КАМЕРА СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ГЛУШИТЕЛЬ ДЛЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
COMBUSTION CHAMBER (VERSIONS) AND SILENCER FOR GAS TURBINES

Область техники
Настоящее изобретение относится к газовой турбине, более конкретно к глушителю для уменьшения пульсаций в камере сгорания газовой турбины.
Уровень техники
В традиционных газовых турбинах звуковое колебание обычно возникает в камере сгорания газовых турбин во время процесса сгорания вследствие нестабильности и изменений горения. Это звуковое колебание может эволюционировать в очень выраженный резонанс. Такое колебание, которое так же известно, как пульсации камеры сгорания, могут обеспечивать амплитуды и связанные флуктуации давления, которые подвергают саму камеру сгорания жестким механическим нагрузкам, которые могут значительно уменьшить срок службы камеры сгорания и, в худшем случае, могут даже привести к разрушению камеры сгорания.
Обычно, тип глушителя, известного как глушитель Гельмгольца, используется для демпфирования пульсаций, создающихся в камере сгорания газовой турбины. В настоящее время, одной из основных трудностей использования такого глушителя является то, что пространство, доступное для этих глушителей, ограничено. Один возможный подход в решении такой ситуации заключается в расположении глушителя на внешней стороне камеры сгорания. На практике термическое расширение разных слоев, составляющих камеру сгорания, предотвращает непосредственное применение таких глушителей.
Демпфирующая конструкция для уменьшения резонансных вибраций в камере сгорания газовой турбины раскрыта в публикации US 2004/0248053 A1, согласно которой камера сгорания содержит внешнюю часть стеновой поверхности и внутреннюю часть стеновой поверхности, обращенную к камере сгорания, и газонепроницаемым образом заключает в себе промежуточное пространство, в которое может подаваться охлаждающий воздух для целей конвекционного охлаждения стенки камеры сгорания. Обеспечена, по меньшей мере, одна третья часть стеновой поверхности, которая, посредством внешней части стеновой поверхности, заключает в себе газонепроницаемый объем. Газонепроницаемый объем газонепроницаемым образом соединен с камерой сгорания посредством, по меньшей мере, одной соединительной линии. Прокладка приварена на конце соединительной линии, которая располагается в газонепроницаемом объеме, и закрывает внешнюю часть стеновой поверхности для обеспечения газонепроницаемости. Посредством этой прокладки и соединительных линий демпфирующая конструкция может компенсировать разницу термических расширений между внешней и внутренней частью стеновой поверхности в одном направлении.
Камера сгорания, подходящая для газотурбинного двигателя, раскрыта в публикации US 2006/0123791 A1 и содержит, по меньшей мере, один резонатор Гельмгольца, имеющий полость резонатора и горловину резонатора, находящуюся во взаимодействии с протеканием с внутренней частью камеры. Резонатор Гельмгольца прикреплен к внутреннему кожуху камеры сгорания, при этом горловина резонатора проходит во внутреннюю часть камеры сгорания через отверстие на внутренней стенке камеры сгорания. Кольцевой уплотняющий элемент обеспечен вокруг внешней периферии горловины для обеспечения газонепроницаемого уплотнения между горловиной и отверстием. Горловина обеспечивает ограниченное относительное осевое перемещение горловины относительно камеры сгорания таким образом, что нагрузка, по существу, не передается от горловины резонатора на камеру сгорания во время работы двигателя.
Камера сгорания для газовой турбины, включающая в себя, по меньшей мере, один резонатор, раскрыта в публикации WO 2012/057994 A2 и содержит внешнюю обшивку и внутреннюю обшивку. Резонатор соединен с внешней обшивкой. Обшивка камеры сгорания включает в себя сужение, проходящее от основания резонатора, проникающего в камеру сгорания через внутреннюю обшивку и внешнюю обшивку. Обшивка камеры сгорания дополнительно содержит узел изолирующей шайбы, который обеспечивает возможность относительного термического расширения между внутренней обшивкой и внешней обшивкой рядом с сужением в первом направлении вдоль оси сужения и втором направлении, перпендикулярном относительно первого направления.
Даже с вышеупомянутой разработкой в области демпфирования пульсаций существует большая возможность для усовершенствования эффекта компенсации исключения разницы термических расширений.
