RU2033546C1 - Method and device for protecting nozzles of combustion chamber of gas-turbine engine against coke deposit - Google Patents

Abstract

FIELD: gas-turbine engine engineering. SUBSTANCE: fuel is heated up to 350-450° in supplying to nozzles. The supplying velocity is equal to 0.5-2.5 m/s. Fuel is exposed to these temperatures and velocities during 2-4 s. Fuel is then filtered. Fuel can be heated in the presence of catalyst of acceleration of its coking during 1-3 s at the regime of maximum fuel flow rate. The device has fuel manifold with nozzles connected to a fuel source through a pipe line. A hollow heat exchanger is interposed between the fuel source and manifold. A coil pipe is positioned inside the space of the heat exchanger. A filter is mounted at the outlet of the coil pipe from the side of the pipe line. The space of the heat exchanger is in communication with the source of heat carrier. The coil pipe can be fully or partially made of material which is catalyst of fuel coking, e.g. copper. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), в частности к системе топливопитания камеры сгорания (КС) ГТД. The invention relates to gas turbine engines (GTE), in particular to a fuel supply system of a combustion chamber (CS) of a GTE.

Известен широко применяемый в практике эксплуатации ГТД способ диагностики допустимого уровня засорения коллектора с форсунками КС путем оценки изменения величины его суммарной пропускной способности или пропускной способности отдельных форсунок в процессе эксплуатации ГТД [1]
Однако указанный способ неудобен, особенно если ресурс непрерывной работы ГТД лимитируется процессом засорения коллектора с форсунками, так как требует в процессе эксплуатации как минимум периодического демонтажа форсунок с возможной частичной разборкой ГТД для их проливки на технологическом испытательном стенде, позволяющем измерить расход топлива через форсунки при заданном постоянном давлении топлива.Known widely used in the practice of operating a gas turbine engine is a method for diagnosing an acceptable level of clogging of a collector with CS nozzles by assessing a change in the value of its total throughput or the throughput of individual nozzles during operation of a gas turbine engine [1]
However, this method is inconvenient, especially if the gas turbine continuous service life is limited by the process of clogging the manifold with nozzles, since it requires at least periodic disassembly of the nozzles during operation, with possible partial disassembly of the gas turbine engines to pour them on the technological test bench, which allows measuring fuel consumption through the nozzles for a given constant fuel pressure.

Известны способ и устройство для защиты форсунок КС от засорения их продуктами коксования топлива за счет повышения термостабильности топлива, подаваемого в систему топливопитания КС ГТД, путем добавления в топливо различных антисадкообразующих присадок, являющихся антиокислителями с различным химическим механизмом действия [2]
Однако применение указанных присадок, повышающих термостабильность топлива, ограничено по эффективности их воздействия максимальным уровнем температуры, полностью осадкообразование в системе топливопитания КС не предотвращает и, кроме того, в ряде случаев сопровождается нежелательным повышением коррозионной агрессивности топлива.A known method and device for protecting the nozzles of KS from clogging their products with coking fuel by increasing the thermal stability of the fuel supplied to the fuel supply system of the gas turbine engine by adding various anti-additive additives to the fuel, which are antioxidants with different chemical mechanisms of action [2]
However, the use of these additives, which increase the thermal stability of the fuel, is limited by the maximum temperature level in terms of their effectiveness; precipitation in the fuel supply system does not prevent precipitation completely and, in addition, in some cases it is accompanied by an undesirable increase in the corrosiveness of the fuel.

Целью изобретения является обеспечение предварительной очистки топлива от продуктов коксоотложения. The aim of the invention is the provision of preliminary purification of fuel from coke products.

Цель достигается тем, что устройство снабжено установленным между источником подвода топлива и коллектором с форсунками полым теплообменником со змеевиком и фильтром и источником теплоносителя, причем змеевик на входе соединен с источником подвода топлива, полость теплообменника подключена к источнику с теплоносителем, а фильтр установлен в выходном участке змеевика со стороны трубопровода, соединяющего змеевик с коллектором с форсунками. The goal is achieved in that the device is equipped with a hollow heat exchanger with a coil and a filter and a heat source installed between the fuel supply source and the nozzle manifold, and the coil at the inlet is connected to the fuel supply source, the heat exchanger cavity is connected to the source with the coolant, and the filter is installed in the outlet section coil from the side of the pipeline connecting the coil to the manifold with nozzles.

Возможно использование змеевика, полностью или частично изготовленного из специального материала, являющегося катализатором, ускоряющим процессы коксования топлива. It is possible to use a coil, fully or partially made of a special material, which is a catalyst that accelerates the coking of the fuel.

