RU2455570C1 - Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size - Google Patents

Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size Download PDF

Info

Publication number
RU2455570C1
RU2455570C1 RU2010144571/06A RU2010144571A RU2455570C1 RU 2455570 C1 RU2455570 C1 RU 2455570C1 RU 2010144571/06 A RU2010144571/06 A RU 2010144571/06A RU 2010144571 A RU2010144571 A RU 2010144571A RU 2455570 C1 RU2455570 C1 RU 2455570C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
burner
section
refractory embrasure
refractory
embrasure
Prior art date
Application number
RU2010144571/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010144571A (en
Inventor
Владимир МИЛОСАВЛЬЕВИЧ (SE)
Владимир МИЛОСАВЛЬЕВИЧ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2010144571A publication Critical patent/RU2010144571A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2455570C1 publication Critical patent/RU2455570C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00016Retrofitting in general, e.g. to respect new regulations on pollution
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00017Assembling combustion chamber liners or subparts

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: method for enlarging the burner size of gas turbine engine, which contains the burner housing, is described; at that, the above burner has the following: end parts opposite in axial direction and located upstream and downstream; fuel and air is on upstream end of the above burner, which are supplied in the form of air mixed with fuel from the channel outlet for preliminary mixing in order to maintain the main flame on the downstream end of the above burner; at that, the above channel for preliminary mixing is restricted at its outlet with circular inner wall formed with internal section of refractory arch and circular outer wall formed with external section of refractory arch. The method involves the following steps: increase in the burner size by adding the section of refractory arch to the outer side and by enveloping the above external section of refractory arch; as a result, in annular space between the added section of refractory arch and the existing external section of refractory arch there formed is additional channel for pre-mixing, which is restricted at its outlet with internal wall formed with the above external section of refractory arch and circular external wall formed with the added section of refractory arch. The above section of refractory arch restricts the combustion space in order to keep the above main flame of the above burner; at that, external section of refractory arch has larger diameter than neighbouring internal section of refractory arch does, and passes downstream through larger distance than the neighbouring internal section of refractory arch does. ^ EFFECT: invention allows changing the burner size. ^ 4 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к огнеупорным амбразурам в горелке, предпочтительно предназначенной для использования в газотурбинных двигателях, и, более точно, к огнеупорным амбразурам в горелке, приспособленной для стабилизации процесса сгорания в двигателе, и, кроме того, к горелке, в которой используется вспомогательная (пилотная) камера сгорания для получения продуктов горения для стабилизации основного процесса сжигания предварительно образованных бедных смесей.The present invention relates to refractory embrasures in a burner, preferably intended for use in gas turbine engines, and, more specifically, to refractory embrasures in a burner adapted to stabilize the combustion process in an engine, and, moreover, to a burner that uses an auxiliary (pilot ) a combustion chamber to produce combustion products to stabilize the main process of burning pre-formed lean mixtures.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИTECHNICAL BACKGROUND

Газотурбинные двигатели используются в множестве разных применений, включая выработку электроэнергии, военную и гражданскую авиацию, транспортировку по трубопроводам и морские перевозки. В газотурбинном двигателе, который работает в режиме сжигания предварительно частично образованных бедных смесей, топливо и воздух подаются в камеру горелки, где они смешиваются и воспламеняются посредством факела, в результате чего инициируется сгорание. Основные проблемы, связанные с процессом сжигания в газотурбинных двигателях, помимо термического кпд и надлежащего смешивания топлива и воздуха, связаны со стабилизацией пламени, устранением пульсаций и шума и борьбой с загрязняющими выбросами, особенно с оксидами азота (NOx), CO, не сгоревшими углеводородами, дымом и выбросами твердых частиц.Gas turbine engines are used in many different applications, including power generation, military and civil aviation, pipelines and shipping. In a gas turbine engine, which operates in the mode of burning pre-partially formed lean mixtures, fuel and air are supplied to the burner chamber, where they mix and ignite by means of a torch, as a result of which combustion is initiated. The main problems associated with the combustion process in gas turbine engines, in addition to thermal efficiency and proper mixing of fuel and air, are related to stabilization of the flame, elimination of pulsations and noise and the fight against polluting emissions, especially with nitrogen oxides (NO x ), CO, not burnt hydrocarbons smoke and particulate emissions.

В промышленных газотурбинных двигателях, которые работают в режиме сжигания предварительно частично образованных бедных смесей, температуру пламени снижают посредством добавления большего количества воздуха, чем требуется для самого процесса сжигания. Избыточный воздух, который не вступает в реакцию, должен нагреваться во время горения, и в результате температура пламени в процессе сгорания снижается (ниже стехиометрической точки) от приблизительно 2300 К до 1800 К и ниже. Данное снижение температуры пламени требуется для значительного уменьшения выбросов оксидов азота. Способ, который, как было доказано, является наиболее успешным при уменьшении выбросов NOx, заключается в том, чтобы сделать процесс сжигания сжиганием настолько бедной смеси, чтобы температура пламени снизилась до температур ниже температуры, при которой происходит диссоциация двухатомных азота и кислорода (N2 и О2) и рекомбинация их с образованием NO и NO2. Потоки сгорания при стабилизации пламени с помощью вихря широко используются в промышленных газотурбинных двигателях для стабилизации горения посредством создания, как указано выше, обратного потока (зоны рециркуляции, образованной с помощью вихря) над осевой линией, в результате чего обратный поток обеспечивает возврат тепла и свободных радикалов назад в поступающую не сгоревшую топливовоздушную смесь. Тепло и свободные радикалы от ранее вступивших в реакцию топлива и воздуха необходимы для инициирования (для подвергания топлива пиролизу и инициирования процесса разветвления цепей) и поддержания стабильного сгорания/сжигания свежей непрореагировавшей топливовоздушной смеси. Стабильное горение в газотурбинных двигателях требует циклического процесса сгорания, вызывающего образование продуктов горения, которые транспортируются обратно в зону, расположенную выше по ходу потока, для инициирования процесса сгорания. Фронт распространения пламени стабилизируется в пограничном слое зоны рециркуляции, образованной с помощью вихря. В пределах пограничного слоя «Локальная скорость распространения турбулентного пламени воздушно-топливной смеси» должна быть выше «Локальной скорости воздушно-топливной смеси», и в результате фронт распространения пламени/процесс сгорания может быть стабилизирован.In industrial gas turbine engines, which operate in the mode of burning pre-partially formed lean mixtures, the flame temperature is reduced by adding more air than is required for the combustion process itself. Excessive air that does not react must be heated during combustion, and as a result, the temperature of the flame during combustion decreases (below the stoichiometric point) from approximately 2300 K to 1800 K and below. This reduction in flame temperature is required to significantly reduce nitrogen oxide emissions. The method that has been proven to be most successful in reducing NO x emissions is to make the combustion process by burning a mixture so lean that the flame temperature drops to temperatures below the temperature at which the diatomic nitrogen and oxygen dissociate (N 2 and O 2 ) and recombining them to form NO and NO 2 . Combustion flows during vortex flame stabilization are widely used in industrial gas turbine engines to stabilize combustion by creating, as mentioned above, a return flow (a recirculation zone formed by a vortex) above the center line, as a result of which the return flow provides heat and free radicals return back to the incoming unburned air-fuel mixture. Heat and free radicals from previously reacted fuels and air are necessary to initiate (to subject the fuel to pyrolysis and to initiate the branching process) and to maintain stable combustion / burning of a fresh unreacted air-fuel mixture. Stable combustion in gas turbine engines requires a cyclic combustion process that causes the formation of combustion products, which are transported back to the area located upstream to initiate the combustion process. The flame propagation front stabilizes in the boundary layer of the recirculation zone formed by the vortex. Within the boundary layer, the "Local velocity of the turbulent flame of the air-fuel mixture" must be higher than the "Local velocity of the air-fuel mixture", and as a result, the flame propagation front / combustion process can be stabilized.

Сжигание предварительно образованных бедных смесей по своей природе является менее стабильным, чем диффузионное пламенное горение, по следующим причинам.The burning of pre-formed lean mixtures is inherently less stable than diffusion flame burning, for the following reasons.

1. Количество воздуха, необходимое для снижения температуры пламени от 2300 К до 1700-1800 К, приблизительно в два раза превышает количество воздуха, необходимое для стехиометрического горения. Это делает общее отношение компонентов топливовоздушной смеси (Ф) очень близким (около или менее 0,5; Ф≥0,5) или аналогичным отношению компонентов топливовоздушной смеси, при котором происходит угасание пламени бедной предварительно образованной смеси. При данных условиях пламя может локально угасать и снова возникать периодическим образом.1. The amount of air required to reduce the flame temperature from 2300 K to 1700-1800 K is approximately twice the amount of air required for stoichiometric combustion. This makes the overall ratio of the components of the air-fuel mixture (Ф) very close (about or less than 0.5; Ф≥0.5) or similar to the ratio of the components of the air-fuel mixture, in which the flame of the lean preformed mixture is extinguished. Under these conditions, the flame may fade locally and reappear periodically.

2. Вблизи предельного значения, соответствующего угасанию при сжигании бедной смеси, скорость распространения пламени предварительно частично образованных бедных смесей очень чувствительна к отклонениям соотношения компонентов. Флуктуации скорости распространения пламени могут приводить к пространственным отклонениям/перемещениям фронта распространения пламени (зоны рециркуляции, образованной с помощью вихря). Менее стабильный, легко перемещающийся фронт распространения пламени предварительно образованной смеси приводит к периодическим изменениям интенсивности тепловыделения, что, в свою очередь, приводит к перемещению пламени, нестабильным гидроаэродинамическим процессам и возникновению термоакустических нестабильностей.2. Near the limit value corresponding to the extinction during the burning of a poor mixture, the flame propagation velocity of previously partially formed poor mixtures is very sensitive to deviations in the ratio of components. Fluctuations in the flame propagation velocity can lead to spatial deviations / movements of the flame propagation front (the recirculation zone formed by the vortex). A less stable, easily moving flame propagation front of the preformed mixture leads to periodic changes in the intensity of heat generation, which, in turn, leads to the movement of the flame, unstable hydroaerodynamic processes and the appearance of thermoacoustic instabilities.

3. Флуктуации соотношения компонентов, вероятно, представляют собой наиболее «общий соединительный механизм», связывающий неустойчивое тепловыделение с неустойчивыми колебаниями давления.3. Fluctuations in the ratio of the components are probably the most “common connecting mechanism,” linking unstable heat generation with unstable pressure fluctuations.

4. Чтобы сделать сжигание сжиганием достаточной бедной смеси для обеспечения возможности значительного уменьшения выбросов оксидов азота NOx, почти весь воздух, используемый в двигателе, должен проходить через форсунку и должен предварительно смешиваться с топливом. Следовательно, весь поток в горелках потенциально является реакционно-способным и требует того, чтобы точка, в которой начинается горение, была фиксированной.4. To make the burning of a lean combustion sufficient to allow a significant reduction of emissions of nitrogen oxides NO x, almost all of the air used in the engine must pass through the nozzle and must be pre-mixed with the fuel. Therefore, the entire flow in the burners is potentially reactive and requires that the point at which combustion begins is fixed.

5. В том случае, когда тепло, требуемое для протекания реакций, представляет собой фактор, ограничивающий стабильность, очень незначительные временные флуктуации соотношений компонентов топливовоздушной смеси (которые могут возникать в результате флуктуации или потока топлива или потока воздуха через горелку/форсунку) могут вызывать частичное гашение и повторное возникновение пламени.5. In the case where the heat required for the reaction to occur is a factor limiting stability, very insignificant temporary fluctuations in the ratios of the components of the air-fuel mixture (which may arise as a result of fluctuations in the flow of fuel or air flow through the burner / nozzle) can cause partial extinguishing and re-occurrence of the flame.

6. Дополнительная и очень важная причина уменьшения стабильности пламени предварительно образованной смеси заключается в том, что резкий градиент смешивания топлива и воздуха устраняется из процесса сгорания. Это создает возможность возгорания предварительно смешанного потока в любом месте, где имеется достаточная температура для протекания реакции. Когда пламя может возникать с большей легкостью в множестве мест, оно становится более нестабильным. Единственный способ стабилизации пламени предварительно образованной смеси с обеспечением его фиксированного положения основан на температурном градиенте, возникающем в том месте, где несгоревшие, предварительно смешанные топливо и воздух смешиваются с горячими продуктами горения (пламя не может возникать там, где температура слишком низкая). Это делает температурный градиент, возникающий за счет выделения, излучения, рассеивания тепла и конвективной теплопередачи, средством стабилизации пламени предварительно образованной смеси. Радиационный нагрев текучей среды не создает резкого градиента; следовательно, источником стабильности должны быть выделение, рассеивание тепла и конвективная теплопередача в зону, предварительно подвергнутую реакции. Рассеивание вызывает резкий градиент только в ламинарных, а не в турбулентных потоках, при этом только конвективная теплопередача и выработка энергии остаются средствами, вызывающими резкие градиенты, желательные для стабилизации пламени, которые фактически представляют собой тепловой градиент и градиент свободных радикалов. Как тепло, так и свободные радикалы образуются, рассеиваются и передаются за счет конвекции с обеспечением их градиента посредством тех же механизмов за счет циркулирующих продуктов горения в пределах зоны рециркуляции, образованной с помощью вихря.6. An additional and very important reason for reducing the stability of the flame of the preformed mixture is that the sharp gradient of the mixing of fuel and air is eliminated from the combustion process. This creates the possibility of ignition of the pre-mixed stream in any place where there is sufficient temperature for the reaction. When a flame can occur more easily in many places, it becomes more unstable. The only way to stabilize the flame of the pre-formed mixture with its fixed position is based on the temperature gradient that occurs where the unburned, pre-mixed fuel and air mix with the hot combustion products (the flame cannot occur where the temperature is too low). This makes the temperature gradient, arising from the emission, radiation, heat dissipation and convective heat transfer, a means of stabilizing the flame of the preformed mixture. Radiative heating of the fluid does not create a sharp gradient; therefore, the source of stability should be the release, heat dissipation, and convective heat transfer to the pre-reacted zone. Dissipation causes a sharp gradient only in laminar and not turbulent flows, while only convective heat transfer and energy generation remain the means causing sharp gradients, which are desirable for stabilizing the flame, which in fact are the thermal gradient and the gradient of free radicals. Both heat and free radicals are formed, scattered and transferred due to convection with the provision of their gradient through the same mechanisms due to circulating combustion products within the recirculation zone formed by the vortex.