Краткое описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание глушителя для газовой турбины, который может компенсировать относительный поворот между камерой сгорания и глушителем, в частности полостью резонатора глушителя, вследствие разницы термических расширений.
Эта задача решена посредством создания глушителя для уменьшения пульсаций в камере сгорания газовой турбины, содержащего: полость резонатора с впуском и трубой горловины, сообщающейся по текучей среде с внутренней частью камеры сгорания и полостью резонатора, и компенсационный узел, соединенный с возможностью поворота с трубой горловины и вставленный между полостью резонатора и камерой сгорания для обеспечения относительного поворота между камерой сгорания и полостью резонатора.
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, труба горловины герметично прикреплена на ее первом конце к стенке камеры сгорания, а компенсационный узел соединен с возможностью поворота со вторым концом трубчатой горловины, причем компенсационный узел содержит шарообразный участок, образованный на втором конце трубы горловины, и углубленный участок, в котором герметично установлен шарообразный участок для обеспечения относительного поворота между камерой сгорания и полостью резонатора.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, компенсационный узел дополнительно содержит первую скользящую часть, образованную на углубленном участке, и вторую скользящую часть, герметично установленную на первой скользящей части для обеспечения относительного скольжения вдоль направления, параллельного продольной оси трубы горловины, между первой скользящей частью и второй скользящей частью.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, компенсационный узел дополнительно содержит третью скользящую часть, образованную на второй скользящей части, и четвертую скользящую часть, образованную на впуске полости резонатора, на которой герметично установлена третья скользящая часть для обеспечения относительного скольжения в направлении, пересекающем продольную ось трубы горловины, между третьей скользящей частью и четвертой скользящей частью.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, стенка камеры сгорания содержит внешнюю стенку и внутреннюю стенку, расположенную радиально внутри относительно внешней стенки, и труба горловины герметично прикреплена на ее первом конце к внутренней стенке камеры сгорания и проходит через отверстие на внешней стенке с изолирующей шайбой, герметично прикрепленной к периферии трубы горловины для того, чтобы закрывать отверстие на внешней стенке.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, третья скользящая часть содержит выступ, образованный на ней, причем выступ может герметично скользить относительно четвертой скользящей части.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, труба горловины герметично прикреплена на ее первом конце к впуску полости резонатора, компенсационный узел соединен с возможностью поворачивания со вторым концом трубчатой горловины, и компенсационный узел содержит шарообразный участок, образованный на втором конце трубчатой горловины, и углубленный участок, в котором герметично установлен шарообразный участок для обеспечения относительного поворота между камерой сгорания и полостью резонатора.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, компенсационный узел дополнительно содержит первую скользящую часть, образованную на углубленном участке, и вторую скользящую часть, герметично установленную на первой скользящей части для обеспечения относительного скольжения вдоль направления, параллельного относительно продольной оси трубы горловины, между первой скользящей частью и второй скользящей частью.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, компенсационный узел дополнительно содержит третью скользящую часть, образованную на второй скользящей части, и четвертую скользящую часть, образованную на стенке камеры сгорания, на которой герметично установлена третья скользящая часть для обеспечения относительного скольжения в направлении, пересекающем продольную ось трубы горловины, между третьей скользящей частью и четвертой скользящей частью.
В соответствии с другим одним возможным вариантом осуществления, третья скользящая часть содержит выступ, образованный на ней, причем выступ может герметично скользить относительно четвертой скользящей части.
Посредством глушителя в соответствии с настоящим изобретением путем применения компенсационного узла обеспечена компенсация относительного поворота между камерой сгорания и полостью резонатора так, что увеличен срок его службы.
Краткое описание чертежей
Задачи, преимущества и другие признаки настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения нижеследующего неограничивающего описания его предпочтительных вариантов осуществления, приведенных только с целью приведения примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции могут использоваться для обозначения аналогичных элементов и на которых:
на Фиг. 1 показан схематичный разрез глушителя с частью камеры сгорания газовой турбины в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, на котором некоторая часть вырезана с целью ясности; и
на Фиг. 2 показан схематичный разрез глушителя с частью камеры сгорания газовой турбины в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, на котором некоторая часть вырезана с целью ясности.
