Способ регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к камерам сгорания газотурбинных двигателей, преимущественно малоэмиссионным камерам сгорания, и позволяет повысить топливную эффективность полноты сгорания топлива газотурбинного двигателя, на таких режимах работы камеры сгорания, когда вследствие неблагоприятного сочетания параметров топлива в зоне горения за частью или всеми горелками, полнота сгорания топлива снижается. Перед подачей в камеру сгорания топливо предварительно дозированно нагревают в подогревателе, а степень нагрева топлива для полного его сгорания определяют и контролируют в системе автоматического управления двигателя, куда от газоанализатора поступают показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm, а при превышении показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm из системы автоматического управления поступает сигнал на нагрев топлива. Технический результат изобретения - уменьшение времени задержки воспламенения и повышение скорости горения путем дозированного подогрева топлива. 1 ил.

 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно малоэмиссионным камерам сгорания, и позволяет повысить топливную эффективность, полноту сгорания топлива газотурбинного двигателя, на таких режимах работы камеры сгорания, когда вследствие неблагоприятного сочетания параметров топлива в зоне горения за частью или всеми горелками полнота сгорания топлива снижается.

Одной из основных характеристик камеры сгорания ГТД является полнота сгорания топлива. От полноты сгорания топлива напрямую зависит экономичность ГТД, ею же определяется эмиссия моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm. В ряде случаев низкая полнота сгорания топлива становится причиной неустойчивой работы камеры сгорания в виде нестабильного - предсрывного горения, сопровождающегося колебаниями давления воздуха в камере сгорания.

Обеспечение высокой полноты сгорания топлива особенно важно в малоэмиссионных камерах сгорания ГТД, в которых для минимизации эмиссии наиболее экологически опасных оксидов азота - NOx на высоких режимах работы ГТУ обеспечивают минимально возможную температуру пламени, при которой камера может стабильно работать. Однако при этом на частичных и минимальных режимах работы ГТУ, когда температура пламени, зависящая от концентрации топлива, ниже, чем на высоких режимах, происходит рост эмиссии СО и CnHm, т.е. снижение полноты сгорания топлива.

Причинами снижения полноты сгорания топлива при снижении режима двигателя являются повышение времени задержки воспламенения топлива и повышение времени (снижение скорости) его сгорания в результате снижения температуры смеси и снижения концентрации топлива. Полнота сгорания топлива начинает уменьшаться, когда сумма времен задержки воспламенения и сгорания топлива приблизится и станет превышать время пребывания топлива в камере сгорания, т.е. топливо просто перестанет успевать выгореть в объеме камеры сгорания. «Основы теории горения», учебное пособие, А.В. Талантов - Казанский Авиационный институт, 1975 г, стр. 56.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным за прототип является способ регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель (Патент RU 2162953, МПК F02C 9/26, опубл. 10.02.2001), в котором происходят изменения площади горения в сочетании с перепуском части воздуха мимо горелочного устройства. Изменение площади горения производится путем последовательного подключения в работу нескольких групп горелок. Каждая группа управляется собственным дозатором газа. Расход топлива в подключаемую группу увеличивается до достижения заданной температуры пламени, обеспечивающей низкие выбросы вредных веществ. После этого подключают следующую группу, а температуру пламени в ранее включенных группах поддерживают постоянной при дальнейшем увеличении мощности двигателя. Поддержание постоянной температуры пламени в работающих группах обеспечивается управлением концентрацией топлива и перепуском части воздуха мимо горелочных устройств.

Недостаток прототипа заключается в возрастании неравномерности температурных полей перед лопатками турбины в результате частичного подключения горелок. Это приводит к возрастанию динамических и тепловых напряжений в лопатках турбины и снижению их ресурса. Следующий недостаток прототипа заключается в снижении эффективности охлаждения жаровой трубы и первого соплового аппарата турбины из-за снижения перепада давления охлаждающего воздуха при его перепуске мимо горелочных устройств и возрастания эмиссии NOx вследствие забогащения топлива в результате этого. Кроме того, способ регулирования подачи топлива, предложенный в прототипе, весьма сложен из-за наличия нескольких коллекторов подвода топлива к горелочным устройствам, нескольких дозаторов в системе топливопитания и регулирующих высокотемпературных кранов в системе перепуска воздуха мимо горелочных устройств.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение полноты сгорания топлива, снижение эмиссии вредных веществ и повышение устойчивости работы камеры сгорания ГТД на таких режимах работы ГТД, когда вследствие неблагоприятного сочетания параметров топлива в зоне горения за частью или всеми горелками полнота сгорания топлива снижается.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель, на вход которого подают поток воздуха, который сжимают в компрессоре до высокого давления, и поток топлива, которые воспламеняют, а полученные при горении топлива газы направляют через турбину и сопло в атмосферу, согласно изобретению перед подачей в камеру сгорания топливо предварительно дозированно нагревают в подогревателе, а степень нагрева топлива для полного его сгорания определяют и контролируют в системе автоматического управления двигателя, куда от газоанализатора поступают показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm, а при превышении показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm из системы автоматического управления поступает сигнал на нагрев топлива.

