RU2083926C1 - Фронтовое устройство камеры сгорания - Google Patents
Фронтовое устройство камеры сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2083926C1 RU2083926C1 RU93019595A RU93019595A RU2083926C1 RU 2083926 C1 RU2083926 C1 RU 2083926C1 RU 93019595 A RU93019595 A RU 93019595A RU 93019595 A RU93019595 A RU 93019595A RU 2083926 C1 RU2083926 C1 RU 2083926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cowling
- air
- burners
- combustion chamber
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: в камерах сгорания газотурбинных установок. Сущность: устройство содержит кольцевой ряд горелок, имеющих топливоподающие устройства 1, воздухоподводящие патрубки 2 круглого сечения и дежурную горелку, выполненную в виде, например, лопаточного завихрителя 3, во втулке которого расположено топливоподающее устройство 4. На выходе из воздухоподводящих патрубков 2 расположены коаксиально друг другу и оси камеры сгорания три обечайки. Средняя обечайка проходит через оси горелок, а внешняя обечайка 6 и внутренняя обечайка 7 охватывают кольцевой ряд горелок снаружи и изнутри и совместно со средней обечайкой образуют две кольцевые полости 8 и 9, внутри которых установлены направляющие лопатки 10 с возможностью закрутки потоков в кольцевых полостях навстречу друг другу. Длина внешней 6 и внутренней 7 обечаек больше длины средней обечайки 5, и их выступающие части образуют кольцевую смесительную предкамеру 11, сообщенную с огневой зоной 12. Поступающие в смесительную предкамеру струи воздуха и топлива интенсивно перемешиваются, и подготовленная топливовоздушная смесь направляется в огневую зону, поджигается факелом дежурной горелки и сгорает. При горении предварительно подготовленной гомогенно топливовоздушной смеси в факеле отсутствуют высокотемпературные зоны, что способствует снижению образования оксидов и уменьшению токсичности продуктов сгорания. 4 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок.
Широко известны фронтовые устройства камер сгорания, содержащие горелку, включающую топливоподающее устройство и устройство для подвода воздуха, и установленную по оси горелки обечайку для формирования кольцевой струи воздуха [1] Существенным недостатком таких фронтовых устройств является высокая токсичность продуктов сгорания (большая концентрация оксидов азота). Это связано с тем, что подача всего топлива через одну горелку неизбежно приводит к образованию длинного факела, продолжительному пребыванию продуктов сгорания в зоне высоких температур и интенсивному образованию оксидов азота.
В значительной степени этот недостаток можно уменьшить, применив многогорелочное фронтовое устройство. Примером многогорелочного фронтового устройства служит фронтовое устройство камеры сгорания газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4, широко применяемого на магистральных газопроводах. Оно содержит кольцевой ряд горелок, каждая из которых включает топливораздающее устройство и устройство для подвода воздуха и дежурную горелку [2] Многогорелочное фронтовое устройство дает более низкую токсичность продуктов сгорания, чем фронтовое устройство с одной горелкой. За счет дробления факела на ряд более мелких факелов длина высокотемпературной зоны значительно сокращена. Соответственно уменьшается и время пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур, что приводит к снижению концентрации оксидов азота.
Вместе с тем содержание оксидов азота в выхлопных газах агрегата ГТК-10-4 остается очень высоким (-750 мг/м3, при 15% содержании кислорода, что в 5 раз превышает действующий стандарт). Основной причиной, препятствующей дальнейшему снижению концентрации оксидов азота, является наличие в факеле высокотемпературных зон, где горение происходит при соотношении топлива и воздуха, близком к стехиометрии. Такие зоны всегда существуют в диффузионных факелах, в которых процессы смешения топлива с воздухом и горения протекают параллельно.
