RU155055U1

RU155055U1 - VIBRATION-STABLE LOW EMISSION COMBUSTION CAMERA OF A GAS-TURBINE ENGINE

Info

Publication number: RU155055U1
Application number: RU2014143670/06U
Authority: RU
Inventors: Алан Джозеф Ветле; Стефан Уолш; Михаил Николаевич Гутник; Михаил Михайлович Гутник; Людмила Александровна Булысова; Василий Дмитриевич Васильев
Original assignee: Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ"
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-09-20

Abstract

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, составленная из модульных элементов, расположенных по окружности концентрично ротору двигателя снаружи по отношению к последним ступеням его компрессора, причем все модульные элементы помещены в едином силовом корпусе, внутри каждого модульного элемента установлено фронтовое устройство с концентрически расположенными внутренней диффузионной пилотной горелкой и внешней основной горелкой предварительного смешения с радиальным лопаточным завихрителем воздуха и системой топливоподвода в основную горелку через выполненный в виде полости внутри ее корпуса кольцевой коллектор, подключенные к нему распределительные каналы по числу лопаток указанного завихрителя воздуха, причем каждый распределительный канал расположен по длине внутри одной из указанных лопаток, а к каждому из указанных распределительных каналов подключены выпускные каналы из лопатки в межлопаточную полость, при этом полость кольцевого коллектора системы топливоподвода основной горелки разделена сплошными перегородками по меньшей мере на два отсека, к каждому из которых присоединен отдельный подводящий топливопровод, оборудованный расходным регулирующим органом, а к фронтовому устройству примыкает жаровая труба с пламенным и газоотводным участками, причем между всеми модульными элементами и указанным силовым корпусом предусмотрена свободное межмодульное пространство для прохода воздуха, а теплонапряженные участки каждой жаровой трубы и каждого фронтового устройства всех модульных элементов оборудованы средствами защиты их стенок от термического воздействия, включающими термо�1. The combustion chamber of a gas turbine engine, composed of modular elements located circumferentially concentrically to the rotor of the engine outside with respect to the last stages of its compressor, all modular elements are placed in a single power housing, a front device with concentrically arranged internal diffusion pilot is installed inside each modular element burner and external main burner of preliminary mixing with radial blade air swirl and fuel supply system in the main burner through an annular manifold made in the form of a cavity inside its body, distribution channels connected to it by the number of blades of the specified air swirl, each distribution channel being located along the length inside one of these blades, and outlet channels from the blade are connected to each of these distribution channels in the interscapular cavity, while the cavity of the annular manifold of the fuel supply system of the main burner is divided by solid partitions into at least two compartments, to Each of them is connected to a separate fuel supply line equipped with a consumable regulating body, and a flame tube with flame and gas sections adjoins the front device, moreover, between all modular elements and the indicated power case there is a free intermodular space for air passage, and heat-stressed sections of each flame pipe and each front device of all modular elements are equipped with means for protecting their walls from thermal effects, including thermo

Description

Область использованияArea of use

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в газотурбинных двигателях (ГТД) типа ГТД-110 стационарной и транспортной энергетики. Одной из главных проблем на пути развития энергетического газотурбостроения является снижение эмиссии токсичных выбросов оксидов азота (NO_x) и продуктов неполного горения (CO, C_ХH_У), образующихся в камере сгорания (КС) ГТД.The utility model relates to the field of power engineering and can be used in gas turbine engines (GTE) of the type GTD-110 stationary and transport power. One of the main problems in the development of energy gas turbine construction is the reduction of emissions of toxic emissions of nitrogen oxides (NO _x ) and products of incomplete combustion (CO, C _X H _Y ) formed in the gas turbine combustion chamber (CS).

Уровень техникиState of the art

Известна КС ГТД с выходной электрической мощностью, находящейся в пределах 100-130 МВт, двухопорным жестким ротором, выполненным с консольной барабанной секцией компрессора и сварными барабанно-дисковыми секциями компрессора и турбины, содержащая модульные элементы (МЭ), количество которых находится в пределах 20-22, расположенных по окружности ротора снаружи по отношению к последним ступеням компрессора, причем все МЭ находятся в едином силовом корпусе, с установленным внутри каждого фронтовым устройством (ФУ) с концентрически расположенными цилиндрическими внутренней пилотной горелкой и внешней основной горелкой предварительного смешения, по меньшей мере один электрический поджигатель газовоздушной смеси, а также примыкающую к выходу основной горелки жаровую трубу (ЖТ) с пламенным и газоотводным участками, между кожухом ЖТ и ФУ вместе с примыкающими к ним ЖТ предусмотрена кольцевая полость для прохода воздуха, обе - пилотная и основная горелки имеют отдельные кольцевые коллекторы для подвода топлива и отдельные тракты подвода воздуха с установленными в них лопаточными завихрителями воздуха, причем завихритель воздуха основной горелки выполнен с радиальным подводом воздуха, а теплонапряженные участки каждой ЖТ и каждого ФУ оборудованы средствами защиты их стенок от термического воздействия (Новый газотурбинный двигатель мощностью 110 МВт для стационарных энергетических установок / Романов В.И. и др. // Теплоэнергетика. 1992. №9, с. 15-21 [1]) - аналог).Known gas turbine engine compressor with an output electric power in the range of 100-130 MW, a double-support rigid rotor made with a console drum section of the compressor and welded drum-disk sections of the compressor and turbine, containing modular elements (ME), the number of which is within 20- 22, located around the circumference of the rotor outside with respect to the last stages of the compressor, and all MEs are in a single power building, with a front-mounted device (FU) installed inside each with a concentrically located with a cylindrical internal pilot burner and an external main burner of preliminary mixing, at least one electric igniter of the gas-air mixture, and also a heat pipe (ZhT) adjacent to the outlet of the main burner with flame and gas outlet sections, between the ZhT and FU casing together with ZhT adjacent to them an annular cavity is provided for air passage, both the pilot and main burners have separate annular manifolds for fuel supply and separate air supply paths with a blade mounted air swirlers, the main burner air swirler is formed with a radial air inlet, and heat-stressed areas of each and every VT FU equipped protection walls by means of thermal exposure (New gas turbine engine 110 MW for stationary power plants / Romanov VI et al. // Thermal Engineering. 1992. No. 9, p. 15-21 [1]) - analogue).