Подробное описание разных вариантов осуществления изобретения
На Фиг. 1 показан схематичный разрез глушителя 100 с частью камеры 200 сгорания газовой турбины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, на котором некоторая часть вырезана с целью ясности. Глушитель 100 содержит полость 110 резонатора с формой коробки или цилиндра, как ограничено периферийной стенкой 102 и впуском 104. Как показано на Фиг. 1, главная часть полости 110 резонатора вырезана, так как это не будет препятствовать полному и абсолютному пониманию технических решений настоящего изобретения. Также только части камеры 200 сгорания, непосредственно относящиеся к настоящему изобретению, показаны на Фиг. 1 для ясности и простоты. Полость 110 резонатора герметично прикреплена к конструкции 106 камеры 200 сгорания посредством крепежных элементов, не показанных на Фиг. 1. В иллюстративном воплощении настоящего изобретения, конструкция 106 камеры 200 сгорания может представлять собой кожух камеры 200 сгорания. Специалистам в данной области должно быть понятно, что конструкция 106 обеспечивает несущий элемент для полости 110 резонатора и не подлежит ограничению на кожухе камеры сгорания, как описано здесь. Кроме того, глушитель 100 содержит трубу 120 горловины, которая сообщается по текучей среде с полостью 110 резонатора через компенсационный узел 130 в соответствии с настоящим изобретением для компенсации относительного перемещения между полостью 110 резонатора и камерой 200 сгорания.
В соответствии с одним иллюстративным вариантом осуществления, труба 120 горловины герметично прикреплена на ее первом конце 122 к стенке камеры 200 сгорания. Например, первый конец 122 трубы 120 горловины может привариваться к стенке камеры 200 сгорания. В качестве одного возможного воплощения, которое может применяться в камере сгорания с двойной стенкой, где камера 200 сгорания содержит внутреннюю стенку 202 и внешнюю стенку 204, расположенную радиально снаружи относительно внутренней стенки 202, первый конец 122 трубы 120 горловины может быть герметично прикреплен к внутренней стенке 202 камеры 200 сгорания, при этом труба 120 горловины проходит через отверстие 206 на внешней стенке 204. В этом случае, изолирующая шайба 208 может герметично прикрепляться, например привариваться, к периферии трубы 120 горловины для того, чтобы закрывать промежуток, образованный между трубой 120 горловины и отверстием 206, обеспечивая герметичность.
В качестве альтернативного варианта осуществления, можно обойтись без изолирующей шайбы 208, когда настоящее изобретение применяется к камере сгорания с одной стенкой.
В соответствии с одним иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения, компенсационный узел 130 может быть соединен с возможностью поворота с трубой 120 горловины и вставлен между полостью 110 резонатора и камерой 200 сгорания для обеспечения относительного поворота между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора. В этом варианте осуществления, компенсационный узел 130 может быть соединен с возможностью поворота со вторым концом 124, противоположным относительно первого конца 122 трубы 120 горловины. В частности, компенсационный узел 130 может содержать шарообразный участок 126, образованный на втором конце 124, и углубленный участок 132, в котором герметично установлен шарообразный участок 126 для обеспечения относительного вращения между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора. Во время работы газовой турбины относительное вращение между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора вследствие разного термического расширения может компенсироваться или поглощаться посредством компенсационного узла 130 для того, чтобы предотвратить потенциальное конструктивное повреждение.
Кроме того, компенсационный узел 130 может содержать первую скользящую часть 134, образованную на углубленном участке 132 на противоположной стороне от него, и вторую скользящую часть 136, на которой герметично размещается первая скользящая часть 134 для обеспечения относительного скольжения вдоль направления, параллельного продольной оси трубы 120 горловины, между первой скользящей частью 134 и второй скользящей частью 136. Во время работы газовой турбины относительное скольжение между первой скользящей частью и второй скользящей частью может компенсировать относительное перемещение вдоль продольной оси трубы 120 горловины между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора вследствие разного термического расширения.
Более того, компенсационный узел 130 может содержать третью скользящую часть 138, образованную на второй скользящей части 136, противоположной относительно первой скользящей части 134, и четвертую скользящую часть 108, образованную на впуске 104 полости 110 резонатора, на которой герметично установлена третья скользящая часть 138 для обеспечения относительного скольжения в направлении, пересекающем продольную ось трубы 122 горловины, между третьей скользящей частью 138 и четвертой скользящей частью 108. Во время работы газовой турбины относительное скольжение между третьей скользящей частью 138 и четвертой скользящей частью 108 может компенсировать относительное перемещение в направлении, пересекающем продольную ось трубы 120 горловины между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора вследствие разного термического расширения.
