RU2170391C1 - Горелочное устройство камер сгорания - Google Patents
Горелочное устройство камер сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2170391C1 RU2170391C1 RU2000106806/06A RU2000106806A RU2170391C1 RU 2170391 C1 RU2170391 C1 RU 2170391C1 RU 2000106806/06 A RU2000106806/06 A RU 2000106806/06A RU 2000106806 A RU2000106806 A RU 2000106806A RU 2170391 C1 RU2170391 C1 RU 2170391C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- burner
- fuel
- air
- areas
- slots
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок. Горелочное устройство содержит вспомогательную центральную горелку диффузионного типа, отделанную со стороны горения от основной кольцевым экраном, лопаточный завихритель с полыми лопатками, у которых во внешнем ярусе выполнены щели для раздачи топлива. Лопатки внутреннего яруса лопаточного завихрителя выполнены со сплошными стенками и выходными кромками. Отношение площадей щелей в выходных кромках лопаток внешнего яруса к площадям проходных сечений межлопаточных каналов для воздуха выполнено по радиусу постоянным. Изобретение обеспечивает получение однородной топливовоздушной смеси в окружном и радиальном направлениях перед фронтом пламени. 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, конкретно к газотурбостроению, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД).
Известны горелочные устройства, содержащие лопаточный завихритель, пилоны подачи топлива и центральную горелку или форсунку. (Например, горелочные устройства ГТУ фирмы Сименс - Modern Power Systems, November 1995, стр. 13), а также Radian Corporation (стр. 27, фиг. 2, там же). В отечественных ГТУ нашли применение горелочные устройства предварительного смешения топлива с воздухом (Тухбатуллин Ф.Г., Кашапов Р.С. Малотоксичные горелочные устройства газотурбинных установок, Уфа, 1994, стр. 118-119, Рис. 4.10-4.11).
Их назначение - предотвращение эмиссии вредных веществ в камерах сгорания, таких как оксиды азота (NOx) и окись углерода (CO).
Недостатком названных устройств является существование опасности проникновения пламени ("проскока", "обратного броска") из зоны горения в зону предварительного смешения топлива с воздухом с последующим выходом из строя горелочного устройства. Последнее может оказаться труднопреодолимым препятствием для их использования в ГТУ при определенной размерности и режимах работы.
Наиболее близким конструктивным прототипом предлагаемого изобретения является газовая горелка камеры сгорания газотурбинной установки фирмы Броун Бовери (Швейцария), осуществленная в 1950 г (Г.И. Моисеев, Л.З. Мееров "Конструкции стационарных газотурбинных установок", Госэнергоиздат, Москва, 1962, стр. 70, рис. 3-25). Основная газовая горелка состоит из наружного цилиндра, соединенного с двухстенной трубкой десятью полыми лопатками, газ подводится к трубке и, проходя через полые лопатки, смешивается с первичным воздухом. Лопатки, установленные под углом 45o, образуют завихритель, в котором воздух получает необходимую закрутку.
Дежурная горелка расположена в центре основной. Горелка обеспечивала хорошую равномерность температур за камерой сгорания. О ее экологических характеристиках не сообщалось, возможно из-за отсутствия этой проблемы при верхних температурах термодинамического цикла того времени - 600oC.
Можно с уверенностью полагать, что описанный прототип был лишен недостатков, присущих названным ранее конструкциям. Его несовершенство в части экологических характеристик для камер сгорания высокотемпературных ГТУ будет заключаться в незавершенности конструкции, а именно:
- в загрязняющем действии вспомогательной центральной горелки диффузионного типа из-за проникновения отдельных струй ее топлива в основной поток;
- недостаточной однородности топливовоздушной смеси из-за отсутствия специального закона распределения топлива и воздуха после лопаточного завихрителя;
- увеличенной длины факела дежурной горелки при использовании устройства во встроенных камерах сгорания (трубчатого и кольцевого типа).
- в загрязняющем действии вспомогательной центральной горелки диффузионного типа из-за проникновения отдельных струй ее топлива в основной поток;
- недостаточной однородности топливовоздушной смеси из-за отсутствия специального закона распределения топлива и воздуха после лопаточного завихрителя;
- увеличенной длины факела дежурной горелки при использовании устройства во встроенных камерах сгорания (трубчатого и кольцевого типа).
Целью предлагаемого изобретения является экологически чистое сжигание топлива при сохранении безопасного процесса и устойчивого горения во всем диапазоне режимов ГТУ.
