RU2581265C2 - Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине - Google Patents

Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине Download PDF

Info

Publication number
RU2581265C2
RU2581265C2 RU2014116563/06A RU2014116563A RU2581265C2 RU 2581265 C2 RU2581265 C2 RU 2581265C2 RU 2014116563/06 A RU2014116563/06 A RU 2014116563/06A RU 2014116563 A RU2014116563 A RU 2014116563A RU 2581265 C2 RU2581265 C2 RU 2581265C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
burner
combustion chamber
burners
mixing
tubular
Prior art date
Application number
RU2014116563/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014116563A (ru
Inventor
Клаус КНАПП
Нареш АЛУРИ
Николя ТРЭН
Ульрих РАТМАНН
Франклин Мари ЖЕНЭН
Original Assignee
Альстом Текнолоджи Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Альстом Текнолоджи Лтд filed Critical Альстом Текнолоджи Лтд
Publication of RU2014116563A publication Critical patent/RU2014116563A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2581265C2 publication Critical patent/RU2581265C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/44—Combustion chambers comprising a single tubular flame tube within a tubular casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/228—Dividing fuel between various burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Abstract

Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине, по меньшей мере, содержит, по существу, цилиндрический кожух с расположенной в осевом направлении выше по потоку передней панелью и расположенным в осевом направлении ниже по потоку выпускным концом, несколько горелок с предварительным смешением, проходящих в направлении выше по потоку от упомянутой передней панели и имеющих выход горелки, поддерживаемый посредством этой передней панели, для подачи топливо-воздушной смеси в зону сгорания внутри кожуха. До четырех горелок с предварительным смешением прикреплены к передней панели, по существу, в кольцевом расположении. Каждая горелка имеет смесительную трубку для возбуждения вихревого потока упомянутой топливо-воздушной смеси. Центральная горелка не предоставлена. Каждая горелка имеет конический вихревой генератор. Выравнивание центральной продольной оси, по меньшей мере, одной горелки с предварительным смешением, прикрепленной к передней панели, отличается от выравнивания центральной продольной оси, по меньшей мере, одной другой горелки с предварительным смешением в радиальном направлении. Изобретение направлено на обеспечение трубчатой камеры сгорания с усовершенствованными работоспособностью, удобством технического обслуживания и экологическими характеристиками. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трубчатой камере сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине, предпочтительно газовой турбине большой мощности для электростанции, с низкими выбросами NOх и CO.
Предшествующий уровень техники
Современные газовые турбины большой мощности оснащены трубчато-кольцевыми камерами сгорания с множеством горелок, с конструкциями кольцевых камер сгорания или трубчато-кольцевой камерой сгорания.
Трубчато-кольцевая камера сгорания состоит из нескольких отдельных трубчатых камер сгорания, расположенных кольцевым образом в камере сгорания газовой турбины. Конструкция традиционной трубчатой камеры сгорания отличается наличием цилиндрической камеры сгорания с - на ее расположенном выше по потоку конце - одной центральной горелкой и более чем пятью горелками, расположенными в кольцевом порядке, равно разнесенными на постоянном радиальном расстоянии относительно центральной оси круглой камеры сгорания. Центральная горелка может иметь другую конструкцию и может иметь другое осевое положение плоскости выхода относительно других горелок. Центральная горелка часто работает в качестве пусковой ступени, характеризующей часть топлива, впрыскиваемого в режиме диффузионного горения, или в качестве пуска с частичным предварительным смешением.
Камера сгорания этого типа раскрыта, например, в опубликованных заявках на патент DE 102010060363 или в DE 102011000589.
WO 2012136787 раскрывает систему трубчато-кольцевой камеры сгорания во взаимосвязи с газовой турбиной большой мощности, использующей принцип сгорания с промежуточным подогревом.
Краткое изложение сущности изобретения
Объектом настоящего изобретения является обеспечение трубчатой камеры сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине с усовершенствованными работоспособностью, удобством технического обслуживания и экологическими характеристиками.
Один из многочисленных аспектов настоящего изобретения включает в себя трубчатую камеру сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине, при этом трубчатая камера сгорания содержит, по существу, цилиндрический кожух с расположенной в осевом направлении выше по потоку передней панелью, несколько горелок с предварительным смешением, проходящих в направлении выше по потоку от упомянутой передней панели и имеющих выход горелки, поддерживаемый посредством этой передней панели, для подачи топливо-воздушной смеси в зону сгорания внутри кожуха трубчатой камеры сгорания, причем количество горелок на трубчатую камеру сгорания ограничено до четырех горелок с предварительным смешением, которые прикреплены к передней панели, по существу, в кольцевом расположении, и причем каждая из упомянутых горелок имеет конический вихревой генератор и смесительную трубку для возбуждения вихревого потока упомянутой топливо-воздушной смеси.
