Способ очистки горелочного устройства камеры сгорания и установка для его применения
COMBUSTION CHAMBER BURNER DEVICE CLEANING METHOD AND INSTALLATION FOR ITS APPLICATION

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к очистке горелочного устройства камеры сгорания преимущественно газотурбинного двигателя.
Известны способ очистки горелки и мобильное очищающее устройство [1]. Мобильное очищающее устройство содержит установленные на подвижном основании напорный резервуар с фланцем и червячной передачей, сборник, топливопроводы, сменные крышки разных размеров для очистки горелок разных газовых турбин. Горелка в режиме сжигания имеет первоначальное направление течения и в этом первоначальном направлении течения содержит со стороны выхода сопло. Способ очистки включает присоединение горелки со стороны сопла к мобильному очищающему устройству с расположением конца горелки со стороны сопла внутри напорного резервуара, а со стороны противоположного ему конца горелки, предназначенного для подачи топлива, - вне напорного резервуара, с присоединением к нему сборника. Деталь очищается против направления течения топлива под давлением с применением промывочной жидкости (обратная промывка) или сжатого воздуха (обратная продувка). «Обратная промывка» горелки промывочной жидкостью и «обратная продувка» сжатым воздухом может осуществляться также сообща. Для очистки промывочной жидкостью напорный резервуар снабжают вентиляционным отверстием и присоединительным патрубком для насоса. Другие присоединения, в частности, подводящие и отводящие каналы горелки, герметично закрывают. Из резервуара с запасом промывочной жидкости последнюю накачивают насосом в напорный резервуар, при его заполнении вентиляционное отверстие закрывают и осуществляют промывку горелки под повышенным давлением в обратном направлении по отношению к направлению течения топлива. Необходимое промывочное давление создается насосом, соединенным с резервуаром с запасом промывочной жидкости. За счет этого давления жидкость течет через горелку в сборник, отделяет отложения и захватывает отделенные частицы отложений.
Известны также наиболее близкие к заявляемому изобретению способ очистки горелочных устройств индивидуальных камер сгорания предварительного смешения топлива и установка для его применения [2]. Установка для очистки горелочных устройств содержит продувочное устройство с герметичным корпусом и крышкой, расположенным на опорной раме, и промывочную установку. Продувочное устройство содержит штуцеры и фланцы для установки шаровых кранов и штуцер для установки шаровых кранов с манометром. Корпус продувочного устройства фиксируется на опорной раме хомутами фиксации. Промывочная установка подключена к продувочному устройству при помощи гибких шлангов, содержит систему фильтров и выполнена с возможностью циркуляции моющего раствора. Согласно способу горелочное устройство с жаровой трубой устанавливают в продувочное устройство, крышку и корпус которого соединяют, подключают промывочную установку, подают в устройство моющий раствор до заполнения, затем проводят продувку горелочного устройства воздухом для вытеснения излишков влаги, при этом перед подключением промывочной установки в продувочное устройство подводят сжатый воздух, производят его заполнение через входной шаровой кран и продувают горелочное устройство, а на стадии промывки закрывают входной и выходные шаровые краны для отмокания затвердевших отложений продуктов сгорания, открывают входной и выходные шаровые краны, производят циркуляцию моющего раствора через горелочное устройство, при этом моющий раствор очищают через систему фильтров.
Применение указанных способов и устройств позволяет удалять отложения, восстанавливать работоспособность горелочных устройств, а также отказаться от разборки горелки на отдельные узлы и ручной очистки.
Однако известные способы и устройства имеют общие недостатки. Для очистки горелки оба ее конца подключают к мобильному очищаемому устройству [1] или размещают в продувочном устройстве [2], для чего требуется предварительно произвести демонтаж горелки с разборкой и дальнейшей сборкой камеры сгорания двигателя, что повышает трудоемкость способа очистки. Кроме того, сборка и разборка двигателя приводит в дальнейшем к снижению его работоспособности и надежности в целом.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и установки, которые устраняют указанные выше недостатки и позволяют осуществить очистку горелочного устройства без разборки камеры сгорания двигателя.
Технический результат заключается в снижении времени и трудоемкости очистки горелочного устройства, повышении надежности двигателя, улучшение ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что в установке для очистки горелочного устройства камеры сгорания, содержащей резервуар, соединительные линии, штуцеры, шаровой кран, манометр, фильтр, согласно изобретению, резервуар расположен вертикально и выполнен с заливной пробкой в верхней части, при этом резервуар с одной стороны через фильтр и штуцер соединен с напорным рукавом, а с другой стороны посредством соединительной линии через последовательно расположенные штуцер, шаровой кран и тройник соединен с источником воздуха, при этом тройник также соединен с шаровым краном с подключенным к нему манометром.
