описание является лишь иллюстративным по своей природе и не предназначено для ограничения настоящего изобретения или заявки и способов применения настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления не ограничены применением в сочетании с конкретным типом газотурбинного двигателя. Следовательно, хотя в настоящем изобретении для удобства пояснения изображен и описан конкретный топливный инжектор, следует понимать, что топливный инжектор согласно настоящему изобретению может быть реализован в различных других конфигурациях, может быть применен с различными другими типами газотурбинных двигателей и может быть применен в других типах машин. Более того, нет намерения привязываться к какой-либо теории, представленной в предыдущем уровне техники или подробном описании. Также следует понимать, что изображения могут иметь преувеличенные размеры для лучшей наглядности показываемых ссылочных элементов и не являются ограничивающими, если явно не будет указано так.