Спосіб подачі палива у двозонну камеру згоряння двокаскадного газотурбінного двигуна

Винахід відноситься до газотурбобудування і використовується в області регулювання переважно промислових газотурбінних двигунів (ГТД), а саме, забезпечує подачу палива у пальникові пристрої низькоємісійної двозонної трубчасто-кільцевої камери згоряння (КЗ) з основною і допоміжною зонами горіння. Відомий спосіб активного керування стійкістю горіння в КЗ шляхом регулювання подачі палива з уведенням часу затримки. Однак такий спосіб має недолік - складність забезпечення повторяющого запалення паливоповітряної суміші після припинення подачі палива на час затримки [1]. Відомий спосіб регулювання подачі палива в ГТД, заснований на регулюванні площі горіння і температури полум'я в КЗ, визначенні температури полум'я і регулюванні складом паливоповітряної суміші шляхом послідовного підключення в роботу декількох паливних контурів чи системи перекидання частини повітря з зони горіння на вихід КЗ [2]. Недоліком відомого способу є висока складність і низька надійність виміру температури полум'я в КЗ для її постійного регулювання у промислових установках. Як прототип прийнятий спосіб подачі палива у форсунки багатофорсуночної КЗ ГТД з основною і допоміжною зонами горіння шляхом регулювання витрати палива в основну і допоміжну зони горіння пропорційно тиску повітря за компресором на режимах від малого газу до 0,4 номіналу. У цьому діапазоні рекомендується визначена величина відношення витрати палива через допоміжну зону до витрати палива через основну зону, яке необхідно підтримувати в заданому діапазоні для зменшення викидів шкідливих речовин в атмосферу [3]. Недоліком відомого способу є вузька зона регулювання режимів двигуна по потужності, у якій забезпечене зменшення викидів в атмосферу. Забезпечення роботи промислових ГТД із мінімальними викидами заборонених речовин необхідно в зоні режимів по потужності 70-100%, як того вимагає [4]. Крім цього регулювання подачі палива в КЗ ГТД пропорційно тиску повітря за компресором менш ефективно, чим пропорційно частоті обертання ротора. Це зв'язано з тим, що точність виміру тиску повітря менше, ніж точність виміру частоти обертання і виконується з великим запізнюванням у часі. Задачею винаходу є удосконалення відомого способу подачі палива в двозонну КЗ ГТД шляхом зміни закону подачі витрати палива в основну і допоміжну зони горіння, за рахунок чого забезпечується стійке горіння паливоповітряної суміші в КЗ і мінімальні викиди забруднюючих речовин в атмосферну заданій зоні роботи двигуна по потужності, у всьому діапазоні зміни температури повітря на вході tП.ВХ. Поставлена задача здійснюється тим, що у відомому способі подачі палива в КЗ ГТД шляхом регулювання витрати палива в основну і допоміжну зони горіння, відповідно до винаходу, починаючи з режиму прогріву двигуна і до діапазону відносної частоти обертання ротору турбокомпресора високого n = 88 - 92% тиску 2 , відносну витрату палива у допоміжну зону горіння КЗ подають постійною у кількості GT = 14 - 18% від сумарної номінальної витрати палива в обидві зони горіння. Далі витрату палива у n = 95 - 100% допоміжну зону горіння плавно зменшують на 2-3% і в діапазоні 2 підтримують постійною, а в основну зону горіння подають витрату палива, рівну різниці між сумарною витратою палива в обидві зони горіння і витратою палива в допоміжну зону. Крім того, при зміні температури повітря на вході tП.ВХ. установлені величини відносної витрати палива GT n і відносних діапазонів обертання ротору 2 , корегують коефіцієнтом, що залежить від tП.