7. В предварительно смешанных потоках, а также в диффузионных потоках быстрое расширение вызывает разделение и вихревые циркулирующие потоки, которые оба широко используются для образования градиентов тепла и свободных радикалов и подачи их в предварительно подвергнутые реакции топливо и воздух.7. In pre-mixed flows, as well as in diffusion flows, rapid expansion causes separation and vortex circulating flows, both of which are widely used to form heat and free radical gradients and feed them into pre-reacted fuel and air.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа изменения размера горелки.An object of the present invention is to provide a method for changing the size of a burner.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Раскрыта горелка для сжигания в обедненной и обогащенной зонах частично предварительно образованной смеси с малым выходом вредных веществ, предназначенная для камеры сгорания газовой турбины, которая обеспечивает стабильный процесс воспламенения и сгорания при всех режимах нагружения двигателя. Данная горелка работает в соответствии с принципом «подачи» тепла и свободных радикалов в высокой концентрации из выходной части вспомогательной камеры сгорания в основное пламя, горящее в вихре бедной предварительно образованной воздушно-топливной смеси, в результате чего поддерживается быстрое и стабильное горение основного пламени бедной предварительно образованной смеси. Вспомогательная камера сгорания обеспечивает подачу тепла и добавление свободных радикалов в высокой концентрации непосредственно в переднюю точку торможения и пограничный слой основной зоны рециркуляции, образованной с помощью вихря, где основной бедный предварительно смешанный поток смешивается с горячими газообразными продуктами горения, обеспечиваемыми посредством вспомогательной камеры сгорания. Это обеспечивает возможность сжигания более бедной смеси и более низких температур горения вихря основной предварительно образованной воздушно-топливной смеси, которое в противном случае не было бы самоподдерживающимся в циркулирующих потоках, стабилизированных с помощью вихря, при условиях эксплуатации горелки.A burner is disclosed for burning in a depleted and enriched zone a partially pre-formed mixture with a low yield of harmful substances, intended for a combustion chamber of a gas turbine, which provides a stable ignition and combustion process under all engine loading conditions. This burner operates in accordance with the principle of “supplying” heat and free radicals in high concentration from the outlet of the auxiliary combustion chamber to the main flame burning in a vortex of a poorly pre-formed air-fuel mixture, as a result of which a fast and stable burning of the main flame of a poor pre-supported formed mixture. The auxiliary combustion chamber provides heat and the addition of free radicals in high concentration directly to the front braking point and the boundary layer of the main recirculation zone formed by a vortex, where the main lean pre-mixed stream is mixed with hot gaseous products of combustion provided by the auxiliary combustion chamber. This makes it possible to burn a poorer mixture and lower combustion temperatures of the vortex of the main preformed air-fuel mixture, which otherwise would not be self-sustaining in the vortex-stabilized circulating flows under operating conditions of the burner.

В соответствии с первым аспектом изобретения здесь представлен способ увеличения размера горелки газотурбинного двигателя, содержащей корпус горелки, при этом указанная горелка имеет:In accordance with a first aspect of the invention, there is provided a method of increasing the size of a burner of a gas turbine engine comprising a burner body, said burner having:

- противоположные в аксиальном направлении, расположенные выше и ниже по потоку концевые части;- opposite in axial direction, located upstream and downstream end parts;

- на расположенном выше по потоку конце указанной горелки топливо и воздух, подаваемые в виде смеси воздуха и топлива из выхода канала для предварительного смешивания для поддержания основного пламени на расположенном ниже по потоку конце указанной горелки;- at the upstream end of said burner, fuel and air supplied as a mixture of air and fuel from the outlet of the premixing channel to maintain the main flame at the downstream end of said burner;

- при этом указанный канал для предварительного смешивания ограничен на его выходе круговой внутренней стенкой, образованной внутренней секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной наружной секцией огнеупорной амбразуры;- while the specified channel for pre-mixing is limited at its exit by a circular inner wall formed by the inner section of the refractory embrasure, and a circular outer wall formed by the outer section of the refractory embrasure;

- при этом способ включает в себя следующие этапы:- the method includes the following steps:

- увеличение размера горелки посредством добавления секции огнеупорной амбразуры снаружи и окружения указанной, ранее самой наружной секции огнеупорной амбразуры, в результате чего в кольцевом пространстве между добавленной секцией огнеупорной амбразуры и существующей наружной секцией огнеупорной амбразуры образуется дополнительный канал для предварительного смешивания, ограниченный у его выхода круговой внутренней стенкой, образованной указанной, ранее самой наружной секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной добавленной секцией огнеупорной амбразуры;- increasing the size of the burner by adding a section of the refractory embrasure outside and surrounding the previously outermost section of the refractory embrasure, as a result of which in the annular space between the added section of the refractory embrasure and the existing outer section of the refractory embrasure there is formed an additional channel for preliminary mixing, limited at its exit circular the inner wall formed by the indicated, previously the outermost section of the refractory embrasure, and the circular outer wall, o razovannoy added quarl section;

- при этом указанные секции огнеупорной амбразуры ограничивают пространство для сгорания для удерживания указанного основного пламени указанной горелки, при этом наружная секция огнеупорной амбразуры имеет больший диаметр, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры, и проходит на большее расстояние ниже по потоку, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры.- while these sections of the refractory embrasure limit the combustion space for holding the specified main flame of the specified burner, while the outer section of the refractory embrasure has a larger diameter than the adjacent inner section of the refractory embrasure, and extends a greater distance downstream than the adjacent inner section of the refractory loopholes.

Предпочтительно способ согласно изобретению дополнительно включает в себя следующие этапы:Preferably, the method according to the invention further includes the following steps:

- увеличение размера горелки посредством добавления секции огнеупорной амбразуры снаружи и окружения указанной, ранее самой наружной секции огнеупорной амбразуры, в результате чего в кольцевом пространстве между добавленной секцией огнеупорной амбразуры и существующей наружной секцией огнеупорной амбразуры образуется дополнительный канал для предварительного смешивания, ограниченный у его выхода' круговой внутренней стенкой, образованной указанной, ранее самой наружной секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной добавленной секцией огнеупорной амбразуры;- increasing the size of the burner by adding a section of refractory embrasure outside and surrounding the previously outermost section of refractory embrasure, resulting in an annular space between the added section of refractory embrasure and the existing outer section of refractory embrasure, limited at its exit ' a circular inner wall formed by the previously outermost section of the refractory embrasure, and a circular outer wall, o a grazed added refractory embrasure section;

- при этом указанные секции огнеупорной амбразуры ограничивают пространство для сгорания для удерживания указанного основного пламени указанной горелки, при этом наружная секция огнеупорной амбразуры имеет больший диаметр, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры, и проходит на большее расстояние ниже по потоку, чем соседняя с ней внутренняя секция огнеупорной амбразуры.- while these sections of the refractory embrasure limit the combustion space for holding the specified main flame of the specified burner, while the outer section of the refractory embrasure has a larger diameter than the adjacent inner section of the refractory embrasure, and extends a greater distance downstream than the adjacent inner one refractory embrasure section.

Предпочтительно способ согласно изобретению дополнительно включает в себя следующий этап:Preferably, the method according to the invention further includes the following step:

- обеспечение коэффициентов завихрения воздушно-топливной смеси, подаваемой в указанные каналы, так, чтобы поддерживалось следующее соотношение коэффициентов завихрения: SN,10>SN,11>SN,11b, но все коэффициенты завихрения должны превышать SN=0,6 и составлять не более SN=0,8..- ensuring the swirl coefficients of the air-fuel mixture supplied to these channels, so that the following ratio of swirl coefficients is maintained: SN, 10> SN, 11> SN, 11b, but all swirl coefficients must exceed SN = 0.6 and be no more than SN = 0.8 ..

В соответствии со вторым аспектом изобретения представлена изменяемая по размеру огнеупорная амбразура в горелке для газотурбинного двигателя, при этомIn accordance with a second aspect of the invention, a resizable, refractory embrasure in a burner for a gas turbine engine is provided, wherein

- горелка имеет противоположные в аксиальном направлении, расположенные выше и ниже по потоку, концевые части;- the burner has opposite ends in the axial direction, located upstream and downstream;

- топливо и воздух смешиваются и подаются в горелку, после чего топливо сжигается в основном пламени горелки;- fuel and air are mixed and fed into the burner, after which the fuel is burned mainly in the burner flame;

- огнеупорная амбразура расположена с возможностью удерживания указанного основного-пламени,- refractory embrasure is located with the ability to hold the specified main flame

при этомwherein

- указанная изменяемая по размеру огнеупорная амбразура образована из множества секций огнеупорной амбразуры, при этом каждая секция огнеупорной амбразуры имеет конфигурацию конической оболочки усеченного конуса, и секции распределены последовательно одна за другой в направлении ниже по потоку в горелке, при этом наиболее узкая часть оболочки, расположенной ниже по потоку секции огнеупорной амбразуры, окружает наиболее широкую часть оболочки ближайшей расположенной выше по потоку секции огнеупорной амбразуры;- said refractory embrasure is sized from a plurality of sections of the refractory embrasure, wherein each section of the refractory embrasure has the configuration of a conical shell of a truncated cone, and the sections are distributed sequentially one after the other in the downstream direction of the burner, with the narrowest part of the shell located the downstream section of the refractory embrasure surrounds the widest part of the shell of the nearest upstream section of the refractory embrasure;

- кольцевой канал для предварительно смешанных воздуха и топлива расположен между двумя следующими друг за другом секциями огнеупорной амбразуры;- an annular channel for pre-mixed air and fuel is located between two successive sections of the refractory embrasure;

- при этом указанная огнеупорная амбразура выполнена так, что дополнительные секции огнеупорной амбразуры могут быть добавлены к существующему числу, составляющему, по меньшей мере, две секции огнеупорной амбразуры,- while this refractory embrasure is made so that additional sections of the refractory embrasure can be added to the existing number, comprising at least two sections of the refractory embrasure,

- указанная огнеупорная амбразура выполнена так, что добавленная секция огнеупорной амбразуры может быть удалена до тех пор, пока не останутся минимум две секции огнеупорной амбразуры.- the specified refractory embrasure is made so that the added section of the refractory embrasure can be removed until at least two sections of the refractory embrasure remain.

В горелке используются:The burner uses:

вихрь из воздуха/топлива с коэффициентом (Sn) завихрения, превышающим 0,7 (то есть превышающим критическое значение Sn=0,6), образуемый/подаваемый в поток посредством радиального завихрителя;an air / fuel vortex with a swirl coefficient (Sn) exceeding 0.7 (i.e., exceeding the critical value Sn = 0.6) generated / supplied into the flow by means of a radial swirl;

активные вещества - неравновесные свободные радикалы, выделяющиеся вблизи передней точки торможения;active substances - nonequilibrium free radicals released near the front point of inhibition;

особый тип геометрии горелки с многокомпонентной огнеупорной амбразурой;a special type of burner geometry with multicomponent refractory embrasure;

внутреннее разделение топлива и воздуха в горелке на ступени для стабилизации процесса сгорания при всех режимах работы газовой турбины.internal separation of fuel and air in the burner at the stages to stabilize the combustion process under all modes of operation of the gas turbine.

Одним словом, раскрытая горелка обеспечивает стабильный процесс воспламенения и сгорания при всех режимах нагружения двигателя. Некоторыми важными признаками, относящимися к горелке по изобретению, являются:In short, an open burner provides a stable ignition and combustion process under all engine loading conditions. Some important features related to the burner of the invention are:

геометрическое расположение элементов горелки;geometric arrangement of burner elements;

количество топлива и воздуха, разделенное на ступени в горелке;the amount of fuel and air divided into steps in the burner;

минимальное количество активных веществ - радикалов, образуемых и требуемых при разных режимах работы двигателя/горелки;minimum amount of active substances - radicals formed and required under different operating conditions of the engine / burner;

профиль топлива;fuel profile;

смешивание топлива и воздуха при разных режимах работы двигателя;mixing fuel and air under different engine operating conditions;

придаваемая степень завихрения;imparted degree of turbulence;

многокомпонентная конструкция огнеупорной амбразуры (состоящая минимум из двух секций огнеупорная амбразура).multicomponent design of refractory embrasure (consisting of at least two sections of refractory embrasure).

