СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ

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/.

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_x 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.

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 Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ 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).

В соответствии с международными и отечественными стандартами в настоящее время нормируется эмиссия оксидов азота (NO_x), 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_x - 80,6 г/кН.

Окись углерода в большом количестве может образовываться вследствие нехватки кислорода для завершения реакции окисления углерода до CO₂, диссоциации CO₂ 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 NO_x образуются 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.

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 Рт₁ и основной Рт₂ зонах горения, вычисляют отношение Рт₁/Рт₂, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт₁/Рт₂ 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.