На чертеже представлено устройство для реализации способа очистки топлива от коксоотложений. The drawing shows a device for implementing the method of purification of fuel from coke deposits.

Устройство содержит топливный коллектор 1 с форсунками 2, подключенный посредством трубопровода 3 к источнику 4 подвода топлива. Устройство снабжено установленным между источником 4 подвода топлива и коллектором 1 полым теплообменником 5 со змеевиком 6 и фильтром 8 и источником 7 с теплоносителем, причем змеевик 6 на входе соединен с источником 4 подвода топлива, полость теплообменника 5 подключена к источнику 7 с теплоносителем, а фильтр 8 установлен в выходном участке змеевика 6 со стороны трубопровода 3. Для определения степени закоксованности в змеевике 6 и фильтре 8 перед теплообменником 5 и за ним установлены соответственно датчики 9 и 10 для измерения давления топлива. В случае изготовления змеевика 6 полностью или входящего в него элемента 11 из специального материала (например, меди), являющегося катализатором, ускоряющим процессы коксования топлива, габариты и масса устройства существенно уменьшаются. The device comprises a fuel manifold 1 with nozzles 2 connected via a pipeline 3 to a source 4 of fuel supply. The device is equipped with a hollow heat exchanger 5 installed between the fuel supply source 4 and collector 1 with a coil 6 and a filter 8 and a source 7 with a heat carrier, and the coil 6 at the inlet is connected to the fuel supply source 4, the heat exchanger cavity 5 is connected to the source 7 with a heat carrier, and the filter 8 is installed in the outlet section of the coil 6 from the side of the pipe 3. To determine the degree of coking in the coil 6 and the filter 8, sensors 9 and 10 are installed in front of the heat exchanger 5 and behind it, respectively, for measuring fuel pressure a. In the case of the manufacture of the coil 6 completely or its member 11 from a special material (for example, copper), which is a catalyst that accelerates the coking of the fuel, the dimensions and weight of the device are significantly reduced.

При работе ГТД топливо из источника 4 поступает в змеевик 6 теплообменника 5, в котором оно движется со скоростью 0,5.2,5 м/с и временем пребывания в нем 2.4 с на режиме максимального расхода топлива. При этом за счет нагрева теплообменника 5 любым теплоносителем температура змеевика 6 на указанном режиме работы ГТД достигает 350.450^оС, в результате чего происходит активная химическая реакция окисления углеводорода контактируемого со стенками змеевика 6, проходящего через него топлива растворенным в нем кислородом с образованием продуктов коксования, которые откладываются на внутренней стороне стенок змеевика теплообменника 5, а при смывании их проходящим потоком топлива на фильтре 8, повышая постепенно гидравлическое сопротивление устройства, которое определяется по разнице уровней давления, фиксируемых датчиками 9 и 10 соответственно на входе и на выходе из теплообменника 5 со змеевиком 6 и фильтром 8.During the operation of the gas turbine engine, fuel from the source 4 enters the coil 6 of the heat exchanger 5, in which it moves at a speed of 0.5.2.5 m / s and a residence time of 2.4 s in it at maximum fuel consumption. Thus, due to the heating heat exchanger 5 in any coolant coil temperature 6 on the operating mode TBG reaches 350,450 ^C., resulting in active chemical hydrocarbon oxidation reaction to be contacted with the walls of the coil 6 passing therethrough fuel with oxygen dissolved therein to form a coking products, which are deposited on the inner side of the walls of the coil of the heat exchanger 5, and when flushing them with a passing stream of fuel on the filter 8, gradually increasing the hydraulic resistance stroystva, which is determined by the difference of pressure levels, recorded by sensors 9 and 10 respectively at the inlet and outlet of the heat exchanger 5 with the coil 6 and the filter 8.

В процессе окисления топлива, проходящего через змеевик 6 теплообменника 5, растворенный в топливе кислород полностью связывается и, таким образом, топливо, поступающее через трубопровод 3 к коллектору 1 с форсунками 2, коксоваться не может. During the oxidation of the fuel passing through the coil 6 of the heat exchanger 5, the oxygen dissolved in the fuel is completely bound and, thus, the fuel entering through the pipe 3 to the collector 1 with the nozzles 2 cannot be coked.

Расположенный на выходе из теплообменника 5 фильтр 8 предохраняет топливоподводящий трубопровод 3 от возможности попадания в него коксовых отложений, смываемых потоком топлива со стенок змеевика 6 теплообменника 5. Located at the outlet of the heat exchanger 5, the filter 8 protects the fuel supply pipe 3 from the possibility of coke deposits entering it being washed away by the fuel stream from the walls of the coil 6 of the heat exchanger 5.

