Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, преимущественно газотурбинных установок, содержит корпус с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания и с каналом смешения основного топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха. Агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха размещены в соответствующих каналах корпуса и взаимосвязаны между собой так, что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха. Начальная часть жаровой трубы выполнена в виде входного диффузора. Агрегат регулирования расхода первичного воздуха выполнен в виде стабилизатора пламени, установленного по оси камеры сгорания с возможностью осевого перемещения во впускном диффузоре жаровой трубы и связан с регулятором расхода основного топлива для поддержания коэффициента избытка воздуха в канале подачи первичного воздуха и канале смешения, постоянным или близким к этому, в пределах от 1,7 до 2,5. Лопатки осевого завихрителя установлены концентрично под углом к его оси большим или равным 30°. На выходе из камеры сгорания установлено сопло с критическим сечением. Изобретение позволяет путем высокоэффективной гомогенизации топливовоздушной смеси и поддержания стабильности горения расширить диапазон устойчивой работы и регулирования камеры сгорания, снизить возможность возникновения автоколебаний давления в камере сгорания, снизить вредные выбросы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к устройствам регулирования низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок, использующих в качестве горючего природный газ или жидкое углеводородное топливо, и может быть использовано в любых экологически безопасных тепловых или энергетических устройствах для регулирования и производства высокотемпературного и/или высокоэнергетического рабочего тела в любых технологических процессах.

Известно устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, содержащее корпус с каналом смешения топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, и с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания, агрегаты регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные s соответствующих каналах корпуса (см. патент США №6056538, МПК F23C 9/00, опубл. 02.05.2000, автор Хорст Бюхнер (Horst Büchner) и др.). Основным недостатком предложенной конструкции является, как указывает автор, сложность устройств управления и высокая стоимость средств регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, обеспечивающих их совместную работу в необходимой синхронизированной последовательности.

Известно устройство для регулирования низкоэмиссионной хакеры сгорания газовой турбины, содержащее корпус с каналом смешения топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, и с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания, агрегаты регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах корпуса (см. патент США №6732527, МПК F02C 7/00, опубл. 11.05.2004, автор Кристофер Фримен (Christopfer Freeman) и др.). Это устройство также имеет сложную конструкцию и высокую стоимость.

Известно устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, содержащее корпус с каналом смешения топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, и c каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания, агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах корпуса и взаимосвязанные между собой так, что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха (см. опубликованную заявку ЕР №0088933, МПК F23R 3/26, опубл. 21.09.83, автор Бернард Бекер (Bernard Becker)). Основным недостатком известного устройства является совмещение в одном агрегате смесителя первичного воздуха с топливом и стабилизатора пламени, выполненного в виде кольца, размещенного вокруг выхода в камеру сгорания отверстия от смесителя первичного воздуха с топливом и создающего зону рециркуляции. Несмотря на то, что автор заявляет о низкой эмиссии углеводородов и окислов азота при одновременном уменьшении вероятности появления автоколебаний давления сгорания, эмиссию вредных выбросов и самопроизвольные колебания давления невозможно уменьшить ниже некоторого предела, который определяется возможностью проникновения отдельных случайно образовавшихся крупных и средних капель топлива в камеру сгорания из-за наличия прямого, открытого и беспрепятственного прохода в нее. Установленный в начале канала смешения топлива завихритель не сможет эти капли полностью разбить, так как не имеет с ними непосредственного механического контакта, потому что расположен в потоке воздуха до форсунки подачи топлива, а только один закрученный им поток воздуха не сможет эти капли раздробить до необходимых размеров, обеспечивающих полное их испарение. Вынос отдельных капель в камеру сгорания приведет к возможности флуктуации концентрации топлива (местному обогащению смеси) и вследствие этого к появлению возможности возникновения автоколебаний давления и скорости распространения пламени в камере сгорания. Также излишнее местное обогащение смеси должно привести к появлению неполностью прогоревших углеводородов и окиси углерода, а чрезмерное повышение температуры приведет к появлению окислов азота. Расположенный концентрично каналу смешения стабилизатор пламени создает большую по площади торообразную зону обратного тока высокотемпературных газов, которые будут подогревать стенки жаровой трубы, а через них и канал смешения, и приводить к возможности проскока пламени в него. При этом очевидно, что эмиссия углеводородов и окислов азота возможна, вследствие выноса продуктов горения из зон флуктационного воздействия указанных капель, так как в них будет не оптимальный состав смеси, далекий от стехиометрического или обедненного топливом, в котором будет возникать высокая температура, достаточная для появления окислов азота, а повышенная концентрация топлива приведет к появлению окиси углерода. Также следует отметить, что не изменяемое сечение канала смешения при изменении расхода первичного воздуха через него приведет к изменению качества распыления топлива при уменьшении расхода воздуха в нем, изменит условия смесеобразования и создаст благоприятные предпосылки для прямого выноса наиболее крупных капель топлива в камеру сгорания, что должно ухудшить далее условия сгорания.

