RU2002165C1

RU2002165C1 - Камера сгорани газовой турбины

Info

Publication number: RU2002165C1
Application number: SU904830017A
Authority: RU
Inventors: Келлер Якоб
Original assignee: Асеа Браун Бовери АГ (сн)
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1993-10-30
Also published as: EP0401529B1; PL165109B1; JPH0320524A; US5154059A; ES2058667T3; CH680084A5; JP3075732B2; PL285434A1; DE59006282D1; ATE108011T1; HUT56923A; HU903493D0; EP0401529A1

Description

ки состо т из имеющих различные размеры, так называемых двухконусных горелок и если они встроены в кольцевую камеру сгорани . Поскольку при таком расположении циркулирующие линии потока в кольцевой камере сгорани приближаютс на весьма незначительное рассто ние к вихревым центрам вспомогательных горелок, зажигание может осуществл тьс с помощью этих вспомогательных горелок. При разгоне количество топлива, которое подводитс через вспомогательные горелки, увеличиваетс до тех пор, пока не будет достигнуто управление вспомогательными горелками, т.е. пока в распор жении не окажетс полное количество топлива. Конфигураци выбираетс таким образом, что эта точка соответствует условию сброса нагрузки газовой турбины. Последующее нарастание мощности осуществл етс через главные горелки. При пиковой нагрузке на установку обеспечиваетс полное управление главными горелками. Так как конфигураци малых гор чих вихревых центров (вспомогательных горелок)между большими, более холодными вихревыми центрами (главными горелками) вл етс чрезвычайно нестабильной , то при работающих в более бедном режиме главных горелках в диапазоне частичной нагрузки обеспечиваетс весьма хорошее выгорание с низкими величинами эмиссии СО/СхНу, т.е. гор чие вихри вспомогательных горелок незамедлительно проникают в холодные завихрени главных горелок.

На фиг, t схематически изображена часть фронтальной стенки кольцевой камеры сгорани с главными и вспомогательными горелками, а также воздушными дюзами; на фиг. 2 - схематически показано сечение через кольцевую камеру сгорани в плоскости главной горелки; на фиг. 3 - сечение через кольцевую камеру сгорани в плоскости одной вспомогательной горелки; на фиг. 4 - осевое сечение через главную горелку; на фиг. 5 - осевое сечение в области воздушных дюз; на фиг. 6 представлена двух- конусна горелка в перспективном изображении и с соответствующим сечением; на фиг. 7, 8 и 9 показаны сечени А-А, Б-Б и В-В на фиг. 6.

На фиг. 1 показан фрагмент сектора фронтальной стенки 1 с расположенными на ней главными В и вспомогательными С горелками. Они равномерно чередуютс по периметру кольцевой камеры А сгорани . Различие в размерах между главными горелками В и вспомогательными горелками С носит лишь качественный характер. Эффективный размер отдельных горелок, а

также их распределение и количество на периметре фронтальной стенки 1 кольцевой камеры А сгорани завис т от мощности и размера самой камеры сгорани . Главные горелки В и вспомогательные горелки С, которые расположены чередующимис . впадают на одинаковой высоте в кольцевую фронтальную стенку 1. котора образует поверхность входа дл кольцевой камеры А

0 сгорани . Между отдельными горелками В, С предусмотрено определенное количество воздушных дюз D, которые в радиальном направлении занимают приблизительно половину фронтальной стенки 1. Если главные

5 горелки В и вспомогательные горелки С вырабатывают движущиес в одном направлении завихрени , то в этом случае выше и ниже них возникает циркулирующий, охватывающий горелки В и С поток. Дл по с0 нени этого следует указать с целью сравнени на бесконечный ленточный транспортер, который приводитс в движение вращающимис в одном направлении роликами. Роль роликов в данном случае

5 играют горелки, работающие в одном направлении . Вокруг горелок при этом возникает центр завихрени . Вокруг вспомогательных горелок С центры завихрений вл ютс малыми, гор чими и не0 устойчивыми. Последние возникают между большими более холодными, обусловленными главными горелками В вихревыми центрами . Между малыми гор чими и большими более холодными вихревыми центрами

5 действуют воздушные дюзы, которые улучшают стабилизацию обоих центров. Даже если главные горелки В работают в более бедном режиме, как это происходит при режиме частичной нагрузки, обеспечивает0 с весьма хорошее выгорание с малой величиной эмиссии СО/СхНу.

