RU2744963C1 - Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством - Google Patents
Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744963C1 RU2744963C1 RU2020119965A RU2020119965A RU2744963C1 RU 2744963 C1 RU2744963 C1 RU 2744963C1 RU 2020119965 A RU2020119965 A RU 2020119965A RU 2020119965 A RU2020119965 A RU 2020119965A RU 2744963 C1 RU2744963 C1 RU 2744963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- fuel
- burners
- combustion
- standby
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
Abstract
Камера сгорания с выносными секциями жаровых труб газотурбинной установки, содержащих малоэмиссионное горелочное устройство с двухконтурными горелками, образующими дежурную и основную зоны горения хорошо перемешанной гомогенной смеси. Каждая секция камеры сгорания имеет три коллектора топливоподачи, воспламенитель и датчик контроля пламени. Для уменьшения трудоемкости изготовления конструкция двухконтурной горелки приспособлена к технологии селективного лазерного сплавления. Эффективная работа камеры сгорания и снижение эмиссии вредных веществ обеспечивается многокаскадной подачей топлива в три коллектора по специальной программе. 4 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для сжигания топливного газа в камерах сгорания газотурбинной установки (ГТУ), используемых с целью обеспечения низкой эмиссии вредных веществ в выхлопных газах двигателя. Применение малоэмиссионного горелочного устройства в камерах сгорания ГТУ позволяет обеспечивать жесткие экологические требования к содержанию вредных веществ в выхлопных газах.
С целью выполнения современных и перспективных экологических требований по эмиссии выхлопных газов ГТУ разрабатываются малоэмиссионные системы горения, обеспечивающие сжигание бедной гомогенной (предварительно хорошо перемешанной) топливовоздушной смеси при температуре пламени не выше 1850К. В этом случае рабочий процесс горения реализуется, как показывает практика эксплуатации, в камерах сгорания с двухконтурными горелками, содержащими дежурную и основную зоны горения, а также каскадное (групповое) подключение горелок при строго дозированной подаче топлива в горелки по специальной программе в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя и условий окружающей среды.
Ближайшими аналогами заявляемого изобретения является патент на изобретение RU №2468295 от 22.05.2009 F23R 3/14, где устройство сгорания содержит жаровую трубу и горелку с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси, а также патент №2310086, 13.02.2006, МПК F02C 3/14, описывающий конструкцию выносной камеры сгорания, содержащую силовой корпус, в стенке которого выполнены отверстия, окантованные фланцами, к которым присоединены кожухи с расположенными внутри них жаровыми трубами, соединенными с газосборниками. По способу розжига и регулирования топливоподачи близким аналогом является патент RU №2258822 от 27.11.2003.
В отличие от указанных аналогов заявленный технический результат в предлагаемой выносной жаровой трубе с малоэмиссионным горелочным устройством достигается с помощью введения в конструкцию головной части жаровой трубы требуемого из условий организации рабочего процесса горения количества двухконтурных горелок с каналами раздельного подвода топлива в дежурную зону в виде центрального тела с отверстиями для подачи топлива и воздуха в основную зону в виде кольцевого канала с завихрителем, на лопатках которого располагаются отверстия подачи топлива в закрученный поток воздуха. При этом малоэмиссионное горелочное устройство с двухконтурными горелками крепится к каждой отдельной секции камеры сгорания. Топливоподача осуществляется через три отдельных коллектора, расположенных на каждой секции жаровой трубы, а розжиг и регулирование выполняется одним дозатором расхода топлива и системой клапанов.
Прямым аналогом указанной двухконтурной горелки служит малоэмиссионная горелка в соответствии с патентом №2442932 от 20.02.2012F34. Отличия используемых двухконтурных горелок в предлагаемом горелочном устройстве заключаются в следующем:
- уменьшена относительная величина попутного уступа-турбулизатора на входе в наружный контур горелки до 10%;
- снижен расход воздуха через наружный контур в основную зону горения за счет высоты наружного канала и уменьшения наружного диаметра горелки;
- уменьшена длина и диаметр камеры смешения за срезом центрального сечения.
