RU2348864C2 - Горелка - Google Patents
Горелка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348864C2 RU2348864C2 RU2007109930/06A RU2007109930A RU2348864C2 RU 2348864 C2 RU2348864 C2 RU 2348864C2 RU 2007109930/06 A RU2007109930/06 A RU 2007109930/06A RU 2007109930 A RU2007109930 A RU 2007109930A RU 2348864 C2 RU2348864 C2 RU 2348864C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- burner
- tubes
- chamber
- air
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
- F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
- F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/48—Nozzles
- F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
- F23D14/583—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению, может быть использовано в газотурбинных установках и позволяет улучшить экологические характеристики и повысить надежность работы газотурбинной установки. Указанный технический результат достигается в горелке, содержащей наружную цилиндрическую обечайку, коаксиальный этой обечайке лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой, которая образует совместно с упомянутой наружной обечайкой кольцевую предкамеру, в которой за лопатками по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде по меньшей мере одного кольцевого ряда трубок с распределенными по их длине отверстиями для подачи топлива в предкамеру, тем, что, согласно изобретению, трубки расположены параллельно оси горелки, а их длина определяется по соотношению геометрических характеристик горелки. 4 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению и может быть использовано в газотурбинных установках.
Известна горелка, которая содержит наружную цилиндрическую обечайку, коаксиальный этой обечайке лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой, которая образует совместно с упомянутой наружной обечайкой кольцевую предкамеру, в которой перед лопатками по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде кольцевого ряда радиально расположенных трубок с распределенными по их длине отверстиями для подачи топлива в предкамеру (см., например, RU №2099639 M. Кл. F23R 3/28, опубл. 20.12.1997) [1].
Радиальное расположение трубок с распределенными по их длине отверстиями в известной горелке приводит к тому, что все топливо подается в предкамеру сосредоточенно в одном сечении. Задержка времени от момента подачи топлива в предкамеру до его сгорания во многих случаях является причиной возникновения пульсаций давления в потоке, частота которых обратно пропорциональна длительности этой задержки. Пульсации давления в потоке, как правило, приводят к серьезным авариям. В случае сосредоточенной в одном сечении подачи топлива в предкамеру длительность задержки для всего топлива одинакова, и амплитуда пульсаций давления соответствующей частоты максимальна. Низкая устойчивость процесса горения, проявляющаяся в пульсациях давления в потоке, является серьезным недостатком известной горелки. Другой недостаток данной горелки состоит в низкой надежности из-за возможности проскока пламени в предкамеру и его стабилизации в зонах отрыва потока за топливораздающими трубками. При расположении трубок перед завихрителем скорость обтекающего их потока низка (по сравнению со скоростью за завихрителем), что создает условия для стабилизации фронта пламени в зонах отрыва потока за топливораздающими трубками. При работе камеры сгорания не исключены кратковременные нерасчетные режимы, на которых вероятен проскок пламени к топливораздающим трубкам. Стабилизация пламени за трубками после такого проскока неизбежно приведет к прожогу лопаток завихрителя и аварии.
Последнего недостатка лишена горелка, принятая за прототип (см., например, RU 2137042 М. Кл. F23D 14/20, опубл. 10.09.1999) [2].
Эта горелка содержит наружную цилиндрическую обечайку, коаксиальный этой обечайке лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой, которая образует совместно с упомянутой наружной обечайкой кольцевую предкамеру, в которой за лопатками по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде по меньшей мере одного кольцевого ряда трубок с распределенными по их длине отверстиями для подачи топлива в предкамеру.
Вместе с тем, этой горелке присущ другой описанный выше недостаток - низкая устойчивость процесса горения, проявляющаяся в пульсациях давления в потоке. Поскольку топливо в горелке-прототипе подается в предкамеру сосредоточенно в одном сечении (при одном ряде топливораздающих трубок) или большими порциями в нескольких (в случае нескольких рядов топливораздающих трубок) сечениях, рассмотренный выше механизм возникновения пульсаций давления работает и здесь.