Данной КС присущи следующие недостатки:This COP has the following disadvantages:

- Обе горелки каждого ее ФУ - основная и пилотная являются горелками предварительного смешения. Однако при сжигании гомогенных смесей без специальных мер не обеспечивается устойчивое горение на рабочих режимах, а также поддержание высокой полноты сгорания топлива на пусковых и переменных режимах. В качестве такой меры в [1] предусмотрено установленное по оси ФУ воздушное сопло. При этом предполагается, с одной стороны, предотвратить проскок пламени в зоны смесеобразования путем оттеснения от этих зон высокотемпературных обратных токов, с другой -обеспечить устойчивое горение за счет подачи в зону горения дополнительного воздуха. Такое техническое решение существенно затрудняет возможность установки в приосевой зоне ФУ форсунок в случае необходимости сжигания резервного жидкого топлива.- Both burners of each of its ФУ - main and pilot are preliminary mixing burners. However, when burning homogeneous mixtures without special measures, stable combustion is not ensured at operating conditions, as well as maintaining a high completeness of fuel combustion at start-up and variable modes. As such a measure, [1] provides for an air nozzle installed along the FU axis. In this case, it is supposed, on the one hand, to prevent the leakage of flame into the mixture formation zones by pushing high-temperature reverse currents away from these zones, and, on the other hand, to ensure stable combustion by supplying additional air to the combustion zone. Such a technical solution significantly complicates the possibility of installing nozzles in the axial area of the FU if it is necessary to burn reserve liquid fuel.

- В КС согласно [1] применено так называемое «пленочное» проникающее воздушное охлаждение ЖТ, для реализации которого на ее боковой (цилиндрической) стенке выполнены радиальные отверстия, а под ними со стороны охлаждаемой внутренней поверхности трубы - Г-образные вставки, направляющие проходящий через отверстия воздух тонким слоем (пленкой) вдоль этой поверхности. Как показали проведенные исследования, любое проникающее воздушное охлаждение при сжигании предварительно образованной обедненной топливовоздушной смеси (ТВС) неблагоприятно влияет на эмиссионные характеристики КС и устойчивость горения из-за нарушения однородности смеси и заданного соотношения топливо - воздух.- In KS, according to [1], the so-called “film” penetrating air cooling of VT was used, for the implementation of which radial holes were made on its lateral (cylindrical) wall, and under them from the side of the pipe’s cooled inner surface were L-shaped inserts guiding through holes air in a thin layer (film) along this surface. As the studies showed, any penetrating air cooling when burning a preformed lean fuel-air mixture (FA) adversely affects the emission characteristics of the CS and combustion stability due to a violation of the homogeneity of the mixture and the specified fuel-air ratio.

