МАЛОЭМИССИОННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2012 года по МПК F23R3/14 

Изобретение - малоэмиссионная горелка - относится к устройствам для сжигания топливного газа в ГТД с низкой эмиссией вредных веществ в выхлопных газах двигателя. Применение малоэмиссионной горелки в ГТД позволяет обеспечивать жесткие экологические требования к содержанию вредных веществ в выхлопных газах.

Эта задача становится особенно актуальной для высокоэффективных газотурбинных двигателей со степенью сжатия компрессора более 20.

Для выполнения современных и перспективных экологических требований по эмиссии выхлопных газов ГТД разрабатываются горелки для сжигания бедной гомогенной (предварительно хорошо перемешанной) топливовоздушной смеси (ТВС) при температуре пламени не выше 1750 К. Рабочий процесс горения при этом осуществляется путем строго дозированной подачи топлива в горелки по нескольким контурам в зависимости от режима работы ГТД и условий окружающей среды.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является патент на изобретение RU 94665 U1, МПК F23R 3/14 «Двухконтурная форсунка газотурбинного двигателя», опубликованный 27.05.2010.

В отличие от аналога заявленный технический результат в предлагаемой горелке достигается с помощью введения в конструкцию штока с каналами раздельного подвода топлива в дежурную и основную зоны и попутного уступа-турбулизатора воздушного потока высотой от 15 до 20% от высоты канала, располагаемого на входе перед лопатками завихрителя.

На фиг.1 представлен общий вид малоэмиссионной горелки, где показано расположение основных элементов конструкции.

Малоэмиссионная горелка содержит корпус с соплом (1); завихритель с полыми лопатками (2) и попутный уступ-турбулизатор (3) высотой от 15 до 20% от высоты канала, расположенный на наружном диаметре воздушного канала на входе перед лопатками завихрителя; шток (4) с каналами (5) и (6) подвода топлива в основную и дежурную зоны соответственно и с отверстиями (7) подачи топлива из кольцевого коллектора (8) в основную зону горения; плохообтекаемое центральное тело (9) с отверстиями (10) подачи топлива из кольцевого коллектора (11) через центральный канал (12) в дежурную зону и с отверстиями (13) подачи воздуха в дежурную зону горения.

Малоэмиссионная горелка работает следующим образом.

Через кольцевой канал 6 штока 4 подается топливо в кольцевой коллектор 11 дежурной зоны, расположенный внутри корпуса 1 горелки. Далее топливо проходит через каналы ряда отдельных полых лопаток и поступает в центральный канал 12 и через отверстия 13 на торцевой стенке центрального тела 9, где струи дежурного топлива внедряются в закрученную струю воздуха.

Разжигается дежурная зона, назначение которой - поддержка горения гомогенной топливовоздушной смеси (ТВС) основной зоны горения. Горение дежурного топлива происходит диффузионно в обратных токах за центральным телом 9 в закрученной струе воздуха.

Через трубку 5 штока 4 топливо подается в кольцевой коллектор 8 основной зоны горения. Далее топливо через большое число мелких отверстий 7 в стенках другого ряда полых лопаток 2 впрыскивается в поток воздуха, входящий в завихритель горелки 2, обтекая попутный уступ-турбулизатор 3. Образуется бедная однородная топливовоздушная смесь основной зоны, выходящая из горелки в виде кольцевой закрученной струи.

Для организации горения дежурной зоны и охлаждения торцевой стенки и самого центрального тела 9 используется воздух, подаваемый через отверстия 12, струи которого направлены вдоль кромки.

Горение ТВС основного контура в закрученной струе обеспечивается при подводе тепла от горящего дежурного топлива, внедренного в нее, а также в следе за центральным телом, совместно с дежурным топливом и возвратными продуктами горения. В результате взаимного поддерживающего горения двух зон в горелках обеспечивается устойчивое горение во всем рабочем диапазоне. На номинальном режиме работы двигателя ТВС основного контура практически горит уже без тепловой поддержки дежурной зоны, и уменьшение расхода топлива в дежурную зону обеспечивает минимальный уровень выбросов вредных веществ.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, может быть использовано в конструкции камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД) наземного применения, работающих на природном газе, и обеспечивает при его использовании широкий диапазон устойчивого горения КС и низкий уровень эмиссии NO_x и СО на номинальном режиме работы двигателя за счет снижения расхода топлива. Указанный технический результат достигается в малоэмиссионной горелке, содержащей корпус с соплом; завихритель с полыми лопатками с отверстиями подачи топлива в основную зону; плохообтекаемое центральное тело с отверстиями подачи топлива в дежурную зону и отверстиями подачи воздуха в дежурную зону; шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны и выполненный на входе в воздушный канал горелки перед завихрителем попутный уступ-турбулизатор воздуха высотой от 15 до 20% от высоты канала. 1 ил.

Малоэмиссионная горелка, содержащая корпус с соплом; завихритель с полыми лопатками с отверстиями подачи топлива в основную зону; плохообтекаемое центральное тело с отверстиями подачи топлива в дежурную зону и отверстиями подачи воздуха в дежурную зону; шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны и выполненный на входе в воздушный канал горелки перед завихрителем попутный уступ-турбулизатор воздуха высотой от 15 до 20% от высоты канала.