Отсутствие центральной горелки и ограничение общего количества горелок максимум до четырех горелок с предварительным смешением на трубчатую камеру сгорания обеспечивает существенную возможность экономии затрат.
В соответствии с другим аспектом изобретения каждый из упомянутых конических вихревых генераторов содержит, по меньшей мере, две проходящие в осевом направлении впускные щели для воздуха. Горелки с предварительным смешением с коническим вихревым генератором и с двумя или более проходящими в осевом направлении впускными щелями для воздуха были разработаны заявителем. Эти горелки общеизвестны для специалиста в данной области и описаны в европейских патентах 321809 или 704657, например. Дополнительные подробности об этом типе горелок раскрыты позже в настоящем описании.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения конический вихревой генератор, по меньшей мере, одной горелки в трубчатой камере сгорания содержит от четырех до восьми проходящих в осевом направлении впускных щелей для воздуха.
В соответствии с другим вариантом осуществления, по меньшей мере, одна горелка оснащена трубкой, выровненной параллельно относительно центральной оси горелки, для впрыска дополнительного топлива либо в вихревой генератор, в смесительную трубку, либо непосредственно в зону сгорания.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна, предпочтительно все, горелки имеют многоступенчатую подачу топлива. Горелки с предварительным смешением имеют до трех топливных ступеней, а именно одну или две ступени предварительного смешения и одну пусковую ступень. Возможные конфигурации впрыска топлива раскрыты позже.
Многоступенчатая подача топлива дает дополнительную функциональную надежность и гибкость поддержания низких выбросов NOх.
В другом аспекте установленные горелки с предварительным смешением содержат две группы горелок, причем первая группа возбуждает вихревой поток с направлением вращения по часовой стрелке, а вторая группа возбуждает вихревой поток с направлением вращения против часовой стрелки. По меньшей мере, одна горелка возбуждает вихрь с направлением вращения, которое отличается от вращения вихря других горелок. В предпочтительном варианте осуществления на основе трубчатой камеры сгорания с четырьмя установленными горелками с предварительным смешением предложено обеспечение либо двух диаметрально противоположных горелок, либо двух соседних горелок с вихрем с одинаковым направлением вращения.
Использование конструкций совместного вихря и противоположного вихря существенно поддерживает поперечную устойчивость горелки/горелки и дает дополнительную функциональную надежность. Было обнаружено, что противоположный поток или совместный поток на аэродинамической границе раздела соседних горелок приводит к разной устойчивости пламени.
Другой существенный аспект изобретения относится к конструкции горелок с предварительным смешением в трубчатой камере сгорания. В частности, эта конструкция должна выполняться таким образом, что вероятность вызывания термоакустических неустойчивостей уменьшена. Различные меры в этом отношении представляют собой часть настоящего изобретения. Подход состоит в том, чтобы исключить плоскости симметрии и уменьшить размер связанных конструкций потока. В соответствии с изобретением это осуществляется посредством расположения горелок на передней панели на разных радиальных расстояниях от ее центральной оси (разных периметрах), посредством наклона оси горелки в радиальном и/или азимутальном направлении и/или посредством использования конической конструкции передней панели. Эти варианты осуществления объясняются более подробно в зависимых пунктах формулы изобретения.
Другой подход состоит в создании более широкого спектра характерного времени смешения топлива и воздуха для горения. По этой причине изобретение объясняет, как обеспечить горелки, отличающиеся по существенным параметрам, в частности, отличающиеся размером определенных составных частей горелки. В соответствии с аспектом изобретения длина и/или диаметр смесительной трубки, по меньшей мере, одной горелки отличается от длины и/или диаметра смесительной трубки, по меньшей мере, одной другой горелки. Дополнительно или в качестве альтернативы, геометрия вихревого генератора, по меньшей мере, одной горелки может быть разной. Эти меры оказывают воздействие на массовый расход и время смешения.
Преимущества системы сжигания газовой турбины в соответствии с настоящим изобретением являются, среди прочих, следующими:
Система сжигания газовой турбины имеет уменьшенные выбросы и улучшенную устойчивость пламени при мультинагруженных состояниях. Это осуществляется посредством полного предварительного смешения топлива и воздуха для горения в горелках с коническим вихревым генератором и его расположенной ниже по потоку приспособленной смесительной трубкой.
Взаимодействие горелка/горелка и, следовательно, устойчивость в трубчатой камере сгорания могут быть улучшены посредством раскрытых мер конструкции горелки и влияния на формирование, место и интенсивность слоев сдвига посредством конструкций для совместного и противоположного вихря.
Результирующая схема вторичного потока вблизи выхода горелки и остаточный вихрь вдоль камеры сгорания могут использоваться для получения оптимального функционирования и температурного профиля на впуске турбины.
Конструкции с разными конфигурациями горелок с трубчатой камерой сгорания приводят к более широкому рабочему диапазону.
