Система багаторежимної подачі паливоповітряної суміші в камеру згорання

1. Система (12) багаторежимної подачі паливоповітряної суміші в камеру (10) згорання газотурбінного двигуна, що має подовжню вісь (Х-Х) і включає паливоподавальні засоби, розташовані між першими засобами (22) і другими засобами (24) подачі повітря у внутрішній кільцевій порожнині (32, 34) пристрою (26) Вентурі, утвореній ближчою по напрямку потоку по суті осьовою стінкою (28) і дальньою по напрямку потоку по суті радіальною стінкою (30), при цьому паливоподавальні засоби містять щонайменше один перший паливоподавальний контур (32), оснащений щонайменше одним отвором (36) вприскування палива, і декілька других паливоподавальних контурів (34), незалежних від перших контурів і оснащених, кожний, щонайменше одним отвором (38) вприскування палива для забезпечення можливості реалізації декількох незалежних режимів подачі паливоповітряної суміші відповідно до визначених режимів роботи двигуна, яка відрізняється тим, що отвір (36) вприскування палива першого паливоподавального контуру виконано в ближчій стінці пристрою Вентурі для вприскування палива до камери згорання в напрямку, по суті перпендикулярному напрямку повітряного потоку, що виходить від перших засобів (22) подачі повітря, а отвори (38) вприскування палива других паливоподавальних контурів виконані в дальній стінці пристрою Вентурі для вприскування палива до камери згорання в напрямку, по суті перпендикулярному напрямку 2 (19) 1 3 Даний винахід відноситься в широкому аспекті до галузі систем подачі палива в камеру згорання газової турбіни. Більш конкретно, він відноситься до системи багаторежимної подачі паливоповітряної суміші, що дозволяє забезпечувати щонайменше два незалежних режими подачі паливоповітряної суміші відповідно до попередньо заданих режимів роботи двигуна. У камері згорання звичайних газових турбін подача палива здійснюється кожною системою подачі на одному режимі через паливну форсунку. Два завихрювачі повітря, центровані щодо форсунки, подають кожний радіальний повітряний потік у зоні за паливною форсункою для одержання паливоповітряної суміші, призначеної для вприскування і потім спалювання в камері згорання. Витікання повітря від двох завихрювачів звичайно обмежене пристроєм Вентурі, вмонтованим між завихрювачами, а встановлена за ним конусна оболонка прискорює течію паливоповітряної суміші до камери згорання. Паливоповітряна суміш, одержувана в таких системах подачі, повинна бути оптимальною для того, щоб забезпечувати запуск камери згорання, стійкість спалювання на низьких режимах роботи двигуна та обмеження шкідливих викидів у атмосферу, особливо на режимі так званого повного газу. Ці вимоги обумовлюють режими роботи, часто не сумісні один з одним. Так, наприклад, стійкості роботи камери згорання по зриву полум'я, особливо необхідній на низьких режимах роботи турбомашини, сприяє неоднорідність паливоповітряної суміші, що характеризується наявністю зон із високим вмістом суміші, розташованих поблизу збіднених зон. І навпаки, утворення шкідливих речовин, як-от оксиди азоту, може бути обмежене використанням бідної та однорідної паливоповітряної суміші. Система подачі палива описаного типу, яка працює в одному режимі, не дозволяє задовольнити всім перерахованим вище умовам. Дійсно, вприскування палива цими системами здійснюється в зони, де маса введеного повітря найбільш низка, що створює тенденцію до утворення неоднорідної паливоповітряної суміші. Крім того, обмеження вприскування палива до однієї точки є оптимізованим тільки для одного або двох режимів роботи турбомашини. Зокрема, такі системи подачі палива не забезпечують надійність режиму малого газу, що веде до значних викидів монооксиду вуглецю. Для усунення цих ускладнень відоме використання камери згорання з двома голівками, принцип роботи якої полягає в поділі горіння палива на низькому й на високому режимі за рахунок оснащення камери згорання паливними форсунками, розподіленими між так званою "пусковою" голівкою й так званою "злітною" голівкою, яка відстоїть від пускової голівки як радіально, так і по осі. Хоча таке технічне рішення вважається задовільним, однак, камера з двома голівками важко керована і громіздка, враховуючи подвійне число паливних форсунок у порівнянні з камерою, оснащеною про 76427 4 стою класичною голівкою. [З патенту США №5816049] відома також система подачі паливо повітряної суміші, в якій вприскування палива здійснюється у множині точок через отвори вприскування палива, передбачені на рівні пристрою Вентурі, щообмежує течію повітря від радіального завихрювача й осьового завихрювача, а також через отвори, що виходять у канал повітряного потоку від радіального завихрювача. Проте описана в даному