Патент на изобретение №2328658

Изобретение относится к области газотурбинных установок для промышленной теплоэнергетики, в частности к энергетическим установкам для привода электрогенераторов и других различных потребителей энергии.

Известны камеры сгорания с центробежными конусными форсунками для жидких и газообразных топлив энергетических установок (см. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М., Издательство МЭИ, 2002, стр.67…75 [1]).

Известны кольцевые камеры сгорания газотурбинного двигателя с вращающейся форсункой, закрепленной на роторе турбокомпрессора (B.C.Пащенко, И.А.Холмянский. “Экспериментальное исследование характеристик камеры сгорания с вращающейся форсункой” в сб. “Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов” Куйбышев: Куйбышевского авиационного института, 1984 [2]).

Недостатком известных форсунок является недостаточная полнота сгорания топлива, что повышает выброс в атмосферу вредных веществ.

Цель изобретения – повышении КПД газотурбинной установки путем улучшения качества распыления и смешения топливовоздушной смеси, увеличение полноты сгорания, уменьшение выброса в атмосферу вредных веществ.

Предлагается вращающаяся форсунка для газотурбинной установки (ГТУ) с кольцевой камерой сгорания, содержащая неподвижный конический диск с размещенными на нем кольцевым коллектором и радиальными трубками подачи топлива в зону горения; при этом радиальные трубки выполнены равнорасположенными по окружности; форсунка имеет соосный неподвижному диску закрепленный на роторе ГТУ вращающийся конический диск. На конусной поверхности вращающегося диска, обращенной к неподвижному диску, расположены многозаходные винтовые каналы подачи топливовоздушной смеси в зону горения камеры сгорания, перемешивания топливовоздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания, винтовые каналы вращающегося диска выполнены наклонно в сторону вращения с острой отсекающей кромкой и галтелью у основания гребня.

Изобретение поясняется фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 показан общий вид ГТУ с камерой сгорания и вращающейся форсункой (для газообразного топлива). Газотурбинная установка содержит корпус 1, компрессор 2, соединенный общим ротором 3 с турбиной 4 компрессора, камеру сгорания 5, силовую турбину 6, приводящую электрогенератор 7. Турбина 4 имеет сопловой аппарат с полыми лопатками 8. Компрессор 2 имеет осевой диффузор с полыми лопатками 9.

На фиг.2 показан элемент камеры сгорания 5 с форсункой 10 подачи и перемешивания топлива. Форсунка 10 содержит вращающийся конический диск 11, закрепленный на роторе 3, соосный ему неподвижный конический диск 12 с кольцевым коллектором 13. Топливо к форсунке 10 подводится по трубке 14 через полые лопатки 9 диффузора, кольцевой коллектор 13 и закрепленные на неподвижном диске радиальные трубки 15, имеющие отверстия 16. Форсунка 10 работоспособна как при подаче газообразного, так и жидкого топлива. Сжатый воздух “В” от компрессора 2 подводится в зону смешения и пространство за камерой сгорания по кольцевому каналу “С”, образованному цилиндрической частью неподвижного диска и ротором 3. Дополнительно воздух поступает в зону смешения камеры сгорания 5 через полые лопатки 8 соплового аппарата и внутренний кожух 17 камеры сгорания, а также через отверстия 18 наружного кожуха 19 камеры сгорания 5.

На фиг.3 показан вид на внешнюю поверхность вращающегося диска 11. На его поверхности, обращенной к неподвижному диску, выполнены многозаходные винтовые каналы 20, разделенные гребнями 21, направляющие поток к периферии диска и выбрасывающие топливовоздушную смесь в зону горения. Винтовые гребни 21 вращающегося диска 11 выполнены наклонно в сторону вращения с острой отсекающей кромкой 22 и галтелью 23 у основания гребня. На периферии вращающегося диска 11 установлены дополнительно укороченные полувитки 24 винтовых гребней.

В процессе работы из компрессора 2 ГТУ в камеру сгорания 5 и закомпрессорное пространство “В” поступает сжатый воздух, а через трубку 14, кольцевой коллектор 13, радиальные трубки 15 и совместные отверстия 16 с неподвижным диском 12 подается топливо (газообразное или жидкое), которое винтовыми гребнями 21 вращающегося диска 11 перемешивается с засасываемым воздухом и выбрасывается в зону горения “А”.

Воздух пространства “В” через отверстия 18 в наружном кожухе поступает в камеру сгорания 5, охлаждая ее стенки, и через кольцевой канал “С” подается в форсунку, подхватывается многозаходными винтовыми гребнями 21 вращающегося конического диска 11, где перемешивается с топливом и выбрасывается в зону горения. Так как частота вращения ротора ГТУ достигает 15000…30000 мин^-1, происходит турбулизация потоков топлива и воздуха, которая способствует тщательному перемешиванию и нагреву газов, что обеспечивает гомогенность сгорания топлива в ядре горения.

Формула изобретения

1. Камера сгорания газотурбинной установки, содержащая компрессор, турбину компрессора, камеру сгорания с вращающейся форсункой, закрепленной на роторе турбокомпрессора, отличающаяся тем, что форсунка содержит неподвижный конический диск с размещенными на нем кольцевым коллектором и радиальными трубками подачи топлива в зону горения, при этом радиальные трубки выполнены равнорасположенными по окружности, форсунка имеет соосный неподвижному диску вращающийся конический диск, при этом на конусной поверхности вращающегося диска, обращенной к неподвижному диску, расположены многозаходные винтовые каналы, образуемые винтовыми гребнями.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что винтовые гребни вращающегося диска выполнены наклонно в сторону вращения с острой отсекающей кромкой и галтелью у основания гребня.

3. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в области, прилегающей к периферии вращающегося диска, расположены дополнительно укороченные полувитки винтовых гребней.

РИСУНКИ