Кроме этого следует отметить, что при использовании в качестве топлива горючих газов, таких как метан, пропанобутановая смесь или природный газ гомогенизация смеси будет низкой из-за малоэффективного перемешивания газов, которое происходит только путем послойной турбулизации в закрученном потоке, и краткого времени, отведенного на этот процесс, при этом эффективность диффузионного перемешивания будет недостаточна. Введение указанных газов после завихрителя приведет к практической невозможности образования гомогенной смеси, так как для тщательного перемешивания горючего газа и окислителя, например воздуха, необходима многократная турбулизация потока или длительная по времени взаимная диффузия молекул, что ввиду отсутствия средств дополнительной турбулизации и малого времени нахождения в коротком канале смешения произойти не может.

Указанное устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины имеет наибольшее количество совпадающих общих с предложенным устройством признаков и решает одинаковые технические задачи. По указанной причине оно выбирается нами в качестве прототипа.

Задачами настоящего предлагаемого изобретения являются:

расширение диапазона устойчивой работы и регулирования камеры сгорания;

снижение возможности возникновения автоколебаний давления в камере сгорания и снижение вредных выбросов;

расширение функциональных возможностей путем использования в качестве горючего помимо жидких углеводородов также и горючих газов.

повышение эксплуатационных характеристик двигателей и установок с предложенным устройством регулирования;

снижение эмиссии вредных выбросов и повышение экологичности двигателей и установок с предложенным устройством регулирования;

повышение долговечности и ресурса работы устройства.

Указанные технические задачи решаются тем, что устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины содержит корпус с каналом смешения основного топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, и с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания, агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах корпуса и взаимосвязанные между собой так, что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха. При этом начальная часть жаровой трубы выполнена в виде входного диффузора. Агрегат регулирования расхода первичного воздуха выполнен в виде стабилизатора пламени, установленного по оси камеры сгорания с возможностью осевого перемещения во впускном диффузоре жаровой трубы, и связан с регулятором расхода основного топлива для поддержания коэффициента избытка воздуха в канале подачи первичного воздуха и канале смешения постоянным или близким к этому в пределах от 1,7 до 2,5. Лопатки осевого завихрителя установлены концентрично под углом к его оси большим или равным 30°. На выходе из камеры сгорания установлено сопло с критическим сечением.

В устройстве для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины агрегаты регулирования первичного и вторичного воздуха выполнены с возможностью синхронного изменения площадей проходных сечений каналов первичного и вторичного воздуха, так что их суммарная площадь в местах изменения сечений остается постоянной или близкой к этому.

Это упрощает конструкцию устройства регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания и по этой причине повышается долговечность, ресурс его работы и эксплуатационные характеристики вследствие упрощения процесса его обслуживания и регулирования.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором имеется следующее соотношение размеров:

D_к/d_кр≥6;

L_к/D_к≥1,8,

где D_к - диаметр жаровой трубы камеры сгорания;

d_кр - диаметр критического сечения сопла на выходе из камеры сгорания;

L_к - длина камеры сгорания измеряется от плоскости расположения турбулизирующей кромки до плоскости критического сечения сопла.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины содержит (как и в прототипе) корпус с каналом смешения основного топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, и с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания, агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах корпуса и взаимосвязанные между собой, так что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха, что позволяет уменьшить возможность возникновения автоколебаний давления и снизить до некоторого предела вредные выбросы. При этом достаточно большая длина канала смешения позволит обеспечить качественное смесеобразование при изменении расхода топливовоздушной смеси через него и соответственно через канал подачи первичного воздуха. Также этому будет способствовать интенсивная закрутка потока топливовоздушной смеси в завихрителе и последующая турбулизация ее в кольцевом зазоре между входным диффузором и стабилизатором пламени, усиливающаяся при уменьшении площади сечения кольцевого зазора и расхода первичного воздуха через него.

