Способ снижения выбросов вредных веществ в газотурбинном двигателе

Авторы патента:

F02C9/28 - системы регулирования, чувствительные к параметрам установки и окружающей среды, например к температуре, давлению, скорости ротора (F02C 9/30- F02C 9/38,F02C 9/44 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2596901:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано для регулирования газотурбинного двигателя. В способе снижения выбросов вредных веществ дополнительно измеряют давление топлива в дежурной Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ путем уменьшения подачи топлива в дежурную зону горения до снижения уровня выбросов вредных веществ на 1-2% ниже предельно допустимых значений. Изобретение позволяет улучшить экологические показатели выбросов вредных веществ при работе газотурбинного двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и экологии в части загрязнения атмосферы и может быть использовано для снижения выбросов вредных веществ в выхлопных газах.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является известный способ снижения выбросов вредных веществ в газотурбинном двигателе, в котором измеряют расход топлива, температуру газов за турбиной низкого давления, уровень выбросов вредных веществ в выхлопных газах и поддерживают температуру и постоянный состав смеси в дежурной и основной зонах горения.

/Иноземцев А.А, Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л., Газотурбинные двигатели, с.с. 89, 90, 305, ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007/.

Данный способ не является оптимальным во всей области эксплуатации газотурбинного двигателя и не обеспечивает необходимые экологические показатели по выбросам вредных веществ в атмосферу, а также не обеспечивает возможность одновременного получения низких уровней эмиссии CO и NO_x во всем диапазоне рабочих режимов двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности регулирования газотурбинного двигателя.

Ожидаемый технический результат заключается в улучшении экологических показателей выбросов вредных веществ при работе газотурбинного двигателя.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе регулирования измеряют температуру газов за турбиной низкого давления и уровень выбросов вредных веществ в выхлопных газах, поддерживают частоты вращения роторов низкого и высокого давления, температуру и постоянный состав смеси в дежурной и основной зонах горения камеры сгорания на заданном режиме работы двигателя, по предложению дополнительно измеряют давление топлива в дежурной Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ путем уменьшения подачи топлива в дежурную зону горения до снижения уровня выбросов вредных веществ на 1-2% ниже предельно допустимых значений.

Газотурбинный двигатель содержит компрессоры, турбины, несколько коллекторов подачи топлива (по крайней мере, два), камеру сгорания, топливно-насосную группу, реактивное сопло, а также систему управления с командными и исполнительными органами. Внутри камеры сгорания установлена жаровая труба, содержащая две зоны горения - дежурную и основную, к которым подведены топливные форсунки и элементы поджига топлива (воспламенители).

В соответствии с международными и отечественными стандартами в настоящее время нормируется эмиссия оксидов азота (NO_x), оксида углерода (СО), несгоревших углеводородов и дыма. Нормируемым параметром эмиссии газообразных вредных веществ является условный валовый выброс каждого вещества, отнесенный к тяге двигателя на взлетном режиме. Согласно нормам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) эмиссия СО не должна превышать 118 г/кН, эмиссия НС - 19,6 г/кН, а эмиссия NO_x - 80,6 г/кН.

Окись углерода в большом количестве может образовываться вследствие нехватки кислорода для завершения реакции окисления углерода до CO₂, диссоциации CO₂ при высокой температуре или вследствие неполного сгорания топлива. Повышенное содержание несгоревших углеводородов обычно связывают с плохим распыливанием топлива и недостаточной скоростью горения. Устранение причин образования CO и несгоревших углеводородов сводится, как правило, к повышению полноты сгорания топлива на режимах вблизи малого газа. Оксиды азота NO_xобразуются в результате окисления азота, находящегося в атмосферном воздухе и в топливе. Сажа (или дым) может образовываться в любой части зоны горения, где имеется избыток топлива и скорость смешения недостаточна.

На схеме изображена камера сгорания с основной и дежурной зонами горения, а также форсунками для подачи топлива.

Способ регулирования газотурбинного двигателя реализуется следующим образом. На заданном режиме работы двигателя измеряют температуру газов за турбиной низкого давления. По центру выхлопной струи устанавливают пробоотборник, запускают двигатель и выдерживают до установившегося температурного состояния на каждом температурном режиме, отбирают пробу для каждого проверяемого компонента и подают его на соответствующий газоанализатор. При этом в камере сгорания поддерживают частоты вращения роторов низкого и высокого давления, постоянную температуру и постоянный состав смеси в дежурной и основной зонах горения. Дополнительно измеряют давление топлива в дежурной Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ путем уменьшения подачи топлива в дежурную зону горения до снижения уровня выбросов вредных веществ на 1-2% ниже предельно допустимых значений.

Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования газотурбинного двигателя в части снижения выбросов вредных веществ ниже предельно допустимых значений, не используя дополнительных капиталовложений.

Способ снижения выбросов вредных веществ в газотурбинном двигателе, включающий измерение температуры газов за турбиной низкого давления и уровня выбросов вредных веществ в выхлопных газах, поддержание частот вращения роторов низкого и высокого давления, температуры и постоянного состава смеси в дежурной и основной зонах горения камеры сгорания на заданном режиме работы двигателя, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление топлива в дежурной Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ путем уменьшения подачи топлива в дежурную зону горения до снижения уровня выбросов вредных веществ на 1-2% ниже предельно-допустимых значений.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя (ТРД) относится к области авиационного двигателестроения, а именно к способам регулирования, оптимизирующим параметры ТРД.

Способ регулирования газовой турбины // 2588338

Изобретение описывает способ регулирования газовой турбины, причем величины (Mn1, Mn2) измерительного сигнала измеряются в разные моменты времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент (n1) времени и во второй момент (n2) времени, причем первый момент (n1) времени предшествует второму моменту (n2) времени и причем демпфированные величины (Sn1, Sn2) сигнала генерируются из измеренных величин (Mn1, Mn2) измерительного сигнала, подвергая измеренные величины (Mn1, Mn2) измерительного сигнала сглаживанию с использованием коэффициента (λ) демпфирования, причем в зависимости от разницы между величиной (Mn2) измерительного сигнала во второй момент времени (n2) и демпфированной величиной (Sn1) сигнала в первый момент (n1) времени для регулирования используется неодинаковый коэффициент (λ) демпфирования.

Способ оптимизации регулирования силовой установки со свободной турбиной для летательного аппарата и регулирующий привод для его осуществления // 2584393

Изобретение предназначено для оптимизации регулирования впрыскивания топлива. С этой целью приводные скорости всего оборудования адаптируются путем регулирования скорости турбины TL в зависимости от мощности.

Способ определения температуры на выходе камеры сгорания и способ управления газовой турбиной // 2565469

Изобретение относится к энергетике. Способ определения температуры газа на выходе камеры сгорания газовой турбины, содержащий этапы, на которых: определяют массовый расход и температуру топлива, подаваемого в камеру сгорания; определяют массовый расход и температуру воздуха, подаваемого в камеру сгорания; определяют температурную зависимость удельной теплоемкости сгоревшей смеси топлива и воздуха, поданной в камеру сгорания; и определяют температуру на выходе сгоревшей смеси на выходе из камеры сгорания на основе найденного массового расхода и температуры топлива, найденного массового расхода и температуры воздуха и найденной температурной зависимости удельной теплоемкости сгоревшей смеси.

Способ обнаружения попадания воды или града в газотурбинный двигатель // 2561963

Изобретение относится к способу обнаружения попадания воды или града в газотурбинный двигатель, причем упомянутый двигатель имеет, по меньшей мере, компрессор, камеру сгорания и турбину.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания // 2555784

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС) при их эксплуатации на учебных режимах для обеспечения надежного розжига топлива при включении форсажа с пониженных режимов непрогретого двигателя (ниже режима «Максимал»).

Регулятор газотурбинной установки и способ ее регулирования // 2550292

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки в переходном режиме, при котором регулятор определяет значения управляющей команды для массового расхода входящего воздуха, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара, если вода и пар используются, причем по меньшей мере, одно командное значение динамически компенсируют, чтобы компенсировать различную динамику систем подачи с целью синхронизации результирующих изменений массовых расходов топлива, воды, пара и воздуха горения, которые поступают в камеру сгорания, таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси оставался в пределах границы воспламенения.

Способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для газотурбинной электростанции // 2501965

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Система теплообменника, контур циркуляции топлива турбомашины и турбомашина // 2498099

Изобретение относится к области теплотехники. Система теплообменника, через которую протекает жидкость, содержащая теплообменник с входом и выходом для жидкости, перепускной клапан с входом и выходом для жидкости и самоочищающийся фильтр с входом и двумя выходами для жидкости, один из которых является выходом для отфильтрованной жидкости, а второй - для неотфильтрованной жидкости, причем выход для отфильтрованной жидкости соединен с входом теплообменника, а выход для неотфильтрованной жидкости соединен с входом клапана; при этом выход теплообменника подсоединен ниже по потоку относительно выхода клапана.