Система сжигания газовой турбины в соответствии с изобретением исключает конструкцию общей центральной горелки, часто работающей в качестве пусковой горелки. Этот факт и ограниченное количество установленных горелок с предварительным смешением обеспечивает возможность экономии затрат.
Настоящее изобретение является применимым в конструкциях трубчато-кольцевых камер сгорания в газовых турбинах с промежуточным подогревом или без промежуточного подогрева с низкими выбросами NOх и CO.
Компактный размер обеспечивает возможность конструкции с ограниченным количеством изнашиваемых частей и обеспечивает низкую чувствительность к динамикам горения.
Компоновка трубчатой камеры сгорания уменьшает окружные градиенты температуры на впуске турбины. Это влияет на срок службы частей турбины.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения описываются более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
На Фиг. 1а, 1b показан схематичный вид первого варианта осуществления трубчатой камеры сгорания на виде сверху (Фиг. 1а) и на виде сбоку в разрезе (Фиг. 1b);
На Фиг. 2а, 2b показан вид сверху на переднюю панель с четырьмя горелками, прикрепленными к передней панели на разных периметрах (Фиг. 2а) или на разных азимутальных углах (Фиг. 2b);
На Фиг. 3а, 3b показан схематичный вид трубчатой камеры сгорания с горелками с разными длинами смесительной трубки на виде сверху (Фиг. 3а) и виде сбоку (Фиг. 3b);
На Фиг. 4а, 4b показан схематичный вид трубчатой камеры сгорания с горелками разных размеров;
На Фиг. 5а-5d показан вид сверху на переднюю панель с четырьмя установленными горелками с разными направлениями вращения вихря;
На Фиг. 6а-6с показаны виды сбоку трубчатой камеры сгорания с плоской или конической передней панелью.
Описание, по меньшей мере, одного способа выполнения изобретения
Со ссылкой на Фиг. 1а и 1b схематично показана трубчатая камера сгорания для газовой турбины 10 в соответствии с первым иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Следует понимать, что эта трубчатая камера 10 сгорания типично объединена с несколькими дополнительными аналогичными или идентичными камерами сгорания, расположенными в кольцевом расположении в кожухе газовой турбины, при этом каждая камера сгорания подает горячие газообразные продукты сгорания на расположенные ниже по потоку ступени турбины.
Каждая трубчатая камера 10 сгорания содержит цилиндрический кожух 11, заключающий в себя зону 12 сгорания для горения смеси топлива и воздуха для горения. На расположенном выше по потоку конце зона 12 сгорания ограничена передней панелью 13. Четыре горелки 14 с предварительным смешением, проходящие от передней панели 13 в направлении выше по потоку, прикреплены к передней панели 13. На своих выходах 17 горелок горелки поддерживаются посредством передней панели 13. Горелки подают топлво-воздушную смесь в зону 12 сгорания. Все горелки 14 выровнены параллельно относительно друг друга и параллельно относительно центральной оси 20 камеры сгорания. Выходы 17 горелок находятся вровень с передней панелью 13.
Горелки 14 с предварительным смешением представляют собой горелки типов, как описано в EP 321809 или EP 704657, например. Эти типы горелок отличаются наличием конических вихревых генераторов, собранных из, по меньшей мере, двух полых частично конических сегментов с взаимным смещением, образующих проходящие в осевом направлении впускные щели для воздуха между отдельными сегментами для тангенциальной подачи воздуха для горения в вихревой генератор 15. Впускные щели для воздуха оснащены соплами для впрыска газообразного и/или жидкого топлива в поток воздуха. Иллюстративные варианты осуществления таких горелок содержат две, четыре или восемь впускных щелей для воздуха.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения одна или более горелок 14 оснащены трубкой, выровненной параллельно центральной оси 19, для впрыска дополнительного топлива и/или газа в топливо-воздушный поток. В частности, эта трубка может использоваться для подачи пускового топлива и, по желанию, дополнительного топлива предварительного смешения.
Упомянутое множество сопел для топлива каждой отдельной горелки 14 может включать в себя разные группы сопел для топлива, управляющиеся независимо друг от друга. Таким образом, горелки 14 с предварительным смешением могут располагать тремя или даже больше топливными ступенями, например, могут содержать одну пусковую ступень и две ступени предварительного смешения.
Ниже по потоку от вихревого генератора 15 следует смесительная трубка 16 для однородного смешения топлива и воздуха. На выпускном конце 17 горелок 14 с предварительным смешением однородная смесь топлива и воздуха для горения подается в зону 12 сгорания. Воспламенение топливо-воздушной смеси начинается ниже по потоку от выпускного конца 17 горелки. Посредством разрушения вихря и образования зоны обратного потока пламя стабилизируется в области ниже по потоку от выпускного конца 17 горелки.
Длина смесительной трубки 16 выбирается таким образом, чтобы получалось достаточное качество смешения для всех типов релевантного топлива. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 1b, четыре горелки 14 имеют идентично выполненные вихревые генераторы 15 и смесительные трубки 16, т.е. все вихревые генераторы 15 имеют одинаковое количество впускных щелей для воздуха и все смесительные трубки 16 имеют одинаковую длину и одинаковый диаметр.