В процессе эксплуатации ГТД при увеличении разницы уровней давления, фиксируемых датчиками 9 и 10 до 0,5.2,5 кГс/см² на режиме максимального расхода топлива, закоксованный змеевик 6 с фильтром 8 на выходе демонтируются для проведения их очистки. На место демонтированных устанавливаются чистые змеевик 6 и фильтр 8, состояние которых в процессе дальнейшей работы контролируется по разнице уровней давления, фиксируемых датчиками 9 и 10 на режиме работы ГТД с максимальным расходом топлива.During operation of the gas turbine engine, when the difference in pressure levels recorded by the sensors 9 and 10 increases to 0.5.2.5 kG / cm ² at the maximum fuel consumption mode, the coked coil 6 with the filter 8 at the outlet is dismantled for cleaning. In place of the dismantled ones, a clean coil 6 and a filter 8 are installed, the state of which in the course of further work is monitored by the difference in pressure levels recorded by the sensors 9 and 10 in the operation mode of the gas turbine engine with the maximum fuel consumption.

В случае изготовления змеевика 6 полностью или его элемента 11 из специального материала, являющегося катализатором, ускоряющим процессы коксования топлива, время его пребывания в змеевике уменьшается до 1.3 с. In the case of manufacturing the coil 6 completely or its element 11 from a special material, which is a catalyst accelerating the coking of the fuel, its residence time in the coil decreases to 1.3 s.

Описанные способ защиты форсунок и устройство для его реализации обеспечивают неограниченное время работы системы топливопитания КС в процессе эксплуатации ГТД без засорения рабочих форсунок продуктами коксования топлива с получением следующих дополнительных положительных качеств топлива, поступающего из форсунок в КС: увеличения теплотворной способности подогретого топлива, улучшения качества распыла топлива за счет снижения его вязкости при подогреве. The described injector protection method and device for its implementation provide unlimited operating time of the fuel system of the compressor during operation of the gas turbine engine without clogging the working nozzles with coking fuel to obtain the following additional positive qualities of the fuel coming from the nozzles in the compressor: increase the calorific value of the heated fuel, improve the quality of atomization fuel by reducing its viscosity when heated.

Claims (4)

1. Способ защиты форсунок камеры сгорания газотурбинного двигателя от коксоотложений путем обработки и подачи топлива к форсункам, отличающийся тем, что топливо нагревают до 350 450^oС при скорости его подачи 0,5 2,5 м/с и времени прибывания 2 4 с при упомянутых температурах и скоростях на режиме максимального расхода топлива, после чего топливо фильтруют.1. The way to protect the nozzles of the combustion chamber of a gas turbine engine from coke deposition by processing and supplying fuel to the nozzles, characterized in that the fuel is heated to 350 450 ^o With a feed speed of 0.5 to 2.5 m / s and a residence time of 2 4 s at the mentioned temperatures and speeds at maximum fuel consumption, after which the fuel is filtered. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо нагревают в присутствии катализатора ускорения его коксования в течение времени пребывания 1 3 с на режиме максимального расхода топлива. 2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel is heated in the presence of a catalyst accelerating its coking during a residence time of 1 3 s at maximum fuel consumption. 3. Устройство защиты форсунок камеры сгорания газотурбинного двигателя от коксоотложений, содержащее топливный коллектор с форсунками, подключенный при помощи трубопровода к источнику топлива, отличающееся тем, что устройство снабжено источником теплоносителя и установленным между источником топлива и коллектором полым теплообменником, в полости которого размещен змеевик, а на выходе из последнего со стороны трубопровода фильтр, причем змеевик на входе соединен с источником подвода топлива, а полость теплообменника с источником теплоносителя. 3. A device for protecting the nozzles of the combustion chamber of a gas turbine engine from coke deposits, comprising a fuel manifold with nozzles connected by a pipe to a fuel source, characterized in that the device is provided with a heat source and a hollow heat exchanger installed between the fuel source and the collector, in the cavity of which a coil is placed, and at the outlet of the latter from the side of the pipeline there is a filter, and the inlet coil is connected to the fuel supply source, and the heat exchanger cavity with the heat source Carrier. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что змеевик полностью или частично изготовлен из материала, являющегося катализатором коксования топлива, например меди. 4. The device according to claim 3, characterized in that the coil is fully or partially made of a material that is a catalyst for coking fuel, such as copper.

Images