СПОСОБ ОЧИСТКИ КОЛЛЕКТОРА С ФОРСУНКАМИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПРОДУКТОВ КОКСОВАНИЯ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F02C7/22 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива и устройствам для их осуществления.

Серьезным дефектом, ограничивающим ресурс газотурбинного двигателя, является засорение каналов распыливающих деталей форсунок коллектора камеры сгорания продуктами коксования, которые образуются при нагревании проходящего через него топлива за счет окисления молекул углеводородного топлива растворенным в нем кислородом с образованием продуктов большой молекулярной массы и их дальнейшей полимеризацией в виде коксоподобных соединений, отложения которых выпадают на стенки каналов.

Из патентных материалов известны средства для очистки элементов камеры сгорания от нагара и коксовых отложений (см., например, Европейский патент 0386806 по кл. F 23 J 3/04 от 1990 г.).

Известное техническое решение содержит системы подачи в элементы камеры сгорания воздуха, воды, органического и неорганического растворителей, а также систему эвакуации растворенных отложений. Известное устройство не позволяет полностью удалить различные по составу высокомолекулярные коксоотложения, адгезированные в процессе эксплуатации двигателя на стенках каналов коллектора с форсунками камеры сгорания.

Предлагаемое устройство для очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива отличается от известного тем, что оно содержит систему подачи озонсодержащей смеси, систему подачи второго органического растворителя и систему вакуумного насоса с ресивером и управляемыми клапанами для прямой и обратной прокачки коллектора в пульсационном режиме.

Описываемое устройство с отмеченными отличиями позволяет устранить недостатки известного устройства и добиться эффективной очистки топливных каналов коллектора с форсунками от продуктов коксования.

По мнению авторов наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ очистки элементов камеры сгорания от отложений нагара и кокса, описываемый в патенте Великобритании 2124643 по кл. F 23 J 3/00 от 1982 г.

В известном способе очищаемые поверхности промывают нагретыми органическим и неорганическим растворителями. Известный способ недостаточно эффективен и обладает такими же недостатками, которые присущи техническому решению по Европейскому патенту 0386806. В частности, он не обеспечивает полного удаления продуктов коксования топлива, отслаиваемых в процессе промывки со стенок коллектора, что в ряде случаев приводит к дополнительному засорению малоразмерных по проходному сечению каналов в распыливающих деталях форсунок. При этом не достигается гарантированный эффект полной очистки каналов коллектора с форсунками от продуктов коксования топлива.

Предлагаемый способ позволяет устранить недостатки прототипа и добиться гарантированной очистки коллектора с форсунками от продуктов коксования топлива.

Для достижения этой задачи в способе очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива, при котором коллектор промывают нагретыми органическим и неорганическим растворителями, до промывки коллектор продувают озоносодержащей смесью, а промывку производят сначала органическим растворителем, нагретым до 85...95^oС, затем последовательно двумя видами неорганических растворителей при температуре 80...90^oС, которые неоднократно прокачивают в прямом и обратном направлениях, а затем коллектор промывают водой, нагретой до 80...90^oС, и высушивают воздухом, нагретым до 100^oС, а устройство, содержащее подогреваемые системы подачи в очищаемый коллектор с форсунками воздуха, воды, органического и неорганического растворителей и систему эвакуации из коллектора растворенных продуктов коксования топлива, дополнительно содержит систему для подачи второго неорганического растворителя и систему вакуумного насоса с ресивером и клапанами для прямой и обратной прокачки коллектора в пульсационном режиме, обеспечивающем удаление смытых со стенок каналов коллектора частиц коксоотложений без засорения ими малоразмерных каналов распиливающих деталей форсунок. Одновременно производится периодическая оценка динамики изменения пропускной способности коллектора с форсунками, обеспечивающая качественный контроль процесса его очистки.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для очистки коллектора с форсунками,
Устройство содержит очищаемый коллектор с форсунками 1 и магистрали:
- подвода озонсодержащей смеси или воздуха.

- подвода воды,
- подвода смеси органических растворителей или двух различных смесей неорганических растворителей,
- слива грязных растворов с частицами кокса.