Технический результат достигается также тем, что в способе очистки горелочного устройства камеры сгорания преимущественно газотурбинного двигателя, при котором горелочное устройство промывают моющим раствором и проводят продувку воздухом, согласно изобретению, предварительно отсоединяют каналы горелочного устройства и коллекторы топливного газа газотурбинного двигателя от подводящих трубопроводов, герметично закрывают коллекторы топливного газа, соединяют один из каналов горелочного устройства с напорным рукавом, соединенным через фильтр с резервуаром, который посредством соединительной линии через последовательно расположенные штуцер, кран и тройник, подключают к источнику воздуха, при этом тройник соединяют с краном с подключенным к нему манометром, затем снимают заглушку в районе жаровой трубы в нижней части корпуса камеры сгорания газотурбинного двигателя, открывают упомянутые краны и через напорный рукав в направлении от входа в канал через проточную часть к зоне горения жаровой трубы промывают горелочное устройство моющим раствором, затем дополнительно промывочной водой и далее продувают воздухом.
Моющим раствором промывают при температуре корпуса газотурбинного двигателя 10-40°С.
Горелочное устройство промывают моющим раствором и промывочной водой с интервалом 5-10 минут.
В частном случае исполнения горелочное устройство промывают моющим раствором в два этапа, в первом этапе промывают моющим раствором под давлением 0,05+0,01 МПа и осуществляют перерыв 5-10 минут, во втором этапе - под давлением 0,05+0,1 МПа.
Промывают промывочной водой под давлением 045+0,1 МПа.
Температура моющего раствора составляет 30-40°С, а температура промывочной воды составляет 50-60°С.
После промывки и продувки горелочного устройства его каналы соединяют с демонтированными ранее подводящими трубопроводами и коллекторами топливного газа газотурбинного двигателя, ставят заглушку в районе жаровой трубы в нижней части корпуса камеры сгорания газотурбинного двигателя, запускают двигатель для проработки его в режиме холостого хода и контролируют параметры температурного поля по средней температуре газов за турбиной низкого давления и при ее превышении допустимой величины отклонения осуществляют повторную промывку и продувку горелочного устройства через другой его канал в направлении от входа в канал через проточную часть к зоне горения жаровой трубы. Изобретение поясняется фигурами:
на фигуре 1 изображена установка для очистки горелочного устройства;
на фиг. 2 - схема очистки горелочного устройства;
на фиг. 3 - горелочное устройство;
на фиг. 4 - газотурбинный двигатель;
на фиг. 5 - камера сгорания с горелочным устройством в составе газотурбинного двигателя.
Установка для очистки горелочного устройства камеры сгорания преимущественно газотурбинного двигателя содержит (фиг. 1) резервуар 1, расположенный вертикально и выполненный с заливной пробкой 2 в верхней части. С одной стороны резервуар 1 через фильтр 3 и штуцер 4 соединен с напорным рукавом 5, а с другой стороны посредством соединительной линии 6 через последовательно расположенные штуцер 7, кран 8 и тройник 9 соединен с источником 10 воздуха. Тройник 9 также соединен с краном 11 с подключенным к нему манометром 12.
Предлагаемый способ реализуется с описанием работы установки для очистки горелочного устройства (фиг. 2), например горелочного устройства (ГУ) Б90038050 встроенного типа двухзонной камеры сгорания газотурбинного двигателя ДГ90Л2.1 (ГТД).
ГУ предназначено для подготовки и подачи гомогенной топливовоздушной смеси в зону горения трубы жаровой 23 газотурбинного двигателя. ГУ содержит корпус 13 (фиг. 3) со штуцером 16 и каналом I с полостью «А» с завихрителем 14 и со штуцером 17 и каналом II с полостью «Б» и «Д» с завихрителем 15. Завихрители 14 и 15 содержат лопатки с рядом отверстий «в» и «г», соответственно.
При работе ГТД топливный газ по I каналу поступает в полость «А» и выходит через ряд отверстий «в» в каждой лопатке завихрителя 14. Газ смешиваясь с воздухом в межлопаточном канале, образуя топливовоздушную смесь, поступает в зону горения трубы жаровой 23 по радиально-кольцевому каналу.
Через штуцер 17 канала II топливный газ поступает в полость «Б», «Д», выходит через ряд отверстий «г» в каждой лопатке завихрителя 15. Газ смешиваясь с воздухом в межлопаточном канале, образуя топливовоздушную смесь, поступает в зону горения трубы жаровой 23 по радиально-кольцевому каналу.
Основным критерием контроля состояния загрязнения ГУ являются параметры температурного поля для заданного режима работы ГТД.
Загрязнение ГУ оказывает влияние на работу ГТД в целом. При загрязнении ГУ происходит качественное изменение топливовоздушной смеси, которое в свою очередь оказывает негативное влияние на выбросы загрязняющих веществ. Основным загрязняющим элементом лопаток завихрителей 14, 15 каналов I, II является серное отложение в виде мелкодисперсной пыли.
min
Способ очистки ГУ заключается в том, что контролируют параметры температурного поля ГУ, например преобразователями термоэлектрическими, по средней температуре газов за турбиной низкого давления (ТНД) ГТД. В ГУ средняя температура газов за ТНД составила 598°С, что превысило допустимую величину отклонения «t04=-50°С», которая согласно руководства по эксплуатации ГТД должна составить на заданном режиме 650°С. Останавливают ГТД, отсоединяют подводящие трубопроводы 18, 19 от коллекторов 20, 21 топливного газа I и II каналов от штуцеров 16, 17 I и II каналов, соответственно, герметично закрывают штуцеры коллекторов топливного газа (фиг. 5). Охлаждают ГТД до достижения температуры корпуса 10-40°С.