Следует отметить еще один недостаток в большей или меньшей степени присущий [1], [2]. Радиальные топливораздающие трубки частично перекрывают проходное сечение кольцевой предкамеры. Как правило, топливораздающие трубки соединены с втулкой горелки, по внутренним каналам которой к ним подводится топливо. Очевидно, что загромождение проходного сечения трубками у втулки больше, чем на периферии предкамеры. Вследствие этого появляется неравномерность поля скоростей воздушного потока, которая приводит к неравномерности поля концентраций топливовоздушной смеси на выходе из предкамеры и соответствующего ухудшения экологических характеристик горелки. Этот недостаток в большей мере проявляется у горелки-прототипа [2], поскольку в горелке [1] скоростное поле частично выравнивается при прохождении воздушного потока через узкое сечение завихрителя.
Задачами, на решение которых направлена заявляемая горелка, являются снижение неравномерности поля концентраций на выходе из предкамеры и повышение устойчивости процесса горения за счет исключения возможности возникновения пульсаций давления с высокими амплитудами.
Технический результат от применения (использования) предлагаемой горелки состоит в улучшении экологических характеристик и повышении надежности работы газотурбинной установки.
Указанный результат достигается тем, что в известной горелке, содержащей наружную цилиндрическую обечайку, коаксиальный этой обечайке лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой, образующей совместно с упомянутой наружной обечайкой кольцевую предкамеру, в которой за лопатками по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде по меньшей мере одного кольцевого ряда трубок с распределенными по их длине отверстиями для подачи топлива в предкамеру, согласно изобретению, трубки расположены параллельно оси горелки, а активная длина L участка трубки, на котором расположены отверстия для подачи топлива в предкамеру, определяется по формуле:
L=k·π·D·(n-1)/(n·N·tgφ),
где D - диаметр, на котором расположен ряд трубок,
N - количество трубок в ряду,
n - количество топливораздающих отверстий в каждой трубке,
φ - угол закрутки потока воздуха лопатками завихрителя,
k - коэффициент.
Это объясняется следующим. Известно, что задержка времени Т от момента подачи в поток воздуха топлива до момента его сгорания с выделением тепловой энергии может привести к неустойчивости процесса горения, выражающейся в пульсациях давления с частотой
f=1/(2T).
Физический механизм этого явления состоит в том, что при возникновении в потоке топливовоздушной смеси слабых возмущений с частотой f, фазовый сдвиг между колебаниями расхода, давления и тепловыделения, обусловленный в данном случае задержкой времени Т, приводит к тому, что в зоне горения топливовоздушной смеси фазы колебаний тепловыделения и концентрации смеси совпадают и возникает резонанс.
При радиальном расположении топливораздающих трубок в предкамере, как это сделано в прототипе, все топливо (в случае одного ряда трубок) или значительная доля топлива (в случае нескольких рядов) подается в поток воздуха сосредоточенно в одном сечении предкамеры. Задержка времени между моментом подачи топлива в поток воздуха и моментом его сгорания с выделением тепловой энергии, как сказано выше, может послужить причиной возникновения опасных пульсаций давления в потоке, которые приводят к разрушению конструкционных элементов машины.
Очевидно, что амплитуда пульсаций давления тем выше, чем большая доля топлива подается в одном сечении предкамеры. При расположении топливораздающих трубок параллельно оси горелки топливо подается в воздушный поток малыми порциями, распределенными по всей длине трубок, что исключает возможность возникновения пульсаций давления в потоке и повышает надежность работы газотурбинной установки.
Как известно, в низкотоксичных горелках предкамера служит для предварительного смешения топлива с воздухом перед подачей топливовздушной смеси в зону горения. Чем выше качество смешения (равномерность поля концентраций топлива в смеси), тем лучше экологические характеристики горелки.
При радиальном расположении топливораздающих трубок в предкамере, как это сделано в прототипе, всегда имеет место определенная окружная неравномерность поля концентраций топливовоздушной смеси, обусловленная конечным количеством расположенных по окружности предкамеры топливораздающих трубок. В предлагаемой горелке топливораздающие трубки расположены параллельно оси горелки, а длина L участка трубки определяется по формуле:
L=k·π·D·(n-1)/(n·N·tgφ),
где D - диаметр, на котором расположен ряд трубок,
N - количество трубок в ряду,
n - количество топливораздающих отверстий в каждой трубке,
φ - угол закрутки потока воздуха лопатками завихрителя,
k - коэффициент.
