Газовий пальник на основі насадка борда для камери згоряння газотурбінного двигуна

1. Газовий пальник на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна, що складається з розташованих концентрично центральної частини та периферійної частини, який відрізняється тим, що периферійна частина 3 скакування полум'я у внутрішню камеру змішування й, у зв'язку з цим, збільшенню рівня NOх і перегріву сопла, що негативно впливає на надійність та довговічність конструкції камери згоряння. Відома камера згоряння газової турбіни енергетичної установки, що має жарову трубу, яка складається з розташованих концентрично центральної частини та периферійної частини з внутрішньою і зовнішньою камерами змішування, на вході в які виконані канали підводу повітря, і основної камери горіння, при цьому зовнішня камера змішування виконана постійно вужчою, у внутрішній камері змішування по її горизонтальній осі розташований витискувач зворотних потоків продуктів згоряння з рядом отворів у торцевій стінці для охолоджувального повітря, на виході з внутрішньої камери змішування перед основною камерою горіння розташовано попередню камеру горіння, яка має внутрішній корпус і зовнішній корпус з отворами для охолоджувального повітря, крім того, канали підводу повітря виконані у вигляді радіальних лопатних завихрювачів, у кожній лопатці яких виконані канали підводу паливного газу з вихідними отворами, спрямованими в міжлопатні канали, при цьому осі вихідних отворів перпендикулярні стінкам лопаток [Пат. України на винахід № 68446, МПК (2006) F23R3/34, зареєстрований 16.08.2004 р., бюл. 8]. Ця конструкція прийнята за найближчий аналог. Процес спалювання у даній пальниковій системі має недолік неякісного і хаотичного сумішоутворення, пов'язаний з наявністю пульсаційного горіння газоповітряної суміші, що призводить до вібрації як пальникової системи, так і камери згоряння та двигуна в цілому. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пальникової системи камери згоряння газової турбіни енергетичної установки, в якій шляхом введення нових конструктивних елементів змінюється характер змішування паливного газу з повітрям з досягненням стійкого горіння з мінімальним недопалом (СхНу) і викидами оксидів азоту й окислів вуглецю з одночасним зменшенням пульсаційного горіння і вібрації устаткування. Поставлена задача вирішується тим, що змінюється конструкція пальникової системи без будь-яких змін жарової труби, підводів повітря та палива у камеру згоряння. Конструкція газового пальника на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна складається з двох частин: внутрішньої (центральної) та зовнішньої (периферійної). Центральна частина є черговим пальником і являє собою насадок Борда з наявною у початковій частині по ходу повітря газової камери із ступенем розкриття прохідного перерізу насадка (D/d) у межах 1,2...3,0 з подачею паливного газу через отвори, що виконані у необхідній кількості на трубній дошці насадка по концентричному колу на необхідній відстані від центральної осі. Газові отвори необхідні для організації дифузійного сумішоутворення чергового пальника. Для забезпечення процесу стабільного дифузійного спалювання повітряно-паливної суміші насадок Борда заглиблено всередину фронталь 63686 4 ної трубної дошки пальника на необхідну глибину, що дозволяє підтримувати сталий процес спалювання на різних режимах роботи периферійної частини пальника і камери згоряння. Периферійна частина газового пальника на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна являє собою систему повітряних каналів, що утворюється за рахунок трубчастих елементів відповідного діаметра та газових отворів, що забезпечують подачу палива для дифузійного та кінетичного спалювання і являє собою кільцеві камери, що утворюються фронтальною і тильною трубними дошками, з’єднаними трубками у вигляді трубного пучка, з бокової частини, які обмежені кільцевою пластиною, а встановлення внутрішньої трубної дошки забезпечує утворення міжтрубного простору для роздільної подачі палива на кінетичне та дифузійне сумішоутворення. Отвори для дифузійного спалювання виконані на зовнішній трубній дошці периферійної частини пальника на необхідній відстані від повітряних трубок по концентричному колу. Отвори для подачі палива для кінетичного спалювання палива виконані на внутрішній боковій поверхні повітряних трубок на необхідній відстані від внутрішньої трубної дошки у зоні міжтрубного простору, з яким пов'язаний кінетичний канал паливопідводу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 показано загальний вид газового пальника на основі насадка Борда; на Фіг. 2 - повздовжній переріз газового пальника на