документі система подачі палива має свої недоліки. Подача палива до отворів вприскування палива здійснюється через множину живильних каналів, що значно підвищує ризик коксування палива. Крім того, спеціальне розташування отворів вприскування палива щодо способів подачі повітря пов'язане з істотним ризиком оберненого току палива. Задача, на рішення якої спрямовано даний винахід, полягає в усуненні зазначених недоліків і у створенні нової системи подачі, що забезпечує багаторежимне вприскування паливоповітряної суміші, що дозволяє готувати паливоповітряну суміш, оптимальну для умов низького і підвищеного режиму з метою обмеження шкідливих викидів. Задачею винаходу є також створення системи, що знижує ризик коксування й усуває обернений тік палива. Відповідно до винаходу вирішення поставленої задачі досягається за рахунок системи подачі паливоповітряної суміші в камеру згорання двигуна газової турбіни, при цьому ця система подачі паливоповітряної суміші має подовжню вісь і містить паливоподавальні засоби, розташовані між першими і другими засобами подачі повітря у внутрішній кільцевій порожнині пристрою Вентурі. Дана порожнина утворена ближчою по напрямку потоку, по суті, осьовою стінкою і дальньою по напрямку потоку, по суті, радіальною стінкою. При цьому паливоподавальні засоби мають щонайменше один перший паливоподавальний контур, обладнаний щонайменше одним отвором вприскування палива, і декілька других паливоподавальних контурів. Ці другі паливоподавальні контури незалежні від перших паливоподавальних контурів і оснащені, кожний, щонайменше одним отвором вприскування палива. Тим самим забезпечується можливість реалізації декількох незалежних режимів подачі паливоповітряної суміші відповідно до визначених режимів роботи двигуна. Система за винаходом характеризується тим, що отвір вприскування палива першого паливоподавального контуру виконаний у ближчій стінці пристрою Вентурі для вприскування палива до камери згорання в напрямку, по суті перпендикулярному напрямку повітряного потоку, що виходить від перших засобів подачі повітря. При цьому отвори вприскування палива других паливоподавальних контурів виконані в дальній по напрямку потоку стінці пристрою Вентурі для вприскування палива до камери згорання в загальному напрямку, по суті перпендикулярному напрямку повітряного потоку, що виходить від других засобів подачі повітря. За рахунок такого вирішення система подачі 5 76427 6 палива дозволяє генерувати як однорідну й бідну осі 21 газової турбіни, оснащеної такою камерою паливоповітряну суміш для умов підвищеного резгорання. Система 12 за винаходом змонтована в жиму для зниження шкідливих викидів оксидів азокожному з цих вікон. Паливоподавальні системи ту, так і створювати газові кармани в стехіометриготують паливоповітряну суміш, призначену для чній пропорції для умов режиму малої подачі. спалювання в камері 10 згорання. Гази, що генеЗавдяки цьому гарантуються запуск і стійкість роруються при згоранні паливоповітряної суміші, боти камери згорання по зриву полум'я з одночастечуть у камері згорання до її вихідної частини ним контролем викидів монооксиду вуглецю. перед подачею їх у турбіну високого тиску. Вприскування паливоповітряної суміші здійснюЯк показано докладніше на Фіг.2, паливоподається багаторежимним чином відповідно до умов вальна система 12 із подовжньою віссю Х-Х має роботи двигуна. Таким чином, розподіл палива в паливоподавальні засоби, розташовані між персистемі подачі може точно регулюватися у функції шими і другими засобами подачі повітря. Ці перші і маси повітря, що вводиться засобами подачі повідругі засоби подачі повітря переважно утворені тря. Крім того, вприскування палива в напрямках, відповідно внутрішнім завихрювачем 22 і зовнішперпендикулярних повітряним потокам від засобів нім завихрювачем 24, розташованими радіально подачі повітря, покращує однорідність паливоповівідносно подовжньої осі Х-Х. Ці повітряні завихрютряної суміші. вачі відомого типу подають кожний повітряний В оптимальному варіанті здійснення отвору потік по суті в радіальному напрямку. Зовнішній вприскування палива зазначених першого (або завихрювач 24 встановлений із радіальним зсувом перших) і других паливоподавальних контурів рівщодо внутрішнього завихрювача 22. номірно розподілені навколо подовжньої осі і заПаливоподавальні засоби встановлені у внутймають взаємно зміщені кутові положення для рішній кільцевій порожнині кільцевого пристрою 26 поліпшення однорідності паливоповітряної суміші. Вентурі, який розташований симетрично до поОдин живильний трубопровід дозволяє подадовжньої осі Х-Х паливоподавальної системи і вати паливо в перший (або перші) і другі паливообмежує течію повітря, що виходить від внутрішподавальні