Устройство контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя // 2495265

Устройство и способ контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя путем выявления открытия клапана нагнетания и отсечки, установленного на выходе клапана регулирования расхода топлива, путем измерения скорости вращения газотурбинного двигателя, соответствующей открытию клапана нагнетания и отсечки, и путем последующего отслеживания изменения величины этой скорости вращения для того, чтобы предложить замену насоса высокого давления, когда измеренная величина этой скорости вращения достигает заданного порога.

Система и способ автонастройки системы сгорания топлива газовой турбины // 2608802

Изобретение относится к энергетике. Способ автонастройки системы сгорания топлива газовой турбины включает выбор первой настроечной кривой из множества настроечных кривых для газовой турбины, разбалансировку стабильной рабочей точки газовой турбины путем изменения одного или более рабочих параметров на основе заранее заданного набора команд, определение настроечных параметров и их сохранение, в то время как текущую рабочую точку газовой турбины возвращают на упомянутую первую настроечную кривую, и формирование резервной копии настроечных параметров для восстановления стабильной рабочей точки. Также представлены контроллер, варианты газовой турбины и машиночитаемый носитель. Изобретение позволяет минимизировать динамику сгорания, что также позволяет снизить риск ошибок и необходимость ручной настройки кривой. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины // 2610360

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал турбомашины и насосный модуль (100), содержащий конструктивный корпус (9), насосный вал (11), связанный с валом (1) турбомашины, насос (3) питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу (11) и внутри конструктивного блока (9), и электрическое устройство (5), установленное на упомянутом насосном валу (11) и выполненное с возможностью вращения упомянутого насосного вала (11) для приведения в действие насоса (3) питания или с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом (11) для электрического питания агрегата (8) турбомашины, при этом электрическое устройство содержит элементы ротора (51), установленные на наружной периферии подвижной части (32) насоса питания, и элементы статора (52), установленные на внутренней периферии конструктивного корпуса. Обеспечивается быстрый и надёжный запуск газотурбинного двигателя, сокращается продолжительность обслуживания для замены топливного фильтра фильтрационного блока. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя // 2620737

Способ относится к регулированию авиационного турбореактивного двигателя (ТРД). Предварительно для данного типа двигателя формируют две и более программы регулирования степени расширения на турбине в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель, при каждой программе измеряют значения тяги и удельного расхода при различном давлении окружающей среды, определяют программу регулирования степени расширения на турбине, обеспечивающую минимальный удельный расход топлива и максимальную тягу при заданном давлении окружающей среды, и вводят ее дополнительно в регулятор двигателя, а при полете самолета определяют текущее давление окружающей среды и при достижении заданного значения давления производят переключение программы регулирования степени расширения на турбине на программу, обеспечивающую минимальный удельный расход топлива и максимальную тягу при заданном давлении окружающей среды. Технический результат изобретения – оптимизация тягово-экономических характеристик двигателя во всем диапазоне высот полета самолета и таким образом увеличение продолжительности и дальности полета. 2 ил.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя // 2623605

Изобретение может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления турбореактивными двигателями. Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя включает измерение частоты вращения ротора низкого давления, положения рычага управления двигателем (РУД), температуры воздуха на входе в двигатель и температуры газов за турбиной низкого давления, регулирование частоты вращения ротора низкого давления, дозирование расхода топлива в камеру сгорания и регулирование величины угла установки входных направляющих аппаратов компрессора низкого давления. Для каждого значения температуры воздуха на входе в двигатель устанавливают нижнее и верхнее предельно допустимые значения частоты вращения ротора низкого давления при допустимом уровне напряжений в рабочих лопатках, а регулирование частоты вращения ротора низкого давления производят путем регулирования расхода топлива в камеру сгорания и положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления, при этом регулирование частоты вращения производят до достижения частоты вращения ротора низкого давления предельно допустимых значений. Изобретение позволяет достичь максимальное значение тяги при наличии ограничений на значения регулируемых параметров и/или управляющих воздействий. 2 ил.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя // 2623849