Известна КС ГТД, составленная из МЭ, расположенных по окружности концентрично ротору ГТД снаружи по отношению к последним ступеням его компрессора, причем все МЭ помещены в едином силовом корпусе, внутри каждого МЭ установлено ФУ с концентрически расположенными внутренней диффузионной пилотной горелкой и внешней основной горелкой предварительного смешения с радиальным лопаточным завихрителем воздуха и системой топливоподвода (СТП) в основную горелку через выполненный в виде полости внутри ее корпуса кольцевой коллектор, подключенные к нему распределительные каналы по числу лопаток указанного завихрителя воздуха, причем каждый распределительный канал расположен по длине внутри одной из указанных лопаток, а к каждому из указанных распределительных каналов подключены выпускные каналы из лопатки в межлопаточную полость, при этом полость кольцевого коллектора СТП основной горелки разделена сплошными перегородками по меньшей мере на два отсека, к каждому из которых присоединен отдельный подводящий топливопровод (ПТП), оборудованный расходным регулирующим органом, а к ФУ примыкает ЖТ с пламенным и газоотводным участками, причем между всеми МЭ и указанным силовым корпусом предусмотрено свободное пространство для прохода воздуха, а теплонапряженные участки каждой ЖТ и каждого ФУ всех МЭ оборудованы средствами защиты их стенок от термического воздействия, включающими термозащитное покрытие внутренней поверхности и струйное конвективное воздушное наружное охлаждение пламенного участка ЖТ (RU 97479, F23R 3/28, 2010 [2] ближайший аналог). Достигаемым техническим результатом полезной модели [2] является улучшение эмиссионных характеристик КС, повышение эффективности охлаждения ее теплонапряженных участков, а также обеспечение устойчивости горения как в пилотном, так и основном стационарных режимах при высокой полноте сгорания топлива. Вместе с тем, как показали проведенные экспериментальные исследования КС [2], на нестационарных режимах перехода (ление топлива из пилотной горелки в основную) возникает неустойчивость горения (или виброгорение), сопровождающаяся большими амплитудами пульсаций давления в КС. Такие пульсации давления могут приводить к разрушению элементов КС и недопустимы по условиям надежной работы ГТД.It is known that the gas turbine engine is composed of MEs arranged circumferentially concentrically to the rotor of a gas turbine engine outside with respect to the last stages of its compressor, and all MEs are placed in a single power building, inside each ME there is a PM with concentrically located internal diffusion pilot burner and external main preliminary mixing burner with a radial blade air swirl and a fuel supply system (STP) to the main burner through an annular collector made in the form of a cavity inside its body, are connected distribution channels to it according to the number of blades of the specified air swirl, each distribution channel being located along the length inside one of these blades, and exhaust channels from the blade to the interscapular cavity are connected to each of these distribution channels, while the cavity of the annular manifold STP of the main burner is divided by solid partitions of at least two compartments, each of which is connected to a separate fuel supply line (PTP) equipped with a consumable regulatory authority, and A VT with flame and gas sections adjoins the PV, with free space for the passage of air between all MEs and the indicated power enclosure, and the heat-stressed sections of each VTs and each PVs of all MEs are equipped with means for protecting their walls from thermal effects, including a thermal protective coating of the inner surface and jet convective air external cooling of the flame section of ZhT (RU 97479, F23R 3/28, 2010 [2] the closest analogue). The technical result achieved by the utility model [2] is the improvement of the CS emission characteristics, the increase in the cooling efficiency of its heat-stressed sections, as well as the provision of combustion stability in both pilot and main stationary modes at high fuel burn completeness. At the same time, as the experimental studies of the CS [2] showed, in non-stationary transition modes (fuel flow from the pilot burner to the main one), combustion instability (or vibration combustion) occurs, accompanied by large amplitudes of pressure pulsations in the CS. Such pressure pulsations can lead to the destruction of the elements of the COP and are unacceptable under the conditions of reliable operation of the gas turbine engine.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Достигаемым результатом настоящей полезной модели является устойчивая, безвибрационная работа КС на всех режимах, включая перевод топлива с пилотной на основную горелку при высокой полноте сгорания топлива и высоких эмиссионных характеристиках КС на стационарных режимах. Это обеспечивается тем, что в КС ГТД, составленной из МЭ, расположенных по окружности концентрично ротору ГТД снаружи по отношению к последним ступеням его компрессора, причем все МЭ помещены в едином силовом корпусе, внутри каждого МЭ установлено ФУ с концентрически расположенными внутренней диффузионной пилотной горелкой и внешней основной горелкой предварительного смешения с радиальным лопаточным завихрителем воздуха и системой топливоподвода (СТП) в основную горелку через выполненный в виде полости внутри ее корпуса кольцевой коллектор, подключенные к нему распределительные каналы по числу лопаток указанного завихрителя воздуха, причем каждый распределительный канал расположен по длине внутри одной из указанных лопаток, а к каждому из указанных распределительных каналов подключены выпускные каналы из лопатки в межлопаточную полость, при этом полость кольцевого коллектора СТП основной горелки разделена сплошными перегородками по меньшей мере на два отсека, к каждому из которых присоединен отдельный подводящий топливопровод (ПТП), оборудованный расходным регулирующим органом, а к ФУ примыкает ЖТ с пламенным и газоотводным участками, причем между всеми МЭ и указанным силовым корпусом предусмотрено свободное межмодульное пространство для прохода воздуха, а теплонапряженные участки каждой ЖТ и каждого ФУ всех МЭ оборудованы средствами защиты их стенок от термического воздействия, включающими термозащитное покрытие внутренней поверхности и струйное конвективное воздушное наружное охлаждение пламенного участка ЖТ, согласно полезной модели основная горелка ФУ каждого МЭ снабжена дополнительной автономной СТП со своим кольцевым коллектором, разделенным сплошными перегородками на отсеки и с отдельным для каждого отсека ПТП, оборудованным расходным регулирующим органом, причем указанный кольцевой коллектор концентрически расположен по отношению к кольцевому коллектору основной СТП, с подключенными к нему распределительными каналами и выпускными каналами, причем количество и расположение последних выбраны из условия возможности при автономном или совместном их использовании с выпускными каналами основного топливоподвода в режиме перехода подачи топлива с пилотной на основную горелку регулирования распределения концентрации в потоке ТВС по высоте поперечного сечения на выходе канала предварительного смешения основной горелки.The achieved result of this utility model is the stable, vibration-free operation of the compressor in all modes, including the transfer of fuel from the pilot to the main burner with high fuel combustion and high emission characteristics of the compressor in stationary modes. This is ensured by the fact that in a gas turbine engine assembly composed of MEs located circumferentially concentrically to the GTE rotor outside with respect to the last stages of its compressor, and all MEs are placed in a single power building, inside each ME there is a PM with concentrically located internal diffusion pilot burner and external main burner of preliminary mixing with a radial blade air swirl and a fuel supply system (STP) to the main burner through an annular ring made in the form of a cavity inside its body a lecturer, distribution channels connected to it by the number of blades of the specified air swirl, each distribution channel being located along the length inside one of these blades, and outlet channels from the blade to the interscapular cavity are connected to each of these distribution channels, while the main collector cavity of the STP main the burner is divided by solid partitions into at least two compartments, each of which is connected to a separate fuel supply line (PTP) equipped with a flow control by the lining body, and the VT is adjacent to the VT with flame and gas sections, and between all MEs and the indicated power building there is a free intermodular space for air passage, and the heat-stressed sections of each VTs and each FCs of all MEs are equipped with means for protecting their walls from thermal effects, including thermal protective coating of the inner surface and jet convective air external cooling of the flame section of the VT, according to the utility model, the main burner of the PV of each ME is equipped with an additional autonomous STF with its own annular collector, divided by solid baffles into compartments and with a separate PTP compartment for each compartment, equipped with a consumable regulating body, and the specified annular collector is concentrically located relative to the annular collector of the main STP, with distribution channels and exhaust channels connected to it, moreover, the number and location of the latter are selected from the conditions of the possibility of autonomous or joint use with the exhaust channels of the main fuel supply a mode transition from the fuel supply to the main burner the pilot controlling the distribution of concentration in the fuel assembly flow adjustment transverse section at the outlet of the main burner premixing channel.