Для достижения как можно более низких уровней выбросов вредных веществ задача, решаемая данной конструкцией/изобретением, состоит в обеспечении наличия равномерных профилей смешивания на выходе каналов для предварительного образования бедных смесей. В горелке, охватываемой данным описанием, существуют две отдельные зоны сжигания/сгорания, в которых топливо всегда сжигается одновременно. Обе зоны сгорания стабилизированы с помощью вихря, и топливо и воздух предварительно смешиваются перед процессом сжигания. Основной процесс сгорания, во время которого сжигается более 90% топлива, представляет собой процесс сжигания бедной смеси. Поддерживающий процесс сгорания, который происходит в малой вспомогательной камере сгорания, в которой расходуется до 1% всего потока топлива, может представлять собой процесс сжигания бедной топливной смеси, стехиометрический процесс и процесс сжигания с недостатком воздуха (с соотношением компонентов в смеси Ф=1,4 и выше).To achieve the lowest possible levels of harmful emissions, the problem solved by this design / invention is to ensure the presence of uniform mixing profiles at the outlet of the channels for the preliminary formation of poor mixtures. In the burner covered by this description, there are two separate combustion / combustion zones in which fuel is always burned simultaneously. Both combustion zones are stabilized by a vortex, and fuel and air are premixed before the combustion process. The main combustion process, during which more than 90% of the fuel is burned, is the process of burning a lean mixture. The supporting combustion process, which takes place in a small auxiliary combustion chamber, in which up to 1% of the total fuel flow is consumed, can be a lean fuel mixture burning process, a stoichiometric process and a lack of air combustion process (with a ratio of components in the mixture Ф = 1.4 and higher).

Важное различие между раскрытой горелкой и горелкой, представленной в документе по предшествующему уровню техники, состоит в том, что во вспомогательной камере сгорания не требуется плохо обтекаемое тело, поскольку в настоящем изобретении используется неблокированный лоток радикалов, направленный вперед по потоку из зоны сгорания вспомогательной камеры сгорания вдоль осевой линии вспомогательной камеры сгорания, при этом указанный поток радикалов выпускается через всю площадь сечения отверстия горловины вспомогательной камеры сгорания на выходе вспомогательной камеры сгорания.An important difference between the open burner and the burner presented in the prior art document is that a poorly streamlined body is not required in the auxiliary combustion chamber since the present invention uses an unblocked radical tray directed upstream from the combustion zone of the auxiliary combustion chamber along the axial line of the auxiliary combustion chamber, while the specified flow of radicals is discharged through the entire cross-sectional area of the opening of the neck of the auxiliary combustion chamber anija output of the auxiliary combustion chamber.

Основная причина, по которой поддерживающий процесс сгорания в малой вспомогательной камере сгорания может представлять собой процесс сжигания бедной топливной смеси, стехиометрический процесс или процесс сжигания с недостатком воздуха и, тем не менее, обеспечивать стабильный процесс воспламенения и сжигания при всех режимах нагружения двигателя, связана с эффективностью/полнотой сгорания. Процесс сгорания, который происходит в малой вспомогательной камере сгорания, имеет низкую эффективность вследствие большой площади поверхности, которая приводит к отводу тепла пламени в стенку вспомогательной камеры сгорания. Неэффективный процесс сгорания независимо от того, представляет ли он процесс сжигания бедной топливной смеси, стехиометрический процесс или процесс сжигания с недостатком воздуха, может генерировать большой объем активных веществ - радикалов, который необходим для повышения стабильности основного пламени бедной смеси и предпочтителен для успешной работы горелки по данной конструкции/изобретению. (Примечание: пламя, возникающее в предварительно образованной бедной воздушно-топливной смеси, названо здесь пламенем бедной смеси).The main reason that the supporting process of combustion in a small auxiliary combustion chamber can be a process of burning a lean fuel mixture, a stoichiometric process or a process of combustion with a lack of air and, nevertheless, provide a stable process of ignition and combustion under all engine loading conditions, is associated with efficiency / completeness of combustion. The combustion process that takes place in a small auxiliary combustion chamber has low efficiency due to the large surface area, which leads to the removal of flame heat into the wall of the auxiliary combustion chamber. An ineffective combustion process, regardless of whether it is a poor fuel mixture burning process, a stoichiometric process or a lack of air combustion process, can generate a large amount of active substances - radicals, which is necessary to increase the stability of the main flame of the lean mixture and is preferable for successful burner operation this design / invention. (Note: the flame occurring in the preformed lean air-fuel mixture is referred to herein as the lean mixture flame).

Очень трудно поддерживать горение (но не инициировать, поскольку малая вспомогательная камера сгорания может функционировать как факельное запальное устройство) в пограничном слое основной зоны рециркуляции при параметрах ниже предельных значений, при которых происходит срыв пламени бедной смеси, у основного пламени бедной смеси (приблизительно Т>1350 К и Ф≥0,25). Для обеспечения работы двигателя при параметрах ниже предельных значений для основного пламени бедной смеси, при которых происходит срыв пламени бедной смеси, в данной конструкции горелки используется/обеспечивается дополнительное «разделение на ступени» вспомогательной камеры сгорания. Воздух, который используется для охлаждения внутренних стенок малой вспомогательной камеры сгорания (выполняемого за счет комбинации удара и конвективного охлаждения) и который составляет приблизительно 5-8% от всего потока воздуха, проходящего через горелку, предварительно смешивается с топливом перед завихрителем. Сравнительно большое количество топлива может быть добавлено в воздух для охлаждения малой вспомогательной камеры сгорания, что соответствует соотношениям компонентов (Ф>3), характерным для очень богатых смесей. Подвергнутые завихрению охлаждающий воздух и топливо и горячие продукты горения из малой вспомогательной камеры сгорания могут очень эффективно поддерживать горение основного пламени бедной смеси при параметрах, которые находятся ниже, на уровне и выше предельных значений, при которых происходит срыв пламени бедной смеси. Процесс сгорания является очень стабильным и эффективным, поскольку горячие продукты горения и очень горячий охлаждающий воздух (с температурой выше 750°С), предварительно смешанный с топливом, обеспечивают подачу тепла и активных веществ (радикалов) в переднюю точку торможения в зоне рециркуляции основного пламени. Во время данного процесса сгорания малая вспомогательная камера сгорания в сочетании с очень горячим охлаждающим воздухом (с температурой выше 750°С), предварительно смешанным с топливом, функционирует как беспламенная горелка, в которой реагенты (кислород и топливо) предварительно смешиваются с продуктами горения, и распределенное пламя образуется в передней точке торможения в зоне рециркуляции, образованной с помощью вихря.It is very difficult to maintain combustion (but not to initiate, since a small auxiliary combustion chamber can function as a flare ignition device) in the boundary layer of the main recirculation zone at parameters below the limit values at which the flame of the lean mixture breaks off at the main flame of the lean mixture (approximately T> 1350 K and Ф≥0.25). To ensure the operation of the engine at parameters below the limit values for the main flame of the lean mixture, at which the flame of the lean mixture occurs, this burner design uses / provides an additional "separation into steps" of the auxiliary combustion chamber. The air that is used to cool the inner walls of the small auxiliary combustion chamber (performed by a combination of shock and convective cooling) and which accounts for about 5-8% of the total air flow through the burner is pre-mixed with the fuel in front of the swirl. A relatively large amount of fuel can be added to the air to cool the small auxiliary combustion chamber, which corresponds to the component ratios (Φ> 3) characteristic of very rich mixtures. Swirling cooling air and fuel and hot combustion products from a small auxiliary combustion chamber can very effectively maintain the combustion of the main flame of a lean mixture with parameters that are lower, at or above the limit values at which the flame of the lean mixture breaks off. The combustion process is very stable and efficient, since hot combustion products and very hot cooling air (with temperatures above 750 ° C), pre-mixed with fuel, provide heat and active substances (radicals) to the front braking point in the main flame recirculation zone. During this combustion process, a small auxiliary combustion chamber, combined with very hot cooling air (with temperatures above 750 ° C) pre-mixed with fuel, functions as a flameless burner in which reagents (oxygen and fuel) are pre-mixed with combustion products, and distributed flame is generated at the front braking point in the recirculation zone formed by the vortex.

Для обеспечения возможности надлежащего функционирования и стабильной работы горелки, раскрытой в данной заявке, требуется, чтобы придаваемая степень завихрения и коэффициент завихрения (уравнение 1) были выше критических (не ниже 0,6 и не выше 0,8), при которых зона рециркуляции с распадом вихря будет образовываться и будет устойчиво находиться в пределах многокомпонентной конструкции огнеупорной амбразуры. Передняя точка Р торможения должна быть расположена в пределах огнеупорной амбразуры и у выхода вспомогательной камеры сгорания. Основные причины, обуславливающие необходимость соблюдения данного требования, следующие.To ensure the proper functioning and stable operation of the burner disclosed in this application, it is required that the imparted degree of turbulence and the coefficient of turbulence (equation 1) be higher than critical (not lower than 0.6 and not higher than 0.8), in which the recirculation zone with the collapse of the vortex will be formed and will be stably within the multicomponent design of the refractory embrasure. The front braking point P shall be located within the refractory embrasure and at the exit of the auxiliary combustion chamber. The main reasons for the need to comply with this requirement are as follows.

Если приданная степень завихрения является низкой и получающийся в результате коэффициент завихрения составляет менее 0,6, то при большинстве геометрий горелок будет образовываться зона слабой рециркуляции и может иметь место нестабильное горение.If the imparted degree of swirl is low and the resulting swirl coefficient is less than 0.6, then with most burner geometries a weak recirculation zone will form and unstable combustion may occur.

Зона сильной рециркуляции необходима для обеспечения возможности транспортировки тепла и свободных радикалов от ранее подвергнутых сгоранию топлива и воздуха назад против потока по направлению к фронту распространения пламени. Зона достаточно устойчивой и сильной рециркуляции требуется для создания зоны пограничного слоя, в которой скорость распространения турбулентного пламени может «согласовываться» или может соответствовать локальной топливовоздушной смеси и может устанавливаться стабильное пламя. Данный фронт распространения пламени, образованный в пограничном слое основной зоны рециркуляции, должен быть устойчивым, и не должно происходить никаких периодических движений или перемещения фронта распространения пламени. Приданный коэффициент завихрения может иметь большое значение, но не должен превышать 0,8, поскольку при данном значении коэффициента завихрения и при значениях выше него более 80% от всего объема потока будет возвращаться назад за счет рециркуляции. Дальнейшее увеличение коэффициента завихрения не будет способствовать большему увеличению количества подвергаемой рециркуляции массы продуктов горения, и пламя в пограничном слое зоны рециркуляции будет подвергаться значительному завихрению и напряжениям, что может привести к отводу тепла в стенку камеры сгорания и частичному угасанию и повторному возникновению пламени. В горелке, охватываемой данным описанием, может быть использован любой тип вихрегенератора, радиальный, осевой и аксиально-радиальный. В данном описании показана радиальная конфигурация завихрителя.A strong recirculation zone is necessary to ensure the possibility of transporting heat and free radicals from previously subjected to combustion of fuel and air back against the flow towards the flame propagation front. A zone of sufficiently stable and strong recirculation is required to create a boundary layer zone in which the velocity of the turbulent flame can be “matched” or can correspond to the local air-fuel mixture and a stable flame can be established. This flame propagation front formed in the boundary layer of the main recirculation zone must be stable, and no periodic movements or displacements of the flame propagation front should occur. The attached swirl coefficient can be of great importance, but should not exceed 0.8, since for a given value of the swirl coefficient and for values above it, more than 80% of the total volume of the flow will come back due to recirculation. A further increase in the swirl coefficient will not contribute to a larger increase in the amount of combustion products subjected to recirculation, and the flame in the boundary layer of the recirculation zone will undergo significant turbulence and stresses, which can lead to heat removal to the combustion chamber wall and partial extinction and re-occurrence of the flame. In the burner covered by this description, any type of vortex generator, radial, axial and axial radial, can be used. This description shows the radial configuration of the swirl.