Ввиду указанных причин многократная турбулизация будет наиболее эффективна для смешения трудносмешивающихся горючих газов и воздуха, которые после указанного процесса будут создавать гомогенную газообразную топливовоздушную смесь на всех режимах работы устройства. А при малых расходах топливовоздушной смеси небольшой кольцевой зазор между расширяющейся частью диффузора и стабилизатором пламени будет способствовать эффективной дополнительной турбулизации ее закрученного потока.

Выполнение начальной части жаровой трубы в виде входного диффузора, а агрегата регулирования расхода первичного воздуха - в виде стабилизатора пламени, например, с грибообразной формой его поверхности, установленного по оси камеры сгорания с возможностью осевого перемещения во впускном диффузоре жаровой трубы, соответственно изменения площади его поперечного проходного сечения и поддержания коэффициента избытка воздуха в канале подачи первичного воздуха и канале смешения постоянным или близким к этому в пределах от 1,7 до 2,5 за счет синхронного регулирования расхода топлива, что позволяет снизить возможность появления зон флуктуации концентрации последнего, возникающих из-за проникновения в камеру сгорания с потоком топливовоздушной смеси отдельных неиспарившихся капель жидкого топлива и соответственно повысить гомогенизацию указанной смеси, так как все капли будут попадать в зону воздействия тепла от подогретой обратным током продуктов сгорания передней части стабилизатора пламени, а также, дополнительно встречаясь с потоком, турбулизированным завихрителем, будут дробиться и испаряться до их проникновения в зону горения. Остальная часть стабилизатора пламени (из-за интенсивного охлаждения холодной топливовоздушной смесью и расположения его за пределами завихрителя воздуха) не будет перегревать указанную смесь в канале смешения и этим будет предотвращена возможность возникновения проскока пламени. Интенсивному испарению отдельных наиболее крупных капель топлива будет способствовать снижение скорости потока смеси из-за плавного увеличения площади поперечного сечения жаровой трубы в ее входном диффузоре.

Расположение лопаток осевого завихрителя концентрично под углом к его оси большим или равным 30° должно обеспечить необходимую высокую закрутку потока, достаточную для полной гомогенизации смеси из-за центробежной сепарации мелких и средних капель топлива и отбрасывания их центробежными силами к поверхности расширяющегося входного диффузора жаровой трубы камеры сгорания и последующего полного испарения.

Осевое расположение стабилизатора пламени позволит получить оптимальный объем зоны рециркуляции и уменьшит подогрев смеси в канале смешения первичного воздуха и топлива, что предотвратит возможность обратного проскока пламени.

Установленное на выходе из камеры сгорания сопло с критическим сечением позволит полностью перемешать продукты горения «бедной смеси» со вторичным воздухом и доокислить практически все недогоревшие до этого углеводороды и окись углерода. Низкая концентрация топлива с указанными пределами коэффициента избытка воздуха от 1,7 до 2,5 в высокогомогенизированной смеси (с учетом ранее указанных явлений) не может привести к появлению зон флуктуации температуры выше температуры появления окислов азота. Это должно улучшить экологические показатели установки с устройством для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины имеет стабилизатор пламени, выполненный с двумя поверхностями, одна из которых выполнена расширяющейся в сторону выхода камеры сгорания и оканчивающейся в ее наиболее широкой части турбулизирующей кромкой, вторая ограничена указанной кромкой и выполнена с возможностью образования зоны рециркуляции, а на второй поверхности расположена, по меньшей мере, одна форсунка подачи пилотного топлива. Эта часть совокупности признаков позволяет повысить стабильность сгорания, так как зона рециркуляции имеет торообразную форму, располагается в центральной части камеры сгорания, имеет оптимальный объем, небольшую площадь подогрева поверхностей камеры сгорания (от второй поверхности стабилизатора пламени) и относительно большую поверхность, соприкасающуюся с холодной топливовоздушной смесью, что способствует стабильности существования торообразного вихря на всех режимах работы устройства и камеры сгорания, подогрева им поступающей в камеру сгорания топливовоздушной смеси без избыточного нагрева, воспламенения ее и по этой причине улучшает стабильность ее сгорания.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором стабилизатор пламени выполнен с двумя поверхностями, одна из которых выполнена расширяющейся в сторону выхода камеры сгорания и оканчивающейся в ее наиболее широкой части турбулизирующей кромкой, вторая ограничена указанной кромкой и выполнена с возможностью образования зоны рециркуляции, позволяет уменьшить аэрогидравлическое сопротивление камеры сгорания и устройства регулирования. Расположение на второй поверхности в зоне рециркуляции, по меньшей мере, одной форсунки подачи пилотного топлива позволяет на пусковом и переходных режимах в условиях диффузионного сгорания наиболее эффективно испарить топливо горячими газами, перемешать его с избыточным окислителем в них и наиболее полно окислить при смешении с потоком вторичного воздуха.

