РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕР СГОРАНИЯ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

РТМ 24.022.11—74

Издание официальное

МИНИСТЕРСТВО ТЯЖЕЛОГО, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Москва

РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским и проектно-конструкторским котлотурбинным институтом им. И. И. Ползунова

Директор    МАРКОВ Н.    М.

Заведующий базовым отраслевым отделом стандартизации    СУП РЯДКИ Н К. А.

Заведующий топочным отделом    ПАВЛОВ В.    А.

Руководитель темы и ответственный исполнитель    СТОРОЖУК    Я.    П.

Исполнители:    АСОСКОВ В.    А.,

КИСЕЛЬ В. Л ,

КРУГОВ В. В.,

СУДАРЕВ А. В..

ШЕБАЛОВА 3. А..

ШЕСТАКОВ Н. С..

ЛУК-ЗИЛЬБЕРМАН И. А.

ПОДГОТОВЛЕН к УТВЕРЖДЕНИЮ Главным управлением турбинной промышленности Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Главный инженер    ГОЛОВИЗИНН В. П.

УТВЕРЖДЕН Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Первый заместитель

Группа Е02

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕР СГОРАНИЯ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Указанием Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения от 30 января 1974 г. № ВК-002 1144 введен как рекомендуемый.

Настоящий руководящий технический материал устанавливает 'классификацию, методику расчета камер сгорания стационарных газотурбинных и парогазовых установок и основные требования к ним.

I. ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В настоящем РТМ в качестве основной системы единиц попользована система МКГСС. Условные обозначения и размерности ло этой системе, а также их соотношения с системой СИ приведены б табл. 1.

Таблица !

Величина Единица Наименование Обозна чение МКГСС и внесистемная СИ Соотношение единиц Длина L м м _ . _ Диаметр D м м — Площадь h м2, см2, ММ2 М-* 1 см2=0,0001 м2; 1 мм2= 10~б м2 Объем V мз м:{ — Время с с —

Продолжение табл. /

Величина Единица Наименование Обозна чение МКГСС и внесистемная СИ Соотношение единиц Масса m кгс«с2/м кг 1 кг=*0.102 кгс-с*/м Сила Р кгс Н 1 кгс=9.8 Н Плотность ? — кг/м3 Удельный объем V — м3/кг Удельный вес Т кгс/м3 Н/м3 1 кгс/м3=9,8 Н/м3 1 кг/м3=0,102 кгс/м4-с2 Температура т, t К К /°С=Т; К-273.15 Скорость W м/с м/с Ускорение силы тяжести е м/с2 м/с2 £=9.8 м/с* Кинематическая вязкость М2/С м2 с Ст=1-10 4 м*/с Динамическая вязкость р КГС’С/М2 Н-с/м2 1 кгс-с/м2=9,8 Па-с Давление р КГС/М3 бар мм рт.ст. ат мм вод.ст. Па 1 кгс/м2=9.8 Па 1 бар «10s Па 1 мм рт. ст.= 133. 322 Па 1 ат=9.8 • I04 Па 1 мм вод. ст.=9,8Па Работа, энергия, количество теплоты Q ккал Дж 1 ккал=4.1868Х Х103 Дж Удельная энтальпия (теплосодержание) 1 ккал/кг Дж/кг 1 ккал'кг=4.18бХ XI О3 Дж/кг Удельная теплоемкость истинная при данной температуре с ккал/кгх XI рад Дж/кг-К 1 ккал/кг-град= =4.186-103 Дж/кг-К — при постоянном давлении ср • 9 — при постоянном объеме cv • 9 — топлива - Ст • 9 Теплота сгорания топлива низшая «V ккал/кг Дж/кг I ккал/кг=4.1868 X Х103 Дж/кг Содержание компонентов топлива на рабочую массу: углерода СР % % — водорода HP 9 9 — кислорода op 9 9

Стр. 4 РТМ 24.022.11—74

Основные сокращения:

ГТУ —.газотурбинная установка;

ПГУ —парогазовая установка;

КС — камера сгорания;

К —компрессор;

Т —турбина, теоретический;

КСВД — камера сгорания высокого давления;

КСНД—камера сгорания низкого давления; в —воздух (рабочее тело); г —тазы; охл —охлаждение; см —смешение, смеситель; вх — вход; вых —выход; ви — внутренний; внеш — внешний;

I — первичный;

II — вторичный; конв — конвективный; луч — лучистый; отв — отверстие; вт — втулка; р — регистр; пер —пережим (сужение);

ог — огневая зона (зона горения); к. к — кольцевой канал (между пламенной трубой и корпусом);

щ—щель (кольцевая щель); иод — подвод (подводящая труба); общ —общий; стр — струи; тр —трения; л —лопатка регистра; тепл —тепловой;

эк — эквивалентный; м —местный; из — изотермический; снос —сносящий поток; сопл —-сопла; п. т—'пламенная труба;

PTM 24.022.11 —74 Стр. 5

пр — приведенный;

() — факел; эф — эффективный;

к — корпус;

Ь — величина на границе теплового •пограничного слоя; г — газ (за камерон сгорания); огн — огневой; о. р—основные регистры; н — наружный.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Камерой сгорания называется устройство, обеспечивающее повышение потенциальной энергии рабочего тела в цикле ГТУ за счет его подогрева при сжигании в ней топлива.