контури, наприклад, за допомогою денього і зовнішнього завихрювачів 22, 24. Пристрій кількох концентричних живильних трубок. При Вентурі має ближчу по напрямку потоку стінку 28, цьому подача палива здійснюється через один яка проходить по суті в осьовому напрямку від трубопровід, що знижує ризик коксування палива і внутрішнього завихрювача 22 і продовжена дальдозволяє організувати охолодження за рахунок ньою по напрямку потоку стінкою 30, яка прохоциркуляції палива в паливоподавальних контурах. дить по суті радіально і пов'язана із зовнішнім заДопоміжні засоби подачі повітря або палива, вихрювачем 24. розташовані симетрично до подовжньої осі систеПаливоподавальні засоби мають щонайменше ми подачі палива, дозволяють оптимальним чином один перший паливоподавальний контур 32 і деківизначати додаткові режими вприскування палилька других паливоподавальних контурів 34. Ці воповітряної суміші. Ці засоби встановлені на коперший (або перші) і другі паливоподавальні коннусній оболонці, яка також симетрично розташотури незалежні один від одного й обмежені ближвана на подовжній осі і проходить назад по чою і дальньою стінками 28, 30 пристрою 26 Веннапрямку потоку від перших засобів подачі потурі. Для зручності на Фіг.1-3 показані вітря. паливоподавальні засоби, що мають один перший Приклади, що не є обмежуючими, здійснення і один другий паливоподавальні контури. Зрозуміданого винаходу, його додаткові особливості й ло, можливі варіанти виконання, в яких паливопопереваги будуть докладніше описані нижче з подавальні засоби мають декілька перших і декілька силаннями на креслення, що додаються, на яких: других паливоподавальних контурів. Фіг.1 зображує на вигляді в розтині частину Перший паливоподавальний контур 32 відчикамери згорання, оснащеної системою подачі відняється в камеру 10 згорання по суті в радіальноповідно до одного прикладу здійснення винаходу, му напрямку за допомогою щонайменше одного Фіг.2 зображує у збільшеному масштабі частиотвору 36 вприскування палива, виконаного в ну системи по Фіг.1, ближчій стінці пристрою Вентурі. Другий паливоФіг.3 зображує на вигляді в перспективі з частподавальний контур 34 відчиняється в камеру 10 ковим вирізом систему подачі по Фіг.1, згорання по суті в радіальному напрямку за допоФіг.4 схематично зображує на вигляді спереду могою щонайменше одного отвору 38 вприскувансистему подачі палива в іншому прикладі здійсня палива, виконаного в дальній стінці пристрою нення. Вентурі. Таким чином, відповідно до винаходу паДані, що підтверджують можливість здійсненливо, що знаходиться в першому паливоподаваня винаходу льному контурі 32, вприскується в повітряний поНа Фіг.1 представлена на вигляді в розтині чатік, що генерується внутрішнім завихрювачем 22, у стина камери 10 згорання, оснащеної декількома напрямку, по суті перпендикулярному цьому потосистемами 12 подачі паливоповітряної суміші. Какові. Аналогічним чином паливо, що знаходиться в мера 10 згорання укріплена на зовнішньому корпудругому паливоподавальному контурі 34, вприскусі 14 за допомогою фіксуючих засобів, що тут не ється в повітряний потік, генерований зовнішнім показані. Камера 10 згорання може бути камерою, завихрювачем 24, у напрямку, по суті перпендикунаприклад, кільцевого типу, обмеженою двома лярному цьому потокові. Як приклад, у кожному стінками 16, 18, що сполучені між собою в головній паливоподавальному контурі може бути передбачастині камери кільцевим днищем 20. У днищі 20 є чено шість отворів вприскування палива. декілька вікон, рівномірно розподілених навколо Відповідно до кращого варіанта винаходу 7 76427 8 отвори 36, 38 вприскування палива паливоподатур 34, який переважно має торичну форму (Фіг.3). вальних контурів 32, 34, рівномірно розподілені Друга трубка 44, концентрична першій, подає панавколо подовжньої осі Х-Х паливоподавальної ливо в перший паливоподавальний контур 32. В системи. При цьому отвори 36 вприскування палитому випадку, коли є декілька перших і декілька ва першого паливоподавального контуру займадругих паливоподавальних контурів, кількість конють кутові положення, зміщені щодо отворів 38 центричних трубок відповідає кількості контурів. вприскування палива другого контуру. Ця особлиТаким чином, живлення паливом паливоподававість дозволяє поліпшити однорідність паливопольних контурів здійснюється по одному живильновітряної суміші. Крім того, отвори вприскування му трубопроводу 40, що знижує ризик коксування палива переважно не розташовані навпроти вихопалива. В альтернативному варіанті живильні трудів внутрішнього і зовнішнього завихрювачів побки можуть бути розташовані паралельно і незавітря. лежно одна від одної. Наявність принаймні одного першого і декільНаявне в паливоподавальних контурах паливо кох других