Газовий пальник трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі

1. Газовий пальник трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі, що складається з розташованих концентрично центральної частини та периферійної частини, який відрізняється тим, що периферійна частина являє собою концентричні паливні камери необхідної форми, що утворені трубними дошка 3 би з наступним виносом його з зони горіння. Крім того, наявність дифузійного сумішоутворення і неякісне спалювання веде до збільшення утворення NOx і ускладнює алгоритм керування камерою згоряння. Проникнення зони зворотних потоків продуктів згоряння по осі жарової труби у внутрішню камеру змішування призводить до проскакування полум'я у внутрішню камеру змішування й, у зв'язку з цим, збільшенню рівня NOx 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) F23R 3/34, зареєстрований 16.08.2004 р., бюл. 8]. Ця конструкція прийнята як найближчий аналог. Процес спалювання у даній пальниковій системі має недолік, пов'язаний з наявністю пульсаційного горіння газоповітряної суміші, що призводить до вібрації як пальникової системи, так і камери згоряння та двигуна в цілому. У основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пальникової системи камери згоряння газової турбіни енергетичної установки, в якій шляхом використання нових конструктивних елементів змінюється характер змішування паливного газу з повітрям із забезпеченням стійкого горіння суміші з мінімальним недопалом (СхНу) і викидами оксидів азоту й оксидів вуглецю з одночасним зменшенням рівня та вірогідності виникнення пульсаційного горіння і вібрації устаткування. Поставлена задача вирішується тим, що змінюється конструкція пальникової системи без будь-яких змін жарової труби, паливопідводів та системи запалення суміші. Конструкція нової пальникової системи складається з двох частин: центральної та периферійної. Центральна частина пальника являє собою відокремлену від периферійної частини паливну камеру, що утворена трубними дошками, повітряними трубками відповідного діаметра та боковою пластиною циліндричного типу, з якої паливний газ незалежно від периферійної частини потрапляє у зону кінетичного та дифузійного сумішоутворення 63687 4 через газові отвори у трубках та трубній дошці відповідно. Периферійна частина являє собою концентричні паливні камери необхідної форми, що утворені трубними дошками, які з'єднані щільно з системно розташованими повітряними трубками та боковою пластиною циліндричного вигляду. Міжтрубний паливний простір розділений на дві паливні камери проміжною трубною дошкою: в першу по ходу повітря паливну камеру газ подається для кінетичного сумішоутворення, паливо у другу камеру подається для дифузійного утворення повітряно-паливної суміші. Для дифузійного спалювання суміші газові отвори виконані на фронтальній трубній дошці на певній відстані від повітряних трубок по концентричному колу. Отвори для подачі палива для кінетичного спалювання палива виконані на внутрішній боковій поверхні повітряних трубок на певній відстані від внутрішньої трубної дошки у зоні міжтрубного простору, з яким пов'язаний кінетичний канал паливопідводу. Завдяки такому технічному рішенню досягається комплексний позитивний результат, а саме забезпечення стійкого та ефективного спалювання палива із зниженим у порівнянні з аналогом рівнем шкідливих оксидів азоту NOх та оксиду вуглецю СО та вібраційного горіння. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на: - Фіг.1 показано загальний вид газового пальника трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі; - Фіг.2 показано повздовжній переріз газового пальника трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі; - Фіг.3 показано вид по стрілці Б на фронтальну частину пальника. В даній пальниковій системі у порівнянні з аналогом змінюється конструкція пальника, умови подачі палива, його сумішоутворення з повітрям та умови згоряння повітряно-паливної суміші. Газовий пальник трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі відрізняється від аналогу тим, що подача палива на дифузійне і кінетичне спалювання здійснюється роздільно у центральну та периферійну частини пальника через відповідні штуцери на фланці 1, який приєднаний до корпусу камери згоряння і сполучає їх з каналами: 2 - подача палива у периферійну