Кроме того, в связи с освоением новой передовой технологии изготовления горелок селективным лазерным сплавлением, имеют место следующие дополнительные отличительные признаки:
- изменено конструктивное выполнение самой горелки, характеризуемое наличием лишь 3-х деталей (вместо 6-ти в аналоге) - корпуса, включающего входное устройство с реданом и завихрителем; плохообтекаемое центральное тело с отверстиями подачи воздуха и топлива в дежурную зону, выращиваемых как единое целое по аддитивной технологии; штока подвода топлива и камеры смешения;
- отверстия и каналы подачи топлива основной зоны, каналы подачи топлива дежурной зоны имеют вместо круглой формы каплеобразную форму (из-за особенностей ЗД печати при выращивании);
- ребра воздушного канала дежурной зоны выполнены под углом 45° к оси горелки.
Конструктивные отличия предлагаемого горелочного устройства от горелок патента RU №2258822 заключаются в следующем:
- камера сгорания по патенту RU №2258822 содержит отдельный набор (тип) горелок с предварительным смешением для организации дежурной и отдельный набор горелок основной зоны горения, расположенных в два яруса (наружном и внутреннем);
- в предлагаемом горелочном устройстве содержится один тип двухконтурных горелок предварительного смешения, обеспечивающих работу дежурной и основной зоны горения без ярусного расположения их во фронтовом устройстве жаровой тубы.
Отличия в способе розжига и топливоподачи при наборе мощности ГТУ заключаются в следующем:
В патенте RU №2258822:
1. Запуск осуществляется подачей топлива в дежурную горелку наружного яруса. Выход на режим малого газа - дополнительная подача топлива в дежурные горелки внутреннего яруса;
2. При выходе на режим холостого хода осуществляется подача топлива в горелки основной зоны горения;
3. На номинальном режиме максимальный расход топлива подается в горелки основной зоны при снижении расхода топлива через дежурную зону;
4. В системе топливо-регулирования используются 3 дозатора.
В предлагаемой конструкции для управления мощностью и поддержания требуемой частоты вращения используется один дозатор управления стационарный (ДУС) с 3-мя регулировочными клапанами и байпасной дроссельной шайбой, обеспечивающей постоянный необходимый расход топлива в дежурную зону, либо 3-мя ДУС и байпасной дроссельной шайбой,. Горелочное устройство выносной жаровой трубы камеры сгорания, содержащее двухконтурные горелки с дежурной и основной зонами горения и 3 коллектора системы топливоподачи, обеспечивают розжиг при подаче топлива только в дежурную зону и каскадное (групповое) подключение горелок с целью снижения эмиссии вредных веществ продуктов сгорания на промежуточных и основных режимах работы ГТУ.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
На фиг. 1 представлен общий вид выносной жаровой трубы с малоэмиссионным горелочным устройством с коллекторами подвода топлива в дежурную и основную зоны горения, где показано расположение основных элементов конструкции.
Каждая выносная жаровая труба камеры сгорания ГТУ состоит из следующих основных элементов:
- коллектор дежурного контура (1);
- коллектор основного контура 2а (2);
- коллектор основного контура 2б (3);
- малоэмиссионное горелочное устройство (5) с двухконтурными горелками;
- труба жаровая (пламенная) (7);
- наружный кожух (6);
- воспламенитель (зажигающее устройство) (4).
Двухконтурная горелка (фиг. 2) содержит корпус горелки с завихрителем и центральным телом (9); завихритель с полыми лопатками (18) и попутный уступ-турбулизатор (16), расположенный на наружном диаметре воздушного канала на входе перед лопатками завихрителя; шток (8) с каналами (12) и (13) подвода топлива в основную и дежурную зоны соответственно и с отверстиями (17) подачи топлива из кольцевого коллектора (14) в основную зону горения; плохообтекаемое центральное тело (19), являющееся продолжением завихрителя, с отверстиями (21) подачи воздуха в дежурную зону горения и отверстиями (11) подачи топлива в дежурную зону из кольцевого коллектора (15) через центральный канал (20). Плохообтекаемое тело, используемое в данной горелке в качестве стабилизатора пламени, представляет собой цилиндр, переходящий в усеченный конус с углом образующей 5…7° и соотношением диаметра основания конуса к диаметру цилиндра равным 1,35…1,45. На фиг. 3 показан состав деталей, определяющих конструкцию горелки, где (9) - корпус горелки с завихрителем и центральным телом, изготавливаемый как единая деталь по аддитивной технологии, а шток (8) и элемент камеры смешения (10), изготавливаемые механическим способом.
