КАМЕРА СГОРАНИЯ

КАМЕРА СГОРАНИЯ (Полезная модель)
Полезная модель относится к области турбо-компрессоростроения и касается конструкции камеры сгорания газотурбинной установки.
Известна конструкция камеры сгорания (см. Сударев А.В., Антоновский В.И. Камера сгорания газотурбинных установок. Теплообмен. Л., Машиностроение, 1985г., с.230-234). Сгорание топлива, впрыскиваемого через форсунку, происходит в зоне горения камеры, ограниченной пламенной (жаровой) трубой. В эту зону поступает только такое количество воздуха, которое необходимо для полного и интенсивного сгорания топлива. Поступающий в зону горения воздух проходит через завихритель, который способствует хорошему перемешиванию топлива с воздухом. В зоне горения температура газов достигает 1300...2000°С. По условиям прочности лопаток газовых турбин такая температура недопустима. Поэтому получающиеся в зоне горения камеры горячие газы разбавляются холодным воздухом. Этот воздух протекает по кольцевому пространству между пламенной трубой и корпусом. Часть этого воздуха поступает к продуктам сгорания через окна, а остальная часть смешивается с горячими глазами после пламенной трубы. Пламенная труба закреплена с помощью пальцев в верхней и нижней частях корпуса, такое жесткое закрепление не позволяет компенсировать вибрационные влияния.
За прототип выбрана конструкция камеры сгорания по патенту RU 2087805 (от 02.11.93, опубл. 20.08.97), содержащая корпус, закрепленную в нем двухсекционную пламенную трубу с фланцевым соединением секций, между которыми установлен дефлектор, газовую горелку с каналами. Решение направлено на режим процесса горения путем направления пламени в приосевую зону камеры сгорания, в результате при горении подготовленной тошшвовоздушной смеси в факеле отсутствуют стехиометрические высокотемпературные зоны, что способствует уменьшению образования оксидов азота. Вопрос повышения надежности и технологичности конструкции не решается.
деформации и вибрацию, а также технологичности за счет возможности демонтажа камеры без повреждения ее элементов и целостности всей конструкции камеры.
Поставленная задача решается за счет того, что в камере сгорания, содержащей корпус и закрепленную в нем двухсекционную пламенную трубу с фланцевым соединением секций, штатный коллектор питания газовых горелок с каналами, новым является то, что крепление пламенной трубы в корпусе выполнено в виде подвеса на пальцах в наварышах, каждая пара палец-наварыш снабжена промежуточной шаровой втулкой, а в средней части пламенной трубы дополнительно установлено шпоночно-пазовое крепление ее к корпусу, фланцевое соединение выполнено в виде двух колец, скрепленных разъемным соединением, в частности шпильками с корончатыми гайками, а с секциями пламенной трубы кольца соединены приваренными к наружной поверхности пламенной трубы планками с овальными отверстиями под элементы разъемного соединения крепления фланцев, в выходной секции пламенной трубы в кольцевом пространстве между корпусом и пламенной трубой установлен экран, камера снабжена дополнительным коллектором питания горелок с автоматическим клапаном управления давления, при этом штатный коллектор соединен с внутренними каналами горелок, а дополнительный с внешними каналами.
Выполнение двухсекционной пламенной трубы с системой крепления ее в корпусе и секций между собой позволяет учитывать температурные деформации расширяться при нагреве как в осевом, так и в радиальном направлении. Устраняется маятниковый эффект, возникающий при противоположно размещенном креплении, что улучшает вибрационные характеристики камеры. Корпус камеры оказывается защищенным от переизлученного тепла пламенной трубы. Перераспределение между штатным и дополнительным коллекторами по подаче топлива и возможности регулирования давления перед дополнительным коллектором позволяет оптимизировать работу горелок, при этом концентрация оксидов азота в выхлопных газах агрегата не превышает 50 ррт при условной концентрации кислорода 15%.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлен общий вид камеры.