основі насадка Борда; на Фіг. 3 - вид по стрілці Б на фронтальну частину пальникового пристрою. Газовий пальник на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна відрізняється від аналога тим, що подача палива на дифузійне і кінетичне спалювання здійснюється роздільно у периферійну частину пальника через відповідні штуцери на фланці, які приєднані до корпусу 1 (Фіг. 1) жарової труби камери згоряння і сполучаються з каналами: 2 - подача на дифузійне спалювання; 3 - подача на кінетичне спалювання палива; канал 4 здійснює підвід палива у центральну (чергову) частину пальникового пристрою, яка виконана насадком Борда 5 (Фіг. 2). Кільцева камера периферійної частини утворюється двома трубними дошками: фронтальною трубною дошкою 6 і тильною трубною дошкою 7, діаметр яких дещо менший від діаметра вхідного отвору у жарову трубу камери згоряння, які з'єднані повітряними трубками 8 у вигляді трубного пучка, що розміщенні за оптимально розрахованою геометрією трикутників (контур m-n-k на Фіг. 3) радіально навколо центральної частини пальникового пристрою, причому повітряні трубки першого ряду розташовані по колу так, що відстань між ними складає кут , який дорівнює 60 градусів. На необхідній відстані від тильної трубної дошки 7 (Фіг. 2) розташована внутрішня трубна дошка 9, що забезпечує утворення міжтрубного простору для подачі палива у зони 10 і 11, які виконують функцію паливних колекторів для пода 5 чі газового палива відповідно на кінетичне та дифузійне спалювання. Отвори 12 для кінетичного спалювання палива виконані на боковій поверхні повітряних трубок 8 та розташовані на необхідній відстані від їх торця у зоні паливного колектора 10, з яким пов'язаний кінетичний канал підводу палива 3. Паливні отвори 13 (Фіг. 3) на фронтальній трубній дошці 6 периферійної частини пальникового пристрою розміщенні по вершинах правильних шестикутників (контур a-b-c-d-e-f) і мають однакову відстань між собою та розташовані на однаковій відстані від центру повітряних трубок. Газовий пальник на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна працює наступним чином. При запуску камери згоряння газотурбінного двигуна необхідне для горіння повітря подається через центральну і периферійну частини пальника одночасно, а стиснутий паливний газ подається тільки через паливний канал 4 (Фіг. 2) до кільцевої камери 14, після якої через канали 15 паливо подається до центральної частини пальника. Після загоряння факелу на центральній частині починається подача палива на периферійну частину: паливо подається через паливний канал 2 у кільцеву порожнину 16, а через паливний канал 3 - у кільцеву порожнину 17 (Фіг. 2). Паливо по каналу 18 подається з кільцевої порожнини 16 у паливний колектор 11 (Фіг. 2), з якого паливо направляється через паливні отвори 13 на дифузійне спалювання. Відповідно паливо з кільцевої порожнини 17 по каналу 19 (Фіг. 2) подається у паливний колектор 10, з якого паливо через отвори 12 у повітряних трубках подається на кінетичне спалювання. При 63686 6 цьому на фронтальній трубній дошці 6 (Фіг. 3) навколо кожного паливоповітряного струменя утворюються факели, сукупність яких визначає загальну структуру зони горіння за периферійною частиною пальникової системи камери згоряння. При такій схемі загоряння газоповітряної суміші у периферійній частині пальника від факелу центральної частини досягається плавний без термічних ударів запуск газотурбінного двигуна. Застосування такої конструкції газового пальника дозволяє підвищити ефективність використання об'єму зони горіння, а розміщення паливних отворів у повітряних трубках і на фронтальній трубній дошці навколо них дозволяє організувати роздільне регулювання дифузійного і кінетичного видів спалювання палива у камері згоряння. Газовий пальник на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна характеризується дуже високою стійкістю та ефективністю горіння факелу у широкому діапазоні змін навантаження двигуна, забезпечує більш високий рівень рівномірності температурного поля у камері згоряння у порівнянні із аналогом. Завдяки такій конструкції газового пальника на основі насадка Борда для камери згоряння газотурбінного двигуна вирішується проблема підвищення надійності роботи, забезпечення плавного переходу від одного типу спалювання до іншого і до їх комбінації, досягнення високої енергетичної ефективності, відповідності нормативним вимогам щодо емісії токсичних оксидів азоту (NOх) та оксиду вуглецю (CO), забезпечення ефективної роботи камери згоряння газотурбінного двигуна у широкому діапазоні навантаження. 7 Комп’ютерна верстка Мацело В. 63686 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601