Выносные жаровые трубы камеры сгорания ГТУ работают следующим образом.
Для подачи топлива по специальной программе с целью управления мощностью и поддержания требуемой частоты вращения ротора с учетом климатических условий и теплового состояния ГТУ используются дозаторы топливоподачи, регулировочные клапаны и дроссельные шайбы. Схема топливоподачи каждой секции выносной жаровой трубы, в которой установлены в качестве примера возможного варианта конструкции двухконтурные горелки в количестве 6 штук (частный случай), представлена на фиг. 4.
Работа камеры сгорания с выносными жаровыми трубами ГТУ, оснащенными малоэмиссионными горелочными устройствами, осуществляется следующим образом.
При запуске и раскрутке ротора от общего коллектора дежурной зоны ГТУ топливо подается в дежурный коллектор каждой секции выносной жаровой трубы и дежурный контур всех горелок. Разжигается дежурная зона, назначение которой - поддержка горения гомогенной топливовоздушной смеси основной зоны горения. Горение дежурного топлива происходит диффузионно в обратных токах за центральным телом (19) в закрученной струе воздуха.
По завершении запуска на этапе разгона ротора на выбранной промежуточной частоте вращения в работу включается топливный дозатор, регулирующий подачу топлива в 2а контур основной зоны, состоящий из 3-х горелок и снижающий расход топлива в дежурный контур. При этом топливо через большое число мелких отверстий (17) в стенках полых лопаток (18) впрыскивается в поток воздуха, обтекая попутный уступ-турбулизатор (16). Образуется бедная однородная топливовоздушная смесь основной зоны, выходящая из горелки в виде кольцевой закрученной струи.
Выход на режим холостого хода выполняется при требуемом расходе топлива, подаваемого в основной 2а (либо 2б) контур (работа 3-х горелок одной секции) и дежурный контур всех 6 горелок одной секции. При выбранной частичной нагрузке подключается в работу 2б (либо 2а) контур, т.е. работают все 6 горелок одной секции. Выход на номинальный режим осуществляется при работе 2а и 2б контуров и минимальном постоянном расходе топлива через дежурный контур. Настройка совместной работы клапанов, регулирующих дозировку топлива по контурам 2а и 2б, должна производиться по специальной программе, обеспечивающей приемлемый уровень температур горения и минимально возможные выбросы NOx и СО.
Горение топливовоздушной смеси основного контура в закрученной струе обеспечивается при подводе тепла от горящего дежурного топлива, а также в следе за центральным телом, совместно с дежурным топливом и возвратными продуктами горения. В результате взаимного поддерживающего горения двух зон, обеспечивается устойчивое горение во всем рабочем диапазоне. На номинальном режиме работы двигателя топливовоздушная смесь основного контура сгорает практически без тепловой поддержки дежурной зоны, а уменьшение расхода топлива в дежурную зону обеспечивает минимальный уровень выбросов оксидов азота.