При этом кольцевой коллектор дополнительной СТП основной горелки может быть выполнен в виде полости внутри ее корпуса, распределительные каналы дополнительной СТП внутри каждой лопатки завихрителя воздуха разнесены по ширине указанной лопатки относительно распределительных каналов основной системы, а выпускные каналы дополнительной СТП по длине указанной лопатки расположены в дальней по отношению к своему кольцевому коллектору половине соответствующего распределительного канала. Кольцевой коллектор дополнительной СТП основной горелки может быть выполнен сплошным и вынесен за пределы корпуса горелки, а подключенные к нему распределительные каналы также могут быть выполнены сплошными, помещены в межлопаточных полостях завихрителя воздуха и снабжены выпускными отверстиями, расположенными в дальней по отношению к своему кольцевому коллектору половине соответствующего распределительного канала.In this case, the annular collector of the additional STP of the main burner can be made in the form of a cavity inside its body, the distribution channels of the additional STP inside each blade of the air swirl are spaced along the width of the specified blades relative to the distribution channels of the main system, and the exhaust channels of the additional STP along the length of the specified blade are located in the far in relation to its annular collector half of the corresponding distribution channel. The annular collector of the additional STP of the main burner can be solid and extended outside the burner body, and the distribution channels connected to it can also be solid, placed in the interscapular cavities of the air swirl and equipped with exhaust openings located in the half distant from the ring collector appropriate distribution channel.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и указанным техническим результатом заключается в следующем. В ходе экспериментальных исследований было установлено влияние распределения концентрации топлива в ТВС по высоте поперечного сечения на выходе из канала предварительного смешения основной горелки на устойчивость горения при переходе с пилотного на основной режим работы КС. Оказалось, что в этот относительно краткосрочный период (менее 1 минуты) для предотвращения пульсаций и вибрационного характера горения необходимо поддерживать повышенную концентрацию топлива в верхней части поперечного сечения выходного канала основной горелки, куда плохо доходит поджигающее ТВС пламя расположенной ниже пилотной горелки. При этом на короткое время ухудшаются эмиссионные характеристики КС. После перехода на стационарный режим эти характеристики можно восстановить путем создания равномерного поля концентраций топлива в ТВС по всей высоте выходного канала основной горелки. Наличие дополнительной СТП с независимым регулированием подачи топлива в основную и дополнительную СТП с описанными выше конструктивными особенностями позволяет экспериментальным путем добиться нужного характера распределения концентрации топлива в ТВС на выходе основной горелки, обеспечивая тем самым получение отмеченного выше технического результата.A causal relationship between the hallmarks of a utility model and the indicated technical result is as follows. In the course of experimental studies, the influence of the distribution of fuel concentration in the fuel assembly over the height of the cross section at the outlet of the preliminary mixing channel of the main burner on the combustion stability during the transition from the pilot to the main operating mode of the compressor station was established. It turned out that in this relatively short-term period (less than 1 minute), in order to prevent pulsations and the vibrational nature of combustion, it is necessary to maintain an increased fuel concentration in the upper part of the cross section of the output channel of the main burner, where the flame igniting the fuel assemblies located below the pilot burner does not reach well. At the same time, the emission characteristics of the CS deteriorate for a short time. After switching to the stationary mode, these characteristics can be restored by creating a uniform field of fuel concentrations in the fuel assembly along the entire height of the output channel of the main burner. The presence of an additional STP with independent regulation of the fuel supply to the main and additional STP with the design features described above allows us to experimentally achieve the desired distribution of fuel concentration in the fuel assemblies at the outlet of the main burner, thereby ensuring the technical result noted above.

