ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ ЗАПУСКА Российский патент 2003 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в газотурбинных установках (ГТУ), предназначенных для привода ряда электрогенераторов, компрессоров и насосов, а также в некоторых газотурбинных двигателях (ГТД).

Известным и наиболее близким техническим решением является газотурбинная установка, содержащая турбину и компрессор, расположенные на общем валу, камеру сгорания, сообщенную выходом с входом в турбину непосредственно, а входом - с выходом из компрессора через инжектор, подключенный к внешнему источнику подачи воздуха высокого давления, и выполненную с топливными форсунками и запальным устройством, и насосную систему, снабженную автономным приводом (патент РФ 2165032 от 10.04.2001, МКИ F 02 С 7/22 - прототип).

Недостатком известной газотурбинной установки является ненадежность ее запуска по причине неоднородности состава получаемой топливо-воздушной смеси из-за невозможности организации качественного смесеобразования при одновременной подаче его на все форсунки камеры сгорания при массовом расходе, обеспечивающем получение требуемой величины коэффициента избытка воздуха, что необходимо для надежного поджига топливовоздушной смеси.

Задачей изобретения является повышение надежности запуска газотурбинной установки, выполненной без специального пневмостартера.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в газотурбинной установке, содержащей турбину и компрессор, расположенные на общем валу, камеру сгорания, сообщенную выходом - с входом в турбину непосредственно, а входом с выходом из компрессора через инжектор, подключенный к внешнему источнику подачи воздуха высокого давления, и выполненную с топливными форсунками, питающий коллектор которых сообщен с топливной емкостью магистралью с пускоотсечным клапаном, согласно изобретению питающий коллектор разделен на две полости - центральную и периферийную. При этом центральная полость питает часть форсунок (1/5-1/3) от общего количества, а периферийная полость питает остальные форсунки камеры сгорания. Периферийная полость связана с магистралью, сообщающей питающий коллектор с топливной емкостью, с помощью трубопровода с запорным органом. Для предварительного заполнения периферийной полости перед открытием запорного органа имеется байпасная линия, связывающая магистраль с периферийной полостью через пакет жиклеров.

Известен способ запуска газотурбинной установки, основанный на предварительной раскрутке турбины воздухом от инжектора до заданной частоты вращения, подаче топлива на форсунки камеры сгорания и организации воспламенения полученной топливовоздушной смеси, описанный в патенте РФ 2165032 от 10.04.2001 г., МКИ F 02 C 7/22 - прототип.

Недостатком известного способа является то, что для его осуществления требуется реализовать достаточно большой расход воздуха через инжекторное устройство, что необходимо для получения требуемого качественного смесеобразования перед запуском газотурбинной установки на всех форсунках одновременно.

Задачей изобретения является повышение надежности запуска газотурбинной установки при малых расходах воздуха через инжекторное устройство в условиях низких температур перед турбиной.

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ запуска газотурбинной установки, основанный на предварительной раскрутке турбины воздухом от инжектора до заданной частоты вращения, подаче топлива в камеру сгорания и организации воспламенения полученной топливовоздушной смеси, согласно изобретению состоит в том, что воздух на турбину от внешнего источника подают с массовым расходом, обеспечивающим, по крайней мере, начало ее вращения, после чего на часть форсунок камеры сгорания подают топливо с массовым расходом, обеспечивающим коэффициент избытка воздуха на них, достаточный для организации поджига, образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают и, увеличивая расход топлива до величины, обеспечивающей коэффициент избытка воздуха не более 1,5 для всех форсунок камеры сгорания, подают топливо на остальные форсунки из предварительно заполненной полости питающего их коллектора, а затем подачу воздуха от внешнего источника прекращают.

Предлагаемая газотурбинная установка представлена на чертеже, где обозначены:
1 - турбина;
2 - компрессор;
3 - вал;
4 - камера сгорания;
5 - инжекторное устройство;
6 - магистраль;
7 - агрегат подачи топлива;
8 - центральная полость;
9 - питающий коллектор;
10 - форсунки;
11 - пускоотсечной клапан;
12, 15 - трубопровод;
13 - периферийная полость;
14 - запорный орган;
16 - пакет жиклеров;
17 - запальное устройство.

Турбина 1 и компрессор 2 размещены на валу 3. Камера сгорания 4 сообщена своим выходом с входом в проточную часть турбины 1, а входом - с выходом из компрессора 2 через инжекторное устройство 5, предназначенное для нагнетания атмосферного воздуха в проточную часть турбины 1 за счет истечения струи воздуха от внешнего источника высокого давления (на чертеже не показан). Магистраль 6 соединяет агрегат подачи топлива 7 с центральной полостью 8 питающего коллектора 9, питающую форсунки 10, размещенные в центральной части форсуночной головки камеры сгорания 4, через пускоотсечной клапан 11 и трубопровод 12. Периферийная полость 13 питающего коллектора 9, питающая форсунки 10, размещенные по периферии форсуночной головки камеры сгорания 4, сообщается с трубопроводом 12 как через запорный орган 14, так и через байпасный трубопровод 15, снабженный пакетом жиклеров 16. Запальное устройство 17 размещено в центральной части форсуночной головки камеры сгорания 4.