На фиг. 2 и 3 кольцева камера А сгорани конически проходит в направлении входа турбины, как это вытекает из изо5 браженной центральной оси Е кольцевой камеры сгорани . Каждой горелке В, С придана индивидуальна дюза 2. Видно, что горелки В, С вл ютс горелками с предварительным смешиванием, т.е. обход тс

0 без необходимых в ином случае зон предварительного смешивани . Эти горелки должны быть выполнены независимо от их специфической концепции так, чтобы можно было не опасатьс обратного поджигз5 ни в зоне предварительного смешивани через фронтальную стенку 1. Горелка с предварительным смешиванием, котора удовлетвор ет этим услови м, изображена на фиг. 6-9, причем конструкци обоих типов горелок (главна горелка В и вспомогательна горелка С) может быть одинаковой и различаютс только их размеры. В случае кольцевой камеры А сгорани среднего размера соотношение размеров между главной и вспомогательной горелками В и С выби- раетс таким, что приблизительно 23% воздуха дл горени проход т через вспомогательные горелки С и около 77% - через главные горелки В.

На фиг, 4 и 5 схематически показаны главна горелка В и воздушные дюзы. Следует отметить наличие глубоко вход щей относительно фронтальной стенки 1 в камеру сгорани надстройки дл воздушных дюз, котора обуславливает вхождение воздуха далее в камеру сгорани вниз по течению относительно фронта пламени горелок В и С.

Горелка 3 в соответствии с фиг 6, конструктивно может представл ть собой как вспомогательную горелку С, так и главную горелку В и состоит из двух полых тел 4 и 5 с частичным конусом, которые наложены друг на друга со смещением. Смещение центральных осей 6, 7 тел 4, 5 относительно друг друга создает на обеих сторонах с зеркальным отображением касательные шлицы 8, 9 дл входа воздуха 10 (фиг 7-9) дл горени в коническое полое пространство 11 горелки. Тела 4, 5 с частичным конусом имеют цилиндрические начальные части 12, 13, которые также смещены относительно друг друга, в результате чего касательные шлицы 8, 9 дл входа воздуха присутствуют с самого начала. В этой цилиндрической на- чальной части расположена дюза 2, выходное отверстие 14 дл впрыска топлива которой совпадает с наименьшим поперечным сечением полого пространства 11, образованного телами 4 и 5 Размер дюзы 2 зависит от типа горелки, т.е. от того, идет ли речь о вспомогательной горелке С или о главной горелке В. Горелка может быть выполнена конической без цилиндрических начальных частей. Тела 4, 5 с частичным конусом содержат по одной линии 15,16 дл топлива с отверсти ми 17, через которые к газообразному топливу 18 подмешиваетс проход щий через касательные шлицы 8, 9 необходимый дл горени воздух 10. Поло- жение топливных линий выбрано на конце касательных шлицев дл ввода воздуха, в результате чего и там осуществл етс подмешивание 19 вход щего воздуха 10 дл горени к топливу 18, На стороне 20 камеры сгорани горелка 3 содержит пластину, котора образует фронтальную стенку 1. Проход щее через дюзу 2 жидкое топливо 21 впрыскиваетс в коническое полое пространство 11 под острым углом так,

выходной плоскости горелки обеспечиваетс по возможности максимально однородный аэрозоль топлива. Применительно к выходному отверстию 14 дл впрыска топлива речь может идти о поддерживаемой воздухом дюзе или о механической форсунке . В случае определенных режимов работы камеры сгорани речь может идти и о двойной горелке с подводом газообразного или жидкого топлива, котора известна, например , их ЕР-Л1 210462. Конический профиль 22 жидкого топлива, поступающего из дюзы 2, охватываетс касательно вход щим, вращающимс потоком воздуха 10 дл горени . В осевом направлении концентраци жидкого топлива 21 уменьшаетс за счет подмешивани воздуха 10 дл горени . В случае сжигани газообразного топлива 18/19 Формирование смеси с воздухом 10 дл горени осуществл етс непосредственно в конце шлицев 8, 9 дл входа воздуха. При впрыске жидкого топлива 21 в зоне 23 обратного потока достигаетс оптимальна , однородна концентраци топлива по поперечному сечению. Поджигание осуществл етс на острие зоны 23 обратного потока. Только в этом месте может возникать стабильный фронт 24 пламени, В данном случае можно не опасатьс обратного удара пламени внутрь горелки, как это происходит при использовании известных горелок с предварительным смешиванием, в случае использовани которых в качестве вспомогательной меры пытаютс применить сложные средства дл удерживани пламени. Если воздух 10 дл горени предварительно подогрет, то происходит естественное испарение жидкого топлива 21 до того, как на выходе горелки будет достигнута точка, в которой может осуществл тьс поджигание смеси. Степень испарени зависит от размера горелки, распределени размера капель топлива при использовании жидкого топлива и температуры воздуха 10 дл горени . Однако независимо от того, достигаетс ли нар ду с однородным смешиванием капель с помощью воздуха 10 дл горени с более низкой температурой дополнительно лишь частичное или полное испарение капель под воздействием нафетого зоздуха 10 дл горени , величины эмиссии окиси азота и окиси углерода вл ютс весьма малыми , если избыток воздуха составл ет по меньшей мере 60%, в результате чего в данном случае в распор жении находитс следующа мера дл минимизации эмиссий МОх. В случае полного испарени перед входом R зону сжигани величины эмиссии вредных веществ вл ютс наименьшими. То же справедливо и дл ближнего стехиометрического режима, если избыток воздуха замен етс рециркулирующим отработавшим газом. При определении конфигурации тел 4, 5 с частичным конусом относительно наклона конуса и ширины касательных шлицев 8, 9 дл входа воздуха должны соблюдатьс узкие границы с тем, чтобы с целью стабилизации пламени обеспечить желаемое поле потока воздуха с его зоной 23 обратного потока в области впадз- ни в горелку. Следует отметить, что уменьшение шлицев 8, 9 дл входа воздуха обеспечивает дальнейшее смещение зоны 23 вверх по потоку, в результате чего произошло бы раннее воспламенение смеси. В данном случае однократно геометрически зафиксированна зона 23 обратного потока вл етс стабильной, если количество завихрений тангенциальна скорость (аксиальна скорость) возрастает в направлении потока в области конической части го релки. Конструкци горелки пригодна при заданной конструктивной длине горелки дл изменени размера касательных шлицев 8, 9 дл - входа воздуха, причем тела 4, 5 с частичным конусом могут фиксироватьс посредством разъемного соединени с запирающей пластиной. За счет радиального смещени тел 4, S с частичным конусом относительно друг друга или в противоположном направлении происходит уменьшение или увеличение рассто ни между центральными ос ми 6, 7 и в соответствии с этим измен етс размер зазора касательФормула изобретени

