Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ТРУБЧАТО-КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ - Патент РФ 2106579
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТРУБЧАТО-КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
ТРУБЧАТО-КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

ТРУБЧАТО-КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в газотурбинных энергетических установках, работающих преимущественно на сжатом природном газе с низкими выбросами оксидов азота и углерода. Сущность изобретения: каждая из жаровых труб ЖТ 1 камеры сгорания содержит расположенный на внутренней полости 5 ниже по потоку за факелом пламени 6 смеситель СМ 7, скрепленный со стенкой 10 ЖТ 1. СМ 7 выполнен в виде двух конусов К 11 и 12, расположенных концентрично стенке 10 ЖТ 1. Между стенками К 11 и 12 размещен завихритель 13 воздуха. В стенке 11 наружного К выполнены отверстия 14 и щели. Вершины 16 и 17 К направлены против воздушного потока 18. Поверхности К 19 и 12 образуют кольцевые каналы, сужающиеся в направлении завихрителя 13. Полость газосборника 20 образована собственными кольцевыми стенками 21 и 22. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2106579
Класс(ы) патента: F23R3/16
Номер заявки: 95118605/06
Дата подачи заявки: 01.11.1995
Дата публикации: 10.03.1998
Заявитель(и): Акционерное общество "Авиадвигатель"
Автор(ы): Кузменко М.Л.; Снитко А.А.; Токарев В.В.; Брындин О.В.; Кириевский Ю.Е.; Хрящиков М.С.; Хайруллин М.Ф.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Авиадвигатель"
Описание изобретения: Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газотурбинных энергетических установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе с низкими выбросами оксидов азота и углерода.
Известна камера сгорания со ступенчатым горением, включающая в себя коаксиальную трубчатую конструкцию, состоящую из наружного цилиндра и коаксиально расположенного с ним внутреннего цилиндра, при этом внутренний цилиндр по длине короче наружного и располагается в зоне горения на участке восходящего потока, в осевом направлении, и образует кольцевую зону, ограниченную собственной стенкой и стенкой наружного цилиндра. В стенке наружного цилиндра, которая охватывает внутреннюю кольцевую часть внутреннего цилиндра, выполнен ряд отверстий, а на расстоянии, не меньшем, чем диаметр этого наружного цилиндра, располагается еще один ряд воздухоподводящих отверстий в направлении вниз по потоку относительно первых воздухоподводящих отверстий.
Недостатками известной камеры сгорания являются увеличенные осевые габариты жаровой трубы вследствие ступенчатого горения и малый ресурс работы жаровых труб из-за окантовки воздухоподводящих отверстий в стенках жаровых труб, особенно при наличии вращения в набегающем потоке, что приводит к увеличенным перепадам статического давления вокруг втулок и обычно способствует более быстрому прогоранию мест крепления, уменьшая ресурс жаровых труб. Известная конструкция предусматривает также впрыск воды и предназначена главным образом для выносных камер сгорания газотурбинных установок.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция трубчато-кольцевой камеры сгорания газотурбинной энергетической установки, содержащая соединенные с газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами и с полостью, образованной собственными кольцевыми стенками, жаровые трубы, во внутренней полости каждой из которых ниже по потоку за факелом пламени расположен смеситель, скрепленный со стенкой жаровой трубы и выполненный в виде конусной оболочки.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможностей осуществления кинетического горения переобогащенной смеси путем внезапного обеднения ("замораживания") продуктов горения и уменьшения времени нахождения их при максимальных температурах.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении устойчивого экономичного горения с низким выбросом окислов азота и углерода при сжигании природного газа в камере сгорания газотурбинной энергетической установки путем достижения полноты его сгорания выше 99% на рабочих режимах, а также уменьшения времени нахождения активных реагентов топлива при максимальных температурах.
Принцип организации горения в предлагаемой камере сгорания заключается в том, что при обеспечении лавинной активации горения с возникновением цепных реакций (кинетического горения) предварительно перемешанной смеси, выбросы NOx, CO и HC почти на порядок ниже, чем при горении диффузионного факела, в основе которого лежит теория тепловой активации молекулярных связей. Первичная зона богатого горения (коэффициент избытка окислителя, равный отношению действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива, α1 = 0,5-0,7) снижает температуру газов за счет устранения подмешивания воздуха на внутренних стенках жаровых труб. В зоне отверстий смесителя смесь обедняется и сгорает при αг = 1,8-2,2 с образованием зон лавинной активации горения, что повышает скорость и температуру зон горения, обеспечивая полноту сгорания до 99,9%. При этом зоны кинетического горения тормозятся воздушным потоком, истекающим из отверстий в стенках жаровых труб и смесителя, что позволяет осуществить быстрое смешение продуктов горения ("замораживание") несгоревшего топлива с оставшейся частью воздуха, многократно уменьшить время нахождения активных реагентов топлива при максимальных температурах и организовать вторую стадию сжигания топлива, обеспечивая требования по температурному полю на выходе из камеры сгорания.