Claims (1)
- Камера сгорания с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством, секции которой содержат жаровую трубу, наружный кожух, вспомогательное зажигающее устройство и датчик пламени, отличающаяся тем, что с целью обеспечения низкой эмиссии вредных веществ в выхлопных газах ГТУ в качестве горелочного устройства используются двухконтурные горелки, изготавливаемые методом селективно лазерного сплавления, включающие дежурную и основную зоны горения предварительно перемешанной гомогенной топливовоздушной смеси и систему коллекторов раздельной подачи топлива в дежурную и основную зоны по специальной программе, обеспечивающей розжиг камеры сгорания при подаче топлива только в дежурную зону горелок и предусматривающей каскадное (групповое) подключение горелок и регулирование подачи топлива в зоны горения с целью управления мощностью, поддержания требуемой частоты вращения ротора и обеспечения экологической безопасности с учетом климатических условий и теплового состояния ГТУ.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119965A RU2744963C1 (ru) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119965A RU2744963C1 (ru) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2744963C1 true RU2744963C1 (ru) | 2021-03-17 |
Family
ID=74874459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119965A RU2744963C1 (ru) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744963C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763436C1 (ru) * | 2020-03-31 | 2021-12-29 | Мицубиси Пауэр, Лтд. | Камера сгорания газовой турбины и способ изготовления детали горелки |
RU217743U1 (ru) * | 2022-12-22 | 2023-04-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Горелочное устройство камеры сгорания |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1793165A2 (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-06 | Hitachi, Ltd. | Liquid fuel nozzle, gas turbine combustor, and method of rebuilding gas turbine combustor |
RU94665U1 (ru) * | 2009-12-28 | 2010-05-27 | Открытое акционерное общество "Мотор Сич" | Форсунка двухконтурная для газотурбинных двигателей |
RU2442932C1 (ru) * | 2010-06-01 | 2012-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Малоэмиссионная горелка |
RU161571U1 (ru) * | 2015-12-30 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Малоэмиссионная камера сгорания с двумя ступенями образования топливовоздушной смеси |
-
2020
- 2020-06-09 RU RU2020119965A patent/RU2744963C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1793165A2 (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-06 | Hitachi, Ltd. | Liquid fuel nozzle, gas turbine combustor, and method of rebuilding gas turbine combustor |
RU94665U1 (ru) * | 2009-12-28 | 2010-05-27 | Открытое акционерное общество "Мотор Сич" | Форсунка двухконтурная для газотурбинных двигателей |
RU2442932C1 (ru) * | 2010-06-01 | 2012-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Малоэмиссионная горелка |
RU161571U1 (ru) * | 2015-12-30 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Малоэмиссионная камера сгорания с двумя ступенями образования топливовоздушной смеси |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763436C1 (ru) * | 2020-03-31 | 2021-12-29 | Мицубиси Пауэр, Лтд. | Камера сгорания газовой турбины и способ изготовления детали горелки |
RU2763436C9 (ru) * | 2020-03-31 | 2022-04-18 | Мицубиси Пауэр, Лтд. | Камера сгорания газовой турбины и способ изготовления детали горелки |
RU217743U1 (ru) * | 2022-12-22 | 2023-04-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Горелочное устройство камеры сгорания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2155374C (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combuster | |
US5816049A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
RU2468297C2 (ru) | Система впрыска топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, камера сгорания, оснащенная такой системой, и газотурбинный двигатель | |
JP4134311B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
JP2644745B2 (ja) | ガスタービン用燃焼器 | |
CN102175043B (zh) | 带有截留涡流空腔的气体涡轮发动机燃烧室筒 | |
JP2544470B2 (ja) | ガスタ―ビン燃焼器及びその運転方法 | |
US5251447A (en) | Air fuel mixer for gas turbine combustor | |
US6374615B1 (en) | Low cost, low emissions natural gas combustor | |
US6983605B1 (en) | Methods and apparatus for reducing gas turbine engine emissions | |
US5974781A (en) | Hybrid can-annular combustor for axial staging in low NOx combustors | |
CN102200291B (zh) | 一种采用气动主级分级的低污染燃烧室 | |
CN101799174B (zh) | 主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室 | |
US20160033131A1 (en) | Multifuel gas turbine combustor | |
JP5775319B2 (ja) | 軸方向多段予混合燃焼室 | |
US4463568A (en) | Fuel injector for gas turbine engines | |
CN107525095B (zh) | 一种燃气轮机轴向分级单管燃烧室 | |
JPH06323543A (ja) | ガスタービン及び燃料の燃焼方法 | |
JP2005326144A (ja) | 燃料噴射装置および燃料噴射装置の設計方法 | |
CN106524223B (zh) | 带有主喷嘴组件和微型喷嘴组件的燃烧室 | |
CN108954388A (zh) | 一种多点单元直接喷射分级燃烧室 | |
RU2744963C1 (ru) | Камера сгорания газотурбинной установки с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством | |
CN107687651A (zh) | 一种轴向分级贫油直混低污染燃烧室 | |
CN107559882B (zh) | 一种轴向分级低污染燃烧室 | |
JP3990678B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 |