RU2216638C2 - Device to provide uniform temperature field of gas flow - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device is designed for providing uniform temperature field of gas flow behind combustion chambers of gas-turbine engine. Proposed device makes it possible to adjust fuel rate through fuel nozzles by means of adjusting valves installed before fuel nozzle to provide uniform temperature of gas flow after nozzles. EFFECT: improved reliability and increased service life of parts of gas-turbine engine. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам, использующим газотурбинные двигатели (ГТД). В процессе работы ГТД, имеющего несколько форсунок для подачи топлива в камеру горения (КГ), температурное поле газового потока за КГ оказывается неравномерным как в радиальном, так и в окружном направлении. Известно устройство для подачи топлива в камеру горения (см. Нарежный Э.Г., Сударев А.В. Камеры сгорания судовых газотурбинных установок, Л. : Судостроение, 1973, 232с, с.85-86), включающее блок топливных форсунок, подача топлива к которым происходит через персональный регулирующий клапан. Такое устройство позволяет последовательно, включая или выключая отдельные форсунки, регулировать подачу топлива в камеру горения. Недостатком такого устройства является неравномерное поле температур газа, поступающего в турбину, что приводит к снижению ресурса отдельных деталей турбинного тракта, возможности пожога лопаток, повышенному содержанию вредных соединений в газе. Для снижения неравномерности температурного поля, которое контролируется датчиками температур, установленными в турбинном тракте, предусмотрена замена форсунок на форсунки с другими расходными характеристиками. The invention relates to power and transport installations using gas turbine engines (GTE). During the operation of the gas turbine engine, which has several nozzles for supplying fuel to the combustion chamber (CG), the temperature field of the gas flow behind the CG is uneven both in the radial and circumferential directions. A device is known for supplying fuel to the combustion chamber (see Narezhny E.G., Sudarev A.V. Combustion chambers of ship gas turbine plants, L.: Sudostroenie, 1973, 232s, p. 85-86), including a block of fuel nozzles, supply fuel to which occurs through a personal control valve. Such a device allows sequentially turning on or off individual nozzles to regulate the fuel supply to the combustion chamber. The disadvantage of this device is the uneven temperature field of the gas entering the turbine, which leads to a decrease in the resource of individual parts of the turbine path, the possibility of blades burning, and an increased content of harmful compounds in the gas. To reduce the unevenness of the temperature field, which is monitored by temperature sensors installed in the turbine path, nozzles are replaced with nozzles with other flow characteristics.

Предлагается ввести корректировку расхода топлива, подаваемого на каждую форсунку, в зависимости от соотношения температуры газа по окружности. Перед форсункой, за которой минимальная температура газа, регулирующий клапан остается в неизменном положении. Перед другими форсунками клапана прикрываются, корректируя расходную характеристику тракта, до получения температуры газа, равной минимальной. It is proposed to introduce a correction of the fuel consumption supplied to each nozzle, depending on the ratio of the gas temperature around the circumference. Before the nozzle, behind which there is a minimum gas temperature, the control valve remains unchanged. In front of other nozzles, the valves are covered, adjusting the flow rate characteristic of the path, until the gas temperature is equal to the minimum.

Так как при этом суммарный расход топлива уменьшается, то для обеспечения (поддержания) режима работы двигателя (по расходу топлива, по частоте вращения ротора или по другим параметрам) увеличивается общая подача топлива на все форсунки. Since in this case the total fuel consumption decreases, in order to ensure (maintain) the engine operation mode (in terms of fuel consumption, rotor speed or other parameters), the total fuel supply to all nozzles increases.

Задача, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение равномерного температурного поля газового потока в турбинном тракте. The problem to which the invention is directed, is to ensure a uniform temperature field of the gas stream in the turbine path.

Технический результат осуществляется устройством для обеспечения равномерного температурного поля газового потока. В предлагаемом устройстве, включающем топливный насос, топливные фильтры, дозатор топлива с регулирующим устройством, топливные форсунки, регулирующие клапана перед форсунками, датчики температур газового потока за каждой форсункой, согласно изобретению, устройство для обеспечения равномерного температурного поля газового потока снабжено управляющим устройством, связанным с датчиками температуры газового потока за форсунками и механизмами управления клапанами перед форсунками. The technical result is carried out by the device to ensure a uniform temperature field of the gas stream. In the proposed device, including a fuel pump, fuel filters, a fuel metering device with a regulating device, fuel nozzles, control valves in front of the nozzles, gas flow temperature sensors behind each nozzle, according to the invention, the device for ensuring a uniform temperature field of the gas flow is equipped with a control device associated with gas flow temperature sensors behind the nozzles and valve control mechanisms in front of the nozzles.

На общей напорной магистрали за дозатором с регулирующим устройством установлен датчик расхода топлива, связанный клапанами связи с регулирующим устройством дозатора. On the common pressure line behind the dispenser with a control device, a fuel flow sensor is installed, connected by communication valves to the control device of the dispenser.