В смесительной трубке 16 профиль осевой скорости имеет максимум в области ее центральной оси, тем самым предотвращая обратный удар пламени в этой области. Осевая скорость уменьшается по направлению к стенке. Для того чтобы также предотвратить обратный удар пламени в этой области, могут быть предприняты различные известные меры, например, так, чтобы увеличить общую скорость потока посредством соответствующего задания размера диаметра и/или длины смесительной трубки 16.
В частности, указанные горелки с предварительным смешением могут работать с жидким и/или газообразным топливом всех типов. Таким образом является легко возможным обеспечить разное топливо или качества топлива для отдельных трубчатых камер 10 сгорания газовой турбины.
Со ссылкой на Фиг. 1а и 5а схематично показан вид сверху передней панели 13. Четыре горелки 14 с предварительным смешением смонтированы на передней панели 13. Примечательно, что центральная горелка в соответствии с традиционными трубчатыми камерами сгорания не существует. Четыре горелки 14 с предварительным смешением симметрично расположены на одинаковом периметре в четырех идентичных 90° секторах передней панели 13. Все горелки 14 имеют одинаковое направление вихревого вращения, т.е. все горелки генерируют либо вихрь по часовой стрелке, либо вихрь против часовой стрелки. В варианте осуществления, как показано на Фиг. 5а, все горелки 14 генерируют вихревой поток 18 по часовой стрелке. Как следствие, направления вихревых потоков 18 соседних горелок 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′ располагаются в противоположном направлении в граничной области 21 касания с увеличенными турбулентностями и увеличенными усилиями сдвига и с большим переносом тепла и массы в этой области 21. Ниже по потоку образуется вторичный радиально внешний вихревой поток 25.
Фиг. 5b, 5c и 5d представляют собой альтернативные варианты осуществления с двумя группами горелок 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′, первой группой, выполненной с возможностью генерирования вихревого потока в первом направлении, например направление потока по часовой стрелке, и второй группой горелок для генерирования вихревого потока в противоположном направлении, например направление потока против часовой стрелки.
В соответствии с вариантом осуществления Фиг. 5b соседние горелки 14 генерируют вихревые потоки 18 с противоположными направлениями вращения, тогда как диагонально противоположные горелки 14′-14′′′, 14′′-14′′′′ имеют одинаковое направление вращения. В граничной области 22 касания между соседними горелками 14 потоки циркулируют в одинаковом направлении, относительные скорости соседних вихрей в этой области близки к нулю с низкими усилиями сдвига и низкими турбулентностями в этой области 22 с эффектом существенно уменьшенного переноса тепла и массы в этом районе.
Фиг. 5с и 5d раскрывают дополнительные конфигурации горелок с разными направлениями вихрей в трубчатой камере 10 сгорания с четырьмя горелками 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′ в соответствии с изобретением. На Фиг. 5с показана конфигурация с диагонально противоположными горелками, имеющими разные направления вращения вихрей, и на Фиг. 5d показана конфигурация с тремя горелками 14′, 14′′′, 14′′′′, генерирующими вихревой поток 18 по часовой стрелке, и одной горелкой 14′′, генерирующей вихревой поток 18 против часовой стрелки.
Модификации форм потока, создающих совместный и противоположный поток на аэродинамической границе раздела между двумя соседними горелками 14′, 14′′, 14′′′ или 14′′′ и приводящих к конкретным формам 25 вторичного потока, осуществляют разные режимы горения соответственно оснащенных трубчатых камер 10 сгорания и могут использоваться для оптимальной устойчивости горения и для низких выбросов.
Другой вариант осуществления трубчатой камеры сгорания в соответствии с изобретением раскрыт на Фиг. 2а. Четыре горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′, с одной горелкой в каждом из четырех равных 90° секторов, располагаются на разных радиальных расстояниях от центра трубчатой камеры 10 сгорания. Радиальное расстояние r1, по меньшей мере, одной горелки 14′ отличается от радиального расстояния r2, r3 или r4, по меньшей мере, одной другой горелки 14′′, 14′′′ или 14′′′′, причем радиальные расстояния r1, r2, r3, r4 заданы как расстояния между продольной осью 20 трубчатой камеры 10 сгорания и продольной осью 19 соответствующей горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′. Конкретно, на Фиг. 2а показан вариант осуществления с четырьмя горелками, причем каждая из них располагается в передней панели 13 на другом расстоянии от центральной оси трубчатой камеры 10 сгорания: r1≠r2≠r3≠r4.
Фиг. 2b раскрывает дополнительный вариант осуществления изобретения. По меньшей мере, одна горелка 14′ из четырех горелок 14 с одной горелкой в каждом из четырех равных 90° секторов располагается с разным азимутальным углом α1, α2, α3 или α4 в ее соответствующем 90° секторе относительно положения, по меньшей мере, одной другой горелки 14′′, 14′′′ или 14′′′′.