Магистраль подвода озонсодержащей смеси или воздуха включает в себя последовательно соединенные трубопроводами: баллон со сжатым воздухом 2, имеющий редуктор давления 3, распределительный кран 4, генератор озона (О₃) 5, запорный кран 6, подогреватель 7 с расположенным за ним датчиком давления 8 и запорный кран 9.

Магистраль подвода воды включает в себя соединенные трубопроводами: бак для воды (Н₂О) 10 с подогревателем 11 и запорными кранами 12 и 13, нагнетающий гидронасос 14, распределительный кран 15, через который вода может поступать в универсальный бак 16, ресивер 51 и через регулируемый вентиль 17 к обратному клапану 18, перед которым находится датчик давления 19.

Магистраль подвода смеси органических растворителей и двух различных смесей неорганических растворителей включает в себя соединенные трубопроводами: бак 20 для смеси органических растворителей (РО) с подогревателем 21 и запорными кранами 22 и 23, бак 24 для первого состава смеси неорганических растворителей (РН1) с подогревателем 25 и запорными кранами 26 и 27, бак 28 для второго состава неорганических растворителей (РН2) с подогревателем 29 и запорными кранами 30 и 31, фильтр 32, через который смеси РО, РН1 или РН2, приготовленные в баке 16, подаются с помощью напорного гидронасоса 33 через распределительный кран 34 в баки 25 или 29, фильтр 35, через который смеси РО, РН1 или РН2 подаются с помощью напорного гидронасоса 36 через регулировочные вентили 37 и 39, между которыми установлен датчик давления 38, обратный клапан 40, фильтр 41 и отсечной кран 42 к развилке 43, подсоединенной к входному штуцеру очищаемого коллектора с форсунками 1. В коммуникациях для подачи указанных смесей установлен параллельный участок трубопровода, по которому поток может быть направлен через запорный кран 44 к датчику расхода 45.

Магистраль слива грязных растворов включает в себя соединенные трубопроводами: фильтр 46, через который грязный раствор сливается из дренажной системы ГТД (через которые этот раствор попадает в форсунки коллектора 1) в бак 16 с запорными кранами 47 и 48, вакуумный насос 49 (с защитным фильтром 50 на входе), с помощью которого грязный раствор откачивается из входного штуцера коллектора 1 через развилку 43 и распределительный кран 52 в ресивер 51, перед которым расположен вакуумметр 53. За ресивером расположены отсечной кран 54 и фильтр 55, через которые грязный раствор сливается из ресивера 51 в бак 16.

Работа устройства, поясняющая описываемый способ.

При проведении регламентных работ входной штуцер коллектора с форсунками 1 двигателя соединяется трубопроводами с развилкой 43 устройства, к которой через подсоединенные к ней трубопроводы подключены магистрали подвода озонсодержащей смеси или воздуха, подвода воды, подвода смеси органических растворителей или двух различных смесей неорганических растворителей и слива грязных растворов с частицами кокса.

Перед проведением очистки коллектора баки 11 и 21 наполняют соответственно водой и смесью РО. В баке 16 из помещаемых в него соответствующих химических ингридиентов и подаваемой из бака 11 подогретой до 90^oС воды последовательно приготовляют и подают с помощью насоса 33 в баки 25 и 29 соответственно растворы смесей РН1 и РН2.

Вырабатываемая в генераторе озона 5 озонсодержащая смесь, подогретая до 100^oС, поступает под давлением Р_г, контролируемым с помощью датчика 8, через развилку 43 в коллектор с форсунками 1, через который она продувается в течение необходимого времени.

Затем коллектор с форсунками 1 прокачивается в течение необходимого времени смесью РО, подогретой до температуры 85-95^oС в баке 20 и нагнетаемой из него через фильтры 35, 41 и развилку 43 в коллектор с помощью насоса 36 под необходимым давлением Р_р-р, которое контролируется датчиком 38. После прохода через каналы коллектора с форсунками 1 грязная смесь РО самотеком сливается через фильтр 46 в бак 16.