частину для дифузійного сумішоутворення; 3 - подача палива у периферійну частину для кінетичного сумішоутворення; канал 4 здійснює підвід палива у центральну частину пальникової системи, де паливо одночасно надходить на кінетичне і дифузійне сумішоутворення. Центральна частина пальникової системи камери згоряння (Фіг.2) складається з концентрично розташованих навколо осі центрального пальника 5 повітряних трубок 6 та циліндричної внутрішньої стінки 7, яка відокремлює іі периферійної частини пальника. Периферійна частина являє собою кільцеві камери, що утворюються трубними дошками: фро 5 нтальною 8, проміжною 9 і тильною 10, діаметр яких дещо менший діаметра вхідного отвору у жарову трубу камери згоряння, які з'єднані повітряними трубками 6 у вигляді трубного пучка, що розміщенні за розрахованою оптимальною геометричною формою (Фіг.3) радіально навколо центральної частини пальникового пристрою. На необхідній відстані від тильної трубної дошки розташована проміжна трубна дошка 9, що забезпечує утворення роздільних міжтрубних просторів для подачі у них палива у зони 11 і 12, які виконують функцію паливних колекторів для подачі палива на кінетичне та дифузійне сумішоутворення відповідно. Отвори для кінетичного спалювання палива 13 виконані радіально у повітряних трубках 6 та розташовані на відповідній відстані від їх торця як у зоні паливного колектора 11, з яким пов'язаний кінетичний канал підводу палива 3, так і у центральній частині пальникового пристрою. Паливні отвори 14 (Фіг.3) на фронтальній трубній дошці 8 центральної і периферійної частини пальника розміщенні за відповідною схемою по вершинах правильних фігур. Повітряні трубки центральної частини пальника розташовані по вершинах правильного рівностороннього трикутника (контур l-s-p на Фіг.3), навколо яких на певній відстані розташовані по п'ять паливних отворів концентрично відносно осі повітряних трубок. Газовий пальник трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі працює наступним чином. При запуску камери згоряння газотурбінного двигуна повітря подається через центральну і периферійну частини пальникової системи одночасно, а стиснутий паливний газ подається тільки через паливний канал 4 (Фіг.2) до кільцевої камери 15, після якої через канали 16 паливо подається до центральної частини пальникової системи, у якій паливо поступає через пальникові отвори 13 (Фіг.2) на попереднє та через отвори 14 (Фіг.3) - на дифузійне сумішоутворення. Після загоряння факелу на центральній частині пальника відбуваєть 63687 6 ся подача палива на його периферійну частину: паливо через паливний канал 2 подається у кільцеву порожнину 17, а через паливний канал 3-у кільцеву порожнину 18 (Фіг.2). Паливо по каналу 19 подається з кільцевої порожнини 17 у паливний колектор 12 (Фіг.2), з якого паливо направляться через паливні отвори 14 (Фіг.3) на дифузійне спалювання. Паливо з кільцевої порожнини 18 по каналу 20 (Фіг.2) подається у паливний колектор 11, з якого паливо через отвори 13 у повітряних трубках 6 попередньо змішуючись з повітрям у трубках подається на кінетичне спалювання. Завдяки такій схемі спалювання газоповітряної суміші досягається плавний без термічних ударів запуск камери згоряння газотурбінного двигуна та перехід з одного режиму навантаження на інший. Застосування газового пальника трубчастого типу газотурбінного двигуна з регульованим розподілом газоподачі дозволяє підвищити ефективність використання об'єму жарової труби для якісного спалювання палива, а реалізація можливості роздільного чи комбінованого регулювання подачі палива на кінетичне чи дифузійне сумішоутворення дозволяє досягти оптимальних умов для ефективного і екологічно безпечного спалювання газоподібного палива на різних режимах роботи двигуна. Така конструктивна схема пальника характеризується дуже високою стійкістю та ефективністю спалювання палива у широкому діапазоні змін його витрат, забезпечує високий рівень рівномірності температурного поля у жаровій трубі камери згоряння і газів на вході в лопатковий апарат газової турбіни, що дозволяє вирішити проблему підвищення надійності роботи і 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 63687 8 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 63687 Підписне 10 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