Резервуар 1 через заливную пробку 2 заполняют моющим раствором (фиг. 2). Канал II через штуцер 17 соединяют с напорным рукавом 5 соединенным через фильтр 3 с резервуаром 1, который посредством соединительной линии через последовательно расположенные штуцер 7, кран 8 и тройник 9, подключают к источнику 10 воздуха, при этом тройник 9 соединяют с краном 11 с подключенным к нему манометром 12. Снимают заглушку 22 (фиг. 4) в районе жаровой трубы 23 в нижней части корпуса 24 камеры сгорания ГТД. Открывают краны 8 и 11 и воздух из источника 10 воздуха подают в резервуар 1, вытесняя из него моющий раствор, который проходит через фильтр 3. По напорному рукаву 5 под давлением 0,05+0,01 МПа моющий раствор температурой 30-40°С подают в канал II ГУ, который поступает в полости «Б» и «Д» (фиг. 3), проходит через отверстия «г» каждой из лопаток завихрителя 15 и далее в зону горения по радиально-кольцевому каналу жаровой трубы 23, а затем через отверстие заглушки 22 в районе жаровой трубы 23 в нижней части корпуса 24 камеры сгорания ГТД вытекает из внутренней полости камеры сгорания. Перекрывают краны 8 и 11.
Для проведения более качественной очистки ГУ промывают моющим раствором в два этапа. Для этого после первой промывки ГУ осуществляют перерыв 5-10 минут, а затем повторяют действия, описанные выше, и под давлением 0,05+0,1 МПа промывают ГУ моющим раствором.
После промывки моющим раствором резервуар 1 заполняют промывочной жидкостью и через 5-10 минут после промывки ГУ моющим раствором открывают краны 8,11, подают воздух в резервуар 1, вытесняя из него промывочную жидкость, которую далее под давлением 0,05+0,1 МПа и температурой 50-60°С по напорному рукаву 5 подают в канал II и промывают ГУ идентично указанному выше образом, удаляя при этом остатки моющего средства с поверхностей канала II, полости «Б» и «Д», лопаток завихрителя 15, жаровой трубы 23. Затем промывочная жидкость через отверстие заглушки 22 на корпусе камеры сгорания в нижней части корпуса камеры сгорания, вытекает из внутренней полости камеры сгорания. Перекрывают краны 8 и 11.
Для удаления остатков капельной влаги с поверхностей канала II, полости «Б», лопаток завихрителя 15, жаровой трубы осуществляют продувку ГУ очищенным воздухом. Для этого открывают краны 8,11, воздух из источника 10 воздуха проходит через резервуар 1 и фильтр 3 и далее по напорному рукаву 5 очищенный воздух под давлением 0,5+0,1 МПа подают в канал П. Под воздействием воздуха поверхности канала II, полости «Б», лопаток завихрителя 15, жаровой трубы 23 осушаются.
Таким образом, ГУ промывают моющим раствором и промывочной жидкостью, а также продувают очищенным воздухом в направлении от входа в канал через проточную часть к зоне горения жаровой трубы, то есть по ходу движения газа.
Затем закрывают краны 8, 11, отсоединяют напорный рукав 5, штуцеры 16 и 17 каналов I и II и коллекторов 20, 21 топливного газа соединяют подводящими трубопроводами 18, 19, ставят заглушку 22 на корпусе 24 камеры сгорания ГТД в районе жаровой трубы.
Запускают ГТД для работы на режим «холостой ход» в течение 10-15 минут, в ходе чего контролируют параметры температурного поля преобразователями термоэлектрическими ГУ по средней температуре газов за ТНД. Если ее значение не превысило допустимую величину отклонения (в соответствии с руководством по эксплуатации ГТД), увеличивают режим работы ГТД для проработки в режиме «кольцо» 10-15 минут и контролируют параметры температурного поля преобразователями термоэлектрическими ГУ по средней температуре газов за ТНД. ГУ очищено.
Если значение параметров температурного поля при работе ГТД на режиме «холостого хода» превысило допустимую величину отклонения, то аналогично указанному выше способу осуществляют очистку ГУ с подключением напорного рукава 5 установки к каналу I также в направлении от входа в канал I через проточную часть к зоне горения жаровой трубы 23.
Для очистки ГУ в качестве моющего раствора используют, например моющий раствор TSP-3030 ТУ971 129-98, а в качестве промывочной жидкости - воду.
1. RU 2465971, опубл.10.11.2012;
2. RU 2696432, опубл.01.08.2019.