В горелке используется аэродинамическая стабилизация пламени и ограничивается зона стабилизации пламени - зона рециркуляции -в многокомпонентной конструкции огнеупорной амбразуры. Многокомпонентная конструкция огнеупорной амбразуры представляет собой важный признак конструкции разработанной горелки по следующим причинам. Огнеупорная амбразура (или также называемый диффузор):The burner uses aerodynamic flame stabilization and limits the flame stabilization zone — the recirculation zone — in the multi-component design of the refractory embrasure. The multicomponent design of the refractory embrasure is an important feature of the design of the developed burner for the following reasons. Refractory embrasure (or also called diffuser):

- обеспечивает фронт распространения пламени (основную зону рециркуляции) с удерживанием пламени в определенном месте в пространстве без необходимости удерживания пламени у твердой поверхности/плохо обтекаемого тела, и, таким образом, избегают большой тепловой нагрузки и проблем, связанных с механической целостностью горелки;- provides a flame propagation front (the main recirculation zone) with holding the flame in a certain place in space without the need to keep the flame on a solid surface / poorly streamlined body, and thus avoid a large heat load and problems associated with the mechanical integrity of the burner;

- геометрические характеристики (половина α угла и длина L огнеупорной амбразуры) имеют важное значение для регулирования размера и формы зоны рециркуляции совместно с коэффициентом завихрения. Длина зоны рециркуляции приблизительно в 2-2,5 раза превышает длину огнеупорной амбразуры;- geometric characteristics (half α angle and length L of the refractory embrasure) are important for controlling the size and shape of the recirculation zone together with the swirl coefficient. The length of the recirculation zone is approximately 2-2.5 times the length of the refractory embrasure;

- оптимальная длина L составляет порядка L/D=1 (D - диаметр горловины огнеупорной амбразуры). Минимальная длина огнеупорной амбразуры не должна быть меньше L/D=0,5 и не должна быть больше L/D=2 ;- the optimal length L is of the order of L / D = 1 (D is the diameter of the neck of the refractory embrasure). The minimum length of the refractory embrasure should not be less than L / D = 0.5 and should not be more than L / D = 2;

- половина α оптимального угла огнеупорной амбразуры должна составлять не менее 20 и не более 25 градусов;- half α of the optimal angle of the refractory embrasure should be at least 20 and not more than 25 degrees;

- обеспечивает возможность наличия меньшего вихря до того, как будет иметь место снижение стабильности по сравнению с менее ограниченным фронтом распространения пламени;- provides the possibility of a smaller vortex before there will be a decrease in stability compared with a less limited flame propagation front;

- имеет важную задачу регулирования размера и формы зоны рециркуляции, поскольку расширение горячих газов в результате сгорания обеспечивает уменьшение времени транспортировки свободных радикалов в зоне рециркуляции.- has the important task of regulating the size and shape of the recirculation zone, since the expansion of hot gases as a result of combustion provides a reduction in the transportation time of free radicals in the recirculation zone.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг.1 представляет собой упрощенное сечение, схематически показывающее горелку в соответствии с аспектами изобретения, заключенную в корпус, без каких-либо деталей, показывающих, как горелка конфигурирована внутри указанного корпуса.FIG. 1 is a simplified sectional view schematically showing a burner in accordance with aspects of the invention enclosed in a housing without any details showing how the burner is configured inside said housing.

Фиг.2 представляет собой сечение горелки, схематически показывающее секцию над осью симметрии, при этом поворот вокруг оси симметрии обеспечивает образование тела вращения, отображающего компоновку горелки.Figure 2 is a section of the burner, schematically showing a section above the axis of symmetry, while the rotation around the axis of symmetry provides the formation of a body of revolution that displays the layout of the burner.

Фиг.3 показывает график изменения пределов стабильности пламени в зависимости от коэффициента завихрения, приданной степени завихрения и соотношения компонентов смеси.Figure 3 shows a graph of the variation of the limits of stability of the flame depending on the coefficient of turbulence, the given degree of turbulence and the ratio of the components of the mixture.

Фиг.4а показывает схему, характеризующую аэродинамику в ближней зоне камеры сгорания.Fig. 4a shows a diagram characterizing the aerodynamics in the near zone of the combustion chamber.

Фиг.4b показывает схему, характеризующую аэродинамику в ближней зоне камеры сгорания.Fig.4b shows a diagram characterizing the aerodynamics in the near zone of the combustion chamber.

Фиг.5 показывает график изменения интенсивности турбулентности.Figure 5 shows a graph of changes in the intensity of turbulence.

Фиг.6 показывает график изменения времени релаксации в зависимости от давления сгорания.6 shows a graph of the relaxation time as a function of the combustion pressure.

Фиг.7 иллюстрирует на виде в перспективе топливопроводы 15 на выходе завихрителя 3.7 illustrates in perspective view the fuel lines 15 at the output of the swirler 3.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

В дальнейшем некоторое число вариантов осуществления будет описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи.Hereinafter, a number of embodiments will be described in more detail with reference to the attached drawings.

На фиг.1 показана горелка, при этом горелка 1 имеет корпус 2, окружающий компоненты горелки.Figure 1 shows a burner, while the burner 1 has a housing 2 surrounding the components of the burner.

Фиг.2 показывает для ясности сечение горелки над осью вращательной симметрии. Основными частями горелки являются радиальный завихритель 3, многокомпонентная огнеупорная амбразура 4а, 4b, 4с и вспомогательная камера 5 сгорания.Figure 2 shows for clarity the cross section of the burner above the axis of rotational symmetry. The main parts of the burner are a radial swirler 3, a multi-component refractory embrasure 4a, 4b, 4c and an auxiliary combustion chamber 5.

Как утверждалось, горелка 1 работает в соответствии с принципом «подачи» тепла и свободных радикалов в высокой концентрации из выходной части 6 вспомогательной камеры 5 сгорания в основное пламя 7, горящее в вихре бедной предварительно образованной воздушно-топливной смеси, выходящем из первого выхода 8 первого канала 10 для предварительного образования бедной смеси и из второго выхода 9 второго канала 11 для предварительного образования бедной смеси, в результате чего поддерживается быстрое и стабильное горение основного пламени 7 бедной предварительно образованной смеси. Указанный первый канал 10 для предварительного образования бедной смеси образован стенками 4а и 4b и между стенками 4а и 4b многокомпонентной огнеупорной амбразуры. Второй канал 11 для предварительного образования бедной смеси образован стенками 4b и 4с и между стенками 4b и 4с многокомпонентной огнеупорной амбразуры. Самая наружная ротационно-симметричная стенка 4с многокомпонентной огнеупорной амбразуры выполнена с выступающей частью 4с1 для обеспечения оптимальной длины многокомпонентной конструкции огнеупорной амбразуры. Первый 10 и второй 11 каналы для предварительного образования бедной смеси снабжены лопастями завихрителя, образующими завихритель 3, для придания вращения воздушно-топливной смеси, проходящей по каналам.As stated, the burner 1 operates in accordance with the principle of “supplying” heat and free radicals in high concentration from the output part 6 of the auxiliary combustion chamber 5 to the main flame 7, burning in a vortex of a poorly pre-formed air-fuel mixture exiting from the first exit 8 of the first channel 10 for the preliminary formation of the lean mixture and from the second outlet 9 of the second channel 11 for the preliminary formation of the lean mixture, as a result of which the fast and stable burning of the main flame 7 of the lean redvaritelno formed mixture. The specified first channel 10 for the preliminary formation of a lean mixture is formed by the walls 4a and 4b and between the walls 4a and 4b of the multi-component refractory embrasure. The second channel 11 for the preliminary formation of the lean mixture is formed by the walls 4b and 4c and between the walls 4b and 4c of the multi-component refractory embrasure. The outermost rotationally symmetric wall 4c of the multicomponent refractory embrasure is made with a protruding part 4c1 to ensure the optimal length of the multicomponent design of the refractory embrasure. The first 10 and second 11 channels for the preliminary formation of a lean mixture are equipped with swirl blades forming a swirl 3 to impart rotation of the air-fuel mixture passing through the channels.

Воздух 12 подается в первый 10 и второй 11 каналы на входе 13 указанных первого и второго каналов. В соответствии с показанным вариантом осуществления завихритель 3 расположен рядом с входом 13 первого и второго каналов. Кроме того, топливо 14 вводится в вихрь воздушно-топливной смеси по трубе 15, выполненной с малыми рассеивающими отверстиями 15b, которая расположена у входа 13 для воздуха 12 между лопастями завихрителя 3, в результате чего топливо распределяется в виде аэрозоля в воздушном потоке посредством указанных отверстий и эффективно смешивается с воздушным потоком. Дополнительное топливо может быть добавлено по второй трубе 16, выходящей в первый канал 10.Air 12 is supplied to the first 10 and second 11 channels at the inlet 13 of said first and second channels. In accordance with the shown embodiment, the swirl 3 is located next to the input 13 of the first and second channels. In addition, fuel 14 is introduced into the vortex of the air-fuel mixture through a pipe 15 made with small diffusion openings 15b, which is located at the air inlet 13 between the blades of the swirler 3, as a result of which the fuel is distributed in the form of an aerosol in the air stream through these holes and mixes well with airflow. Additional fuel may be added via a second pipe 16 extending into the first channel 10.

При сжигании потока предварительно образованной бедной воздушно-топливной смеси образуется основное пламя 7. Пламя 7 образуется в виде конического ротационно-симметричного пограничного слоя 18 вокруг основной зоны 20 рециркуляции (в дальнейшем иногда используется аббревиатура RZ. Пламя 7 заключено внутри выступающей части 4с1 самой наружной секции огнеупорной амбразуры, в данном примере - секции 4с огнеупорной амбразуры.When a stream of preformed lean air-fuel mixture is burned, the main flame 7 is formed. The flame 7 is formed in the form of a conical rotationally symmetrical boundary layer 18 around the main recirculation zone 20 (hereinafter the abbreviation RZ is sometimes used. The flame 7 is enclosed inside the protruding part 4c1 of the outermost section refractory embrasure, in this example, section 4C of the refractory embrasure.

Вспомогательная камера 5 сгорания обеспечивает подачу тепла и добавление свободных радикалов в высокой концентрации непосредственно в переднюю точку Р торможения и пограничный слой 18 основной зоны 20 рециркуляции, образованной с помощью вихря, где основной поток бедной предварительно образованной смеси смешивается с горячими газообразными продуктами горения, образуемыми во вспомогательной камере 5 сгорания.The auxiliary combustion chamber 5 provides heat and the addition of free radicals in high concentration directly to the front braking point P and the boundary layer 18 of the main recirculation zone 20 formed by a vortex, where the main stream of lean pre-formed mixture is mixed with hot gaseous products of combustion formed during auxiliary combustion chamber 5.

Вспомогательная камера 5 сгорания выполнена со стенками 21, окружающими пространство для сгорания для вспомогательной зоны 22 сгорания. Воздух подается в пространство для сгорания по каналу 23 для топлива и воздушному каналу 24. Вокруг стенок 21 вспомогательной камеры 5 сгорания имеется распределительная плита 25, выполненная с отверстиями по поверхности плиты. Указанная распределительная плита 25 расположена на некотором расстоянии от указанных стенок 21, при этом образуется охлаждающий пространственный слой 25а. Охлаждающий воздух 26 всасывается через входное отверстие 27 для охлаждения и сталкивается с наружной стороной указанной распределительной плиты 25, после чего охлаждающий воздух 26 распределяется по стенкам 21 вспомогательной камеры сгорания для эффективного охлаждения указанных стенок 21. Охлаждающий воздух 26 после указанного охлаждения выпускается через второй завихритель 28, расположенный вокруг вспомогательной огнеупорной амбразуры 29 вспомогательной камеры 5 сгорания. Дополнительное топливо может быть добавлено в основное пламя 7 бедной смеси при горении посредством подачи топлива в канал 30, расположенный вокруг и снаружи охлаждающего пространственного слоя 25а. Указанное дополнительное топливо затем выпускается и проходит во второй завихритель 28, в котором теперь горячий охлаждающий воздух 26 и топливо, добавляемое по каналу 30, эффективно предварительно смешиваются.The auxiliary combustion chamber 5 is made with walls 21 surrounding the combustion space for the auxiliary combustion zone 22. Air is supplied to the combustion space through the fuel channel 23 and the air channel 24. Around the walls 21 of the auxiliary combustion chamber 5 there is a distribution plate 25 made with holes on the surface of the plate. The specified distribution plate 25 is located at some distance from the specified walls 21, while forming a cooling spatial layer 25A. The cooling air 26 is drawn in through the cooling inlet 27 and collides with the outside of said distribution plate 25, after which the cooling air 26 is distributed along the walls 21 of the auxiliary combustion chamber to effectively cool said walls 21. The cooling air 26 is released through the second swirl 28 after said cooling located around the auxiliary refractory embrasure 29 of the auxiliary combustion chamber 5. Additional fuel can be added to the main flame 7 of the lean mixture during combustion by supplying fuel to a channel 30 located around and outside the cooling space layer 25a. The specified additional fuel is then released and passes into a second swirl 28, in which now the hot cooling air 26 and the fuel added through the channel 30 are effectively pre-mixed.

