СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ
METHOD FOR REDUCING EMISSIONS OF HARMFUL SUBSTANCES IN GAS TURBINE ENGINE

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/.
x
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 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.
1
2
1
2
1
2
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 Рт и основной Рт зонах горения, вычисляют отношение Рт/Рт, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт/Рт 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).
x
x
В соответствии с международными и отечественными стандартами в настоящее время нормируется эмиссия оксидов азота (NO), 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 - 80,6 г/кН.
2
2
x
Окись углерода в большом количестве может образовываться вследствие нехватки кислорода для завершения реакции окисления углерода до CO, диссоциации CO 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 NOобразуются 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.
1
2
1
2
1
2
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 Рт и основной Рт зонах горения, вычисляют отношение Рт/Рт, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт/Рт 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.