Как показано на Фиг. 1, четвертая скользящая часть 108 может быть обеспечена посредством концевой грани впуска 104, которая может представлять собой одно возможное решение, которое может приспосабливаться специалистами в данной области. Однако эквивалентные конструкции могут использоваться в качестве четвертой скользящей части 108. Например, когда полость 110 резонатора прикреплена посредством промежуточной составной части, например пластины с отверстием для регулирования размера и габаритов впуска 104, не показана, к конструкции 106 камеры 200 сгорания, четвертая скользящая часть 108 может быть обеспечена посредством пластины. В качестве другого примера, даже участок конструкции 106 камеры 200 сгорания может использоваться для обеспечения четвертой скользящей части 108 при условии, что конструкция 106 конкретно имеет форму для обеспечения углубления ниже впуска 104, относительно которого третья скользящая часть 138 может скользить.
В качестве одного возможного воплощения, полость 110 резонатора может иметь форму цилиндра с круглым впуском 104. В этом случае, круглый впуск 104 содержит фланец, расположенный вокруг него, посредством которого полость 110 резонатора прикрепляется к кожуху камеры 200 сгорания. В этом воплощении, шарообразный участок 126 может быть образован вокруг второго конца 124 трубы 120 горловины с формой трубы, имеющей такие размеры, чтобы приспосабливать определенные применения. Углубленный участок 132 и первая скользящая часть 134 компенсационного узла 130 могут быть обеспечены посредством кольца с определенной шириной и толщиной, где углубленный участок 132 будет образован в виде круглой канавки на внутренней периферийной поверхности в кольце, а первая скользящая часть 134 будет представлять собой внешнюю периферийную поверхность кольца. В этом случае, Фиг. 1 может представлять собой разрез компенсационного узла 130. Вторая скользящая часть 136 компенсационного узла 130 может быть обеспечена посредством втулки с внутренним диаметром для герметичного размещения внешнего диаметра кольца для обеспечения относительного скольжения между кольцом и втулкой. Более того, третья скользящая часть 138 может быть обеспечена посредством круглой пластины с выступом на ее периферии. Круглая пластина может быть объединена с втулкой. Выступ круглой пластины может герметично скользить относительно концевой грани фланца в виде четвертой скользящей части для обеспечения относительного скольжения между круглой пластиной и полостью резонатора. Специалистам в данной области будет понятно, что вышеприведенное воплощение подразумевается быть только одним примером и не подлежит интерпретации в качестве какого-либо ограничения для объема и применения настоящего изобретения. В соответствии с идеей в настоящем описании изобретения, специалисты в данной области могут приспособить настоящее изобретение для разных применений, где формы, размеры и конструкции полости резонатора, компенсационного узла и трубы горловины могут быть разными, все из которых подлежат рассмотрению подпадающими под объем охраны настоящего изобретения.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом осуществления, как показано на Фиг. 2, обеспечен схематичный разрез с вырезом глушителя 100 в соответствии с настоящим изобретением. Глушитель 100 содержит полость 110 резонатора с формой коробки или цилиндра, как ограничено периферийной стенкой 102 и впуском 104. Полость 110 резонатора герметично прикреплена к конструкции 106 камеры 200 сгорания посредством крепежных элементов, не показанных на Фиг. 2. В иллюстративном воплощении настоящего изобретения, конструкция 106 камеры 200 сгорания может представлять собой кожух камеры 200 сгорания. Специалистам в данной области будет понятно, что конструкция 106 обеспечивает несущий элемент для полости 110 резонатора и не подлежит ограничению на кожухе камеры сгорания, как описано здесь. Кроме того, глушитель 100 содержит трубу 120 горловины, которая сообщается по текучей среде с полостью 110 резонатора через компенсационный узел 130 в соответствии с настоящим изобретением для компенсации относительного перемещения между полостью 110 резонатора и камерой 200 сгорания. В качестве варианта осуществления, показанного на Фиг. 2, труба 120 горловины герметично прикреплена на первом конце 122 к впуску 104 полости 110 резонатора. Например, первый конец 122 трубы 120 горловины объединен с впуском 104 полости 110 резонатора. В качестве другого примера, первый конец 122 трубы 120 горловины может привариваться к впуску 104 полости 110 резонатора. В этом варианте осуществления, компенсационный узел 130 соединен с возможностью поворота со вторым концом 124 трубы 120 горловины.