Краткое описание фигур чертежаBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 изображен общий вид ГТД с КС согласно полезной модели; на фиг. 2 - модульный элемент указанной КС в продольном разрезе; на фиг. 3 - узел А фиг. 2 с изображением в более крупном масштабе основной горелки с кольцевыми коллекторами основной и дополнительной ТПС, выполненными в виде полостей в ее корпусе; на фиг. 4 - поперечный разрез по Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 - другой конструктивный вариант основной горелки с выносными сплошными кольцевым коллектором и распределительными каналами дополнительной СТП.In FIG. 1 shows a General view of a gas turbine engine with a CS according to a utility model; in FIG. 2 - a modular element of the specified COP in longitudinal section; in FIG. 3 - node A of FIG. 2 depicting on a larger scale the main burner with ring collectors of the main and additional TPS, made in the form of cavities in its body; in FIG. 4 is a cross section along BB of FIG. 3; in FIG. 5 is another structural version of the main burner with a remote solid annular collector and distribution channels of an additional STP.

Перечень условных обозначенийLegend List

ГТД - газотурбинный двигатель.GTE - gas turbine engine.

ЖТ - жаровая труба.ZhT - a flame tube.

КС - камера сгорания.KS - combustion chamber.

МЭ - модульный элемент.ME is a modular element.

ПТП - подводящий топливопровод.PTP - fuel supply line.

СТП - система топливоподвода.STP - fuel supply system.

ТВС- топливовоздушная смесь.TVS - air-fuel mixture.

ФУ - фронтовое устройство.FU - front-end device.

Перечень позиций чертежаList of drawing items

1 - ротор ГТД; 2 - компрессор ГТД; 3 - турбина ГТД; 4 - КС ГТД; 5 - силовой корпус КС; 6 - ФУ модульного элемента; 7 - диффузионная пилотная горелка; 8 - основная горелка предварительного смешения; 8.1 - корпус основной горелки; 9 - радиальный лопаточный завихритель основной горелки; 9.1 - лопатка радиального завихрителя основной горелки; 10.1,10.2 - кольцевые коллекторы соответственно основной и дополнительной СТП в основную горелку при их расположении внутри ее корпуса; 10.3 - кольцевой коллектор дополнительной СТП в основную горелку при его расположении вне ее корпуса; 11.1, 11.2 - распределительные каналы основной и дополнительной СТП при их расположении соответственно внутри корпуса горелки и внутри лопаток завихрителя воздуха; 11.3 - распределительные каналы дополнительной СТП при их расположении в межлопаточных полостях завихрителя воздуха; 12.1, 12.2 - выпускные каналы основной и дополнительной СТП при их расположении внутри лопаток завихрителя воздуха; 12.3 - выпускные отверстия из распределительных каналов дополнительной СТП при расположении последних в межлопаточных полостях завихрителя воздуха; 13.1, 13.2 - ПТП к основной и дополнительной СТП основной горелки; 14 - ЖТ; 14.1, 14.2 - пламенный и газоотводной участки ЖТ; 15 - кольцевая полость между силовым корпусом и МЭ для прохода воздуха; 16 - отверстия в ЖТ для подачи части воздуха на разбавление продуктов сгорания.1 - GTE rotor; 2 - gas turbine compressor; 3 - turbine GTE; 4 - CS GTD; 5 - power building of the COP; 6 - FU modular element; 7 - diffusion pilot burner; 8 - main burner pre-mixing; 8.1 - the main burner body; 9 - radial blade swirl of the main burner; 9.1 - the blade of the radial swirl of the main burner; 10.1,10.2 - ring collectors, respectively, of the main and additional STP in the main burner when they are located inside its housing; 10.3 - the annular collector of the additional STP into the main burner when it is located outside its housing; 11.1, 11.2 - distribution channels of the main and additional STP when they are located respectively inside the burner body and inside the blades of the air swirl; 11.3 - distribution channels of the additional STP when they are located in the interscapular cavities of the air swirl; 12.1, 12.2 - exhaust channels of the main and additional STP when they are located inside the blades of the air swirl; 12.3 - exhaust openings from the distribution channels of the additional STP when the latter are located in the interscapular cavities of the air swirl; 13.1, 13.2 - PTP to the main and additional STP of the main burner; 14 - VT; 14.1, 14.2 - flame and gas vent sections of ZhT; 15 - an annular cavity between the power housing and the ME for the passage of air; 16 - holes in the VT for supplying part of the air to the dilution of combustion products.