Исключение симметричности в трубчатой камере 10 сгорания приводит к меньшему возбуждению режимов азимутальной неустойчивости в трубчатой камере 10 сгорания.
На Фиг. 3а и 3b схематично показан другой вариант осуществления трубчатой камеры 10 сгорания с четырьмя горелками 14, причем, по меньшей мере, одна, вплоть до всех горелок 14, оснащена смесительными трубками 16 разных длин. Из вида сбоку Фиг. 3b можно увидеть, что любая горелка 14′, 14′′ и 14′′′ имеет отличную длину 24 смесительной трубки относительно длины смесительной трубки другой горелки 14. Разные длины 24 смесительных трубок 16 горелки 14 с предварительным смешением обеспечивают разное характерное время смешения топливо-воздушной смеси и, следовательно, разные периоды времени между моментом, когда топливо впрыскивается в горелку, и таким моментом, когда оно достигает фронта пламени. Разное время смешения представляет собой эффективное средство для прерывания взаимодействия между подачей топлива и параметрами давления в зоне сгорания и, таким образом, для уменьшения термоакустических колебаний в трубчатой камере сгорания.
Другой вариант осуществления трубчатой камеры 10 сгорания по изобретению раскрыт на Фиг. 4а и 4b. В соответствии с этим вариантом осуществления горелки 14 в трубчатой камере 10 сгорания отличаются своим размером, являясь большими или меньшими по сравнению с номинальным размером. В частности, горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′ могут отличаться диаметром и/или длиной вихревого генератора 15 и/или смесительной трубки 16. На Фиг. 4a и 4b схематично показана трубчатая камера 10 сгорания с четырьмя горелками 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′. Все горелки 14 располагаются на одинаковом расстоянии от центральной оси 20 трубчатой камеры 10 сгорания; центральная ось 19 каждой отдельной горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′ располагается на одной и той же периферийной окружности 23. Две группы горелок могут идентифицироваться: горелки 14′ и 14′′′ и горелки 14′′ и 14′′′′. Две группы отличаются размерами длины и диаметра вихревого генератора 15 и смесительной трубки 16 и диаметром 27 выхода 17 горелки, причем диаметрально противоположные горелки 14′ и 14′′′ или 14′′ и 14′′′′ имеют одинаковые размеры.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, по меньшей мере, одна горелка 14′, 14′′, 14′′′ или 14′′′′ выполнена с меньшим диаметром, чем другие горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′, с эффектом меньшего протекания через нее. Эта горелка с меньшим протеканием через нее может работать с большим пусковым отношением с эффектом уменьшения динамик камеры сгорания и, таким образом, стабилизации горения в трубчатой камере 10 сгорания.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения отдельные горелки 14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′ генерируют вихри 18 разной интенсивности. Предпочтительно, эта мера может сопровождаться какой-либо из вышеупомянутых мер задания разных размеров отдельных частей горелок или создания отличающихся форм потока совместного и противоположного потока в трубчатой камере 10 сгорания. На изменения интенсивности вихря может влиять размер частей горелки, но особенно влияет на различие интенсивности вихревого потока (варианты сильного вихря или варианты слабого вихря) размер впускных щелей для воздуха вихревого генератора 15 отдельной горелки 14. Преимущество снова заключается в большей неоднородности состояний потока в камере сгорания и, следовательно, в возможных более низких динамиках камеры сгорания.
Со ссылкой на Фиг. 6а, 6b и 6с схематично показаны три принципиальные конструкции горелок 14 в передней панели 13 трубчатой камеры 10 сгорания.
Трубчатая камера 10 сгорания в соответствии с Фиг. 6а содержит цилиндрический корпус 11 с плоской передней панелью 13 на его расположенном выше по потоку конце. Плоская передняя панель 13 располагается, по существу, ортогонально относительно центральной оси 20 трубчатой камеры 10 сгорания. Четыре горелки 14 прикреплены к этой передней панели 13. Продольные оси 19 всех горелок 14 являются параллельными друг другу и являются параллельными центральной оси 20 трубчатой камеры 10 сгорания. Фиг. 6а раскрывает в качестве альтернативы расположение, по меньшей мере, одной горелки 14′ в другом направлении. Продольная ось 19 указанной, по меньшей мере, одной горелки 14′ или более горелок 14′′, 14′′′ и/или 14′′′′ может быть наклонена до ±10° относительно центральной оси 20 трубчатой камеры 10 сгорания. В этом случае в качестве предпочтительного варианта осуществления соответствующий(ие) выход(ы) 17 горелки срезан(ы) вровень с передней панелью 13. Как следствие, наклонные горелки имеют овальный выход 17 горелки.