В данном случае, как видно из развертки сечения предкамеры по осям топливораздающих трубок (см. Фиг.2), топливо раздается равномерно по окружности предкамеры, что улучшает экологические характеристики горелки, а следовательно, и газотурбинной установки в целом.
Коэффициент k в формуле учитывает некоторую кривизну линий тока на развертке, связанную с уменьшением угла закрутки воздушного потока по длине предкамеры, обусловленную действием сил трения, а также влиянием топливораздающих трубок на поток. Его величина может быть определена экспериментально или расчетным путем.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен продольный разрез горелки;
на фиг.2 - вид горелки со стороны зоны горения;
на фиг.3 - развертка сечения предкамеры по осям топливораздающих трубок;
на фиг.4 - увеличенный фрагмент этой развертки.
Горелка содержит наружную цилиндрическую обечайку 1, коаксиальный этой обечайке 1 лопаточный завихритель воздуха с лопатками 2 и втулкой 3, которая образует совместно с упомянутой наружной обечайкой 1 кольцевую предкамеру 4, в которой за лопатками 2 по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде кольцевого ряда трубок 5 с распределенными по активной длине L отверстиями 6 для подачи топлива в предкамеру. Трубки 5 расположены параллельно оси горелки, проходят сквозь лопатки 2 завихрителя воздуха и присоединены к топливному коллектору, которым, в данном случае, является втулка 3 завихрителя. Активная длина L участка трубок 5, на котором расположены отверстия 6 для подачи топлива в предкамеру 4, определяется по формуле:
L=k·π·D·(n-1)/(n·N·tgφ),
где D - диаметр, на котором расположен ряд трубок,
N - количество трубок в ряду,
n - количество топливораздающих отверстий в каждой трубке,
φ - угол закрутки потока воздуха лопатками завихрителя,
k - коэффициент.
Суть этой формулы понятна из развертки сечения предкамеры 4 по осям топливораздающих трубок 6 (см. фиг.3 и фиг.4). Естественно, что под длиной трубок 5 в формуле подразумевается их активная длина, то есть длина L участка трубки 5, на котором расположены отверстия 6 для подачи топлива в предкамеру 4.
В некоторых случаях, когда горелка имеет достаточно большие размеры, может быть два или более кольцевых рядов топливораздающих трубок 5, расположенных в предкамере 4 на разных диаметрах параллельно оси горелки.
Горелка работает следующим образом.
Поток воздуха закручивается лопатками 2 завихрителя воздуха и поступает в кольцевую предкамеру 4. Топливо подводится к трубкам 5 по внутреннему каналу втулки 3 завихрителя воздуха и через отверстия 6 подается в предкамеру 4, равномерно распределяясь в закрученном потоке воздуха. На участке предкамеры 4 от концов трубок 5 до выходного сечения происходит интенсивное смешение топлива с воздухом благодаря высокой турбулентности и вторичным течениям закрученного потока воздуха. После выхода из предкамеры 4 топливовоздушная смесь, имеющая высокую равномерность поля концентраций топлива, сгорает в огневом пространстве камеры сгорания с низкой эмиссией вредных веществ.
Возможность реализации заявляемой горелки не вызывает сомнений, поскольку для этого используются широко распространенные элементы и устройства, например такие, как трубопроводы, цилиндрические и конические воздухонаправляющие обечайки, лопаточные завихрители воздуха, топливораздающие коллекторы, топливные пилоны.