Подробное описание полезной моделиDetailed description of utility model

ГТД (фиг. 1) содержит секционированный ротор 1 с компрессором 2, турбиной 3 и окружающую ротор 1 КС 4. Последняя содержит в данном примере двадцать МЭ, равномерно расположенных по окружности концентрично ротору 1 снаружи по отношению к последним ступеням компрессора 2 (фиг. 2). Все МЭ помещены в едином силовом корпусе 5. Внутри каждого МЭ установлено ФУ 6 с концентрически расположенными внутренней диффузионной пилотной горелкой 7 и внешней основной горелкой 8 предварительного смешения (фиг. 3, 5). Последняя оборудована радиальным лопаточным завихрителем 9 воздуха с лопатками 9.1 (фиг. 4) и двумя - основной и дополнительной СТП. Основная СТП включает в себя кольцевой коллектор 10.1 (фиг. 3), выполненный в виде полости внутри корпуса 8.1 основной горелки 8, и подключенные к коллектору 10.1 распределительные каналы 11.1 по числу лопаток 9.1 завихрителя 9 воздуха. Каждый распределительный канал 11.1 расположен по длине внутри одной из лопаток 9.1 (фиг. 3, 4), а к каждому из распределительных каналов 11.1 подключены равномерно расположенные по длине лопатки 9.1 выпускные каналы 12.1 из каждой лопатки 9.1 в соответствующую межлопаточную полость. К коллекторам 10.1, 10.2 со стороны подачи топлива подключены ПТП соответственно 13.1 и 13.2 (фиг. 2), на каждом из которых установлен расходный регулирующий орган в виде запорно-регулирующего клапана (на чертеже не показаны). Полость кольцевого коллектора 10.1, как и в ближайшем аналоге [2], разделена сплошными перегородками на два отсека (на чертеже не показано), к каждому из которых присоединен отдельный ПТП, оборудованный расходным регулирующим органом (не показано). К ФУ 6 примыкает ЖТ 14 с пламенным и газоотводным участками соответственно 14.1,14.2, причем между всеми МЭ и силовым корпусом 5 предусмотрена межмодульная полость 15 для прохода воздуха. Теплонапряженные участки каждой ЖТ 14 и каждого ФУ 6 всех МЭ оборудованы не показанными на чертеже известными из [2] средствами защиты их стенок от термического воздействия, включающими термозащитное покрытие внутренней поверхности и струйное конвективное воздушное наружное охлаждение пламенного участка 14.1 ЖТ 14. Согласно полезной модели основная горелка 8 каждого МЭ снабжена дополнительной автономной СТП со своим кольцевым коллектором 10.2 (фиг. 3) или 10.3 (фиг. 5), так же, как коллектор 10.1, разделенным сплошными перегородками на отсеки, и с отдельным для каждого отсека ПТП, оборудованным расходным регулирующим органом (не показаны), причем кольцевой коллектор 10.2 концентрически расположен по отношению к кольцевому коллектору 10.1 основной СТП (фиг. 3). К коллектору 10.2 подключены распределительные каналы 11.2, к которым присоединены выпускные каналы 12.2 с другим количеством и расположением, по сравнению с основной СТП, по отношению к распределительным каналам 11.2. В частности, выпускные каналы 12.2 расположены не равномерно по всей длине своего распределительного канала 11.2, а в его дальней половине и во вдвое меньшем количестве, по сравнению с выпускными каналами 12.1 основной СТП. При этом кольцевой коллектор дополнительной СТП основной горелки 8 может быть выполнен в виде полости 10.2 (фиг. 3) внутри ее корпуса 8.1, а распределительные каналы 11.2 внутри каждой лопатки 9.1 завихрителя 9 воздуха - разнесены по ширине указанной лопатки относительно распределительных каналов 11.1 основной ПТП (фиг. 4). По другому конструктивному варианту кольцевой коллектор 10.3 дополнительной СТП может быть выполнен сплошным и вынесен за пределы корпуса 8.1 основной горелки 8 (фиг. 5), а подключенные к нему распределительные каналы 11.3 также выполнены сплошными, помещены в межлопаточных полостях завихрителя 9 воздуха и снабжены выпускными не каналами, а отверстиями 12.3, расположенными в дальней по отношению к своему кольцевому коллектору 10.3 половине распределительного канала 11.3. К коллекторам 10.1, 10.2 или 10.3 со стороны подачи топлива подключены ПТП соответственно 13.1 и 13.2 (фиг. 2), на каждом из которых установлен расходный регулирующий орган в виде запорно-регулирующего клапана (не показаны). Чтобы не затемнять чертеж, на нем не показаны также ПТП ко всем отсекам указанных кольцевых коллекторов. К выходу основной горелки 8 каждого ФУ примыкает ЖТ 14 (фиг. 2) с пламенным участком 14.1 и газоотводным участком 14.2. Между силовым корпусом 5 и всеми МЭ КС 4 предусмотрено свободное межмодульное пространство 15 (фиг. 2) для подвода в КС 4 от компрессора 2 (фиг. 1) сжатого воздуха. Теплонапряженные участки каждой ЖТ 14 оборудованы известными из [2] средствами защиты их стенок от термического воздействия, включающими термозащитное покрытие внутренней поверхности и струйное конвективное воздушное наружное охлаждение пламенного участка 14.1 ЖТ 14 сжатым воздухом, поступающим из межмодульного пространства 15. В выходной части стенки пламенного участка 14.1 ЖТ 14 предусмотрены сквозные отверстия 16 (фиг. 2) для подачи части воздуха из межмодульного пространства 15 на разбавление продуктов сгорания топлива для охлаждения их до температуры, безопасной по условиям работы газовой турбины 3 (фиг. 