Синхронное изменение проходных сечений агрегатов регулирования расхода первичного и вторичного воздуха и основного топлива позволит изменять тепловую мощность камеры сгорания без существенного изменения нагрузки на компрессор, так как общий расход подаваемого им воздуха практически не должен меняться. Что должно привести к стабилизации условий его работы и снижению динамических нагрузок на него в переходных режимах при изменении тепловой мощности камеры сгорания за счет количественного увеличения подачи «обедненной» смеси при постоянном качественном ее составе, то есть при поддержания коэффициента избытка воздуха в канале подачи первичного воздуха и канале смешения постоянным или близким к этому в пределах от 1,7 до 2,5. Это повысит долговечность и работоспособность устройства и/или включающей его газотурбинной установки.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором стабилизатор пламени выполнен с поверхностью, расширяющейся в сторону выхода камеры сгорания, позволит дополнительно повысить гомогенизацию смеси и предотвратит возможность проникновения случайно возникших крупных капель топлива в зону горения, потому что наиболее крупные из них будут за счет сил инерции двигаться прямолинейно, ударяться о наклонную к направлению потока расширяющуюся поверхность стабилизатора пламени и разбиваться на более мелкие части. Мелкие и средние капли, не испарившиеся до этого, за счет воздействий центробежных сил закрученного потока будут выноситься в периферийную зону и испаряться под действием тепла от стенок жаровой трубы и части стабилизатора пламени.

Расположение на второй, обратной к потоку поверхности стабилизатора пламени за турбулизирующей кромкой, по меньшей мере, одной форсунки подачи пилотного топлива должно повысить стабильность сгорания при пуске и на переходных режимах из-за повышения концентрации топлива в зоне рециркуляции и расширения интервала стабильного горения смеси при изменяющихся условиях сгорания.

Следовательно, совокупность указанных признаков позволит уменьшить до предела случайное проникновение капель топлива в объем горения основной массы топливовоздушной смеси и возникновение в нем зон с переменной концентрацией топлива, способствующих развитию или увеличению колебаний давления и температуры сгорания. Равномерное и стабильное распределение температур по жаровой трубе и в критическом сопле будет способствовать повышению долговечности и ресурса работы всего устройства регулирования, камеры сгорания, газовой турбины или потребителя тепла и/или других устройств, установок или агрегатов, его включающих.

Выполнение агрегатов регулирования первичного и вторичного воздуха с возможностью синхронного изменения площадей проходных сечений каналов первичного и вторичного воздуха, так что их суммарная площадь в местах изменения сечений остается постоянной, позволяет наиболее просто рассчитать и организовать описанный выше процесс, так как по этому параметру наиболее легко можно определить и/или вычислить необходимые для полного сгорания оптимальные расходы топлива.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором жаровая труба имеет указанные ранее соотношения размеров, позволяет достичь оптимального соотношения объема горения топливовоздушной смеси и объема зоны рециркуляции.

Расширение диапазона регулирования может быть достигнуто за счет всей указанной совокупности признаков и описанной последовательности работы указанных агрегатов устройства регулирования, так как при постоянном, близком к оптимальному (по условиям образования вредных выбросов), составе «бедной» смеси тепловая мощность регулируется ее количеством, поступающим в камеру сгорания. Общий расход или подача воздуха для камеры сгорания в целом остается постоянным. Разбавление продуктов сгорания вторичным воздухом и его подача в камеру сгорания позволяет поддерживать массовый расход горячих газов на выходе из камеры сгорания (без учета массы топлива), близким к постоянному с минимальными или оптимальными потерями на аэрогидравлических сопротивлениях в ней. При этом увеличивается только энергонасыщенность указанных газов, проходящих через критическое сопло. Это должно повысить надежность и эффективность работы установки и ее регулирования.