ВХ. Стійкість горіння і мінімальні викиди забруднюючих речовин у зазначеному діапазоні по потужності ГТД n = 95 - 100% G = 14 - 18% отримані в зв'язку з тим, що в діапазоні 2 при подачі витрати палива в кількості T у допоміжну зону горіння, забезпечується зниження температури в зоні горіння до 1500-1700°С. Завдяки цьому знижуються викиди шкідливих речовин до заданих мінімальних значень, і при цьому не відбувається загасання факела в зоні горіння, що забезпечує стабільність горіння паливноповітряної суміші в КЗ. На Фіг.1. приведено схему жарової труби двозонної трубчасто-кільцевої КЗ. G На Фіг.2. приведено залежність відносної витрати палива T , подаваємої в допоміжну зону горіння від n відносної частоти обертання 2 , починаючи з режиму прогріву і до номінального режиму. Фіг.1. Жарова труба включає допоміжну зону горіння 1, яка працює на всіх режимах двигуна й у процесі запуску, основну зону горіння 2, яка включається в роботу на режимі прогріву, трубопроводи 3 і 4, що подають паливо в допоміжну й основну зони горіння, 5 і 6 завихрувачі повітря, у яких відбувається змішування паливоповітряної суміші поступающої у допоміжну й основну зони горіння. Пропонований спосіб подачі палива реалізується таким чином. Після запуску ГТД виводять на режим G = 14 - 18% прогріву з витратою палива в допоміжну зону горіння у кількості T від сумарної номінальної n = 88 - 92% витрати палива в обидві зони горіння. Далі збільшують режим і, при досягненні 2 , витрату палива в допоміжну зону горіння плавно, для виключення загасання основної зони горіння, зменшують на 23% і підтримують постійною (див. Фіг.2). При цьому, в основну зону горіння, подають витрату палива, що є різницею між сумарною витратою палива в обидві зони горіння і витратою палива в допоміжну зону горіння. n У зазначених діапазонах 2 конкретні величини відносної й абсолютної витрат палива встановлюються індивідуально для кожного ГТД при температурі повітря на вході рівної tП.ВХ.=15°С. При зміні tП.ВХ., для забезпечення стійкого горіння паливноповітряної суміші в основній і допоміжній зонах горіння КЗ і мінімальних викидів шкідливих речовин в атмосферу, у заданому діапазоні режимів по потужності, G n установлені величини відносної витрати палива T і відносних діапазонів обертання ротору 2 корегують коефіцієнтом, що залежить від tП.ВХ.. Дослідження, проведені авторами на дослідних і серійних двокаскадних промислових ГТД потужністю 10, 16 і 25МВт із двозонними низькоемісійними КЗ однієї конструкції, розроблених на НВКГ "Зоря""Машпроект" показали, що для забезпечення прогріву і підтримки стійкого горіння палива в основній зоні n = 88 - 92% горіння до режиму 2 , необхідно в допоміжну зону горіння подавати і підтримувати постійно витрату палива в діапазоні GT = 14 - 18% від сумарної номінальної витрати палива в обидві зони горіння. n2 = 88 - 92% Далі, вище режиму , для забезпечення мінімальних викидів забруднюючих речовин в атмосферу і стійкого горіння палива в основній зоні, витрату палива в допоміжну зону горіння необхідно n = 95 - 100% плавно, для виключення загасання основної зони горіння, зменшувати на 2-3% і на режимі 2 і з відносною потужністю `N=70-100% підтримувати постійною. При цьому в основну зону горіння, для забезпечення заданих режимів по потужності, подають витрату палива рівну різниці між сумарною витратою палива в обидві зони горіння і витратою палива в допоміжну зону. Дослідження проведені на НВКГ "Зоря"-"Машпроект" підтвердили, що у двокаскадних ГТД регулювання витрати палива в допоміжну зону горіння пропорційно відносній частоті обертання турбокомпресора n високого тиску 2 , особливо на режимах вище 0,4 номіналу, забезпечує стійке горіння паливоповітряної суміші в КЗ, а також одержання необхідних величин температури в основній зоні горіння КЗ і заданих значень викидів забруднюючих речовин в атмосферу [4]. Пропонований спосіб подачі палива в допоміжну й основну зони горіння двокаскадного ГТД із двозонної КЗ у порівнянні з відомим способом, забезпечує стійке горіння паливоповітряної суміші в основній зоні горіння на всіх режимах роботи ГТД, починаючи з режиму прогріву і мінімальні викиди шкідливих речовин в атмосферу заданій зоні роботи промислових ГТД 70-100% по потужності у всьому діапазоні зміни tП.ВХ. Спосіб, що заявляється, у даний час використовується на двокаскадних промислових ГТД розробки НВКГ "Зоря"-"Машпроект" типу ДН70, ДН80, ДГ90 та інші. Джерела інформації: 1. Заявка №2633370, Франція, кл. 4 F23N5/16, опублік. 29.12.89. 2. Патент RU №2162953 С2, кл. 7 F02C9/26, опублік. 10.02.2001. 3. Патент RU №2059092 С1, кл. 6 F02C9/26, опублік. 27.04.96, бюл. №12. 4. Типовые технические требования к газотурбогенераторам ГПА и их системам, Газпром, ВНИИГАЗ, Москва, 1997г., п.13.17, стр.57.