1).A gas turbine engine (Fig. 1) contains a partitioned rotor 1 with a compressor 2, a turbine 3, and a surrounding rotor 1 KS 4. The latter contains in this example twenty MEs uniformly spaced around the circumference concentrically to the rotor 1 from the outside with respect to the last stages of compressor 2 (Fig. 2 ) All MEs are housed in a single power housing 5. Inside each ME, a ФУ 6 is installed with concentrically located internal diffusion pilot burner 7 and external main burner 8 of preliminary mixing (Figs. 3, 5). The latter is equipped with a radial blade air swirl 9 with blades 9.1 (Fig. 4) and two - the main and additional STP. The main STP includes an annular collector 10.1 (Fig. 3), made in the form of a cavity inside the housing 8.1 of the main burner 8, and distribution channels 11.1 connected to the collector 10.1 by the number of blades 9.1 of the air swirl 9. Each distribution channel 11.1 is located along the length inside one of the blades 9.1 (Fig. 3, 4), and to each of the distribution channels 11.1 the outlet channels 12.1 from each blade 9.1 are uniformly spaced along the length of the blade 9.1 into the corresponding interscapular cavity. The manifolds 10.1, 10.2 on the fuel supply side are connected with PTP 13.1 and 13.2, respectively (Fig. 2), each of which has a consumable regulating body in the form of a shut-off and control valve (not shown in the drawing). The cavity of the annular collector 10.1, as in the closest analogue [2], is divided by solid partitions into two compartments (not shown in the drawing), each of which is connected to a separate PTP equipped with a consumable regulatory body (not shown). To ФУ 6 adjoins ЖТ 14 with flame and gas sections respectively 14.1,14.2, and between all MEs and power building 5 there is an intermodular cavity 15 for air passage. The heat-stressed sections of each ZhT 14 and each ФУ 6 of all MEs are equipped with means of protecting their walls from thermal influence, not shown in the drawing, which are not shown in the drawing, and include thermal protection of the inner surface and jet convective external air cooling of the flame section 14.1 ZhT 14. According to the utility model, the main the burner 8 of each ME is equipped with an additional autonomous STP with its own annular collector 10.2 (Fig. 3) or 10.3 (Fig. 5), as well as the collector 10.1, divided by solid partitions into compartments, and with lacquered for each compartment of the PTP, equipped with an expendable regulatory body (not shown), and the annular collector 10.2 is concentrically located relative to the annular collector 10.1 of the main STP (Fig. 3). The distribution channels 11.2 are connected to the collector 10.2, to which the exhaust channels 12.2 are connected with a different number and location, compared with the main STP, with respect to the distribution channels 11.2. In particular, the exhaust channels 12.2 are not evenly distributed over the entire length of their distribution channel 11.2, but in its far half and half as much as the exhaust channels 12.1 of the main STP. In this case, the annular collector of the additional STP of the main burner 8 can be made in the form of a cavity 10.2 (Fig. 3) inside its body 8.1, and the distribution channels 11.2 inside each blade 9.1 of the air swirl 9 are spaced apart along the width of this blade relative to the distribution channels 11.1 of the main PTP ( Fig. 4). According to another constructive variant, the annular collector 10.3 of the additional STF can be solid and carried outside the housing 8.1 of the main burner 8 (Fig. 5), and the distribution channels 11.3 connected to it are also solid, placed in the interscapular cavities of the air swirler 9 and not equipped with exhaust channels, and openings 12.3 located in the distal half of the distribution channel 11.3 with respect to its annular collector 10.3. The manifolds 10.1, 10.2 or 10.3 on the fuel supply side are connected with PTP 13.1 and 13.2, respectively (Fig. 2), each of which has a consumable regulating body in the form of a shut-off and control valve (not shown). In order not to darken the drawing, it also does not show PTP to all compartments of the indicated annular collectors. ZhT 14 (Fig. 2) adjoins the output of the main burner 8 of each FU with a flame section 14.1 and a gas discharge section 14.2. Between the power building 5 and all the ME KS 4 there is a free intermodular space 15 (Fig. 2) for supplying to the KS 4 from the compressor 2 (Fig. 1) compressed air. The heat-stressed sections of each ZhT 14 are equipped with means known from [2] for protecting their walls from thermal effects, including thermal protective coating of the inner surface and jet convective air external cooling of the flame section 14.1 ZhT 14 with compressed air coming from the intermodular space 15. In the output part of the wall of the flame section 14.1 ZhT 14 through holes 16 are provided (Fig. 2) for supplying part of the air from the intermodular space 15 to dilute the products of fuel combustion to cool them to Temperature, safe operating conditions for the gas turbine 3 (FIG. 1).