Claims

1. КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ , содержаща жаровую трубу и установленные в р д через одну в ее фронтовой стенке воздушные форсунки с соплами и одинаковые по направлению закрутки воздуха горелки с центральными основными форсунками, причем кажда из горелок выполнена с предварительным смещением в виде изогнутого по конусной поверхности элемента, установленного симметрично -относительно оси сопла форсунки с образованием на выходе последней камеры смещени , имеющей форму усеченного конуса, обращенного большим основанием в сторону выхода камеры сгорани , и продольные тангенциальные щели дл подвода воздуха, отличающа с тем, что, с целью повышени полноты сгорани топлива , снижени токсичности продуктов сгорани и обеспечени стабильности температурного пол на выходе камеры сгорани в широком диапазоне режимов

ных шлицев дл входа воздуха (фиг. 7-9). Тела 4, 5 с частичным конусом могут смещатьс относительно друг друга и в другой плоскости, в результате чего может осуществл тьс управление их наложением. Возможно даже спиральное смещение тел с частичным конусом относительно друг друга посредством встречного вращательного движени . Таким образом обеспечиваетс

0 возможность любого изменени формы и размера касательных шлицев 8, 9 дл входа воздуха, в результате чего обеспечиваетс индивидуальное согласование горелки без изменени ее конструктивной длины.

5

На фиг. 7-9 изображено положение направл ющих кожухов 25 и 26. Они выполн ют функции ввода потока( причем они в соответствии с их длиной удлин ют тот или

0 иной конец тел 4 и 5 с частичным конусом в направлении набегани потока воздуха 10 дл горени . Канализаци воздуха дл горени в полое коническое пространство 11 может оптимизироватьс посредством от5 крывани или закрывани направл ющих кожухов 25, 26 вокруг точки 27 вращени . Это необходимо, в частности, в том случае, если измен етс первоначальный размер зазора касательных шлицев дл входа воз0 духа. Горелка может эксплуатироватьс и без направл ющих кожухов.

(56) Патент США № 3512359, кл. 60-39.74. опублик. 1970.

5

работы, сопла воздушных форсунок смещены относительно фронтовой стенки в сторону выхода камеры сгорани , а каждые две горелки, смежные с воздушной

0 форсункой, имеют разную пропускную способность, причем горелки с большей пропускной способностью вл ютс основными , а горелки с меньшей пропускной способностью - вспомогательными.

5

2. Камера сгорани по п.1, отличающа с тем, что горелки снабжены дополнительными топливными форсунками, размещенными в зоне тангенциальных щелей .

3. Камера сгорани -по п.1,-отличающа с тем, что горелка снабжена по крайней мере одним лолым телом, выполненным с возрастающим в направлении потока на- 5 клоном конуса, установленным внутри изогнутого по конусной поверхности элемента, причем центральные оси последнего и полого тела расположены в продольном направлении со смещением одна относительно другой, равным размеру касательных шлицев дл входа воздуха и образованием полого конуса, а выходное отверстие центральной основной форсунки

расположено между центральными ос ми изогнутого по конусной поверхности элемента и полого тела.

В

Фиг. 2

В

Фиг 1

Щиг.З

в

Фиг.4

-

- -

Фиг. 5

га л- rs & 43 го

Г

&

13 ъ

А-А

&se.&

19

10.

19

Фиг. 7

4

Ю

П

w

Ь-5

19

Фиг. 8

в-в

Фиг. 9