За прототип принято многогорелочное фронтовое устройство камеры сгорания [3] включающее два кольцевых ряда горелок с топливо- и воздухоподающими устройствами и обечайками, расположенные вокруг горелок, образующие кольцевую камеру относительно оси каждой из горелок. В этой камере сгорания огневое пространство разбито на дежурную и основную зоны горения, которые последовательно включаются в работу в зависимости от увеличения нагрузки, при этом снижения токсичных веществ в продуктах сгорания и повышение полноты сгорания топлива обеспечивается на режимах частичных нагрузок. Однако при такой конструкции камеры сгорания смешение топлива с воздухом и горение происходят одновременно при всех режимах работы, что приводит к образованию высокотемпературных зон с высокой концентрацией токсичных веществ, в камере сгорания отсутствуют условия для подготовки гомогенной топливовоздушной смеси за пределами зоны горения, что препятствует эффективному снижению токсичности выхлопа.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении токсичности продуктов сгорания.
Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения, является обеспечение токсичности выхлопа газотурбинных установок в пределах действующих стандартов.
Предлагаемое фронтовое устройство камеры сгорания содержит кольцевой ряд горелок, имеющих топливоподающие устройства и устройства для подвода воздуха, выполненные в виде патрубков, преимущественно, круглого сечения, с установленными в них направляющими лопатками и на выходе из патрубков коаксиальными внешней и внутренней обечайками, дежурную горелку, и отличается от прототипа тем, что устройство снабжено третьей /средней/ обечайкой, проходящей через оси горелок, все обечайки установлены коаксиально оси камеры сгорания, внешняя и внутренняя охватывая кольцевой ряд горелок снаружи и изнутри и образуя совместно со средней обечайкой две кольцевые полости, внутри которых направляющие лопатки установлены с возможностью закрутки потока навстречу друг другу, при этом длина внешней и внутренней обечаек больше длины средней обечайки, а их выступающие части образуют кольцевую смесительную предкамеру, сообщенную с огневым пространством камеры сгорания.
Сущность изобретения состоит в организации предварительного смешения топлива с воздухом. При этом процессы смешения и горения протекают последовательно, горение носит кинетический характер, отсутствуют высокотемпературные зоны в факеле, которые являются основными генераторами оксидов азота.
Для осуществления предварительного смешения топлива с воздухом служит сообщенная с огневой зоной камеры сгорания кольцевая смесительная предкамера, образованная внешней и внутренней обечайками за счет того, что их длина больше длины средней обечайки.
Эффективное смешение топлива с воздухом обеспечивается за счет того, что топливовоздушный поток подается в кольцевую смесительную предкамеру из кольцевых полостей, с которыми она сообщена, в виде встречно закрученных кольцевых струй.
Формирование встречно закрученных кольцевых струй обеспечивается тем, что устройства для подвода воздуха выполнены в виде патрубков, например, круглого сечения, на выходе из которых установлены коаксиальные внешняя и внутренняя обечайки, а также средняя обечайка, проходящая через оси горелок, все три обечайки установлены коаксиально оси камеры сгорания, причем внешняя и внутренняя обечайки охватывают кольцевой ряд горелок снаружи и изнутри, образуя совместно со средней обечайкой две кольцевые полости, внутри которых расположены направляющие лопатки так, что они закручивают потоки в кольцевых полостях навстречу друг другу.
На фиг. 1 изображен продольный разрез фронтового устройства; на фиг.2 - вид на фронтовое устройство со стороны подвода воздуха; на фиг.3 поперечное сечение фронтового устройства; на фиг.4 развертка сечения фронтового устройства по средней обечайке.
Фронтовое устройство камеры сгорания содержит кольцевой ряд горелок, каждая из которых включает топливоподающее устройство 1 и устройство для подвода воздуха 2, и дежурную горелку. Во фронтовом устройстве, изображенном на чертежах фиг. 1-3, дежурная горелка выполнена в виде лопаточного завихрителя 3, во втулке которого расположено топливоподающее устройство 4. Возможны и другие варианты исполнения дежурной горелки. Устройства для подвода воздуха 2 выполнены в виде патрубков круглого сечения. На выходе из патрубков установлены коаксиально друг другу и оси камеры сгорания три обечайки: средняя обечайка 5 проходит через оси горелок, внешняя обечайка 6 и внутренняя обечайка 7 охватывают кольцевой ряд горелок снаружи и изнутри. Внешняя 6 и внутренняя 7 обечайки образуют совместно со средней обечайкой две кольцевые полости 8 и 9 внутри которых напротив каждой горелки установлены направляющие лопатки так, что они закручивают потоки в этих полостях навстречу друг другу /направления закрутки показаны на фиг.3 стрелками/. Длина внешней и внутренней обечаек больше длины средней обечайки, и их выступающие части образуют кольцевую смесительную предкамеру 11, сообщенную с огневой зоной камеры сгорания 12.