Первичный технический результат состоит в выравнивании температурного поля газового потока за счет снижения расхода топлива через форсунки, за которыми температура газа выше минимальной из замеренных. The primary technical result consists in equalizing the temperature field of the gas stream by reducing fuel consumption through nozzles, beyond which the gas temperature is higher than the minimum of the measured ones.

Ожидаемый технический результат проявляется при реализации всех указанных существенных признаков и в конечном счете сообщает изобретению такие полезные качества, как равномерное температурное поле газового потока, в следствие чего повышается надежность и ресурс деталей турбин газотурбинного двигателя. The expected technical result is manifested in the implementation of all these essential features and ultimately informs the invention of such useful qualities as a uniform temperature field of the gas stream, as a result of which the reliability and resource of parts of the turbines of a gas turbine engine are increased.

На чертеже схематично показано устройство для обеспечения равномерного температурного поля газового потока. Устройство включает топливный насос 1, топливные фильтры 2, дозатор топлива с регулирующим устройством 3, регулирующие клапана 4, топливные форсунки 5, датчики температур газового потока 6, управляющее устройство 7, датчик расхода топлива 8. The drawing schematically shows a device for ensuring a uniform temperature field of the gas stream. The device includes a fuel pump 1, fuel filters 2, a fuel dispenser with a regulating device 3, control valves 4, fuel nozzles 5, gas flow temperature sensors 6, control device 7, fuel consumption sensor 8.

В процессе работы газотурбинного двигателя топливо, подаваемое насосом 1, проходит фильтрацию в фильтре 2 и через дозатор с регулирующим устройством 3 подается к форсункам 5. Количество топлива, подаваемого дозатором 3 к форсункам 5, определяется режимом работы двигателя, который задается параметрически: по частоте вращения ротора, по средней температуре газа, по расходу топлива и т.п. During the operation of the gas turbine engine, the fuel supplied by the pump 1 is filtered in the filter 2 and fed through the dispenser with the regulating device 3 to the nozzles 5. The amount of fuel supplied by the dispenser 3 to the nozzles 5 is determined by the engine operating mode, which is set parametrically: by speed rotor, average gas temperature, fuel consumption, etc.

Температурное поле газового потока за форсунками определяется расходными характеристиками сети с форсунками 5. В процессе работы измеряются температуры газового потока датчиками 6 и результаты измерений по линиям связи передаются в управляющее устройство 7. Температуры в устройстве 7 сравниваются, определяется минимальная и по каналам связи с регулирующими клапанами 4 на них подается команда на прикрытие тех клапанов, за которыми температура выше минимальной. Прикрытие происходит до тех пор, пока температуры за всеми форсунками не станут близкими к минимальной. The temperature field of the gas stream behind the nozzles is determined by the flow characteristics of the network with nozzles 5. During operation, the temperature of the gas stream is measured by sensors 6 and the measurement results are transmitted via communication lines to the control device 7. The temperatures in the device 7 are compared, the minimum temperature is determined by the communication channels with the control valves 4 they are given a command to cover those valves for which the temperature is above the minimum. Covering takes place until the temperatures behind all nozzles become close to the minimum.

В результате средняя температура газа уменьшится, уменьшится расход топлива. Поэтому для обеспечения заданного режима работы двигателя расход топлива через дозатор 3 будет увеличен до достижения заданного значения контролируемого параметра. As a result, the average gas temperature will decrease, fuel consumption will decrease. Therefore, to ensure a given mode of operation of the engine, fuel consumption through dispenser 3 will be increased until the specified value of the monitored parameter is reached.

При использовании в качестве контролируемого параметра - расхода топлива, после дозатора устанавливают датчик расхода топлива 8, передающий результаты измерений в регулирующее устройство дозатора топлива 3 и при недостатке расхода дозатор увеличит общую подачу топлива к форсункам. When used as a controlled parameter - fuel consumption, a fuel consumption sensor 8 is installed after the dispenser, which transmits the measurement results to the control device of the fuel dispenser 3 and, if there is a lack of consumption, the dispenser will increase the total fuel supply to the nozzles.

Claims (2)

1. Устройство для обеспечения равномерного температурного поля газового потока, включающее топливный насос, топливный фильтр, дозатор топлива с дозирующим устройством, топливные форсунки, регулирующие клапана перед форсунками, датчики температур газового потока за каждой форсункой, отличающееся тем, что в устройство введено управляющее устройство, связанное с датчиками температуры газового потока за форсунками и механизмами управления клапанами перед форсунками. 1. A device for ensuring a uniform temperature field of a gas stream, including a fuel pump, a fuel filter, a fuel metering device with a metering device, fuel nozzles, control valves in front of the nozzles, gas flow temperature sensors behind each nozzle, characterized in that a control device is inserted into the device, associated with gas flow temperature sensors behind the nozzles and valve control mechanisms in front of the nozzles. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на общей напорной магистрали за дозатором с регулирующим устройством установлен датчик расхода топлива, связанный каналами связи с регулирующим устройством дозатора. 2. The device according to p. 1, characterized in that on the common pressure line behind the dispenser with a regulating device, a fuel flow sensor is installed, connected by communication channels to the regulating device of the dispenser.