Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки

 

Изобретение решает задачу повышения устойчивости горения на переменных режимах. Это достигается тем, что в смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания, через воздушные сопла 5 из воздушного коллектора 8 поступает воздух. Сюда же через газовые сопла 6 из газового коллектора 7 поступает топливо (природный газ). В смесительной трубе 1 происходит перемешивание топлива и воздуха и, вследствие закрутки воздуха, образуется топливовоздушный устойчивый вихревой жгут. В одной смесительной трубе газовое сопло выполнено с проходным сечением, определяемым из соотношения F<SB POS="POST">мах</SB> = (1 - 3)F, а в другой - с проходным сечением согласно соотношению F<SB POS="POST">мин</SB> = (0,3 - 1,0)F, где F<SB POS="POST">мах</SB> - максимальная проходная площадь газового сопла

F<SB POS="POST">мин</SB> - минимальная проходная площадь газового сопла

F - проходное сечение сопла каждой из оставшихся труб. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) 111) А1 (51)5 F 23 D 14 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2)) 4427143/24-06 (22) 17,05е88 (46) 15 ° 03.90, Бюл, Р 1О (71) Производственное объединение турбостроения "Ленинградский металлический завод" и Завод-втуз при

Производственном объединении "Ленинградский металлический завод" (72) К.А,Щенников и В.А.Акулов (53) 621,954 (088.8) (56) Заявка Великобритании Р 1477172, кл. F 23 D 15/00, опублик, 1977, Авторское свидетельство СССР

М 1078196, кл. F 23 D 13/00, 1984. (54) ГОРЕЛОЧНОГ УСТРОЙСТВО КАИЕРБ1

СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение решает задачу повышения устойчивости горения на пере2 менных режимах, Это достигается тем, что в смесительные трубы l заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания, через воздушные сопла 5 из воздушного коллектора 8 поступает воздух. Сюда же через газовые сопла 6 из газового коллектора 7 поступает топливо (природный газ), В смесительной трубе 1 происхоДит перемешивание топлива и воздуха и, вследствие закрутки воздуха, образуется топливовоздушный ус-, тойчивый вихревой жгут, В одной смесительной трубе газовое сопла выполнено с проходным сечением определяе1 мым из соотношения Fwa)(g = (1 у 0

3,0)F а в другой — с проходным сечением согласно соотношению F ц„д

1550279

= (0,3-1,0)F, где F„a„c - максимальная проходная площадь газового сопла;

Р, я — минимальная проходная площадь газового сопла; F - проходное сечение сопла каждой из оставшихся труб, 3 ил, 1.Изобретение относится к энерго- !р машиностроению, в частности к горелочным устройствам камер сгорания . газотурбинных установок или топок

: парог.енераторов, Цель изобретения — повышение ус- 15 тойчивости горения на переменных режимах.

На фиг.1 схематически представлено горелочное устройство, поперечный разрез; на фиг. ? — разрез А-А на 20 фиг.1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.1.

Горелочное устройство камеры сгорания содержит смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сооб- 25 щенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания.

Каждая смесительная труба 1 подключена воздухоподводящим и газовым соплами 5 и 6 к раздающим коллекторам 7 30 (газовому) и 8 (воздушнбму). Горелочное устройство содержит, по крайней мере, один запальник 9. В одной смесительной трубе 10 газовое сопло

11 выполнено проходного сечения

F„ „, определяемого согласно соотношению (1,0 — 3,O)F, а в другой смесительной трубе 12 га- 40 зовое сопло 13 выполнено согласно соотношению

F ä = (0,3 1 0)F где F — пРоходное сечение газовых 45 сопел каждой из оставшихся труб, Как правило они выполняются из условия оптимального соотношения топливо— воздух для работы на номинальной нагрузке. 50

Горелочное устройство работает следующим образом, В смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания, через воздушные сопла 5 иэ воздушного коллектора 8 поступает воздух, Сюда же через газовые сопла 6 из газового коллектора 7 поступает топливо (природный газ), В смесительной трубе 1 происходит перемешивание топлива и воздуха и вследствие закрутки воздуха (воздушные сопла 5 выполнены тангенциально, фиг.2) образуется топливовоздушный устойчивый вихревой жгут, В одной из смесительных труб 1 от запальника 9 топливовоздушная смесь воспламеняется и в виде огневого жгута распространяется вдоль смесительной трубы 1 и через свободный торец 3 выходит в топочное пространство 4 камеры сгорания, Здесь происходит окончательное сгорание топлива, От факела пламени топливовоздушной струи, выходящей из смесительной трубы 1, снабженной запальником 9, воспламеняются топливовоэдушные, выходящие в топочное пространство 4 факелы соседних смесительных труб 1 .

В условиях хорошей стабилизации пламя иэ топочного объема 4 распространяется в каждой из смесительных труб 1, в которых отсутствуют запальники, от свободного торца 3 к газовым соплам 6. Таким образом, во всех смесительных трубах 1 с газовыми сопr лами 6 проходного сечения F ðàññ÷èтанного из условия оптимального соотношения топливо — воздух для условий номинального режима, происходит воспламенение топливовоэдушной смеси и с табилиз ация процесса горения.