В предлагаемом изобретении в отличии от прототипа перед подачей в камеру сгорания топливо предварительно дозированно нагревают в подогревателе, а степень нагрева топлива для полного его сгорания выбирают и контролируют с помощью системы автоматического управления (САУ) двигателя, в которую от газоанализатора поступают показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm, в случае превышения эмиссии из САУ поступает сигнал на дополнительный нагрев топлива. САУ будет повышать температуру топлива до тех пор, пока эмиссия продуктов недожога не достигнет минимального, заранее определенного уровня. В случае достижения нулевого значения эмиссии продуктов недожога САУ начнет снижать степень нагрева топлива, вплоть до полного его отключения, для предотвращения нерасчетного роста эмиссии NOx, вследствие избыточного подогрева топлива.

На фиг. 1 представлена блок-схема осуществления подачи топлива в ГТД.

На схеме обозначены: 1 - подогреватель, 2 - термопара контроля температуры топлива, 3 - топливный коллектор камеры сгорания, 4 - газоанализатор, 5 - САУ двигателя.

Способ осуществляется следующим образом. На вход газотурбинного двигателя подают поток воздуха, который сжимают в компрессоре (не указан) до высокого давления, и поток топлива, которые воспламеняют. Газоанализатор - 4 отслеживает уровень эмиссии продуктов недожога топлива и выдает сигнал в САУ - 5. При превышении допустимого уровня эмиссии продуктов недожога САУ выдает команду на повышение температуры топлива в подогреватель - 1. В случае, когда эмиссия продуктов недожога достигнет заданного минимального уровня, САУ - 5 прекращает дальнейшее повышение степени подогрева топлива. В случае, если эмиссия продуктов недожога исчезнет полностью, САУ - 5 начинает снижать степень подогрева топлива до их появления в предварительно установленном минимальном количестве. Таким образом, будет обеспечен минимально необходимый дозированный подогрев топлива, достаточный для обеспечения полноты сгорания и не приводящий к росту эмиссии NOx свыше расчетной величины. Термопара - 2 замера температуры топлива предназначена для осуществления обратной связи между САУ и подогревателем - 1 с целью контроля за работой устройства.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками, позволяет уменьшить время задержки воспламенения и повысить скорость горения топлива путем дозированного подогрева топлива, а следовательно, повысить полноту сгорания топлива.

Способ регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель, на вход которого подают поток воздуха, который сжимают в компрессоре до высокого давления, и поток топлива, которые воспламеняют, а полученные при горении топлива газы направляют через турбину и сопло в атмосферу, отличающийся тем, что перед подачей в камеру сгорания топливо предварительно дозированно нагревают в подогревателе, а степень нагрева топлива для полного его сгорания определяют и контролируют в системе автоматического управления двигателя, куда от газоанализатора поступают показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm, а при превышении показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm из системы автоматического управления поступает сигнал на нагрев топлива.



 

Похожие патенты:

Способ в соответствии с изобретением содержит в фазе (Е0) запуска газотурбинного двигателя: - этап (Е10) генерирования в режиме разомкнутого цикла команды (WF_OL) расхода топлива на основании по меньшей мере одного заранее установленного правила; и - этап (Е20-Е30) отслеживания в режиме замкнутого цикла по меньшей мере одного рабочего параметра газотурбинного двигателя, выбираемого из следующих параметров: - степень (dN2/dt) ускорения компрессора газотурбинного двигателя, и - температура (EGT) на выходе турбины газотурбинного двигателя, причем этот этап отслеживания включает в себя поддержание (Е30) рабочего параметра в определенном диапазоне значений при помощи по меньшей мере одной корректирующей схемы (R1, R2, R3), связанной с этим параметром и выполненной с возможностью выдачи сигнала коррекции команды расхода топлива, генерируемой в режиме разомкнутого цикла.

Группа изобретений относится к дозирующему топливному устройству для топливного инжектора турбоустройства летательного аппарата, а также к камере сгорания турбоустройста летательного аппарата и к турбоустройству.

Изобретение относится к области турбинных двигателей, и предпочтительно применимо к области авиации. Способ регулирования порогового значения расхода топлива для использования в разомкнутом контуре для регулирования турбореактивного двигателя, приводящего в движение летательный аппарат, включает этап получения первой оценки расхода топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания турбинного двигателя; этап получения второй оценки расхода топлива, причем вторая оценка является более точной, чем первая оценка, для, по меньшей мере, одного диапазона значений расхода топлива, и этап регулирования порогового значения расхода топлива с помощью разности, вычисленной между первой оценкой и второй оценкой.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) и регулирования подачей топлива на запусках газотурбинных двигателей.