Поставленная цель достигается тем, что горелочное устройство камеры сгорания содержит вспомогательную центральную горелку и основную внешнюю горелку в виде лопаточного завихрителя воздуха, разделенного со стороны зоны горения посредством кольцевого экрана на два яруса - внутренний и внешний. Внутренний ярус образует камеру вспомогательной горелки. Его лопатки выполнены со сплошными стенками и выходными кромками. Образуемый в этой зоне диффузионный факел устойчив в широком диапазоне режимов. В основной горелке отношение площадей щелей для топлива в выходных кромках внешнего яруса завихрителя к площадям проходных сечений межлопаточных каналов для воздуха выполнено по радиусу постоянным.
Такое выполнение горелочного устройства позволяет при работе только центральной горелки производить запуск и набор до 40% нагрузки ГТУ, при открытии основного (регулирующего) клапана и совместной работе вспомогательной и основной горелок осуществлять набор нагрузки сверх 40%. При нагрузках более 50-70% дежурная горелка может отключаться по топливу.
Хорошие экологические характеристики камер сгорания с предлагаемым горелочным устройством на частичных нагрузках обеспечиваются пониженным в ней уровнем температур, при высоких режимах - ограничением области загрязняющего действия диффузионного факела или полным его гашением.
Исключение обратного проскока пламени достигается отсутствием в конструкции протяженной области предварительного смешения. (Перемешивание топлива и воздуха заменено дозированной равномерной раздачей топлива в поперечном сечении потока воздуха).
Срывы факела на пониженных режимах ГТУ при увеличенных средних избытках первичного воздуха предотвращаются работой вспомогательной горелки диффузионного типа.
На фиг. 1 представлено сечение горелочного устройства, на фиг. 2 - вид на элемент устройства со стороны выхода воздуха и топлива.
Горелочное устройство содержит наружный обод 1, наружную трубу основного топлива 2, внутреннюю трубу дежурного топлива 3, лопаточные завихрители воздуха 4 и 5, вспомогательную горелку топлива 6 с отверстиями 7 и кольцевой экран 8. Площадь щелей в выходных кромках лопаток внешнего яруса определяется произведением ширин щели δ на их радиальную длину Δr, а проходные сечения межлопаточных каналов для воздуха - произведением ширины узких сечений "а" на радиальную протяженность Δr. Внешний ярус лопаточного завихрителя выполнен так, что отношение площадей
( ) вдоль радиуса или df/dr = 0.
( ) вдоль радиуса или df/dr = 0.
При запуске ГТУ (ГТД) топливо подается во внутреннюю трубку 3 центральной горелки 6 и через отверстия 7 в воздушный поток, закрученный внутренним ярусом 5 лопаточного завихрителя и отделенный от основного потока воздуха экраном 8. Диффузионная центральная горелка обеспечивает надежное воспламенение топлива, а возникающая в центре вихря зона обратных токов - устойчивое горение на малых режимах работы ГТУ. Повышенные местные концентрации топлива в дежурной зоне вызывают образование в ней оксидов азота (NOx), но их общее количество ограничено малым объемом зоны реакции, тогда как область основного потока воздуха (за внешним завихрителем 4) защищена экраном 8 от проникновения в нее отдельных струй топлива повышенной дальнобойности.
На режимах ГТУ более 20% от номинальной нагрузки в трубу 2 начинает подаваться основное топливо, поступающее внутрь лопаточного завихрителя, откуда оно выпускается в воздушный поток через щели в выходных кромках внешнего яруса. До установления устойчивого горения (определяется типом ГТУ), приблизительно до 40% от номинального режима, в работе остаются обе горелки - вспомогательная и основная.
При дальнейшем увеличении нагрузки подача топлива во вспомогательную горелку 6 перекрывается, в работе сохраняется лишь основная горелка 4. Низкий уровень эмиссии оксидов азота (NOx) обеспечивается высокой однородностью топливовоздушной смеси, достигаемой равномерной в окружном и радиальном направлениях раздачей топлива по поперечному сечению воздушного потока. Исключение обратного броска пламени достигается подготовкой горючей смеси непосредственно перед фронтом пламени.