В соответствии с одним иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения, компенсационный узел 130 может содержать компенсирующие вращение конструкции. В частности, компенсационный узел 130 может содержать шарообразный участок 126, образованный на втором конце 124, противоположном относительно первого конца 122 трубы 120 горловины, и углубленный участок 132, в котором герметично установлен шарообразный участок 126 для обеспечения относительного вращения между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора. Во время работы газовой турбины относительное вращение между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора вследствие разного термического расширения может компенсироваться или поглощаться посредством компенсационного узла 130 для того, чтобы предотвратить потенциальное конструктивное повреждение.
Кроме того, компенсационный узел 130 может содержать первую скользящую часть 134, образованную на углубленном участке 132 на противоположной стороне от него, и вторую скользящую часть 136, на которой герметично установлена первая скользящая часть 134 для обеспечения относительного скольжения вдоль направления, параллельного продольной оси трубы 120 горловины, между первой скользящей частью 134 и второй скользящей частью 136. Во время работы газовой турбины относительное скольжение между первой скользящей частью и второй скользящей частью может компенсировать относительное перемещение вдоль продольной оси трубы 120 горловины между камерой 200 сгорания и полостью 110 резонатора вследствие разного термического расширения.
Более того, компенсационный узел 130 может содержать третью скользящую часть 138, образованную на второй скользящей части 136, противоположной относительно первой скользящей части 134, и четвертую скользящую часть 108, образованную на стенке 210 камеры 200 сгорания, на которой герметично установлена третья скользящая часть 138 для обеспечения относительного скольжения в направлении, пересекающем продольную ось трубы 122 горловины, между третьей скользящей частью 138 и четвертой скользящей частью 108. Как показано на Фиг. 2, четвертая скользящая часть 108 обеспечена поверхностью стенки 210 камеры 200 сгорания.
Следует отметить, что в конкретном применении, когда относительный поворот между камерой сгорания и полостью резонатора является существенным, и относительное перемещение между ними вдоль продольной оси трубы горловины и вдоль перпендикулярного направления, пересекающего продольную ось трубы горловины, является пренебрежимо малым, первая и вторая скользящие части компенсационного узла могут быть образованы в виде одного целого, и третья и четвертая скользящие части компенсационного узла могут быть образованы в виде одного целого или скреплены посредством крепежных элементов. В этом случае, компенсационный узел может только компенсировать относительное вращение между камерой сгорания и полостью резонатора посредством шарообразного участка трубы горловины и углубленного участка компенсационного узла.
Также следует отметить, что в других применениях, где относительное вращение и относительное перемещение требуют одновременной компенсации, пары скользящих частей, т.е. первая и вторая скользящая часть, третья и четвертая скользящая часть, могут использоваться обе или любая пара из них, в комбинации с шарообразным участком трубы горловины и углубленным участком компенсационного узла. Специалистам в данной области будут очевидны надлежащие комбинации компенсационных конструкций для достижения требуемой компенсации вращения и/или перемещения.
Хотя изобретение было описано подробно в связи только с ограниченным количеством вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено такими раскрытыми вариантами осуществления. Скорее, изобретение может быть модифицировано для включения любого количества изменений, альтернатив, замен или эквивалентных конструкций, не описанных ранее, но которые соответствуют идее и объему изобретения. Дополнительно, хотя различные варианты осуществления изобретения были описаны, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать в себя только некоторые из описанных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не следует понимать как ограниченное вышеприведенным описанием, а только ограничено объемом прилагаемой формулы изобретения.
Перечень ссылочных позиций
100 глушитель
102 периферийная стенка
104 впуск
106 конструкция
108 четвертая скользящая часть
110 полость резонатора
120 труба горловины
122 первый конец
124 второй конец
126 шарообразный участок
130 компенсационный узел
132 углубленный участок
134 первая скользящая часть
136 вторая скользящая часть
138 третья скользящая часть
200 камера сгорания
202 внутренняя стенка
204 внешняя стенка
206 отверстие
208 изолирующая шайба
210 стенка.