Принцип работы газотурбинной установки состоит в следующем. В соответствии с предлагаемым способом запуск начинается с подачи воздуха от внешнего источника высокого давления на инжекторное устройство 5. Далее воздух поступает в камеру сгорания 4. При этом струя воздуха инжекторного устройства 5 затягивает через компрессор 2 атмосферный воздух, который нагнетается в камеру сгорания 4, а затем поступает в проточную часть турбины 1, которая начинает вращаться. Таким образом, в камере сгорания 4 создается незначительное избыточное давление воздуха.

Несмотря на небольшую располагаемую энергию воздушного потока, частота вращения турбины 1 будет достаточной для того, чтобы организовать процесс горения только в группе форсунок 10, расположенных в центральной части форсуночной головки камеры сгорания 4 (1/5-1/3 от общего количества), питаемых от центральной полости 8. Для этого открывают пускоотсечной клапан 11, и топливо по трубопроводу 12 поступает в центральную полость 8 и далее на форсунки 10 в центральной части форсуночной головки камеры сгорания 4. Образовавшаяся топливовоздушная смесь поджигается запальным устройством 17.

После открытия пускоотсечного клапана 11 топливо по трубопроводу 15 байпасной линии через пакет жиклеров 16 поступает в периферийную полость 13, постепенно ее заполняя. По мере заполнения периферийной полости 13 топливом возрастает частота вращения агрегата подачи топлива и увеличивается его массовый расход. К моменту полного заполнения периферийной полости 13 топливом его массовый расход достигает величины, когда коэффициент избытка воздуха составляет не более 1,5 для всех форсунок камеры сгорания 4, после чего открывают запорный орган 14, обеспечивая требуемую подачу топлива на все форсунки 10. После запуска всех форсунок 10 подачу воздуха от внешнего источника прекращают, а увеличением частоты вращения агрегата подачи топлива повышают его массовый расход и выводят газотурбинную установку на номинальный режим работы.

Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность газотурбинной установки, повысить ее эксплутационные качества и снизить энергозатраты при ее запуске.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в газотурбинных установках, предназначенных для привода ряда электрогенераторов, компрессоров, насосов, а также в некоторых других газотурбинных двигателях. Газотурбинная установка содержит турбину, закрепленную на валу компрессора. Проточная часть турбины сообщена с выходом камеры сгорания, вход которой сообщен с компрессором. Питающий коллектор, подсоединенный к форсункам, разделен на центральную и периферийную полости. Центральная полость сообщена с агрегатом подачи топлива через клапан. Периферийная полость соединена с магистралью после пускоотсечного клапана трубопроводом, снабженным запорным органом и устройством, обеспечивающим ее заполнение перед открытием запорного органа. Воздух от внешнего источника подается в камеру сгорания через инжекторное устройство. При запуске вначале открывается клапан 10, подается топливо на форсунки, размещенные в центре, и осуществляется поджиг с последующим увеличением расхода топлива до получения требуемого коэффициента избытка воздуха для всех форсунок камеры сгорания. Одновременно идет заполнение полости. После достижения требуемого расхода топлива клапан открывается, а подача воздуха в инжектор прекращается. Изобретение повышает надежность запуска при малых расходах воздуха через инжекторное устройство. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая камеру сгорания, турбину и компрессор, расположенные на общем валу, причем камера сгорания сообщена выходом с входом в турбину непосредственно, а вход - с выходом из компрессора через инжекторное устройство, питаемое от внешнего источника воздуха, и снабжена форсунками, питающий коллектор которых сообщен с топливной емкостью магистралью с пускоотсечным клапаном, отличающаяся тем, что в ней питающий коллектор разделен на центральную и периферийную полости, причем периферийная полость сообщена с магистралью после пускоотсечного клапана трубопроводом, снабженным запорным органом и устройством, обеспечивающим ее заполнение перед открытием запорного органа. 2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в ней устройство, обеспечивающее заполнение периферийной полости перед открытием запорного органа, выполнено в виде байпасной линии, снабженной пакетом жиклеров. 3. Способ запуска газотурбинной установки, основанный на предварительной раскрутке турбины воздухом от инжекторного устройства до заданной частоты вращения, подаче топлива в камеру сгорания и организации воспламенения полученной топливовоздушной смеси, отличающийся тем, что воздух на турбину от внешнего источника подают с массовым расходом, обеспечивающим, по крайней мере, начало ее вращения, после чего на часть форсунок камеры сгорания подают топливо с массовым расходом, обеспечивающим коэффициент избытка воздуха на них, достаточный для поджига, образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают и увеличивают расход топлива до величины, обеспечивающей коэффициент избытка воздуха не более 1,5 для всех форсунок камеры сгорания, после чего подают топливо на все форсунки из предварительно заполненного им питающего коллектора, а затем прекращают подачу воздуха от внешнего источника.