Описание работы ГТД с КС согласно полезной моделиDescription of the operation of a gas turbine engine with a compressor station according to a utility model

ГТД с КС 4 согласно полезной модели работает следующим образом. Для запуска ГТД ротор 1 с компрессором 2 и турбиной 3 приводят во вращение от внешнего пускового привода (на чертеже не показан) с тем, чтобы в КС 4 начал поступать воздух, после чего открывают подачу газообразного или жидкого топлива на пилотную горелку 7 и включают электрические поджигатели. После выхода ГТД на номинальную частоту вращения синхронизации электрического генератора (на чертеже не показан), его включения в сеть и набора установленного уровня нагрузки осуществляют перераспределение газообразного топлива из пилотной горелки 7 в основную горелку 8 первоначально через ПТП 13.2 дополнительной СТП с предварительно экспериментально подобранным положением установленного на нем расходного регулирующего органа, исключающим возникновение пульсационного или вибрационного характера горения на выходе из горелки 8. После выхода на стационарный режим, определяемый при наладке работы ГТД по времени от начала запуска основной горелки 8 (обычно - не более 1 минуты) ПТП 13.2 дополнительной СТП отключают полностью или регулируют подачу топлива в основную горелку 8 совместно основной и дополнительной СТП, исходя из показаний по измерению эмиссионных характеристик выхлопных газов ГТД.GTE with COP 4 according to the utility model works as follows. To start the gas turbine engine, rotor 1 with compressor 2 and turbine 3 is rotated from an external starting drive (not shown in the drawing) so that air begins to flow into KS 4, after which the supply of gaseous or liquid fuel to the pilot burner 7 is opened and electric arsonists. After the gas turbine engine reaches the rated synchronization frequency of the electric generator (not shown in the drawing), it is connected to the network and the set load level is set, the gaseous fuel is redistributed from the pilot burner 7 to the main burner 8, initially through the PTP 13.2 of the additional STP with the experimentally pre-selected position set on it a consumable regulatory body that excludes the occurrence of a pulsating or vibrational nature of combustion at the outlet of the burner 8. After the exit to the stationary mode, which is determined when adjusting the operation of the gas turbine engine from the time from the start of the main burner 8 start (usually no more than 1 minute), the secondary circuit breaker 13.2 of the additional STP is completely shut off or the fuel supply to the main burner 8 is jointly controlled by the main and additional STP, based on the readings measuring the emission characteristics of GTE exhaust gases.

Claims

1. The combustion chamber of a gas turbine engine, composed of modular elements located circumferentially concentrically to the rotor of the engine outside with respect to the last stages of its compressor, all modular elements are placed in a single power housing, a front device with concentrically arranged internal diffusion pilot is installed inside each modular element burner and external main burner of preliminary mixing with radial blade air swirl and fuel supply system in the main burner through an annular manifold made in the form of a cavity inside its body, distribution channels connected to it by the number of blades of the specified air swirl, each distribution channel being located along the length inside one of these blades, and outlet channels from the blade are connected to each of these distribution channels in the interscapular cavity, while the cavity of the annular manifold of the fuel supply system of the main burner is divided by solid partitions into at least two compartments, to Each of them is connected to a separate fuel supply line equipped with a consumable regulating body, and a heat pipe with flame and gas sections adjoins the front device, moreover, between all modular elements and the indicated power case there is a free intermodular space for air passage, and heat-stressed sections of each flame pipe and each front device of all modular elements are equipped with means for protecting their walls from thermal effects, including thermo protective coating of the inner surface and jet convective air external cooling of the flame section of the flame tube, characterized in that the main burner of the front device of each modular element is equipped with an additional autonomous fuel supply system with its own annular collector, separated by solid baffles into compartments and with a separate fuel supply pipe for each compartment, equipped with a consumable regulatory authority, wherein said annular collector is concentrically located relative to connection to the annular manifold of the main fuel supply system, with the distribution channels and exhaust channels connected to it, the number and location of the latter being selected from the condition of being able to use them independently or jointly with the exhaust channels of the main fuel supply in the mode of transferring fuel from the pilot to the main distribution control burner concentration in the flow of air-fuel mixture along the height of the cross section at the outlet of the channel for preliminary mixing of the main burner.

2. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that the annular manifold of the additional fuel supply system of the main burner is made in the form of a cavity inside its body, the distribution channels of the additional fuel supply system inside each blade of the air swirl are spaced across the width of this blade relative to the distribution channels of the main system, and the exhaust channels of the additional fuel supply system along the length of the specified blades are located in the half distant with respect to their annular collector, respectively vuyuschego distribution channel.

3. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that the annular manifold of the additional fuel supply system of the main burner is solid and extended outside the burner body, and the distribution channels connected to it are also solid, placed in the interscapular cavities of the air swirl and provided with exhaust openings, located in the far in relation to its annular collector half of the corresponding distribution channel.