При работе фронтового устройства воздух через воздухоподающие устройства 2 и топливо через топливоподающие устройства 1 подаются в кольцевые полости 8 и 9, в которых с помощью направляющих лопаток 10 формируются две закрученные навстречу друг другу кольцевые струи. В кольцевой смесительной предкамере 11 встречно закрученные струи взаимодействуют друг с другом, обеспечивая высокоэффективное перемешивание топлива с воздухом. Из смесительной предкамеры 11 подготовленная топливовоздушная смесь направляется в огневую зону 12, где поджигается факелом дежурной горелки и сгорает. При горении предварительно подготовленной смеси в факеле отсутствует стехиометрические высокотемпературные зоны, благодаря чему образование оксидов азота незначительно.
Как видно из представленных чертежей, предлагаемое фронтовое устройство содержит широко применяемые в таких устройствах элементы: цилиндрические и конические обечайки, лопаточный завихритель, конические топливоподающие устройства. Поэтому его реализация не вызывает каких-либо технических проблем.
Большим достоинством предлагаемого фронтового устройства является то, что его конструктивное исполнение позволяет с минимальными затратами модернизировать камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов ГТК-10-4 и ГТ-750-6, практически полностью используя штатные фронтовые устройства этих камер. Учитывая, что численность парка этих машин, находящихся в настоящее время в эксплуатации, превышает 2000, предлагаемое техническое решение является чрезвычайно перспективным.
Claims (1)
- Фронтовое устройство камеры сгорания, содержащее кольцевой ряд горелок, имеющих топливоподающие устройства и устройства для подвода воздуха, выполненные в виде патрубков преимущественно круглого сечения с установленными в них направляющими лопатками и на выходе из патрубков коаксиальными внешней и внутренней обечайками, дежурную горелку, отличающееся тем, что устройство снабжено средней обечайкой, проходящей через оси горелок, все обечайки установлены коаксиально оси камеры сгорания, внешняя и внутренняя отхватывая кольцевой ряд горелок снаружи и изнутри и образуя совместно со средней обечайкой две кольцевые полости, направляющие лопатки расположены в кольцевых полостях с возможностью закрутки потока навстречу друг другу, при этом длина внешней и внутренней обечаек больше длины средней обечайки, а их выступающие части образуют кольцевую смесительную предкамеру, сообщенную с огневым пространством камеры сгорания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93019595A RU2083926C1 (ru) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Фронтовое устройство камеры сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93019595A RU2083926C1 (ru) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Фронтовое устройство камеры сгорания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93019595A RU93019595A (ru) | 1995-11-10 |
RU2083926C1 true RU2083926C1 (ru) | 1997-07-10 |
Family
ID=20140387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93019595A RU2083926C1 (ru) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Фронтовое устройство камеры сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2083926C1 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444680C2 (ru) * | 2006-05-19 | 2012-03-10 | Снекма | Камера сгорания газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель |
RU2456510C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
US8387394B2 (en) | 2007-07-09 | 2013-03-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas-turbine burner |
RU2478876C2 (ru) * | 2007-07-12 | 2013-04-10 | Снекма | Инжекторная система, камера сгорания, содержащая инжекторную систему, и газотурбинный двигатель |
RU2493491C1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Способ сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его реализации |
RU2529987C2 (ru) * | 2010-03-25 | 2014-10-10 | Дженерал Электрик Компани | Камера сгорания и способ эксплуатации камеры сгорания |