незалежних паливоподавальних контузахищене від гарячих газів, що виділяються при рів, кожний з яких постачений щонайменше одним згоранні паливоповітряної суміші, за допомогою отвором вприскування палива, дозволяє реалізутеплових екранів 46, вмонтованих між паливоповати декілька незалежних режимів подачі паливодавальними контурами 32, 34 і ближчою й дальповітряної суміші в залежності від визначених реньою стінками 28, 30 пристрою 26 Вентурі. Палижимів роботи двигуна. Так, наприклад, у тому во, що циркулює в паливоподавальних контурах, випадку, коли паливоподавальні засоби мають дозволяє також охолоджувати стінки пристрою один перший і один другий паливоподавальний Вентурі. В тому випадку, коли є декілька перших і контур, як показано на Фіг.1-3, вприскування палидекілька других паливоподавальних контурів, тепва першим паливоподавальним контуром 32 може лові екрани можуть одночасно служити для віддівідповідати режиму малого газу, а вприскування лення одних контурів від інших. палива першим і другим паливоподавальними Відповідно до іншої корисної особливості виконтурами може відповідати режиму повного газу. находу паливоподавальна система додатково Відповідно до іншого приклада здійснення вивключає допоміжні засоби 48 подачі повітря або находу, схематично поданого на Фіг.4, передбачепалива, розташовані симетрично до подовжньої ні два перших паливоподавальних контури 32а, осі Х-Х (показані на Фіг.2 штриховими лініями). Ці 32b і два других паливоподавальних контури 34а, допоміжні засоби 48 уможливлюють визначення 34b. Кожний перший паливоподавальний контур додаткових режимів вприскування паливоповітря32а, 32b має три отвори 36а, 36b вприскування ної суміші. Так, наприклад, якщо ці засоби є палипалива відповідно, а кожний другий паливоподавоподавальними, вприскування палива тільки чевальний контур 34а, 34b має три отвори 38а, 38b рез ці засоби може відповідати режиму малого вприскування палива відповідно. При цьому палигазу двигуна, а вприскування палива через ці довоподавальна система 12 дозволяє здійснювати поміжні засоби і через отвори вприскування палишістнадцять незалежних режимів вприскування ва першого паливоподавального контуру, може паливоповітряної суміші. На Фіг.4 показано також, відповідати всьому діапазону проміжних режимів. що отвори 36а, 36b і 38а, 38b вприскування палиІ, нарешті, вприскування палива через допоміжні ва перших і других паливоподавальних контурів засоби й через отвори вприскування палива перрівномірно розподілені навколо подовжньої осі X-X ших і другого паливоподавального контурів може паливоподавальної системи і займають взаємно відповідати режиму повного газу двигуна. зміщені кутові положення таким чином, щоб поПереважно допоміжні засоби 48 подачі повітря ліпшити утворення паливоповітряної суміші. або палива встановлені на конусній оболонці 50, Відповідно до ще одного прикладу здійснення, яка розташована симетрично до подовжньої осі Хне поданого на кресленнях, можуть бути передбаХ і проходить назад по напрямку потоку від перчені шістнадцять перших і шістнадцять других паших засобів подачі повітря. В тому випадку, коли ливоподавальних контурів, кожний з яких оснащедопоміжні засоби є паливоподавальними засобаний двома отворами вприскування палива. В ми, вони можуть бути утворені, наприклад, паливцьому випадку паливоподавальні засоби дозвоною форсункою звичайного типу, яка перетинає ляють визначити 256 незалежних режимів вприсстінку 52, що утворює днище конусної оболонки кування паливоповітряної суміші. 50. Якщо допоміжні засоби є засобами подачі повіЗ Фіг.1 і 2 очевидно, що паливоподавальна ситря, вони можуть бути утворені завихрювачем вістема 12 за винаходом має також щонайменше домого типу, який також перетинає стінку 52 конуодин радіальний живильний трубопровід 40 й у сної оболонки 50. перший (або перші), і в другі паливоподавальні І, нарешті, слід зазначити, що на виході зовніконтури 32, 34. Цей живильний трубопровід 40 в шнього завихрювача 24 розташована труба 54, що оптимальному прикладі виконання має декілька подає суміш. Ця труба 54 має стінку 56, що звужутрубок, що можуть бути, наприклад, концентричється по ходу потоку і закінчується по суті радіаними, при цьому кожна трубка подає паливо в льною стінкою 58, яка продовжена в камері згоодин із контурів. У прикладі виконання по Фіг.2 рання дефлектором 60. Ця труба дозволяє паливоподавальний трубопровід має дві трубки прискорювати витікання паливоповітряної суміші 42, 44. Перша, центральна трубка 42 трубопроводо камери згорання і запобігає поширенню полум'я ду подає паливо в другий паливоподавальний конгоріння у зворотному напрямку. 9 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76427 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601