RU2328658C2 - Gas turbine plant combustion chamber - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas turbine combustion chamber incorporates a compressor, a compressor turbine, a combustion chamber with rotary nozzle fitted on the turbo compressor rotor. The nozzle contains a fixed taper disk with an annular manifold and radial pipes to feed fuel into the combustion zone. The radial pipes are equidistant along the circumference. The nozzle incorporates a rotary tapered disk aligned with the fixed one. The rotary disk tapered surface facing the fixed disk accommodates multithread screw channels formed by the screw heckles. The latter are made inclined towards the rotation side with the sharp cutting edge and fluting plane nearby the heckle base.

EFFECT: higher efficiency of the gas turbine plant, fuller combustion and lower pollution.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинных установок для промышленной теплоэнергетики, в частности к энергетическим установкам для привода электрогенераторов и других различных потребителей энергии.The invention relates to the field of gas turbine plants for industrial power engineering, in particular to power plants for driving electric generators and various other energy consumers.

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]).Known combustion chambers with centrifugal cone nozzles for liquid and gaseous fuels of power plants (see Tsanev S.V., Burov V.D., Remezov A.N. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants. M., MEI Publishing House, 2002, pp. .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]).Known annular combustion chambers of a gas turbine engine with a rotating nozzle mounted on the rotor of a turbocharger (BC Pashchenko, I.A. Kholmyansky. "An experimental study of the characteristics of a combustion chamber with a rotating nozzle" in the collection "Vibration strength and reliability of engines and systems of aircraft" Kuibyshev: Kuibyshev Aviation Institute, 1984 [2]).

Недостатком известных форсунок является недостаточная полнота сгорания топлива, что повышает выброс в атмосферу вредных веществ.A disadvantage of the known nozzles is the insufficient completeness of fuel combustion, which increases the emission of harmful substances into the atmosphere.

Цель изобретения - повышении КПД газотурбинной установки путем улучшения качества распыления и смешения топливовоздушной смеси, увеличение полноты сгорания, уменьшение выброса в атмосферу вредных веществ.The purpose of the invention is to increase the efficiency of a gas turbine installation by improving the quality of atomization and mixing of the air-fuel mixture, increasing the completeness of combustion, reducing the emission of harmful substances into the atmosphere.

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.A rotating nozzle for a gas turbine installation (GTU) with an annular combustion chamber is proposed, comprising a fixed conical disk with an annular collector and radial tubes for supplying fuel to the combustion zone; while the radial tubes are made equally spaced around the circumference; the nozzle has a rotating conical disk fixed to the GTU rotor coaxial to the fixed disk. On the conical surface of the rotating disk facing the fixed disk, there are multi-helical screw channels for supplying the air-fuel mixture to the combustion zone of the combustion chamber, mixing of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber, the screw channels of the rotating disk are made obliquely in the direction of rotation with a sharp cutting edge and fillet at the base crest.

Изобретение поясняется фиг.1, 2 и 3.The invention is illustrated in figures 1, 2 and 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.Figure 1 shows a General view of a gas turbine with a combustion chamber and a rotating nozzle (for gaseous fuel). The gas turbine installation comprises a housing 1, a compressor 2, connected by a common rotor 3 to a compressor turbine 4, a combustion chamber 5, a power turbine 6, which drives an electric generator 7. The turbine 4 has a nozzle apparatus with hollow blades 8. The compressor 2 has an axial diffuser with hollow blades 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.Figure 2 shows the element of the combustion chamber 5 with the nozzle 10 for supplying and mixing fuel. The nozzle 10 comprises a rotating conical disk 11 mounted on the rotor 3, a stationary conical disk 12 coaxial with the annular collector 13. Fuel is supplied to the nozzle 10 through the tube 14 through the hollow vanes 9 of the diffuser, the annular collector 13 and the radial tubes 15 mounted on the fixed disk, 15 having holes 16. The nozzle 10 is operable both when supplying gaseous and liquid fuel. Compressed air "B" from the compressor 2 is supplied to the mixing zone and the space behind the combustion chamber through the annular channel "C" formed by the cylindrical part of the fixed disk and the rotor 3. Additionally, air enters the mixing zone of the combustion chamber 5 through the hollow blades 8 of the nozzle apparatus and the internal the casing 17 of the combustion chamber, as well as through the holes 18 of the outer casing 19 of the combustion chamber 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.Figure 3 shows a view of the outer surface of the rotating disk 11. On its surface facing the fixed disk, there are multi-start screw channels 20, separated by ridges 21, directing the flow to the periphery of the disk and throwing the air-fuel mixture into the combustion zone. The screw ridges 21 of the rotating disk 11 are made obliquely in the direction of rotation with a sharp cutting edge 22 and a fillet 23 at the base of the ridge. On the periphery of the rotating disk 11, additionally shortened half-turns of 24 screw ridges are installed.

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".During operation, compressed air enters the combustion chamber 5 into the combustion chamber 5 and the compressor space “B”, and fuel (gaseous or liquid) is supplied through the tube 14, the annular manifold 13, the radial tubes 15 and the joint openings 16 with the stationary disk 12, which screw ridges 21 of the rotating disk 11 is mixed with sucked air and discharged into the combustion zone "A".

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.The air of space "B" through the holes 18 in the outer casing enters the combustion chamber 5, cooling its walls, and through the annular channel "C" is fed into the nozzle, is picked up by multi-helical ridges 21 of the rotating conical disk 11, where it is mixed with fuel and discharged into the zone burning. Since the rotational speed of the GTU rotor reaches 15,000 ... 30,000 min ^-1 , turbulence of the fuel and air flows occurs, which contributes to thorough mixing and heating of gases, which ensures homogeneous combustion of fuel in the combustion core.

Claims (3)

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.1. The combustion chamber of a gas turbine installation, comprising a compressor, a compressor turbine, a combustion chamber with a rotating nozzle mounted on the rotor of a turbocompressor, characterized in that the nozzle comprises a fixed conical disk with an annular collector and radial tubes for supplying fuel to the combustion zone, radial tubes are made equally spaced around the circumference, the nozzle has a conical disk rotating coaxial to the stationary disk, while on the conical surface of the rotating disk, constant to the stationary disk are arranged multistart helical channels formed screw ridges. 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.2. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that the screw ridges of the rotating disk are made obliquely in the direction of rotation with a sharp cutting edge and fillet at the base of the ridge. 3. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в области, прилегающей к периферии вращающегося диска, расположены дополнительно укороченные полувитки винтовых гребней.3. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that in the area adjacent to the periphery of the rotating disk, additionally shortened half-turns of screw ridges are located.

Images