Система топливопитания газотурбинного двигателя относится к области двигателестроения, в частности к системам топливопитания газотурбинных двигателей летательного аппарата.

Изобретение относится к авиационным газотурбинным двигателям, а именно к способам управления тягой газотурбинного двигателя при пожаре в мотогондоле двигателя на взлете самолета.

Изобретения относятся к способу и устройству для подачи топлива в газовую турбину. Описан способ управления подачей топлива в камеру сгорания газовой турбины, содержащей компрессор выше по потоку относительно камеры сгорания, причем способ содержит: подачу топлива в камеру сгорания; получение входного давления воздуха на входе компрессора; получение входной температуры воздуха на входе компрессора; получение выходного давления воздуха на выходе компрессора; получение сигнала отбора воздуха, указывающего количество воздуха, не поступающего в камеру сгорания; оценивание тепловыделение топлива, подаваемого в камеру сгорания, на основе входного давления воздуха, входной температуры воздуха, выходного давления воздуха и сигнала отбора воздуха; сравнение оцененного тепловыделения с требуемым тепловыделением, чтобы получить сигнал ошибки; и управление топливным клапаном, регулирующим подачу топлива в камеру сгорания, на основе сигнала ошибки.

Изобретение относится к области эксплуатации газовых турбин. В устройстве (60) для регулирования подачи топлива в процессе работы стационарной газовой турбины (40), а также электростанции (42), предусмотрено, чтобы в резервуаре (30) приготавливался объем (BV) топлива с давлением, существенно повышенным по сравнению с давлением в топливной сети (13), и, в случае необходимости, кратковременно подавался в забранное из топливной сети (13) топливо (B) с целью повышения его давления.

Способ для мониторинга системы для приведения в действие изменяемых геометрий турбореактивного двигателя, при этом способ мониторинга содержит этап для определения стабилизированного режима, этап для определения среднего значения управляющего тока в ходе определения стабилизированного режима и этап для сравнения упомянутого среднего значения с предварительно определенным пороговым значением.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой установки внутреннего сгорания с повышением давления, включающий: нахождение скважности импульсов топливной форсунки и частоты циклов сгорания, которые соответствуют заданной рабочей точке нагрузки и заданному коэффициенту заполнения камеры сгорания установки; определение уставки давления подачи топлива, уставки момента впрыска для топливной форсунки и уставки момента зажигания, которые обеспечивают найденную скважность импульсов топливной форсунки и найденную частоту циклов сгорания; и передачу управляющего сигнала давления подачи топлива, содержащего уставку давления подачи топлива, в устройство обеспечения давления топлива, управляющего сигнала топливной форсунки, содержащего уставку момента впрыска топлива, в топливную форсунку и управляющего сигнала момента зажигания, содержащего уставку момента зажигания, в узел зажигания установки.

Двухканальная система регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель относится к области авиационного двигателестроения и предназначена для автоматического управления ГТД на всех режимах работы двигателя. Система содержит основной и резервный каналы управления, междроссельную камеру, регулируемые дроссели, клапан постоянного давления, пневмогидропреобразователь. Конструктивно система выполнена таким образом, что вход в междроссельную камеру соединен с каналом подвода давления топлива от клапана постоянного давления, а один из дросселей, образующих междроссельную камеру, выполнен в виде подпружиненного золотника, соединенного с пневмогидропреобразователем. Технический результат изобретения – обеспечение возможности реализации нелинейной зависимости расхода в двигатель от величины воздушной команды при работе на канале резервного управления и как следствие улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик ГТД. 1 ил.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к камерам сгорания газотурбинных двигателей, преимущественно малоэмиссионным камерам сгорания, и позволяет повысить топливную эффективность полноты сгорания топлива газотурбинного двигателя, на таких режимах работы камеры сгорания, когда вследствие неблагоприятного сочетания параметров топлива в зоне горения за частью или всеми горелками, полнота сгорания топлива снижается. Перед подачей в камеру сгорания топливо предварительно дозированно нагревают в подогревателе, а степень нагрева топлива для полного его сгорания определяют и контролируют в системе автоматического управления двигателя, куда от газоанализатора поступают показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm, а при превышении показания эмиссии одного или нескольких продуктов недожога - моноокиси углерода - СО и несгоревших углеводородов - CnHm из системы автоматического управления поступает сигнал на нагрев топлива. Технический результат изобретения - уменьшение времени задержки воспламенения и повышение скорости горения путем дозированного подогрева топлива. 1 ил.

Наверх