На чертеже показан разрез камеры сгорания и вид на устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины содержит корпус 1 с жаровой трубой 2, оснащенной входным диффузором 3, каналами 4 и 5 соответственно подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу 2 камеры сгорания и с каналом 6 смешения основного топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель 7. Агрегаты 8 и 9 синхронного регулирования соответственно расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах 4 и 5 корпуса 1 и взаимосвязанные между собой, так что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха. При этом агрегат регулирования расхода первичного воздуха выполнен в виде стабилизатора 10 пламени, установленного по оси камеры сгорания с возможностью осевого перемещения во входном диффузоре 3 жаровой трубы 2 и поддержания коэффициента избытка воздуха в канале 4 подачи первичного воздуха и канале 6 смешения постоянным или близким к этому в пределах от 1,7 до 2,5. Для наиболее простой конструкции агрегатов управления можно использовать, например, механические тяги и кинематически с ними связанные стабилизатор пламени 10, поворотный или скользящий золотник 12, установленный с возможностью полного или частичного перекрытия канала 5 подачи вторичного воздуха и золотник 14 для регулирования подачи топлива.

Начальная часть жаровой трубы выполнена в виде входного диффузора 3, плавно расширяющегося по направлению к выходу из камеры сгорания потока газов через сопло 15. Исполнительные механизмы, синхронно управляющие стабилизатором пламени 10 и регулятором 13 подачи основного топлива, а также агрегатом 9, выполненным с золотником 12, регулирующим канал 5 подачи вторичного воздуха, могут иметь любой другой известный привод (гидравлический, пневматический, электромагнитный или иной), обеспечивающий синхронное регулирование подачи основного топлива и обоих агрегатов подачи воздуха в режиме поддержания почти постоянного суммарного его расхода через камеру сгорания.

Для запуска камеры сгорания, воспламенения топливовоздушной смеси и розжига пламени на стенке жаровой трубы установлен воспламенитель 11.

Регулирование подачи пилотного топлива в зону рециркуляции осуществляется через форсунки 21 с помощью регулятора 25.

Лопатки осевого завихрителя 7 установлены в канале 6 концентрично под углом к его оси большим или равным 30°.

На выходе из камеры сгорания установлено сопло 15 с критическим сечением 16.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором стабилизатор пламени 10 выполнен с двумя поверхностями, одна из которых 17 выполнена расширяющейся в сторону выхода камеры сгорания и оканчивающейся в ее наиболее широкой части турбулизирующей кромкой 18, а вторая 19 ограничена указанной кромкой и выполнена с возможностью образования зоны рециркуляции 20, а на второй поверхности 19 расположена, по меньшей мере, одна форсунка 21 подачи пилотного топлива. В наиболее простом виде вторая поверхность 19 может быть плоской, в другом более сложном виде ее можно выполнить в виде части горообразной поверхности, способствующей формированию в зоне рециркуляции устойчивого торообразного вихря и создающей наименьшее аэрогидравлическое сопротивление для движения в нем газов.

Расходы первичного и вторичного воздуха определяются соответствующими изменяющимися площадями проходных сечений агрегатов 8 и 9 регулирования каналов 5 и 6 сответственно первичного и вторичного воздуха, в сумме составляющими постоянную или близкую к этому величину.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, в котором имеют место следующие соотношения:

D_к/d_кр≥6;

L_к/D_к≥1,8,

где D_к - диаметр жаровой трубы камеры сгорания;

d_кр - диаметр критического сечения сопла на выходе из камеры сгорания;

L_к - длина камеры сгорания, измеряется от плоскости расположения турбулизирующей кромки 18 до плоскости критического сечения 16 сопла 15.

Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины работает следующим образом.

При запуске заранее приготовленная в канале 6 смешения «бедная» смесь поступает в камеру сгорания и с помощью регулятора 25 через форсунки 21 дополнительно обогащается в зоне рециркуляции 20 пилотным топливом, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется от воспламенителя 11, запуская камеру сгорания и газовую турбину.