Сравнительно большое количество топлива может быть добавлено в воздух, предназначенный для охлаждения малой вспомогательной камеры 5 сгорания, что соответствует соотношениям компонентов очень богатых смесей (Ф>3). Подвергнутые завихрению охлаждающий воздух и топливо и горячие продукты горения из малой вспомогательной камеры сгорания могут очень эффективно поддерживать горение основного пламени 7 бедной смеси при параметрах, которые находятся ниже, на уровне и выше предельных значений, при которых происходит срыв пламени бедной смеси. Процесс сгорания является очень стабильным и эффективным, поскольку горячие продукты горения и очень горячий охлаждающий воздух (с температурой выше 750°С), предварительно смешанный с топливом, обеспечивают подачу тепла и активных веществ (радикалов) в переднюю точку Р торможения в зоне 20 рециркуляции основного пламени. Во время данного процесса сгорания малая вспомогательная камера 5 сгорания в сочетании с очень горячим охлаждающим воздухом (с температурой выше 750°С), предварительно смешанным с топливом, функционирует как беспламенная горелка, в которой реагенты (кислород и топливо) предварительно смешиваются с продуктами горения, и распределенное пламя образуется в передней точке Р торможения в зоне 20 рециркуляции, образованной с помощью вихря.A relatively large amount of fuel can be added to the air, designed to cool a small auxiliary combustion chamber 5, which corresponds to the ratios of the components of very rich mixtures (Ф> 3). Swirling cooling air and fuel and hot combustion products from a small auxiliary combustion chamber can very effectively maintain the combustion of the main flame 7 of the lean mixture with parameters that are lower, at or above the limit values at which the flame of the lean mixture breaks off. The combustion process is very stable and efficient, since hot combustion products and very hot cooling air (with temperatures above 750 ° C), pre-mixed with fuel, provide heat and active substances (radicals) to the front braking point P in the main recirculation zone 20 flame. During this combustion process, a small auxiliary combustion chamber 5, in combination with very hot cooling air (with temperatures above 750 ° C) pre-mixed with fuel, functions as a flameless burner in which reagents (oxygen and fuel) are pre-mixed with combustion products, and a distributed flame is generated at the front braking point P in the recirculation zone 20 formed by the vortex.

Для обеспечения возможности надлежащего функционирования и стабильной работы горелки 1, раскрытой в данной заявке, требуется, чтобы придаваемая степень завихрения и коэффициент завихрения (уравнение 1) были выше критических (не ниже 0,6 и не выше 0,8, см. также фиг.3), при которых зона 20 рециркуляции с распадом вихря будет образовываться и будет устойчиво находиться в пределах многокомпонентной конструкции огнеупорной амбразуры 4а, 4b, 4с. Передняя точка Р торможения должна быть расположена в пределах огнеупорной амбразуры 4 а, 4b, 4с и у выхода 6 вспомогательной камеры 5 сгорания. Некоторые основные причины, обуславливающие необходимость соблюдения данного требования, были упомянуты выше в разделе «Краткое изложение сущности изобретения». Дополнительная причина заключается в том, что:To ensure proper functioning and stable operation of burner 1, disclosed in this application, it is required that the imparted degree of turbulence and the coefficient of turbulence (equation 1) be above critical (not lower than 0.6 and not higher than 0.8, see also FIG. 3), in which a recirculation zone 20 with vortex decay will be formed and will stably stay within the multicomponent design of the refractory embrasure 4a, 4b, 4c. The front braking point P must be located within the refractory embrasure 4 a, 4b, 4 c and at the exit 6 of the auxiliary combustion chamber 5. Some of the main reasons for the need to comply with this requirement were mentioned above in the section "Summary of the invention." An additional reason is that:

Если коэффициент завихрения превышает 0,8, завихряющийся поток будет проходить до выхода из камеры сгорания, что может приводить к перегреву расположенных далее направляющих лопаток турбины.If the swirl coefficient exceeds 0.8, the swirling flow will pass until it exits the combustion chamber, which may lead to overheating of the turbine guide vanes located further downstream.

Ниже представлены итоговые требования к придаваемой степени завихрения и коэффициенту завихрения. См. также фиг.4 а и 4b.Below are summarized requirements for the assigned degree of swirl and swirl coefficient. See also FIGS. 4 a and 4b.

Приданная степень завихрения (соотношение между тангенциальным и осевым моментом) должна быть выше критической (0,4-0,6) для обеспечения возможности образования стабильной центральной зоны 20 рециркуляции. Критический коэффициент SN завихрения также зависит от геометрии горелки, что является причиной того, почему он варьируется от 0,4 до 0,6. Если приданный коэффициент завихрения составляет ≤0,4 или находится в пределах от 0,4 до 0,6, основная зона 20 рециркуляции может вообще не образовываться или может периодически образовываться и гаситься с низкой частотой (менее 150 Гц), и получающаяся в результате аэродинамика может быть очень нестабильной, что приведет к переходному процессу сгорания.The attached degree of turbulence (the ratio between the tangential and axial moment) should be higher than critical (0.4-0.6) to ensure the formation of a stable central recirculation zone 20. The critical swirl coefficient SN also depends on the geometry of the burner, which is the reason why it varies from 0.4 to 0.6. If the assigned swirl coefficient is ≤0.4 or is in the range of 0.4 to 0.6, the main recirculation zone 20 may not form at all, or may periodically form and quench at a low frequency (less than 150 Hz), and the resulting aerodynamics can be very unstable, leading to a transient combustion process.

В пограничном слое 18 стабильной и устойчивой зоны 20 рециркуляции с сильным градиентом скоростей и уровнями турбулентности стабилизация пламени может иметь место, если:In the boundary layer 18 of a stable and stable recirculation zone 20 with a strong velocity gradient and turbulence levels, flame stabilization can occur if:

скорость (ST) распространения турбулентного пламени > локальной скорости топливовоздушной смеси (UF/A).turbulent flame propagation velocity (ST)> local air-fuel mixture velocity (UF / A).

Циркулирующие продукты, которые представляют собой: источник тепла и активных веществ (символически изображенных посредством стрелок 1а и 1b), находящийся в пределах зоны 20 рециркуляции, должны быть стационарными в пространстве и времени за секцией смешивания в горелке 1 по ходу потока для обеспечения возможности пиролиза поступающей смеси топлива и воздуха. Если устойчивый процесс сгорания не будет преобладающим, будут возникать термоакустические нестабильности.The circulating products, which are: a source of heat and active substances (symbolically indicated by arrows 1a and 1b), located within the recirculation zone 20, must be stationary in space and time behind the mixing section in the burner 1 along the flow to allow the pyrolysis of the incoming mixtures of fuel and air. If a stable combustion process is not predominant, thermoacoustic instabilities will occur.

Пламя, стабилизированное с помощью вихря, имеет длину, которая максимум в пять раз меньше, чем длина струйного пламени, и имеет предельные значения, при которых происходит срыв пламени бедной смеси, характерные для значительно более бедных смесей, чем в случае струйного пламени.Vortex stabilized flames have a length that is at most five times less than the length of the jet flame, and has limit values at which the flame of the lean mixture breaks off, which are characteristic of significantly poorer mixtures than with the jet flame.

Вихрь при сжигании предварительной образованной смеси или турбулентном диффузионном горении обеспечивает эффективное средство предварительного смешивания топлива и воздуха.A vortex during combustion of a preformed mixture or turbulent diffusion combustion provides an effective means of pre-mixing fuel and air.

Вовлечение топливовоздушной смеси в пограничный слой зоны 20 рециркуляции соответствует стойкости зоны рециркуляции, коэффициенту завихрения и характеристической скорости URZ в зоне рециркуляции.The involvement of the air-fuel mixture in the boundary layer of the recirculation zone 20 corresponds to the resistance of the recirculation zone, the swirl coefficient and the characteristic speed URZ in the recirculation zone.

Характеристическая скорость URZ в зоне рециркуляции может быть выражена следующим образом:The characteristic speed URZ in the recirculation zone can be expressed as follows:

URZ=UF/A f (MR, dF/A, cent/dF/A, SN),URZ = UF / A f (MR, dF / A, cent / dF / A, SN),

где MR=rcent (UF/A, cent)2/rF/A (UF/A)2where MR = rcent (UF / A, cent) 2 / rF / A (UF / A) 2

Эксперименты (Driscoll 1990, Whitelaw 1991) показали, что стойкость зоны рециркуляции=(MR) ехр -1/2 (dF/A / dF/A, cent) (URZ/UF/A) (b/dF/A) иExperiments (Driscoll 1990, Whitelaw 1991) showed that the resistance of the recirculation zone = (MR) exp -1/2 (dF / A / dF / A, cent) (URZ / UF / A) (b / dF / A) and

MR должно быть <1.MR must be <1.

Значение (dF/A/dF/A, cent) имеет важное значение только для турбулентного диффузионного пламени.The value (dF / A / dF / A, cent) is important only for a turbulent diffusion flame.

Отношение размер/длина зон рециркуляции является «фиксированным» и соответствует 2-2,5 dF/A.The ratio of the size / length of the recirculation zones is “fixed” and corresponds to 2-2.5 dF / A.

Не более приблизительно 80% массы циркулирует в обратном направлении при значении SN, превышающем 0,8, независимо от того, насколько сильно значение SN повысится в дальнейшем.No more than approximately 80% of the mass circulates in the opposite direction with an SN value in excess of 0.8, regardless of how much the SN value increases in the future.

Добавление расходящихся стенок огнеупорной амбразуры за амбразурой горелки по ходу потока обеспечивает усиление рециркуляции (Batchelor 67, Hallet 87, Lauckel 70, Whitelow 90), и Lauckel 70 установил, что оптимальные геометрические параметры были такими: α=20°-25°, L/dF/A, min=1 и выше.Adding the diverging walls of the refractory embrasure downstream of the burner embrasure provides enhanced recirculation (Batchelor 67, Hallet 87, Lauckel 70, Whitelow 90), and Lauckel 70 found that the optimal geometric parameters were: α = 20 ° -25 °, L / dF / A, min = 1 and higher.

Это предполагает, что dquarl /dF/A=2-3, но стабильность пламени предполагает, что предельные значения, характеризующие срыв пламени бедной смеси и характерные для более бедных смесей, были достигнуты для величин, близких к 2 (Whitelaw 90).This suggests that dquarl / dF / A = 2–3, but flame stability suggests that the limit values characterizing the flameout of a lean mixture and characteristic of poorer mixtures have been reached for values close to 2 (Whitelaw 90).

Исходя из экспериментов и практического опыта также полагают, что отношение UF/A должно составлять более 30-50 м/с для пламени предварительно образованной смеси вследствие рисков обратной вспышки (Proctor 85).Based on experiments and practical experience, it is also believed that the UF / A ratio should be more than 30-50 m / s for the flame of the preformed mixture due to the risks of a flashback (Proctor 85).

Если операция обратной подрезки торца будет выполнена у выхода огнеупорной амбразуры, то будет образована внешняя зона рециркуляции. Длина LERZ внешней зоны рециркуляции обычно составляет 2/3 hERZ.If the back-cutting operation of the end face is performed at the exit of the refractory embrasure, an external recirculation zone will be formed. The LERZ length of the outer recirculation zone is usually 2/3 hERZ.

Активные вещества - радикалыActive substances - radicals

При горении, стабилизированном с помощью вихря, процесс инициируется и стабилизируется посредством транспортировки тепла и свободных радикалов 31 из ранее сгоревшего топлива и воздуха обратно в направлении против потока к фронту 7 распространения пламени. Если процесс сгорания представляет собой процесс сжигания очень бедной смеси, как в случае систем сжигания бедных частично предварительно образованных смесей, и в результате температура горения является низкой, то равновесные уровни свободных радикалов также являются очень низкими. Кроме того, при высоких давлениях в двигателе происходит быстрая релаксация свободных радикалов, образованных за счет процесса сгорания, см. фиг.6, до равновесного уровня, который соответствует температуре продуктов горения. Это обусловлено тем, что скорость данной релаксации свободных радикалов до равновесного уровня увеличивается экспоненциально при увеличении давления, в то время как, с другой стороны, равновесный уровень свободных радикалов уменьшается экспоненциально при снижении температуры. Чем выше уровень свободных радикалов, доступных для инициирования сгорания, тем в большей степени проявляется тенденция к более быстрому и стабильному процессу сгорания. При более высоких давлениях, при которых горелки в современных газотурбинных двигателях работают в режиме сжигания бедной, частично предварительно образованной смеси, время релаксации свободных радикалов может быть коротким по сравнению с временем «транспортировки», необходимым для конвективного переноса свободных радикалов (символически изображенных стрелками 31) выше по потоку, от места, где они были образованы в пограничном слое 18 основной зоны 20 рециркуляции, в обратном направлении против потока, к фронту 7 распространения пламени и передней точке Р торможения в основной зоне 20 рециркуляции. Вследствие этого к тому моменту, когда поток радикалов 31, циркулирующий в обратном направлении в пределах основной зоны 20 рециркуляции, обеспечит перемещение свободных радикалов 31 назад к фронту 7 распространения пламени и когда они начнут смешиваться с поступающей «свежей» предварительно образованной бедной топливовоздушной смесью из первого 10 и второго 11 каналов в передней точке Р торможения для инициирования/поддержания процесса сгорания, свободные радикалы 31 могут уже достичь низких равновесных уровней.In vortex-stabilized combustion, the process is initiated and stabilized by transporting heat and free radicals 31 from the previously burned fuel and air back in the opposite direction to the flow to the flame propagation front 7. If the combustion process is a process of burning a very lean mixture, as is the case with systems of burning poorly partially formed mixtures, and as a result, the combustion temperature is low, then the equilibrium levels of free radicals are also very low. In addition, at high pressures in the engine there is a rapid relaxation of free radicals formed due to the combustion process, see Fig.6, to an equilibrium level that corresponds to the temperature of the combustion products. This is due to the fact that the rate of this relaxation of free radicals to an equilibrium level increases exponentially with increasing pressure, while, on the other hand, the equilibrium level of free radicals decreases exponentially with decreasing temperature. The higher the level of free radicals available to initiate combustion, the greater the tendency towards a faster and more stable combustion process. At higher pressures at which burners in modern gas turbine engines burn in a lean, partially pre-formed mixture, the relaxation time of free radicals can be short compared to the “transportation” time required for convective transfer of free radicals (symbolically indicated by arrows 31) upstream, from the place where they were formed in the boundary layer 18 of the main recirculation zone 20, in the opposite direction against the flow, to the flame propagation front 7 and a front braking point P in the main recirculation zone 20. As a result, by the time the radical stream 31 circulating in the reverse direction within the main recirculation zone 20 will ensure that free radicals 31 move back to the flame propagation front 7 and when they begin to mix with the incoming “fresh” pre-formed poor air-fuel mixture from the first 10 and the second 11 channels at the front braking point P for initiating / maintaining the combustion process, free radicals 31 may already reach low equilibrium levels.

