ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
COMBUSTION CHAMBER BURNER DEVICE OF GAS TURBINE EQUIPMENT

Изобретение относится к энергетике, в частности к горелочным устройствам, и может быть использовано для розжига камеры сгорания в энергетических установках различного типа, а также для регулирования подвода первичного воздуха в секции камеры сгорания в процессе работы установки, организации предварительного смешения воздуха и топлива, воспламенения топливовоздушной смеси и стабилизации процесса горения.
7
Известно горелочное устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха, содержащее жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом, при этом подвижный элемент выполнен в виде гибкой ленты, охватывающей жаровую трубу и имеющей не менее одного разреза, кроме того, с системой рычагов соединены разрезы ленты, и она обеспечивает радиальное перемещение ленты (патент RU №2163991 С2, МПК F23R 3/26, приоритет от 19.12.1995 г., опубл. 10.03.2001 г.).
7
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки, содержащее кожух, внутри которого расположена жаровая труба с фронтовым устройством, снабженным отверстиями под топливные форсунки, соединенными с газовым коллектором, воздушный коллектор, регуляторы перепуска воздуха в виде вращающихся заслонок, снабженных приспособлениями для их вращения (патент RU №2162988 С2, МПК F23R 3/42, приоритет от 22.02.1999 г., опубл. 10.02.2001 г.).
Недостатком известных конструкций горелочных устройств камеры сгорания является то, что подача и регулирование воздуха обеспечивается посредством подвижных механических узлов в виде системы рычагов, дроссельных или вращающихся заслонок, требующих установки дополнительных механических приводов в камере сгорания, что усложняет ее конструкцию. Однако из-за возможных поломок и отказов подвижных механических узлов горелочного устройства надежность работы камеры сгорания снижается. При этом замена вышедших из строя механических узлов на уже действующих газотурбинных установках невозможна без разборки камеры сгорания, что требует остановки работы газотурбинного двигателя. Кроме того, при работе газотурбинной установки на различных нагрузках расход воздуха, поступающий в камеру сгорания, постоянен, а расход газа изменяется в зависимости от требуемой мощности установки, то получить оптимальное соотношение воздух-газ в газовоздушной смеси на выходе из топливных форсунок на частичных нагрузках не представляется возможным, что может привести к недожогу топлива и повышенному содержанию оксида азота в продуктах сгорания. Для снижения содержания оксида азота в продуктах сгорания необходимо обеспечить подбор размеров отверстий в стенке жаровой трубы, а следовательно, и соответствующие им систему рычагов и вращающихся заслонок для их перекрывания, в результате чего надежность работы камеры сгорания.
Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции горелочного устройства при сохранении надежности его работы, обеспечение возможности замены устройства на уже действующих газотурбинных установках.
Для решения поставленной задачи в горелочном устройстве камеры сгорания газотурбинной установки, содержащем жаровую трубу с фронтовым устройством, расположенными в кожухе камеры сгорания, фронтовое устройство снабжено отверстиями под топливные форсунки, соединенными с газовым коллектором, воздушный коллектор, устройство дополнительно снабжено воздушными форсунками, установленными радиально в межстеночном пространстве жаровой трубы и кожуха, при этом воздушные форсунки соединены одним общим воздушным коллектором, расположенным в корпусе горелочного устройства.