Claims (1)
- Горелочное устройство камер сгорания, содержащее вспомогательную центральную горелку и основную внешнюю горелку в виде завихрителя воздуха с полыми лопатками и щелями в выходных кромках для раздачи топлива, отличающееся тем, что лопаточный завихритель со стороны зоны горения разделен посредством кольцевого экрана на два яруса так, что внутренний образует камеру вспомогательной горелки, а его лопатки выполнены со сплошными стенками и выходными кромками, при этом отношение площадей щелей для топлива в выходных кромках к площадям проходных сечений межлопаточных каналов для воздуха выполнено по радиусу внешнего яруса завихрителя постоянным.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000106806/06A RU2170391C1 (ru) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Горелочное устройство камер сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000106806/06A RU2170391C1 (ru) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Горелочное устройство камер сгорания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2170391C1 true RU2170391C1 (ru) | 2001-07-10 |
Family
ID=20232085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000106806/06A RU2170391C1 (ru) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Горелочное устройство камер сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2170391C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2442932C1 (ru) * | 2010-06-01 | 2012-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Малоэмиссионная горелка |
RU2493490C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-09-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Одноконтурная горелка |
RU2535901C2 (ru) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Завихритель, способ предотвращения обратного удара пламени в горелке, по меньшей мере, с одним завихрителем и горелка |
RU2598502C2 (ru) * | 2011-06-20 | 2016-09-27 | Турбомека | Способ впрыска топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и система впрыска для его осуществления |
RU2626892C2 (ru) * | 2015-11-06 | 2017-08-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Прямоточная камера сгорания газотурбинного двигателя |
RU2698621C1 (ru) * | 2018-11-26 | 2019-08-28 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Топливовоздушная горелка и форсуночный модуль топливовоздушной горелки |
RU2802904C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Топливовоздушная форсунка |
-
2000
- 2000-03-20 RU RU2000106806/06A patent/RU2170391C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МОИСЕЕВ Г.И., МЕЕРОВ Л.З. Конструкции стационарных газотурбинных установок. М.: Госэнергоиздат, 1962, с.70, рис.3-25. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535901C2 (ru) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Завихритель, способ предотвращения обратного удара пламени в горелке, по меньшей мере, с одним завихрителем и горелка |
RU2442932C1 (ru) * | 2010-06-01 | 2012-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Малоэмиссионная горелка |
RU2598502C2 (ru) * | 2011-06-20 | 2016-09-27 | Турбомека | Способ впрыска топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и система впрыска для его осуществления |
RU2493490C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-09-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Одноконтурная горелка |
RU2626892C2 (ru) * | 2015-11-06 | 2017-08-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Прямоточная камера сгорания газотурбинного двигателя |
RU2698621C1 (ru) * | 2018-11-26 | 2019-08-28 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Топливовоздушная горелка и форсуночный модуль топливовоздушной горелки |
RU2802904C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Топливовоздушная форсунка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0769657B1 (en) | Low emissions combustor premixer | |
US6374615B1 (en) | Low cost, low emissions natural gas combustor | |
US8117845B2 (en) | Systems to facilitate reducing flashback/flame holding in combustion systems | |
US6453660B1 (en) | Combustor mixer having plasma generating nozzle | |
EP0335978B1 (en) | Gas turbine combustor | |
US5410884A (en) | Combustor for gas turbines with diverging pilot nozzle cone | |
CA1126519A (en) | Method and apparatus for reducing nitrous oxide emissions from combustors | |
CN102200291B (zh) | 一种采用气动主级分级的低污染燃烧室 | |
US9366443B2 (en) | Lean-rich axial stage combustion in a can-annular gas turbine engine | |
US4463568A (en) | Fuel injector for gas turbine engines | |
CN104870902A (zh) | 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器 | |
CN101169252A (zh) | 一种航空发动机贫油预混预蒸发低污染燃烧室 | |
CN105452775A (zh) | 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器 | |
KR20100061536A (ko) | 다중 스테이지 축방향 연소 시스템 | |
CN107676817B (zh) | 一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴 | |
JP2011169575A (ja) | 軸方向多段予混合燃焼室 | |
RU97479U1 (ru) | Малоэмиссионная камера сгорания газотурбинного двигателя | |
US4805411A (en) | Combustion chamber for gas turbine | |
RU2170391C1 (ru) | Горелочное устройство камер сгорания | |
JPS6179914A (ja) | 予混合燃焼器 | |
JPH0443220A (ja) | ガスタービンの燃焼器 | |
JPS5913822A (ja) | 低発熱量ガスの燃焼方法および低発熱量ガス用バ−ナ | |
JP2005061715A (ja) | 希薄予蒸発予混合燃焼器 | |
RU2744963C1 (ru) | Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством | |
CN105276619A (zh) | 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070326 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120321 |