RU2549378C2 (ru) * | 2010-01-18 | 2015-04-27 | Турбомека | Устройство впрыскивания и камера сгорания газотурбинного двигателя, оборудованная таким устройством впрыскивания |
WO2015122797A1 (en) | 2014-02-12 | 2015-08-20 | Otkrytoe Aktsionernoe Obshchestvo "Gazprom" | Annular combustion chamber in a gas turbine engine and its operation method |
-
1993
- 1993-04-13 RU RU93019595A patent/RU2083926C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984, с. 278. 2. Авторское свидетельство СССР N 228379, кл. F 12 R, 1968. 3. Патент США N 4194358, кл. F 02 C 7/22, 1980. * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444680C2 (ru) * | 2006-05-19 | 2012-03-10 | Снекма | Камера сгорания газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель |
US8387394B2 (en) | 2007-07-09 | 2013-03-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas-turbine burner |
RU2478877C2 (ru) * | 2007-07-09 | 2013-04-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Горелка газовой турбины |
RU2478876C2 (ru) * | 2007-07-12 | 2013-04-10 | Снекма | Инжекторная система, камера сгорания, содержащая инжекторную систему, и газотурбинный двигатель |
RU2549378C2 (ru) * | 2010-01-18 | 2015-04-27 | Турбомека | Устройство впрыскивания и камера сгорания газотурбинного двигателя, оборудованная таким устройством впрыскивания |
RU2529987C2 (ru) * | 2010-03-25 | 2014-10-10 | Дженерал Электрик Компани | Камера сгорания и способ эксплуатации камеры сгорания |
RU2456510C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
RU2493491C1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Способ сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его реализации |
WO2015122797A1 (en) | 2014-02-12 | 2015-08-20 | Otkrytoe Aktsionernoe Obshchestvo "Gazprom" | Annular combustion chamber in a gas turbine engine and its operation method |
RU2561754C1 (ru) * | 2014-02-12 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ её эксплуатации |
DE112014005025B4 (de) | 2014-02-12 | 2021-08-26 | Publichnoe Aktsionernoe Obschestvo "Gazprom" | Ringförmige Verbrennungskammer in einem Gasturbinen-Triebwerk und Verfahren zu dessen Betrieb |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6446439B1 (en) | Pre-mix nozzle and full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor | |
US5325660A (en) | Method of burning a premixed gas in a combustor cap | |
US5816049A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
US6282904B1 (en) | Full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor | |
US5974781A (en) | Hybrid can-annular combustor for axial staging in low NOx combustors | |
US5452574A (en) | Gas turbine engine catalytic and primary combustor arrangement having selective air flow control | |
US6374615B1 (en) | Low cost, low emissions natural gas combustor | |
EP0769657B1 (en) | Low emissions combustor premixer | |
US3982392A (en) | Combustion apparatus | |
US5596873A (en) | Gas turbine combustor with a plurality of circumferentially spaced pre-mixers | |
US4351156A (en) | Combustion systems | |
RU2076276C1 (ru) | Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя и диффузионное регулируемое сопло предварительного приготовления смеси | |
KR20030036174A (ko) | 에너지 시스템에 사용되는 환상 연소기 | |
RU2083926C1 (ru) | Фронтовое устройство камеры сгорания | |
US4805411A (en) | Combustion chamber for gas turbine | |
RU2002134603A (ru) | Усовершенствованная комбинация камеры предварительного смешивания и камеры сгорания с малым уровнем выброса загрязняющих окружающую среду веществ для газовых турбин, работающих на жидком и/или газообразном топливе | |
EP0773410B1 (en) | Fuel and air mixing tubes | |
US4339924A (en) | Combustion systems | |
RU93019595A (ru) | Фронтовое устройство камеры сгорания | |
JPH0443220A (ja) | ガスタービンの燃焼器 | |
US4162890A (en) | Combustion apparatus | |
RU2770093C1 (ru) | Топливовоздушный модуль фронтового устройства малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
CZ290561B6 (cs) | Zařízení a způsob spalování spalitelných sloľek v proudu plynu | |
RU2121113C1 (ru) | Камера сгорания газовой турбины | |
RU2086857C1 (ru) | Фронтовое устройство камеры сгорания |