В данном изобретении используются высокие неравновесные уровни свободных радикалов 32 для стабилизации основного сгорания 7 бедной смеси. В данном изобретении размер малой вспомогательной камеры 5 сгорания сохраняется малым, и большая часть сжигания топлива происходит в основной камере сгорания бедной предварительно образованной смеси (в местах, обозначенных 7 и 18), а не в малой вспомогательной камере 5 сгорания. Малая камера 5 сгорания может сохраняться малой, поскольку свободные радикалы 32 выделяются рядом с передней точкой Р торможения в основной зоне 20 рециркуляции. Это обычно представляет собой наиболее эффективное место для подачи дополнительного тепла и свободных радикалов в процесс (7) сгорания, стабилизированный с помощью вихря. Поскольку выход 6 малой вспомогательной камеры 5 сгорания расположен у передней точки Р торможения основного бедного рециркулирующего потока 20, интервал времени между блокированием и использованием свободных радикалов 32 является очень коротким и не обеспечивает возможности релаксации свободных радикалов 32 до низких равновесных уровней. Передняя точка Р торможения в основной зоне 20 рециркуляции бедной смеси сохраняется и аэродинамически стабилизирована в огнеупорной амбразуре (4а), у выхода 6 малой вспомогательной камеры 5 сгорания. Для гарантирования того, что расстояние и время от сгорания бедной, стехиометрической или богатой смеси (зоны 22) в пределах малой вспомогательной камеры 5 сгорания будут как можно более коротким и прямым, выход малой вспомогательной камеры 5 сгорания расположен на осевой линии и у горловины 33 малой вспомогательной камеры 5 сгорания. На осевой линии у горловины 33 малой вспомогательной камеры 5 сгорания и в пределах секции 4а горловины свободные радикалы 32 смешиваются с продуктами 31 горения бедной смеси, сильно предварительно нагретой смесью топлива и воздуха из канала 30 и пространства 25а и впоследствии с предварительно смешанными топливом 14 и воздухом 12 в пограничном слое 18 основной зоны 20 рециркуляции бедной смеси. Это очень предпочтительно для газотурбинных двигателей с газовыми турбинами высокого давления, которые по своей природе характеризуются наиболее серьезными термоакустическими нестабильностями. Кроме того, поскольку свободные радикалы и тепло, образуемые посредством малой вспомогательной камеры 5 сгорания, используются эффективно, ее размер может быть малым и процесс блокирования не требуется. Возможность поддержания малого размера вспомогательной камеры 5 сгорания также оказывает положительное воздействие на выбросы вредных веществ.The present invention uses high nonequilibrium levels of free radicals 32 to stabilize the main combustion 7 of the lean mixture. In the present invention, the size of the small auxiliary combustion chamber 5 is kept small, and most of the fuel combustion occurs in the main combustion chamber of the lean preformed mixture (at the locations indicated 7 and 18), and not in the small auxiliary combustion chamber 5. The small combustion chamber 5 can be kept small, since free radicals 32 are released near the front braking point P in the main recirculation zone 20. This usually represents the most effective place for supplying additional heat and free radicals to the combustion process (7) stabilized by vortex. Since the exit 6 of the small auxiliary combustion chamber 5 is located at the front braking point P of the main lean recycle stream 20, the time interval between blocking and using free radicals 32 is very short and does not allow the free radicals 32 to relax to low equilibrium levels. The front braking point P in the main lean mixture recirculation zone 20 is maintained and aerodynamically stabilized in the refractory embrasure (4a), at the exit 6 of the small auxiliary combustion chamber 5. To ensure that the distance and time from the combustion of the poor, stoichiometric or rich mixture (zone 22) within the small auxiliary combustion chamber 5 is as short and direct as possible, the output of the small auxiliary combustion chamber 5 is located on the center line and at the neck 33 of the small auxiliary combustion chamber 5. On the center line at the throat 33 of the minor auxiliary combustion chamber 5 and within the throat section 4a, free radicals 32 are mixed with the lean products of combustion 31, strongly preheated with a mixture of fuel and air from channel 30 and space 25a and subsequently with pre-mixed fuel 14 and air 12 in the boundary layer 18 of the main zone 20 of the recirculation of the lean mixture. This is very preferable for gas turbine engines with high pressure gas turbines, which by their nature are characterized by the most serious thermoacoustic instabilities. In addition, since the free radicals and heat generated by the small auxiliary combustion chamber 5 are used efficiently, its size may be small and a blocking process is not required. The ability to maintain the small size of the auxiliary combustion chamber 5 also has a positive effect on emissions of harmful substances.

ГЕОМЕТРИЯ ГОРЕЛКИ С МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ОГНЕУПОРНОЙ АМБРАЗУРЫBURNER GEOMETRY WITH MULTICOMPONENT DESIGN OF FIRE-RESISTANT AMBRAZURE

В горелке используется аэродинамическая стабилизация пламени и ограничена зона стабилизации пламени - зона (5) рециркуляции в многокомпонентной конструкции (4а, 4b и 4с) огнеупорной амбразуры. Многокомпонентная конструкция огнеупорной амбразуры (термин «многокомпонентная огнеупорная амбразура» (multiple quarl) иногда используется здесь для обозначения множества секций огнеупорной амбразуры, образующих законченную огнеупорную амбразуру горелки) представляет собой важный признак конструкции раскрытой горелки по причинам, перечисленным ниже. The burner uses aerodynamic flame stabilization and the flame stabilization zone is limited - the recirculation zone (5) in the multicomponent design (4a, 4b and 4c) of the refractory embrasure. The multi-component design of the refractory embrasure (the term “multiple quarl” is sometimes used here to refer to a plurality of sections of the refractory embrasure forming the complete refractory embrasure of the burner) is an important feature of the open burner design for the reasons listed below.

Огнеупорная амбразура (или иногда называемая диффузором):Refractory embrasure (or sometimes called a diffuser):

обеспечивает фронт 7 распространения пламени (удерживается основная зона 20 рециркуляции без необходимости удерживания пламени у твердой поверхности/плохо обтекаемого тела и, таким образом, избегают большой тепловой нагрузки и проблем, связанных с механической целостностью горелки;provides a flame propagation front 7 (the main recirculation zone 20 is held without having to hold the flame on a solid surface / poorly streamlined body and thus avoid a large heat load and problems associated with the mechanical integrity of the burner;

геометрические характеристики (половина α угла и длина L огнеупорной амбразуры) имеют важное значение для регулирования размера и формы зоны 20 рециркуляции совместно с коэффициентом завихрения. Длина зоны 20 рециркуляции приблизительно в 2-2,5 раза превышает длину L огнеупорной амбразуры;geometric characteristics (half α angle and length L of the refractory embrasure) are important for controlling the size and shape of the recirculation zone 20 together with the swirl coefficient. The length of the recirculation zone 20 is approximately 2-2.5 times the length L of the refractory embrasure;

оптимальная длина составляет порядка L/D=1 (D - диаметр горловины огнеупорной амбразуры). Минимальная длина огнеупорной амбразуры не должна быть меньше 0,5 и не должна быть больше 2 (Ссылка 1: The influence of Burner Geometry and Flow Rates on the Stability and Symmetry of Swirl-Stabilized Nonpremixed Flames; V. Milosavljevic et al.; Combustion and Flame 80, страницы 196-208, 1990);the optimal length is about L / D = 1 (D is the diameter of the neck of the refractory embrasure). The minimum length of the refractory embrasure should not be less than 0.5 and not more than 2 (Ref. 1: The influence of Burner Geometry and Flow Rates on the Stability and Symmetry of Swirl-Stabilized Nonpremixed Flames; V. Milosavljevic et al .; Combustion and Flame 80, pages 196-208, 1990);

половина α оптимального угла (Ссылка 1) огнеупорной амбразуры должна составлять не менее 20 и не более 25 градусов;half α of the optimum angle (Ref. 1) of the refractory embrasure should be at least 20 and not more than 25 degrees;

обеспечивает возможность наличия меньшего коэффициента завихрения до того, как будет иметь место снижение стабильности, по сравнению с менее ограниченным фронтом распространения пламени;provides the possibility of a lower turbulence coefficient before a decrease in stability occurs, compared with a less limited flame propagation front;

имеет важную задачу регулирования размера и формы зоны рециркуляции, поскольку расширение в результате сгорания обеспечивает уменьшение времени транспортировки свободных радикалов в зоне рециркуляции.has the important task of regulating the size and shape of the recirculation zone, since expansion as a result of combustion reduces the transportation time of free radicals in the recirculation zone.

ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ГОРЕЛКИCHANGE BURNER SIZES

Огнеупорная амбразура (или диффузор) и приданное завихрение обеспечивают возможность простого изменения геометрических характеристик раскрытой горелки для разной мощности горелки.The refractory embrasure (or diffuser) and the attached swirl provide the ability to easily change the geometric characteristics of the open burner for different burner powers.

Для уменьшения размера горелки (пример):To reduce burner size (example):

канал 11 должен быть удален, и образующая оболочку секция 4с огнеупорной амбразуры должна, таким образом, заменить ранее образующую оболочку секцию 4b огнеупорной амбразуры, которая удалена; геометрические характеристики секции 4с огнеупорной амбразуры должны быть такими же, как геометрические характеристики ранее существовавшей секции 4b огнеупорной амбразуры;channel 11 must be removed, and the casing forming section 4c of the refractory embrasure should thus replace the previously forming casing section 4b of the refractory embrasure that has been removed; the geometric characteristics of the refractory embrasure section 4c should be the same as the geometric characteristics of the pre-existing refractory embrasure section 4b;

коэффициент завихрения в канале 10 должен оставаться таким же;the swirl coefficient in channel 10 should remain the same;

все остальные части горелки должны быть такими же;all other parts of the burner should be the same;

разделение топлива внутри горелки должно оставаться таким же или аналогичным.the separation of the fuel inside the burner should remain the same or similar.

Для увеличения размера горелки:To increase the size of the burner:

каналы 10 и 11 должны оставаться такими, какие они есть;channels 10 and 11 should remain as they are;

секция 4с огнеупорной амбразуры должна быть спроектирована так же, как секция 4b огнеупорной амбразуры (образована в виде тонкой разделяющей плиты);refractory embrasure section 4c should be designed in the same way as refractory embrasure section 4b (formed as a thin dividing plate);

новый третий канал (в данном случае фиктивно названный 11b и не раскрытый) должен быть расположен снаружи и вокруг второго канала 11, и новая секция 4d огнеупорной амбразуры (показанная только на схематическом чертеже по фиг.8) должна быть расположена снаружи и вокруг второго канала 11, в результате чего образуется наружная стенка третьего канала; форма новой секции 4d огнеупорной амбразуры должна быть аналогична форме ранее самой наружной секции 4с огнеупорной амбразуры;a new third channel (in this case fictitiously named 11b and not open) should be located outside and around the second channel 11, and a new refractory embrasure section 4d (shown only in the schematic drawing of FIG. 8) should be located outside and around the second channel 11 As a result, the outer wall of the third channel is formed; the shape of the new refractory embrasure section 4d should be similar to that of the outermost refractory embrasure section 4c itself;

коэффициенты завихрения в каналах должны быть такими: SN10>SN,11>SN,11b, но все они должны превышать SN=0,6 и составлять не более 0,8;the turbulence coefficients in the channels should be: S N 10> S N , 11> S N , 11b, but all of them should exceed S N = 0.6 and be no more than 0.8;

все остальные части горелки должны быть такими же;all other parts of the burner should be the same;

работа горелки и разделение топлива в горелке должны оставаться такими же или аналогичными.the operation of the burner and the separation of the fuel in the burner must remain the same or similar.