В альтернативном варианте осуществления, как раскрыто на Фиг. 6b, плоская передняя панель 13 заменена конической передней панелью 13, в соответствии с чем угол наклона конической передней панели соответствует углу наклона осей 19 горелок. Как следствие, плоскость выхода 17 горелки является параллельной относительно передней панели 13.
В третьем альтернативном варианте осуществления в соответствии с Фиг. 6с трубчатая камера 10 сгорания оснащена конически образованной передней панелью 13 на ее расположенном выше по потоку конце. Четыре горелки 14 с параллельными продольными осями 19 относительно друг друга и относительно центральной оси 20 трубчатой камеры 10 сгорания прикреплены к указанной передней панели 13. Два варианта для прикрепления горелок 14 к передней панели 13 являются очевидными. Горелки 14 могут прикрепляться к передней панели 13 таким образом, что выходы 17 горелок частично или полностью выступают в зону 12 сгорания или, в качестве альтернативы, выходы 17 горелок наклонены до эллипсоидального выпуска таким образом, что они находятся вровень относительно конической передней панели 13.
В качестве альтернативы вышераскрытой конической форме, передняя панель 13 может быть выполнена из сегментной конструкции на основе нескольких ровных сегментов, предпочтительно четырех сегментов, по существу, треугольной формы.
Перечень ссылочных позиций
10 Трубчатая камера сгорания
11 Кожух
12 Зона сгорания
13 Передняя панель
14 Горелка с предварительным смешением
15 Вихревой генератор
16 Смесительная трубка
17 Выход горелки
18 Вихревой поток
19 Центральная продольная ось горелки
20 Центральная продольная ось трубчатой камеры сгорания
21 Область противоточного потока
22 Область прямоточного потока
23 Периферийная окружность, т.е. путь постоянного расстояния от центральной оси 20
24 Длина смесительной трубки 16 горелки 14
25 Форма вторичного потока в трубчатой камере 10 сгорания
26 Диаметр смесительной трубки 16
27 Диаметр выхода 17 горелки

Claims (7)

1. Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине, при этом трубчатая камера (10) сгорания, по меньшей мере, содержит, по существу, цилиндрический кожух (11) с расположенной в осевом направлении выше по потоку передней панелью (13) и расположенным в осевом направлении ниже по потоку выпускным концом, несколько горелок (14) с предварительным смешением, проходящих в направлении выше по потоку от упомянутой передней панели (13) и имеющих выход (17) горелки, поддерживаемый посредством этой передней панели (13), для подачи топливо-воздушной смеси в зону (12) сгорания внутри кожуха (11), при этом до четырех горелок (14) с предварительным смешением прикреплены к передней панели (13), по существу, в кольцевом расположении, при этом каждая горелка (14) имеет смесительную трубку (16) для возбуждения вихревого потока упомянутой топливо-воздушной смеси и при этом центральная горелка не предоставлена, отличающаяся тем, что каждая горелка (14) имеет конический вихревой генератор (15), и тем, что выравнивание центральной продольной оси (19), по меньшей мере, одной горелки (14′) с предварительным смешением, прикрепленной к передней панели (13), отличается от выравнивания центральной продольной оси (19), по меньшей мере, одной другой горелки (14″, 14′′′, 14″″) с предварительным смешением в радиальном направлении.
2. Трубчатая камера сгорания по п. 1, в которой выравнивание центральной продольной оси (19), по меньшей мере, одной горелки (14′) с предварительным смешением, прикрепленной к передней 19 панели (13), отличается от выравнивания центральной продольной оси (19), по меньшей мере, одной другой горелки (14″, 14′′′, 14′′′′) с предварительным смешением в азимутальном направлении.
3. Трубчатая камера сгорания по п. 2, в которой центральная продольная ось (19) упомянутой, по меньшей мере, одной горелки (14′) наклонена до ±10° относительно оси (20) камеры сгорания.
4. Трубчатая камера сгорания по п. 2, в которой центральная продольная ось (19) упомянутой, по меньшей мере, одной горелки (14′) наклонена до ±20° относительно ее диагонально противоположной горелки (14′′′).
5. Трубчатая камера сгорания по п. 3, в которой все горелки (14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′), прикрепленные к передней панели (13), имеют одинаковый угол наклона относительно центральной оси (20) трубчатой камеры (10) сгорания.
6. Трубчатая камера сгорания по п. 1, в которой длина (24) и/или диаметр (26) смесительной трубки (16), по меньшей мере, одной горелки (14′) с предварительным смешением отличается от длины (24) и/или диаметра (26) смесительной трубки (16), по меньшей мере, одной другой горелки (14′′, 14′′′, 14′′′′) с предварительным смешением.
7. Трубчатая камера сгорания по п. 6, в которой все горелки (14′, 14′′, 14′′′, 14′′′′) имеют разные длины (24) и/или разные диаметры (26) их смесительных трубок (16).