Снабжение горелочного устройства воздушными форсунками, радиальное расположение их в межстеночном пространстве жаровой трубы и кожуха камеры сгорания, а также соединение воздушных форсунок с общим одним для всех воздушным коллектором и расположение его в корпусе горелочного устройства упрощает конструкцию горелочного устройства, а следовательно, и камеры сгорания в целом, при этом надежность работы устройства сохраняется из-за отсутствия поломок и отказов его составных элементов. Это достигается за счет исключения подвижных рычажных механических узлов, заслонок, а также дополнительных приводов, необходимых для их работы. Кроме того, обеспечивается возможность регулирования подачи воздуха и получение оптимального соотношения воздух-газ в газовоздушной смеси на выходе из топливных форсунок на различных нагрузках. Регулирование достигается путем перераспределения воздуха, поступающего к топливным форсункам и через отверстия жаровой трубы. Во время работы газотурбинной установки воздух подается через воздушные форсунки в межстеночное пространство жаровой трубы и кожуха, который и создает сопротивление воздуху компрессора, проходящему в обратном направлении к топливным форсункам. При этом часть воздуха, идущая на топливные форсунки, отсекается и попадает в отверстия жаровой трубы, что приводит к изменению расхода воздуха, поступающего к топливным форсункам. Возможность регулирования расхода воздуха в процессе работы камеры сгорания позволяет получить оптимальные значения выбросов оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания, что улучшает экологические характеристики газотурбинной установки.
За счет того, что корпус горелочного устройства является несущей конструкцией и на ней закреплены все составные элементы горелочного устройства, обеспечивается возможность производить модернизацию камеры сгорания уже на действующих газотурбинных установках при ревизии или среднем ремонте в части регулирования первичного воздуха путем его замены.
На чертеже представлен общий вид горелочного устройства, продольный разрез.
Горелочное устройство содержит корпус 1, топливные форсунки 2, фронтовое устройство 3, трубу жаровую 4. Горелочное устройство входит в состав камеры сгорания газотурбинного двигателя. Корпус 1 является несущей конструкцией, на которой закреплены все составные элементы горелочного устройства. Фронтовое устройство 3 закреплено на корпусе 1 горелочного устройства с внутренней стороны и выполнено в виде диска с отверстиями под установку топливных форсунок 2. Жаровая труба 4 с фронтовым устройством 3 расположены внутри кожуха 5 камеры сгорания. Топливные форсунки 2 соединены с газовым кольцевым коллектором 6, по которому к ним поступает топливо. В межстеночном пространстве жаровой трубы 4 и кожуха 5 камеры сгорания радиально установлены воздушные форсунки 7. На жаровой трубе 4 выполнены радиальные отверстия 8. Воздушные форсунки 7 соединены с общим для всех кольцевым воздушным коллектором 9. Воздушный коллектор 9 расположен в корпусе 1 горелочного устройства. Воздушные форсунки 7 служат для перераспределения воздуха между топливными форсунками 2 и получения оптимального соотношения воздух-газ в газовоздушной смеси на выходе при поступлении воздуха в зону горения через отверстия 8 жаровой трубы 4.
Горелочное устройство работает следующим образом. Во время работы горелочного устройства воздух из кольцевого воздушного коллектора 9 подается на воздушные форсунки 7 и через них поступает в межстеночное пространство жаровой трубы 4 и кожуха 5. Выходящий из воздушных форсунок 7 воздух создает сопротивление в данном пространстве в виде заградительной воздушной завесы воздуху, поступающему от компрессора (на чертеже не показан) в обратном направлении к топливным форсункам 2 по этому же пространству. При этом часть воздуха от компрессора отсекается и попадает в отверстия жаровой трубы 4. Таким образом, изменяя давление воздуха в воздушных форсунках 7, изменяется расход поступающего к топливным форсункам 2 воздуха, что обеспечивает достижение оптимального соотношения воздух-газ в газовоздушной смеси и высококачественное сжигание топливовоздушной смеси.
Таким образом, использование предлагаемого горелочного устройства обеспечивает возможность регулирования подачи воздуха к топливным форсункам путем изменения давление воздуха в воздушных форсунках, что упрощает конструкцию горелочного устройства, но при этом обеспечивает сохранение надежности его работы и одновременно уменьшает содержание оксида азота в продуктах сгорания и недожог топлива на частичных нагрузках камеры сгорания. Кроме того, обеспечивается возможность замены горелочного устройства на уже действующих газотурбинных установках, что приводит к снижению себестоимости его изготовления.