Камера сгорания содержит корпус 1 и пламенную трубу 2. Пламенная труба 2 выполнена двухсекционной - входной секции 3 и выходной 4 с фланцевым соединением последних. Фланцевое соединение представляет собой два кольца 5, скрепленные шпильками 6 с корончатыми гайками 7. Кольца 5 соединены с секциями планками 8, приваренными к наружной поверхности пламенной трубы 2.
Отверстия 9 в планках 8 под элементы крепления - шпильки 6 выполнены с учетом температурной деформации, например овальной формы (на чертеже позицией не обозначены). На выходной секции 4 пламенной трубы установлен экран 10. Пламенная труба 2 подвешена в корпусе 1 на шести пальцах 11 в шести наварышах 12 соответственно. Каждая пара палец 11 -наварыш 12 имеет промежуточную шаровую втулку 13. В средней части пламенной трубы 2 дополнительно установлено пшоночно-пазовое крепление 14 ее к корпусу 1. Камера сгорания является семигорелочной, состоит из периферийных горелок 15 и центральной 16. Помимо штатного топливного коллектора 17 для питания внутренних каналов всех горелок 15 и 16 имеется дополнительный топливный коллектор 18 для питания внешних каналов всех горелок. Дополнительный топливный коллектор 18 снабжен автоматическим клапаном 19, управляющим давлением топлива перед собой.
При работе камеры сгорания увеличение надежности работы ее достигается за счет двухсекционного исполнения пламенной трубы 2, что позволяет при необходимости удалять ее из корпуса 1 камеры без нарушения целостности. Фланцевое соединение секций 3,4 и отверстия 9 под крепежные элементы, учитывающие температурные перемещения при нагреве позволяет, с одной стороны, предохранить кольца от перегрева, с другой стороны, оставляет фиксированным зазор между секциями. Тем самым гарантируется постоянство расхода воздуха, идущего на охлаждение пламенной трубы 2 со стороны горячего потока. Экран 10 предохраняет корпус 1 камеры сгорания от переизлучаемого тепла, исходящего от пламенной трубы 2. Подвеска пламенной трубы на пальцах 11 устраняет маятниковый эффект, в частности телескопических соединений в верхней части камеры и, таким образом, улучшает ее вибрационные характеристики. Вибрационную устойчивость камеры сгорания повышают также два крепления шпонка-паз 14, установленные в средней ее части и позволяющие ей свободно расширяться в осевом и радиальном направлениях и устранять тангенциальные перемещения. Промежуточная шаровая втулка 13 устраняет возможность закусывания пары палец 11 -наварыш 12 при неравномерном нагреве пламенной трубы 2, возникающем например при забросе в камеру сгорания газового конденсата, а также при сборке-разборке камеры сгорания. Применение двухканальных горелок 15, 16, когда в одном из каналов заранее готовится и затем подается в зону горения топливо-воздушная смесь, улучшает экологические характеристики агрегата. При распределении подачи питания между коллекторами и регулировании давления при запуске агрегата работают только пилотные
внутренние каналы горелок, обеспечивающие выход агрегата на холостой ход, после достижения необходимого значения давления топлива в магистрали топливо перераспределяется в сторону внешних каналов горелок.
Перераспределение между штатным и дополнительным коллекторами по подаче топлива в двухканальные комбинированные горелки приводит к улучшению экологических характеристик камеры, уменьшению оксида азота (Nox).
Технический результат от применения заявляемого решения состоит в повышении надежности конструкции за счет улучшения вибрационной устойчивости камеры в целом и входящих в нее составных узлов, за счет исключения влияния температурных деформаций, а также повышении технологичности конструкции за счет ее ремонтопригодности и возможности демонтажа камеры без повреждения ее элементов, а также повышение ее экологичности.
Проведенные работы позволили внедрить уникальную универсальную технологию ремонта, позволяющую получить практически новую камеру сгорания, оптимизировать выходной поток газовоздушной смеси из камеры сгорания, что приводит к более равномерному прогреву узлов газотурбинной установки, увеличению к.п.д. в среднем на 2%, а также достичь существенного снижения выбросов оксидов азота до 130-150мг/м3 при исходном уровне 700-900мг/м3.