РАЗДЕЛЕНИЕ ТОПЛИВА И РАБОТА ГОРЕЛКИFUEL SEPARATION AND BURNER OPERATION

Когда запальное устройство 34, как в горелках по предшествующему уровню техники, расположено в наружной зоне рециркуляции, что проиллюстрировано на фиг.4b, топливовоздушная смесь, поступающая в данную зону, часто должна быть сделана богатой для того, чтобы обеспечить достаточно высокую температуру пламени для поддержания стабильного горения в данной зоне. В этом случае пламя часто не может распространяться в основную зону рециркуляции до тех пор, пока основной поток предварительно смешанных топлива и воздуха не станет достаточно богатым, горячим и не будет иметь достаточного количества свободных радикалов, что происходит при более высоких расходах топлива. Когда пламя не может распространяться из наружной зоны рециркуляции во внутреннюю основную зону рециркуляции вскоре после воспламенения, оно должно распространяться при более высоком давлении после того, как частота вращения двигателя начнет увеличиваться. Данный перенос инициирования основного пламени из наружной зоны рециркуляции только после того, как давление в камере сгорания начнет расти, приводит к более быстрой релаксации свободных радикалов до низких равновесных уровней, что является нежелательной характеристикой, которая контрпродуктивна для зажигания пламени в передней точке торможения в основной зоне рециркуляции. Воспламенение в основной зоне рециркуляции может не происходить до тех пор, пока вспомогательная камера сгорания не обеспечит достаточного повышения средней объемной температуры до уровня, при котором равновесные уровни свободных радикалов, захваченных в основной зоне рециркуляции, и образование дополнительных свободных радикалов в предварительно образованной основной смеси топлива и воздуха будут достаточными для воспламенения основной зоны рециркуляции. В процессе обеспечения распространения пламени от наружной к основной зоне рециркуляции значительные количества топлива выходят из двигателя без сжигания из невоспламененной предварительно образованной основной топливовоздушной смеси. Проблема возникает, если пламя распространяется в основную зону рециркуляции в некоторой горелке ранее его распространения в остальных горелках в одном и том же двигателе, поскольку горелки, в которых пламя стабилизировано с внутренней стороны, обеспечивают сжигание с более высокими температурами, так как все топливо сгорает. Это приводит к варьированию температур между горелками, что может вызвать повреждение компонентов двигателя.When the ignition device 34, as in the burners of the prior art, is located in the outer recirculation zone, as illustrated in Fig. 4b, the air-fuel mixture entering this zone often needs to be made rich in order to ensure a sufficiently high flame temperature to maintain stable combustion in this zone. In this case, the flame often cannot propagate into the main recirculation zone until the main stream of pre-mixed fuel and air becomes rich enough, hot and does not have enough free radicals, which occurs at higher fuel consumption. When a flame cannot propagate from the outer recirculation zone to the inner main recirculation zone shortly after ignition, it must propagate at a higher pressure after the engine speed begins to increase. This transfer of initiation of the main flame from the outer recirculation zone only after the pressure in the combustion chamber begins to increase leads to faster relaxation of free radicals to low equilibrium levels, which is an undesirable characteristic that is counterproductive for igniting the flame at the front braking point in the main zone recycling. Ignition in the main recirculation zone may not occur until the auxiliary combustion chamber provides a sufficient increase in the average volumetric temperature to a level at which the equilibrium levels of free radicals trapped in the main recirculation zone and the formation of additional free radicals in the preformed main fuel mixture and air will be sufficient to ignite the main recirculation zone. In the process of ensuring the spread of the flame from the outer to the main recirculation zone, significant amounts of fuel leave the engine without burning from the non-ignited pre-formed main air-fuel mixture. The problem arises if the flame propagates into the main recirculation zone in a certain burner before it spreads to the other burners in the same engine, since burners in which the flame is stabilized from the inside provide combustion at higher temperatures, since all fuel burns. This leads to temperature variations between the burners, which can cause damage to engine components.

Настоящее изобретение также обеспечивает возможность осуществления воспламенения основного сгорания 7 в передней точке Р торможения в основной зоне 20 рециркуляции. В большинстве газотурбинных двигателей наружная зона рециркуляции, см. фиг.4b, должна использоваться в качестве места, в котором искровое или факельное запальное устройство обеспечивает воспламенение в двигателе. Воспламенение может происходить только в том случае, если также может иметь место стабильное горение; в противном случае пламя будет срываться сразу же после воспламенения. Внутренняя или основная зона 22 рециркуляции, как в настоящем изобретении, как правило, обеспечивает более успешную стабилизацию пламени, поскольку подвергнутый рециркуляции газ 31 перемещается в направлении назад и тепло от продуктов горения в подвергнутом рециркуляции газе 31 концентрируется в небольшой зоне у передней точки Р торможения в основной зоне 20 рециркуляции. Зона сгорания - фронт 7 распространения пламени, также расширяется наружу с конической формой от данной передней точки Р торможения, как проиллюстрировано на фиг.2. Данное коническое расширение выше по потоку позволяет теплу и свободным радикалам 32, образованным выше по потоку, обеспечивать поддержание горения выше по потоку, что позволяет фронту 7 распространения пламени расширяться по мере его перемещения выше по потоку. Огнеупорная амбразура (4 а, 4b, 4с), проиллюстрированная на фиг.2, при сравнении с сжиганием, стабилизированным с помощью вихря, без огнеупорной амбразуры, показывает, как огнеупорная амбразура придает пламени более коническую форму и форму, менее напоминающую полусферу по природе. Фронт распространения пламени, имеющий в большей степени коническую форму, позволяет точечному источнику тепла эффективно инициировать сгорание всего поля потока.The present invention also makes it possible to ignite the main combustion 7 at the front braking point P in the main recirculation zone 20. In most gas turbine engines, the outer recirculation zone, see fig. 4b, should be used as the place where the spark or flare ignition device ignites in the engine. Ignition can occur only if stable burning can also take place; otherwise, the flame will blow off immediately after ignition. The inner or main recirculation zone 22, as in the present invention, generally provides more successful flame stabilization, since the recirculated gas 31 moves backward and the heat from the combustion products in the recirculated gas 31 is concentrated in a small area at the front braking point P in main recycling zone 20. The combustion zone — the flame propagation front 7 — also extends outward with a conical shape from a given braking front point P, as illustrated in FIG. This conical expansion upstream allows the heat and free radicals 32 formed upstream to maintain upstream combustion, which allows the flame propagation front 7 to expand as it moves upstream. The refractory embrasure (4 a, 4b, 4 c) illustrated in FIG. 2, when compared with vortex-stabilized combustion without a refractory embrasure, shows how the refractory embrasure gives the flame a more conical shape and a shape less resembling a hemisphere in nature. The flame propagation front, which is more conical in shape, allows a point heat source to effectively initiate the combustion of the entire flow field.

В настоящем изобретении процесс сгорания в горелке 1 разделен на ступени. На первой ступени, то есть ступени воспламенения, пламя 35 бедной смеси инициируется в малой вспомогательной камере 5 сгорания посредством добавления топлива 23, смешанного с воздухом 24, и воспламенения смеси посредством использования запального устройства 34. После воспламенения соотношение компонентов пламени 35 в малой вспомогательной камере 5 сгорания регулируют для условий сжигания или бедной смеси (с соотношением компонентов, составляющим менее 1, и при соотношении компонентов, приблизительно равном 0,8) или богатой смеси (с соотношением компонентов, превышающим 1, и при соотношении компонентов, приблизительно составляющем от 1,4 до 1,6). Причина, по которой соотношение компонентов в малой вспомогательной камере 5 сгорания при режиме сжигания богатой смеси, находится в пределах от 1,4 до 1,6, - это уровни выбросов вредных веществ. Существует возможность работы и поддержания пламени 35 в малой вспомогательной камере 5 сгорания при стехиометрических условиях (при соотношении компонентов, равном 1), но данная опция не рекомендуется, поскольку она может привести к высоким уровням выбросов вредных веществ и большей термической нагрузке на стенки 21. Преимущество работы и поддержания пламени 35 в малой вспомогательной камере сгорания при режиме сжигания или бедной смеси, или богатой смеси заключается в том, что генерируемые выбросы вредных веществ являются незначительными и термическая нагрузка на стенки 21 является низкой.In the present invention, the combustion process in the burner 1 is divided into stages. In the first stage, that is, the ignition stage, the lean mixture flame 35 is initiated in the small auxiliary combustion chamber 5 by adding fuel 23 mixed with air 24 and igniting the mixture by using an ignition device 34. After ignition, the ratio of the components of the flame 35 in the small auxiliary chamber 5 combustion is regulated for combustion conditions or lean mixture (with a ratio of components of less than 1, and with a ratio of components of approximately 0.8) or rich mixture (with a ratio m ingredients than 1, and ratio, of from about 1.4 to 1.6). The reason that the ratio of the components in the small auxiliary combustion chamber 5 during the rich mixture combustion mode is in the range from 1.4 to 1.6 is the emission levels of harmful substances. There is the possibility of operating and maintaining the flame 35 in a small auxiliary combustion chamber 5 under stoichiometric conditions (with a ratio of components equal to 1), but this option is not recommended, since it can lead to high levels of harmful substances and a greater thermal load on the walls 21. Advantage the operation and maintenance of the flame 35 in a small auxiliary combustion chamber during the combustion mode of either a lean mixture or a rich mixture is that the generated emissions of harmful substances are negligible and the thermal load on the walls 21 is low.

На следующей стадии, второй стадии с низкой нагрузкой, топливо добавляется по каналу 30 в охлаждающий воздух 27, и ему сообщается вихревое движение в завихрителе 28. Таким образом, очень эффективно поддерживается горение основного пламени 7 бедной смеси при параметрах, которые находятся ниже, на уровне и выше предельных значений, при которых происходит срыв пламени бедной смеси. Количество топлива, которое может быть добавлено в горячий охлаждающий воздух (предварительно нагретый до температур, существенно превышающих 750°С), может соответствовать соотношениям компонентов, превышающим 3.In the next stage, the second stage with a low load, the fuel is added through the channel 30 to the cooling air 27, and it is informed of the swirling motion in the swirl 28. Thus, the main flame 7 of the lean mixture is very efficiently burned at lower parameters and above the limit values at which the flame breaks out of the lean mixture. The amount of fuel that can be added to the hot cooling air (preheated to temperatures well above 750 ° C) may correspond to component ratios greater than 3.

На следующей стадии работы горелки третья часть 15а топлива, соответствующая ступени с полной нагрузкой, постепенно добавляется к воздуху 12, который представляет собой основной воздушный поток, поступающий в основное пламя 7.In the next stage of the burner operation, the third fuel part 15a, corresponding to the full-load stage, is gradually added to the air 12, which is the main air stream entering the main flame 7.

Claims (4)