Изобретение иллюстрируется следующими фигурами: на фиг. 1 представлена верхняя часть продольного сечения камеры сгорания; на фиг. 2 показан один из вариантов расположения смесителя на выходе из жаровой трубы; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - вариант выполнения конусной оболочки смесителя.
Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки содержит жаровые трубы 1, соединенные с газосборником 2, скрепленным с внешним 3 и внутренним 4 корпусами. Каждая из жаровых труб 1 содержит расположенный во внутренней полости 5 ниже по потоку за факелом пламени 6 смеситель 7, скрепленный полыми стойками 8, 9 (тремя или четырьмя) со стенкой 10 жаровой трубы 1. Смеситель 7 выполнен в виде конусной оболочки 11 с днищем 12, скрепленным сваркой. В стенках днища 12 конусной оболочки 11 смесителя 7 и в стенке 10 жаровой трубы 1 в пределах длины 13 смесителя 7 выполнены отверстия 14, 15 и щели 16.
Вершина 17 конуса смесителя 7 направлена против потока 18, а полость 19 газосборника 2 образована внешней 20 и внутренней 21 кольцевыми стенками.
Кроме того, на фиг. 4 показано, что образующая 22 конусной оболочки смесителя 7 выполнена в форме дуг окружностей 23, 24, выпуклая сторона 25 которых направлена к оси 26 жаровой трубы 1.
Угол конусности α1 на кромке 27 смесителя 7, с которой стекает пелена охлаждающего ее стенки потока воздуха 18, больше угла α2 смесителя с конусной поверхностью (при одном и том же диаметре кромки 27).
На фиг. 1 показаны топливная форсунка 28 с завихрителем и диффузор 29 с "внезапным" расширением.
Камера сгорания работает следующим образом.
При запуске энергетической установки в камере сгорания сжатый природный газ подается через топливную форсунку 28, далее, смешиваясь с потоком воздуха 18, закрученного лопатками завихрителя форсунки 28, смесь воспламеняется во внутренней полости 5 жаровой трубы 1, образуя факел 6 диффузионного горения обогащенной ( α1 =0,5-0,7) топливно-воздушной смеси. В первичной зоне богатого горения ( αг =0,5-0,7) температура газов пониженная (≈750 K) в результате устранения подмешивания воздуха на внутренних стенках жаровой трубы 1. При этом часть воздушного потока 18 через полые стойки 8, 9 и отверстия 15 в стенке 11 смесителя 7, а также отверстия 14 в стенке 10 жаровой трубы 1 направляется навстречу фронту диффузионного факела пламени 6 первичной зоны богатого горения.
Столбики воздуха, вытекающие через эти отверстия, пронизывают границу фронта факела пламени 6 и способствуют возникновению лавинообразной активации горения. Смесь продуктов сгорания резко обедняется до αг =1,8-2,2. При этом температура смеси резко повышается (до 1980 K). Для ее снижения служит смеситель, который образует воздушную завесу (аэродинамическое торможение) и "разбавляет" продукты сгорания путем истечения встречных потоков воздуха через отверстия 15 в стенках 11 смесителя 7 и через отверстия 14 в стенках 10 жаровой трубы 11.
При этом многократно уменьшается время нахождения активных реагентов топлива при максимальных температурах, от которого зависит образование окислов азота и углерода, а следовательно, токсичность выбросов.
Газосборник 2, образованный собственными кольцевыми стенками 20 и 21, увеличивает дополнительно время пребывания продуктов сгорания в полости газосборника за счет увеличения его объема, а также увеличения траектории движения частиц продуктов сгорания.
При выполнении образующей конуса оболочки смесителя в форме дуг 23, 24 траектория движения еще больше отклоняется в радиальном направлении (угол α1 вместо α2 , способствуя более высокой степени смешения, и увеличивает дополнительное время пребывания в полости газосборника продуктов сгорания, что понижает поле температур на выходе из газосборника.
Предлагаемая камера сгорания позволяет обеспечить устойчивое эффективное горение с пониженной токсичностью выхлопных газов при сжигании природного газа в газотурбинной энергетической установке.
Формула изобретения: Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки, содержащая соединенные с газосборником, имеющим полость, образованную собственными кольцевыми стенками, и скрепленным с внешним и внутренним корпусами, жаровые трубы, в каждой из которых расположен во внутренней полости ниже по потоку за факелом пламени смеситель, скрепленный полыми стойками со стенкой жаровой трубы, выполненный в виде конуса, отличающаяся тем, что смеситель снабжен внутренним конусом, между конусами размещен завихритель, причем поверхности конусов образуют сужающийся в направлении завихрителя кольцевой канал, вершины конусов направлены против потока, а в стенке наружного конуса выполнены отверстия и щели.