RU2014116563/06A 2013-04-26 2014-04-23 Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине RU2581265C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13165488.1A EP2796789B1 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Can combustor for a can-annular combustor arrangement in a gas turbine
EP13165488.1 2013-04-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014116563A RU2014116563A (ru) 2015-10-27
RU2581265C2 true RU2581265C2 (ru) 2016-04-20

Family

ID=48190758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014116563/06A RU2581265C2 (ru) 2013-04-26 2014-04-23 Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10422535B2 (ru)
EP (1) EP2796789B1 (ru)
JP (1) JP2014215036A (ru)
KR (1) KR101702854B1 (ru)
CN (1) CN104121601B (ru)
CA (1) CA2848898C (ru)
IN (1) IN2014DE01107A (ru)
RU (1) RU2581265C2 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9939156B2 (en) * 2013-06-05 2018-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Asymmetric baseplate cooling with alternating swirl main burners
US10480823B2 (en) * 2013-11-14 2019-11-19 Lennox Industries Inc. Multi-burner head assembly
EP3023696B1 (en) * 2014-11-20 2019-08-28 Ansaldo Energia Switzerland AG Lobe lance for a gas turbine combustor
US11002190B2 (en) * 2016-03-25 2021-05-11 General Electric Company Segmented annular combustion system
JP6822868B2 (ja) * 2017-02-21 2021-01-27 三菱重工業株式会社 燃焼器及びガスタービン
US10584877B2 (en) * 2017-04-28 2020-03-10 DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD Device to correct flow non-uniformity within a combustion system
KR102063169B1 (ko) 2017-07-04 2020-01-07 두산중공업 주식회사 연료 노즐 조립체와 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
JP6995696B2 (ja) * 2018-05-28 2022-01-17 三菱重工業株式会社 燃料噴射装置及びガスタービン
US11286884B2 (en) * 2018-12-12 2022-03-29 General Electric Company Combustion section and fuel injector assembly for a heat engine
KR102164622B1 (ko) * 2019-06-11 2020-10-12 두산중공업 주식회사 공진주파수 회피형 멀티 튜브를 갖는 연소기 및 가스터빈
JP2022171082A (ja) * 2021-04-30 2022-11-11 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器構造体
US20230003385A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 General Electric Company Premixer array
US20230204215A1 (en) * 2021-12-29 2023-06-29 General Electric Company Fuel nozzle and swirler
KR102608433B1 (ko) * 2022-02-09 2023-11-29 두산에너빌리티 주식회사 연소진동 저감을 위한 연소기용 노즐 및 이를 포함하는 가스 터빈

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU352573A1 (ru) * 1970-10-05 1983-06-23 Pinchuk V V Кольцева камера сгорани газотурбинного двигател
DE19615910A1 (de) * 1996-04-22 1997-10-23 Asea Brown Boveri Brenneranordnung
EP1517088A2 (en) * 2003-09-22 2005-03-23 General Electric Company Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3811274A (en) 1972-08-30 1974-05-21 United Aircraft Corp Crossover tube construction
CH674561A5 (ru) 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
CH687269A5 (de) * 1993-04-08 1996-10-31 Abb Management Ag Gasturbogruppe.
CN2200120Y (zh) 1994-07-16 1995-06-07 汤义勇 自动增压式合成燃料燃烧装置
DE4435266A1 (de) 1994-10-01 1996-04-04 Abb Management Ag Brenner
DE19547913A1 (de) * 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger
EP0925472B1 (de) * 1996-09-16 2001-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur unterdrückung von verbrennungsschwingungen und einrichtung zur verbrennung von brennstoff mit luft
GB2319078B (en) 1996-11-08 1999-11-03 Europ Gas Turbines Ltd Combustor arrangement
SE9802707L (sv) 1998-08-11 2000-02-12 Abb Ab Brännkammaranordning och förfarande för att reducera inverkan av akustiska trycksvängningar i en brännkammaranordning
EP1292795B1 (de) 2000-06-15 2005-05-04 ALSTOM Technology Ltd Verfahren zum betrieb eines brenners mit gestufter vormischgas-eindüsung
US6438959B1 (en) * 2000-12-28 2002-08-27 General Electric Company Combustion cap with integral air diffuser and related method
JP3872960B2 (ja) 2001-02-28 2007-01-24 株式会社日立製作所 ガスタ−ビン燃焼器
JP3986348B2 (ja) 2001-06-29 2007-10-03 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器の燃料供給ノズルおよびガスタービン燃焼器並びにガスタービン
JP4610800B2 (ja) 2001-06-29 2011-01-12 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
DE50212743D1 (de) 2002-01-14 2008-10-16 Alstom Technology Ltd Brenneranordnung für die ringförmige brennkammer einer gasturbine
JP4134311B2 (ja) 2002-03-08 2008-08-20 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 ガスタービン燃焼器