Для номинальной нагрузки работы устройства оптимальным является коэффициент избытка воздуха в зоне горения (в пределах смесительной трубы 1), равный 1,5, а работоспособность - наличие устойчивого пламени (горение), возможно в пределах из--. менения коэффициента избытка воздуха в зоне горения от 1 до 3, Из газового коллектора 7 одновременно с топливом, подаваемым в смесительные трубы через сопла 6, по крайней мере, в одну смесительную трубу

10, топливо (газ) подается через!

550279

25 сопла 11, выполненные с проходным сечением согласно соотношению F г макс (1,0 — 3,0)F, а в другую смесительную трубу 12 — через. сопла 13 выполненные согласно соотношению Fä„„

5 (0,3 — 1,O)F.

Поскольку изменение проходных сечений сопел 11 и 13 в смесительных трубах 10 и 12 делает соотношение топливо — воздух неоптимальным для условий работы на номинальной нагрузке, в трубе 10 горения может и не наблюдаться (богатая смесь, недостаток кислорода) и топливовоздушная !5 смесь, не поджигаясь, поступает в топочное пространство 4, Вследствие того, что сюда же поступает еще одна часть воздуха (например, вторичный воздух через отверстия 14), то 20 создаются условия для горения топлива, поступающего через трубу 10 в пределах топочного объема 4, Напротив, в смесительной трубе 12 с сопами 13 проходного сечения F и„ недостаток топлива — бедная смесь, Горения в этой трубе также может не быть, или очаг горения существует лишь в районе газовых сопел 13.

Таким образом, горение, его ста- 3р билизацию и постоянное воспламенение в условиях номинального режима (коэффициент избытка воздуха в зоне горения 1,5) поддерживается смесительными трубами 1 с газовыми соплами б проходного сечения F . Кроме г номинального режима, эти же смесительные трубы 1 обеспечивают процесс горения на переменных режимах в пределах изменения коэффициента избытка 40 воздуха в зоне горения от 1 до 3,Однако и в случае расширения указанного диапазона изменения коэффициента избытка воздуха в зоне горения до (0,5 — 10) горелочное устройство 45 сохраняет работоспособность, Так,при уменьшении коэффициента избытка воздуха в интервале от 1 до 0,5 (заброс топлива, например, при запуске

ГТУ, или отклонений в системе регули- 50 рования) срыва факела в топочном пространстве 4 не происходит, В этот момент в режиме благоприятной или оптимальной работы оказывается смесительная труба 12, газовые сопла 13 которой выполнены проходного сечения согласно соотношению F „„„я = (0,3-10)F. т,е, в этой сме сительной трубе 12 коэффициент избыт6 ка воздуха в зоне горения оказывается в интервале оптимального горения от 1 до 3 и является рабочим для всех прямоточных горелок и условия горения отвечают условию оптимального соотношения топливо-- воздух на асей длине смесительной трубы 12.Высокая стабильность горения вследст вие закрутки топливовоздушной струи и оптимальность условий горения позволяют обеспечить устойчивый факел пламени засвободным торцом 3 смесительной трубы 12. При коэффициенте избытка воздуха в зоне горения в смесительных трубах 1 с газовыми соплами 6 проходного сечения У в интервале от 0,5 до 1 внутри указанных труб пламени нет (богатый срыв), Однако наличие устойчивого пламени в топочном объеме 4, выходящего из смесительной трубы 12, позволяет постоянно воспламенять газовоздушную смесь, поступающую не воспламенившейся из труб 1.

Аналогичным образом поддерживается горение в топочном объеме 4 и при работе в диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха в зоне горения от 3 до 10, В этом случае в режим оптимальной работы (коэффициент избытка воздуха в зоне горения находится в пределах от 1 до 3) попадает смесительная труба 10, газовые сопла 11 которой выполнены проходного сечения, определенного из соотношения F = (1,0 — 3,0)F

В трубе 10 создаются условия для стабильного и устойчивого существования факела пламени (огненного жгута), от которого в топочном объеме

4 воспламеняется топливовоздушная смесь, лоступающая из смесительных труб .1, в которых происходит срыв пламени по условию бедной смеси.Смесительные трубы 10 и 12, в которых газовые сопла выполнены проходными сечениями согласно соотношениям макс = (1,0 — 3,0)F и мцн — (0,3 - !)F, выполняют, таким образом, роль дежурных горелок на переходных или нерасчетных стационарных режимах работы установки, Формула изобретения

Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки, содержащее смесительные трубы, заглушен1550279

A-A

Составитель В. Смирнова

Редактор С,Лисина Техред Л.Олийнык Коррек тор М. Кучерявая

Заказ 262 Тираж 454 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ные с одного торца и сообщенные свободными торцами с топочным пространством камеры сгорания, каждая из которых подключена воздухоподводящим и газовым соплами.к раздающим коллек5 торам, и по крайней мере один запальник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости горения на переменных режимах, по крайней мере s одной из смесительных труб газовое сопло выполнено с проходным сечением, определяемым из следующего соотношения:

Р„"„, = (i - 3)F, в другой - с проходным сечением согласно соотношению г

Г „„= (0,3 -1)F, г где F „„- максимальная проходная газового сопла;

Р„„„ — минимальная проходная площадь газового сопла;

F — проходное сечение сопла каждой из оставшихся труб,