Далее устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания работает следующим образом. Основное жидкое или газообразное топливо подается в канал 6 смешения основного топлива с первичным воздухом через форсунки 22 подачи основного топлива, в которые оно поступает по кольцевому топливному коллектору 23 через золотник 14 регулятора подачи основного топлива 13 из основной топливной магистрали 24. При движении по каналу 6 смешения распыленное жидкое топливо испаряется и перемешивается с первичным воздухом. Неиспарившиеся капли топлива попадают на лопатки завихрителя 14 и разбиваются при ударе об их поверхности. В закрученном потоке мелкие и средние капли увлекаются этим закрученным потоком и за счет центробежных сил отбрасываются (сепарируются) и скапливаются в его внешней части, где они под действием тепла от горячих стенок входного диффузора 3 и стабилизатора пламени 10 испаряются. Наиболее крупные капли, прошедшие через лопатки, за счет сил инерции пролетают по направлению движения потока и достигают первой расширяющейся поверхности стабилизатора пламени, ударяются об нее, дробятся и более мелкие капельки, и пары испарившегося топлива увлекаются тем же закрученным потоком к стенкам жаровой трубы, где полностью испаряются. Высокогомогенизированная «бедная» смесь подогревается, зажигается под действием высокой температуры газов, поступающих из зоны рециркуляции 20, двигаясь по жаровой трубе 2, стабильно горит и полностью сгорает. Поступление вторичного воздуха в зону горения позволяет доокислить (дожечь) случайно образовавшиеся окись углерода, сажу и недоокислившиеся углеводороды.

При плавном изменении режима также плавно увеличиваются расход первичного воздуха и подача основного топлива в канал 6 их подачи и смешения. Плавное изменение их расходов не будет изменять концентрацию топлива в воздухе, и все процессы сгорания будут происходить почти так же, как ранее описывалось.

При резком увеличении расхода первичного воздуха из-за инерционности работы отдельных элементов устройства, составляющих кинематическую цепь привода агрегатов регулирования, возможно кратковременное дополнительное обеднение смеси в канале 6 подачи и смешения первичного основного топлива с первичным воздухом и по этой причине возможен срыв пламени. Для предотвращения этого в зону рециркуляции необходимо подать дополнительное количество основного или пилотного топлива, которое стабилизирует горение в зоне рециркуляции и будет поддерживать его в камере сгорания при дополнительном обеднении смеси.

При использовании горючих газов изменение кольцевого зазора приведет к дополнительной турбулизации топлива воздушной смеси в нем и обеспечит высококачественное смесеобразование на всех режимах работы.

1. Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины, содержащее корпус с каналами подачи первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу камеры сгорания и с каналом смешения основного топлива с первичным воздухом, в котором установлен осевой завихритель, агрегаты синхронного регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, размещенные в соответствующих каналах корпуса и взаимосвязанные между собой так, что при увеличении или уменьшении расхода первичного воздуха происходит соответственно уменьшение или увеличение расхода вторичного воздуха, отличающееся тем, что начальная часть жаровой трубы выполнена в виде входного диффузора, агрегат регулирования расхода первичного воздуха выполнен в виде стабилизатора пламени, установленного по оси камеры сгорания с возможностью осевого перемещения во впускном диффузоре жаровой трубы, и связан с регулятором расхода основного топлива для поддержания коэффициента избытка воздуха в канале подачи первичного воздуха и канале смешения постоянным или близким к этому в пределах от 1,7 до 2,5, лопатки осевого завихрителя установлены концентрично под углом к его оси, большим или равным 30°, а на выходе из камеры сгорания установлено сопло с критическим сечением.

2. Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины по п.1, отличающееся тем, что стабилизатор пламени выполнен с двумя поверхностями, одна из которых выполнена расширяющейся в сторону выхода камеры сгорания и оканчивающейся в ее наиболее широкой части турбулизирующей кромкой, вторая ограничена указанной кромкой и выполнена с возможностью образования зоны рециркуляции, а, по меньшей мере, одна форсунка подачи пилотного топлива расположена на второй поверхности.

3. Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины по п.1, отличающееся тем, что агрегаты регулирования первичного и вторичного воздуха выполнены с возможностью синхронного изменения площадей проходных сечений каналов первичного и вторичного воздуха, так что их суммарная площадь в местах изменения сечений остается постоянной или близкой к этому.

4. Устройство для регулирования низкоэмиссионной камеры сгорания газовой турбины по п.1, отличающееся тем, что

D_к/d_кр≥6;

L_к/d_к≥1,8,

где D_к - диаметр жаровой трубы камеры сгорания;

d_кр - диаметр критического сечения сопла на выходе из камеры сгорания;

L_к - длина камеры сгорания (измеряется от плоскости расположения турбулизирующей кромки до плоскости критического сечения сопла).