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения. Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя включает измерение частоты вращения ротора низкого давления, положения рычага управления двигателем, температуры воздуха на входе в двигатель, температуры газов за турбиной низкого давления и давления воздуха за компрессором, и регулирование частоты вращения ротора низкого давления путем воздействия на дозирование топлива в камеру сгорания, регулирование величины угла установки входных и направляющих аппаратов компрессора низкого давления, а также критического сечения реактивного сопла. Регулирование частоты вращения производят путем регулирования расхода топлива в камеру сгорания, положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления и площади критического сечения реактивного сопла, до достижения частоты выше или ниже предельно допустимых значений. Изобретение позволяет достичь максимального значения тяги при наличии ограничений на значения регулируемых параметров и/или управляющих воздействий. 1 ил.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя // 2627627

Изобретение относится к электронно-гидромеханическим системам автоматического управления турбореактивными двигателями. Измеряют давление газа за турбиной низкого давления, определяют отношение давлений за компрессором и за турбиной низкого давления, для каждого значения температуры воздуха на входе в двигатель устанавливают нижнее и верхнее предельно допустимые значения частоты вращения ротора низкого давления при допустимом уровне напряжений в рабочих лопатках. Регулирование частоты вращения ротора низкого давления производят путем регулирования расхода топлива в камеру сгорания и изменения площади критического сечения реактивного сопла, определяемой по отношению давлений за компрессором и за турбиной низкого давления, при этом регулирование частоты вращения производят до достижения частоты вращения ротора низкого давления предельно допустимых значений. Изобретение позволяет достичь максимального значения тяги при наличии ограничений на значения регулируемых параметров и/или управляющих воздействий. 2 ил.

Способ и устройство регулирования заданного значения параметра, который влияет на тягу газотурбинного двигателя // 2630068

Изобретение относится к энергетике. Способ регулирования заданного значения, по меньшей мере, одного параметра, который имеет влияние на тягу газотурбинного двигателя, приводящего в движение летательный аппарат во время этапа полета летательного аппарата, содержащий: этап, на котором получают текущее значение, по меньшей мере, одной рабочей переменной двигателя, этап, на котором извлекают из предварительно установленной таблицы значение декремента для по меньшей мере одного указанного параметра, связанного с текущим значением по меньшей мере одной указанной рабочей переменной двигателя, и этап, на котором регулируют заданное значение по меньшей мере одного указанного параметра посредством применения к нему значения декремента, извлекаемого из таблицы. Также представлено применение для регулирования тяги газотурбинного двигателя, приводящего в движение летательный аппарат во время этапа полета, заданного значения для, по меньшей мере, одного параметра, который влияет на указанную тягу, которая регулируется с помощью заявленного способа регулирования. Изобретение позволяет уменьшать тягу летательного аппарата регулированием множества заданных значений одновременно, не ограничиваясь при этом одним особым типом двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания и система для его осуществления // 2631974

Группа изобретений относится к области авиационного двигателестроения. Система управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания оснащена делителем, селектором максимума, блоком контроля исправности датчиков давлений, а также пороговым устройством и регулятором отношения давлений в заданных сечениях двигателя, входом связанным с выходом переключателя, а выходом с первым входом усилителя, второй вход которого связан с датчиком положения распределительного золотника. Описан также способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания. Технический результат изобретений - повышение надежности и безопасности работы газотурбинного двигателя с форсажной камерой сгорания за счет ограничения допустимой площади критического сечения реактивного сопла двигателя на форсажных режимах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя // 2634506

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам регулирования турбореактивных двигателей (ТРД) с изменяемой геометрией сопла. Предварительно при приемо-сдаточных испытаниях двигателя на стенде выводят двигатель на максимальный режим при постоянном значении диаметра критического сечения сопла, затем изменяют площадь критического сечения сопла до диаметра, превышающего минимальный диаметр на 0,1…0,2%, измеряют степень расширения на турбинах и вводят ее в регулятор двигателя в качестве программы поддержания заданной степени расширения на турбине на форсажных режимах работы двигателя. Технический результат изобретения – повышение устойчивости работы двигателя и получение оптимальных тягово-экономических характеристик во всем диапазоне высот и скоростей полета.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания и система для его осуществления // 2634997

Группа изобретений относится к области авиационного двигателестроения и может быть использована в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями с форсажной камерой сгорания. Для формирования заданного значения положения распределительного золотника используют регулятор с пропорционально-интегральным законом регулирования и с переменным в зависимости от приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора коэффициентом усиления. На режимах запуска форсажной камеры сгорания увеличивают коэффициент усиления регулятора и обнуляют накопленное интегратором значение. Описана также система управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания. Технический результат - повышение качества управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания путем повышения быстродействия системы за счет переключения структуры регулятора и изменения коэффициента усиления регулятора в зависимости от режима работы ГТД. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.