После обработки коллектора смесью РО он прокачивается в течение необходимого времени последовательно смесями РН1 и РН2, которые после подогрева до температуры 80-90^oС соответственно в баках 25 и 29 подаются из них через фильтры 35 и 41 с помощью насоса 36 под необходимым давлением Р_р-р, которое контролируется датчиком 38. При этом промывка коллектора 1 указанными смесями производится в циклическом режиме егопрямой (под давлением Р_р-р) и обратной прокачки, реализуемой с помощью вакуумного насоса 49, который отсасывает из каналов коллектора с форсунками грязную смесь в ресивер 51 за счет создаваемого в нем необходимого разряжения Р_оо, контролируемого с помощью вакуумметра 53. Во время каждого цикла прокачки коллектора грязная смесь с частицами кокса частично эвакуируется из его форсунок через дренажную систему ГТД и фильтр 46 в бак 16 при "прямом" направлении потока смеси и из его входного штуцера через развилку 43, ресивер 51 и фильтр 55 в бак 16 при "обратном" направлении потока смеси.

Периодически, в момент "прямой" прокачки коллектора смесью РН1 или РН2, путем закрытия запорного крана 39 и открытия запорного крана 44 поток смеси (в течение короткого промежутка времени) направляется через датчик расхода 45, с помощью которого определяется пропускная способность коллектора с форсунками 1.

После прокачки коллектора с форсунками смесью РН1 или РН2 он промывается в течение необходимого времени водой, подогретой в баке 11 до температуры 80-90^oС, нагнетаемой из него в коллектор 1 с помощью насоса 14 и фильтр 41 под необходимым давлением Р_в, которое контролируется с помощью датчика 19. После промывки коллектора водой она сливается из его форсунок через дренажную систему ГТД и фильтр 46 в бак 16.

Промытый коллектор с форсунками 1 сушится в течение необходимого времени сжатым воздухом, который подается в него из баллона 2 через редуктор давления 3, запорный кран 9 и развилку 43 под необходимым давлением Р_г, которое контролируется с помощью датчика 8, на пути к которому воздух с помощью подогревателя 7 нагревается до температуры 100^oС.

Способ и устройство очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива относится к области машиностроения. Способ осуществляется путем промывки коллектора нагретыми органическим и двумя неорганическими растворителями, при котором до промывки предусмотрена продувка коллектора озонсодержащей смесью для перевода коксовых и асфальтеновых соединений, представляющих собой смесь высокомолекулярных органических веществ, адгезированных на поверхности стенок каналов коллектора с форсунками в соединения с более низкой молекулярной массой, обладающей повышенной растворимостью. Затем промывка производится сначала органическим растворителем, нагретым до 85-95^oС, затем последовательно двумя видами неорганических растворителей при температуре 80-90^oС, которые неоднократно прокачивают в прямом и обратном направлениях, а затем коллектор промывают водой, нагретой до 80-90^oС, и высушивают воздухом, нагретым до 100^oС. Изобретение предусматривает устройство для осуществления указанного способа очистки коллектора с форсунками, содержащее подогреваемые системы подачи в очищаемый коллектор с форсунками озонсодержащей смеси, воздуха, воды, органического и неорганических растворителей и систему эвакуации из коллектора растворенных продуктов коксования топлива, включающую в себя вакуумный насос с ресивером и клапанами для прямой и обратной прокачки коллектора неорганическими растворителями в пульсационном режиме, что позволяет обеспечить удаление смытых со стенок каналов коллектора частиц коксоотложений без засорения ими малоразмерных каналов распиливающих деталей форсунок. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива, при котором коллектор промывают нагретыми органическим и неорганическими растворителями, отличающийся тем, что до промывки коллектор продувают озонсодержащей смесью, а промывку производят сначала органическим растворителем, нагретым до 85...95°С, затем последовательно двумя видами неорганических растворителей при температуре 80...90°С, которые неоднократно прокачивают в прямом и обратном направлениях, а затем коллектор промывают водой, нагретой до 80...90°С, и высушивают воздухом, нагретым до 100°С.2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее подогреваемые системы подачи в очищаемый коллектор с форсунками воздуха, воды, органического и неорганического растворителей и систему эвакуации из коллектора растворенных продуктов коксования топлива, отличающееся тем, что устройство содержит систему для подачи второго неорганического растворителя и систему вакуумного насоса с ресивером и клапанами для прямой и обратной прокачки коллектора в пульсационном режиме.