Принципиальная схема камеры сгорания приведена на черт. 1.

2.2. Преобразование химической энергии топлива в тепловую осуществляется в процессе сгорания.

Для обеспечения необходимого температурного уровня работы газовых турбин количество воздуха в цикле должно значительно

Стр. 6 РТМ 24.022.11-74

превышать количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива.

2.3.    Чтобы обеопечить состав топливной смеси, благоприятный для процесса огорания, воздух (рабочее тело), поступающий з камеру сгорания, разделяется на первичный воздух Gu участвующий ь горении, и вторичный Gu, смешиваемый с продуктами сгорания с целью снижения их температуры до заданного уровня.

Для интенсификации процесса горения при работе на жидком топливе может применяться также ступенчатая подача первичного воздуха по длине камеры сгорания. Такая подача воздуха позволяет поддерживать состав топливной смеси ближе к оптимальному при постепенном испарении капель жидкого топлива. Одновременно это расширяет диапазон устойчивой работы на переменных нагрузках при изменении длины зоны горения, так как воздух, поступающий через «дожигающие» отверстия, является либо первичным, если он поступает в зону горения, либо вторичным, если выгорание к этому сечению уже закончилось. Однако такая организация процесса сгорания может приводить к появлению трудносгораемого аморфного углерода при местном переобогащении смеси и к появлению нагарообразования, особенно при сжигании тяжелых жидких топлив.

Таким образом, камера сгорания разделяется на зону горения, зону смешения.

2.4.    Горение топлива должно полностью заканчиваться до зоны смешения, так как введение вторичного воздуха резко снижает температуру газов, что приводит к прекращению активного процесса горения.

Процесс горения происходит при наличии топливной смеси определенного состава и температуры смеси, превосходящей температуру воспламенения.

Если в топливной смеси воздуха больше, чем теоретически необходимо для полного сгорания топлива, смесь называется бедной, л если меньше — богатой.

Смеси, при которых горение практически прекращается, называются соответственно переобедненнон и переобогащенной смесями. Эти границы зависят от температуры смеси (от температуры в зоне горения).

Необходимая температура смеси достигается ее предварительным подогревом и нагревом в процессе сгорания топлива. При нарушении этих условий наступает срыв процесса горения (пламени).

Процесс устойчивого горения в определенной зоне камеры сгорания обеспечивается:

—    подачей воздуха (окислителя) в количестве, необходимом для создания смеси нужного состава;

—    созданием нужного температурного уровня;

—    наличием зоны, где скорость перемещения топливовоздушной смеси равна скорости распространения пламени. Эта зона называется зоной стабилизации фронта пламени.

PTM 24.022.11—74 Стр. 7

2.5.    Создание необходимого уровня температуры и поля скоростей обеспечивается организацией зоны обратных токов. Зоной обратных токов называется зона, в которой направление движения газов имеет одну из составляющих, противоположную направлению движения основного потока продуктов сгорания.

2.6.    Образование тонливовозлушной смеси обеспечивается:

—    дроблением топлива;

—    перемешиванием топлива и окислителя;

—    подогревом топлива для перевода части жидкой фазы в газообразную.

Дробление топлива осуществляется газовыми горелками для газообразного топлива и форсунками для жидкого топлива, при этом увеличение степени дробления топлива интенсифицирует процесс сгорания.

Перемешивание топлива и окислителя происходит за счет тур-бу лизании потока с помощью фронтового устройства: регистра (лопаточного завихрителя), плохообтекаемых тел, перфорированной головной части и т. д.

2.7.    Первоначальное зажигание топливной смеси осуществляется с помощью системы зажигания.

2.8.    Для охлаждения металла, ограничивающего огневой объем камеры сгорания, применяется ряд систем охлаждения. Наиболее распространенным методом охлаждения является пропуск части воздуха Сохл через элементы камеры сгорания с одновременным съемом тепла конвекцией с внешней стороны.

2.9.    Камеры сгорания состоят из следующих основных элементов:

—    фронтового устройства, служащего для организации эффективного процесса смесеобразования и создания условий для устойчивого горения. Оно включает в себя горелочные устройства (форсунки, газораздающие насадки), воздухонаправляющие и стабилизирующие устройства;

—    пламенной трубы (жаровой трубы), непосредственно ограничивающей зону горения и включающей элементы системы охлаждения;

—    смесителя, перемешивающего продукты сгорания с вторичным воздухом для получения заданного температурного поля газов;

—    системы зажигания, осуществляющей первичное зажигание топливной смеси;

—    экранов защищающих корпус камеры сгорания от теплового излучения или обеспечивающих создание необходимых потоков воздуха;

—    воздухопроводов и газопроводов, обеспечивающих подвод к камере сгорания рабочего тела и отводящих от нее продукты сгорания.