Claims (1)
- Горелка, содержащая наружную цилиндрическую обечайку, коаксиальный этой обечайке лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой, образующей совместно с упомянутой наружной обечайкой кольцевую предкамеру, в которой за лопатками по ходу потока воздуха имеется топливораздающее устройство, выполненное в виде по меньшей мере одного кольцевого ряда трубок с распределенными по их длине отверстиями для подачи топлива в предкамеру, отличающаяся тем, что трубки расположены параллельно оси горелки, а активная длина L участка трубки, на котором расположены отверстия для подачи топлива в предкамеру определяется по формуле
L=k·π·D·(n-1)/(n·N·tgφ);
где D - диаметр, на котором расположен ряд трубок;
N - количество трубок в ряду;
n - количество топливораздающих отверстий в каждой трубке;
φ - угол закрутки потока воздуха лопатками завихрителя;
k - коэффициент.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007109930/06A RU2348864C2 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Горелка |
AT07015922T ATE504783T1 (de) | 2007-03-19 | 2007-08-14 | Brenner |
DE602007013694T DE602007013694D1 (de) | 2007-03-19 | 2007-08-14 | Brenner |
EP07015922A EP1972851B1 (en) | 2007-03-19 | 2007-08-14 | Burner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007109930/06A RU2348864C2 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Горелка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007109930A RU2007109930A (ru) | 2008-09-27 |
RU2348864C2 true RU2348864C2 (ru) | 2009-03-10 |
Family
ID=39473386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007109930/06A RU2348864C2 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Горелка |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1972851B1 (ru) |
AT (1) | ATE504783T1 (ru) |
DE (1) | DE602007013694D1 (ru) |
RU (1) | RU2348864C2 (ru) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5943866A (en) * | 1994-10-03 | 1999-08-31 | General Electric Company | Dynamically uncoupled low NOx combustor having multiple premixers with axial staging |
US5908160A (en) * | 1996-12-20 | 1999-06-01 | United Technologies Corporation | Centerbody for a two stream tangential entry nozzle |
GB2324147B (en) * | 1997-04-10 | 2001-09-05 | Europ Gas Turbines Ltd | Fuel-injection arrangement for a gas turbine combuster |
US6381964B1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-05-07 | General Electric Company | Multiple annular combustion chamber swirler having atomizing pilot |
DE10104695B4 (de) * | 2001-02-02 | 2014-11-20 | Alstom Technology Ltd. | Vormischbrenner für eine Gasturbine |
-
2007
- 2007-03-19 RU RU2007109930/06A patent/RU2348864C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-08-14 AT AT07015922T patent/ATE504783T1/de not_active IP Right Cessation
- 2007-08-14 DE DE602007013694T patent/DE602007013694D1/de active Active
- 2007-08-14 EP EP07015922A patent/EP1972851B1/en not_active Not-in-force
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1972851A3 (en) | 2010-08-04 |
EP1972851B1 (en) | 2011-04-06 |
ATE504783T1 (de) | 2011-04-15 |
EP1972851A2 (en) | 2008-09-24 |
RU2007109930A (ru) | 2008-09-27 |
DE602007013694D1 (de) | 2011-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6752620B2 (en) | Large scale vortex devices for improved burner operation | |
US8443607B2 (en) | Coaxial fuel and air premixer for a gas turbine combustor | |
RU2627759C2 (ru) | Последовательное сгорание со смесителем разбавляющего газа | |
RU2450211C2 (ru) | Трубчатая камера сгорания с ударным охлаждением | |
US9671112B2 (en) | Air diffuser for a head end of a combustor | |
CN102563697A (zh) | 用于点燃燃烧器的装置和方法 | |
CN110131750A (zh) | 一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室 | |
US20150050605A1 (en) | LOW NOx BURNER | |
RU2451878C1 (ru) | Способ предварительной подготовки и сжигания "бедной" топливовоздушной смеси в малоэмиссионной горелке | |
US20130327045A1 (en) | Gas turbine combustion chamber with fuel nozzle, burner with such a fuel nozzle and fuel nozzle | |
US9182124B2 (en) | Gas turbine and fuel injector for the same | |
RU2657075C2 (ru) | Жидкостная пусковая трубка с кожухом | |
RU2605166C2 (ru) | Универсальная вихревая форсунка смесительной головки для газовой горелки | |
RU2348864C2 (ru) | Горелка | |
RU2447304C2 (ru) | Газотурбинная установка | |
RU182300U1 (ru) | Кольцевая камера сгорания газотурбинной установки | |
RU118029U1 (ru) | Жаровая труба малоэмиссионной камеры сгорания с направленным вдувом воздуха | |
RU131455U1 (ru) | Горелочное устройство | |
US6193502B1 (en) | Fuel combustion device and method | |
RU2343352C1 (ru) | Горелка | |
RU2350844C1 (ru) | Камера сгорания теплогенератора для сжигания жидкого топлива | |
CN202884929U (zh) | 锯齿形燃气燃烧器 | |
RU2301376C1 (ru) | Способ сжигания жидкого или газообразного топлива и камера сгорания теплогенератора | |
RU114514U1 (ru) | Газомазутная горелка | |
RU2099639C1 (ru) | Горелка |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120918 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180320 |