1. Способ увеличения размера горелки газотурбинного двигателя, содержащей корпус горелки, при этом указанная горелка имеет:
противоположные в аксиальном направлении, расположенные выше и ниже по потоку концевые части;
на расположенном выше по потоку конце указанной горелки топливо и воздух, подаваемые в виде смеси воздуха и топлива из выхода канала для предварительного смешивания для поддержания основного пламени на расположенном ниже по потоку конце указанной горелки;
при этом указанный канал для предварительного смешивания ограничен на его выходе круговой внутренней стенкой, образованной внутренней секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной наружной секцией огнеупорной амбразуры;
отличающийся тем, что способ включает в себя следующие этапы:
увеличение размера горелки посредством добавления секции огнеупорной амбразуры снаружи и окружения указанной, ранее самой наружной секции огнеупорной амбразуры, в результате чего в кольцевом пространстве между добавленной секцией огнеупорной амбразуры и существующей наружной секцией огнеупорной амбразуры образуется дополнительный канал для предварительного смешивания, ограниченный у его выхода круговой внутренней стенкой, образованной указанной, ранее самой наружной секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной добавленной секцией огнеупорной амбразуры;
при этом указанные секции огнеупорной амбразуры ограничивают пространство для сгорания для удерживания указанного основного пламени указанной горелки, при этом наружная секция огнеупорной амбразуры имеет больший диаметр, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры, и проходит на большее расстояние ниже по потоку, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры.
1. A method of increasing the size of a burner of a gas turbine engine comprising a burner body, wherein said burner has:
opposite in axial direction, located upstream and downstream end parts;
at the upstream end of said burner, fuel and air supplied as a mixture of air and fuel from the outlet of the premixing channel to maintain the main flame at the downstream end of said burner;
however, the specified channel for pre-mixing is limited at its output by a circular inner wall formed by the inner section of the refractory embrasure, and a circular outer wall formed by the outer section of the refractory embrasure;
characterized in that the method includes the following steps:
increasing the size of the burner by adding a section of the refractory embrasure outside and surrounding the previously outermost section of the refractory embrasure, as a result of which an additional pre-mixing channel is formed in the annular space between the added refractory embrasure section and the existing outer section of the refractory embrasure, which is limited at its exit to the circular internal a wall formed by the previously outermost section of the refractory embrasure, and a circular outer wall, about azovannoy added quarl section;
however, these sections of the refractory embrasure limit the combustion space for holding the specified main flame of the specified burner, while the outer section of the refractory embrasure has a larger diameter than the adjacent inner section of the refractory embrasure, and extends a greater distance downstream than the adjacent inner section of the refractory embrasure .
2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя следующие этапы:
увеличение размера горелки посредством добавления секции огнеупорной амбразуры снаружи и окружения указанной, ранее самой наружной секции огнеупорной амбразуры, в результате чего в кольцевом пространстве между добавленной секцией огнеупорной амбразуры и существующей наружной секцией огнеупорной амбразуры образуется дополнительный канал для предварительного смешивания, ограниченный у его выхода круговой внутренней стенкой, образованной указанной, ранее самой наружной секцией огнеупорной амбразуры, и круговой наружной стенкой, образованной добавленной секцией огнеупорной амбразуры;
при этом указанные секции огнеупорной амбразуры ограничивают пространство для сгорания для удерживания указанного основного пламени указанной горелки, при этом наружная секция огнеупорной амбразуры имеет больший диаметр, чем соседняя внутренняя секция огнеупорной амбразуры, и проходит на большее расстояние ниже по потоку, чем соседняя с ней внутренняя секция огнеупорной амбразуры.
2. The method according to claim 1, further comprising the following steps:
increasing the size of the burner by adding a section of the refractory embrasure outside and surrounding the previously outermost section of the refractory embrasure, as a result of which an additional pre-mixing channel is formed in the annular space between the added refractory embrasure section and the existing outer section of the refractory embrasure, which is limited at its exit to the circular internal a wall formed by the previously outermost section of the refractory embrasure, and a circular outer wall, about azovannoy added quarl section;
while these sections of the refractory embrasure limit the combustion space for holding the specified main flame of the specified burner, while the outer section of the refractory embrasure has a larger diameter than the adjacent inner section of the refractory embrasure, and extends a greater distance downstream than the adjacent inner section refractory embrasure.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя следующий этап:
обеспечение коэффициентов завихрения воздушно-топливной смеси, подаваемой в указанные каналы, так, чтобы поддерживалось следующее соотношение коэффициентов завихрения: SN,10>SN,11>SN,11b, но все коэффициенты завихрения должны превышать SN=0,6 и составлять не более SN=0,8.
3. The method according to claim 2, further comprising the following step:
providing turbulence coefficients of the air-fuel mixture supplied to said channels so that the following ratio of turbulence coefficients is maintained: S N , 10> S N , 11> S N , 11b, but all turbulence coefficients must exceed S N = 0.6 and be no more than S N = 0.8.
4. Изменяемая по размеру огнеупорная амбразура в горелке для газотурбинного двигателя, при этом
горелка имеет противоположные в аксиальном направлении, расположенные выше и ниже по потоку, концевые части;
топливо и воздух смешиваются и подаются в горелку, после чего топливо сжигается в основном пламени горелки;
огнеупорная амбразура расположена с возможностью удерживания указанного основного пламени, отличающаяся тем, что
указанная изменяемая по размеру огнеупорная амбразура образована из множества секций огнеупорной амбразуры, при этом каждая секция огнеупорной амбразуры имеет конфигурацию конической оболочки усеченного конуса, и секции распределены последовательно одна за другой в направлении ниже по потоку в горелке, при этом наиболее узкая часть оболочки расположенной ниже по потоку секции огнеупорной амбразуры окружает наиболее широкую часть оболочки ближайшей расположенной выше по потоку секции огнеупорной амбразуры;
кольцевой канал для предварительно смешанных воздуха и топлива расположен между двумя следующими друг за другом секциями огнеупорной амбразуры;
при этом указанная огнеупорная амбразура выполнена так, что дополнительные секции огнеупорной амбразуры могут быть добавлены к существующему числу, составляющему, по меньшей мере, две секции огнеупорной амбразуры, и
указанная огнеупорная амбразура выполнена так, что добавленная секция огнеупорной амбразуры может быть удалена до тех пор, пока не останутся минимум две секции огнеупорной амбразуры.
4. Resizable refractory embrasure in the burner for a gas turbine engine, while
the burner has opposite ends in the axial direction, located upstream and downstream;
fuel and air are mixed and fed into the burner, after which the fuel is burned mainly in the burner flame;
refractory embrasure is arranged to hold the specified main flame, characterized in that
said refractory embrasure is sized from a plurality of sections of the refractory embrasure, wherein each section of the refractory embrasure has the configuration of a conical shell of a truncated cone, and the sections are distributed sequentially one after the other in the downstream direction of the burner, with the narrowest part of the shell located downstream the stream of the refractory embrasure section surrounds the widest part of the shell of the nearest upstream section of the refractory embrasure;
an annular channel for pre-mixed air and fuel is located between two successive sections of the refractory embrasure;
while the specified refractory embrasure is made so that additional sections of the refractory embrasure can be added to the existing number, comprising at least two sections of the refractory embrasure, and
said refractory embrasure is such that the added section of the refractory embrasure can be removed until at least two sections of the refractory embrasure remain.
RU2010144571/06A 2008-04-01 2009-03-26 Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size RU2455570C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08006666A EP2107311A1 (en) 2008-04-01 2008-04-01 Size scaling of a burner
EP08006666.5 2008-04-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010144571A RU2010144571A (en) 2012-05-10
RU2455570C1 true RU2455570C1 (en) 2012-07-10

Family

ID=39810145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010144571/06A RU2455570C1 (en) 2008-04-01 2009-03-26 Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110027728A1 (en)
EP (2) EP2107311A1 (en)
CN (1) CN101981379B (en)
ES (1) ES2417158T3 (en)
RU (1) RU2455570C1 (en)
WO (1) WO2009121776A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20122154A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-18 Ansaldo Energia Spa BURNER UNIT, COMBUSTION CHAMBER INCLUDING THE BURNER UNIT AND METHOD FOR POWERING THE BURNER GROUP
US9366443B2 (en) 2013-01-11 2016-06-14 Siemens Energy, Inc. Lean-rich axial stage combustion in a can-annular gas turbine engine
US8794217B1 (en) 2013-02-07 2014-08-05 Thrival Tech, LLC Coherent-structure fuel treatment systems and methods
JP6086860B2 (en) 2013-11-29 2017-03-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Nozzle, combustor, and gas turbine
US20150159877A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 General Electric Company Late lean injection manifold mixing system
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
GB202013274D0 (en) * 2020-08-25 2020-10-07 Siemens Gas And Power Gmbh & Co Kg Combuster for a gas turbine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB812317A (en) * 1956-05-18 1959-04-22 Rene Leduc Improvements in combustion chambers for gas turbines and ram-jets
US5321948A (en) * 1991-09-27 1994-06-21 General Electric Company Fuel staged premixed dry low NOx combustor
UA68446C2 (en) * 2002-02-18 2004-08-16 Res And Production Complex Of Combustion chamber of gas turbine of power unit

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2787120A (en) * 1950-08-05 1957-04-02 Leduc Rene Plural annular coaxial combustion chambers
GB1048968A (en) * 1964-05-08 1966-11-23 Rolls Royce Combustion chamber for a gas turbine engine
GB1421399A (en) * 1972-11-13 1976-01-14 Snecma Fuel injectors
US3866413A (en) * 1973-01-22 1975-02-18 Parker Hannifin Corp Air blast fuel atomizer
DE2460740C3 (en) * 1974-12-21 1980-09-18 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Combustion chamber for gas turbine engines
US4204402A (en) * 1976-05-07 1980-05-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Reduction of nitric oxide emissions from a combustor
US4845940A (en) * 1981-02-27 1989-07-11 Westinghouse Electric Corp. Low NOx rich-lean combustor especially useful in gas turbines
US4569295A (en) * 1983-01-18 1986-02-11 Stubinen Utveckling Ab Process and a means for burning solid fuels, preferably coal, turf or the like, in pulverized form
DE3663189D1 (en) * 1985-03-04 1989-06-08 Siemens Ag Burner disposition for combustion installations, especially for combustion chambers of gas turbine installations, and method for its operation
JP2644745B2 (en) * 1987-03-06 1997-08-25 株式会社日立製作所 Gas turbine combustor
JPH01114623A (en) * 1987-10-27 1989-05-08 Toshiba Corp Gas turbine combustor
JPH0684817B2 (en) * 1988-08-08 1994-10-26 株式会社日立製作所 Gas turbine combustor and operating method thereof
US5040371A (en) * 1988-12-12 1991-08-20 Sundstrand Corporation Fuel injectors for use with combustors
CH678757A5 (en) * 1989-03-15 1991-10-31 Asea Brown Boveri
US5094082A (en) * 1989-12-22 1992-03-10 Sundstrand Corporation Stored energy combustor
EP0550700B1 (en) * 1990-10-05 1998-07-22 Massachusetts Institute Of Technology Combustion system for reduction of nitrogen oxides
GB9023004D0 (en) * 1990-10-23 1990-12-05 Rolls Royce Plc A gas turbine engine combustion chamber and a method of operating a gas turbine engine combustion chamber
US5131334A (en) * 1991-10-31 1992-07-21 Monro Richard J Flame stabilizer for solid fuel burner
GB2262981B (en) * 1991-12-30 1995-08-09 Ind Tech Res Inst Dual fuel low nox burner
US5284438A (en) * 1992-01-07 1994-02-08 Koch Engineering Company, Inc. Multiple purpose burner process and apparatus
JPH05203148A (en) * 1992-01-13 1993-08-10 Hitachi Ltd Gas turbine combustion apparatus and its control method
US5237812A (en) * 1992-10-07 1993-08-24 Westinghouse Electric Corp. Auto-ignition system for premixed gas turbine combustors
US5407347A (en) * 1993-07-16 1995-04-18 Radian Corporation Apparatus and method for reducing NOx, CO and hydrocarbon emissions when burning gaseous fuels
US5394688A (en) * 1993-10-27 1995-03-07 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor swirl vane arrangement
US5477685A (en) * 1993-11-12 1995-12-26 The Regents Of The University Of California Lean burn injector for gas turbine combustor
GB2284884B (en) * 1993-12-16 1997-12-10 Rolls Royce Plc A gas turbine engine combustion chamber
JP2950720B2 (en) * 1994-02-24 1999-09-20 株式会社東芝 Gas turbine combustion device and combustion control method therefor
US5647215A (en) * 1995-11-07 1997-07-15 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor with turbulence enhanced mixing fuel injectors
US6201029B1 (en) * 1996-02-13 2001-03-13 Marathon Oil Company Staged combustion of a low heating value fuel gas for driving a gas turbine
JP3673009B2 (en) * 1996-03-28 2005-07-20 株式会社東芝 Gas turbine combustor
GB2311596B (en) * 1996-03-29 2000-07-12 Europ Gas Turbines Ltd Combustor for gas - or liquid - fuelled turbine
US5983642A (en) * 1997-10-13 1999-11-16 Siemens Westinghouse Power Corporation Combustor with two stage primary fuel tube with concentric members and flow regulating
US6109038A (en) * 1998-01-21 2000-08-29 Siemens Westinghouse Power Corporation Combustor with two stage primary fuel assembly
US6354072B1 (en) * 1999-12-10 2002-03-12 General Electric Company Methods and apparatus for decreasing combustor emissions
WO2001044720A1 (en) * 1999-12-15 2001-06-21 Osaka Gas Co., Ltd. Fluid distributor, burner device, gas turbine engine, and cogeneration system
US6272840B1 (en) * 2000-01-13 2001-08-14 Cfd Research Corporation Piloted airblast lean direct fuel injector
US6769903B2 (en) * 2000-06-15 2004-08-03 Alstom Technology Ltd Method for operating a burner and burner with stepped premix gas injection
US6488496B1 (en) * 2001-09-06 2002-12-03 Hauck Manufacturing Co. Compact combination burner with adjustable spin section
US6820411B2 (en) * 2002-09-13 2004-11-23 The Boeing Company Compact, lightweight high-performance lift thruster incorporating swirl-augmented oxidizer/fuel injection, mixing and combustion
US6969249B2 (en) * 2003-05-02 2005-11-29 Hauck Manufacturing, Inc. Aggregate dryer burner with compressed air oil atomizer
DE10326720A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-23 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Burner for a gas turbine combustor
JP3940705B2 (en) * 2003-06-19 2007-07-04 株式会社日立製作所 Gas turbine combustor and fuel supply method thereof
CA2537949C (en) * 2003-09-05 2011-01-11 Delavan Inc. Device for stabilizing combustion in gas turbine engines
DE112005001695A5 (en) * 2004-08-27 2007-11-22 Alstom Technology Ltd. mixer assembly
EP1659339A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Method of starting up a burner
US20080083224A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Balachandar Varatharajan Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions
EP2107300A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Swirler with gas injectors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB812317A (en) * 1956-05-18 1959-04-22 Rene Leduc Improvements in combustion chambers for gas turbines and ram-jets
US5321948A (en) * 1991-09-27 1994-06-21 General Electric Company Fuel staged premixed dry low NOx combustor
UA68446C2 (en) * 2002-02-18 2004-08-16 Res And Production Complex Of Combustion chamber of gas turbine of power unit

Also Published As

Publication number Publication date
CN101981379B (en) 2012-06-20
EP2263044B1 (en) 2013-05-15
ES2417158T3 (en) 2013-08-06
WO2009121776A1 (en) 2009-10-08
EP2263044A1 (en) 2010-12-22
RU2010144571A (en) 2012-05-10
CN101981379A (en) 2011-02-23
US20110027728A1 (en) 2011-02-03
EP2107311A1 (en) 2009-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2470229C2 (en) Burner
RU2462664C2 (en) Auxiliary combustion chamber in burner
RU2460944C2 (en) Fire-resistant burner arches
RU2468298C2 (en) Stage-by-stage fuel combustion in burner
US8033112B2 (en) Swirler with gas injectors
US8850820B2 (en) Burner
RU2455570C1 (en) Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size
EP2434218A1 (en) Burner with low NOx emissions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150327