JP2006105534A (ja) 2004-10-07 2006-04-20 Niigata Power Systems Co Ltd ガスタービン燃焼器
CN101095012B (zh) 2004-11-03 2010-11-10 阿尔斯托姆科技有限公司 预混合式烧嘴
ATE479054T1 (de) * 2005-03-09 2010-09-15 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner zum erzeugen eines zündfähigen brennstoff-luftgemisches
EP1856447B1 (de) * 2005-03-09 2014-09-24 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner zum betreiben einer brennkammer
US7827797B2 (en) * 2006-09-05 2010-11-09 General Electric Company Injection assembly for a combustor
US7886545B2 (en) * 2007-04-27 2011-02-15 General Electric Company Methods and systems to facilitate reducing NOx emissions in combustion systems
FR2919348A1 (fr) * 2007-07-23 2009-01-30 Centre Nat Rech Scient Dispositif d'injection d'un combustible ou d'un pre-melange combustible/comburant comprenant des moyens permettant un controle passif des instabilites de combustion
US8087228B2 (en) 2008-09-11 2012-01-03 General Electric Company Segmented combustor cap
US20100192578A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 General Electric Company System and method for suppressing combustion instability in a turbomachine
RU2506499C2 (ru) 2009-11-09 2014-02-10 Дженерал Электрик Компани Топливные форсунки газовой турбины с противоположными направлениями завихрения
RU2534189C2 (ru) 2010-02-16 2014-11-27 Дженерал Электрик Компани Камера сгорания для газовой турбины(варианты) и способ эксплуатации газовой турбины
EP2423591B1 (en) * 2010-08-24 2018-10-31 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for operating a combustion chamber
CH704829A2 (de) 2011-04-08 2012-11-15 Alstom Technology Ltd Gasturbogruppe und zugehöriges Betriebsverfahren.
CH705179A1 (de) * 2011-06-20 2012-12-31 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsvorrichtung sowie Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
US9310072B2 (en) * 2012-07-06 2016-04-12 Hamilton Sundstrand Corporation Non-symmetric arrangement of fuel nozzles in a combustor
RU2561956C2 (ru) * 2012-07-09 2015-09-10 Альстом Текнолоджи Лтд Газотурбинная система сгорания

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU352573A1 (ru) * 1970-10-05 1983-06-23 Pinchuk V V Кольцева камера сгорани газотурбинного двигател
DE19615910A1 (de) * 1996-04-22 1997-10-23 Asea Brown Boveri Brenneranordnung
EP1517088A2 (en) * 2003-09-22 2005-03-23 General Electric Company Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions

Also Published As

Publication number Publication date
CN104121601A (zh) 2014-10-29
US10422535B2 (en) 2019-09-24
RU2014116563A (ru) 2015-10-27
CA2848898A1 (en) 2014-10-26
CA2848898C (en) 2016-10-04
EP2796789A1 (en) 2014-10-29
JP2014215036A (ja) 2014-11-17
KR101702854B1 (ko) 2017-02-06
US20140318135A1 (en) 2014-10-30
CN104121601B (zh) 2017-11-10
EP2796789B1 (en) 2017-03-01
KR20140128260A (ko) 2014-11-05
IN2014DE01107A (ru) 2015-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2581265C2 (ru) Трубчатая камера сгорания для конструкции трубчато-кольцевой камеры сгорания в газовой турбине
US9518740B2 (en) Axial swirler for a gas turbine burner
JP5663216B2 (ja) 予混合パイロット用途におけるリーン直接噴射
RU2450211C2 (ru) Трубчатая камера сгорания с ударным охлаждением
RU2632073C2 (ru) Узел впрыска топлива и установка, содержащая узел впрыска топлива
RU2013128796A (ru) Газотурбинная система сгорания
US20120258409A1 (en) Distributed injection with fuel flexible micro-mixing injectors
US20060156734A1 (en) Gas turbine combustor
JP2017003256A (ja) 低エミッション燃焼器用のプレフィルミングエアブラスト（ｐａｂ）パイロット
RU2550565C2 (ru) Горелка предварительного смешивания
JP2010060275A (ja) ターボ機械燃焼器用の二次燃料ノズルの旋回角度
US11835234B2 (en) Method of optimizing premix fuel nozzles for a gas turbine
JP6723768B2 (ja) バーナアセンブリ、燃焼器、及びガスタービン
RU2561767C2 (ru) Горелка многоконусного типа предварительного смешивания для газовой турбины
CN110440290B (zh) 用于燃气轮机的微混合喷嘴
US20050106522A1 (en) Burner having a burner lance and staged fuel injection
WO2020158528A1 (ja) バーナ及びこれを備えた燃焼器及びガスタービン
JP2003207131A (ja) ガスタービンのバーナ用の改良された液体燃料インジェクタ
US11428414B2 (en) Premix fuel nozzle for a gas turbine and combustor
RU2633982C1 (ru) Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя
WO2023140180A1 (ja) 燃焼器及びガスタービン
JP6870966B2 (ja) 燃焼器ノズル、及びガスタービン

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160705

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170518