乌克兰UGT25000燃气轮机试验运行经验及技术改进措施

1前言工业UGT25000型燃气轮机(见图1)是由乌克兰“机械设计局”设计研制的机组。图1工业型UGT25000燃气轮机1990年完成了该型发动机的技术设计任务,对主要零部件进行台架试验,如:压气机、高低压涡轮、动力涡轮、端面封严装置、冷却系统、火焰筒、燃油喷嘴和传动部件等。1992年,     

6FA燃气轮机试车台燃油控制阀性能研究

对6FA燃气轮机试车台的燃油控制阀进行性能研究,阐述了试车台燃气轮机燃油组成、燃油控制阀的性能和故障反馈等。通过阀门的性能特性曲线和执行机构的性能分析,重点讨论了6FA燃气轮机试车台的燃油控制阀位置控制和反馈性能,并对燃油控制阀在运行过程中会出现的故障以及反馈动作进行探讨。试车台的燃料选用与目前燃气轮机电站所用的天然气燃料不同,对6FA燃气轮机试车台燃油控制阀的性能分析,可为同类型燃气轮机试车台的燃油系统搭建提供借鉴和参考。     

燃气轮机离心式燃油雾化喷嘴仿真

开展离心式燃油喷嘴雾化仿真研究，为燃气轮机燃烧提供依据。利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行离心式喷嘴外场建模和网格划分，基于FLUENT仿真完成不同压力工况下瞬态离心式喷嘴外流场数值模拟计算。对离心式喷嘴在无辅助空气作用下和有空气辅助作用下的外流场进行了数值模拟研究，分析其在13个压力点工况下（0.05 MPa、0.1 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa、3.0 MPa、4.0 MPa、5.0 MPa、6.0 MPa、7.0 MPa）的雾化液滴分布以及性能参数的结果。研究表明：在无空气辅助下，喷嘴的雾化液滴分布都呈圆锥状分布，喷嘴在压力点工况下的整体索太尔平均直径（SMD）以及不均匀度的极大值（极小值）分别为 414.54 μm（40 μm）、0.670 9（0.487 4）；在3个不同空气压力下（10 kPa、14 kPa、20 kPa），喷嘴的雾化液滴分布都呈圆锥状分布，喷嘴在压力点工况下的整体SMD以及不均匀度的极大值（极小值）分别为35.93 μm（15.67 μm）、0.838 7（0.704 0）。本文的仿真研究为离心式燃油喷嘴应用到燃气轮机燃烧中提供了依据     

燃气轮机双流路燃油喷嘴结构设计及性能分析

针对燃气轮机关键部件燃烧室燃油喷嘴雾化质量和雾化范围的问题,对影响其雾化质量和雾化范围的因素进行研究分析,并设计了其主副旋流器、主副旋流槽、主副流路堵头、主流路启闭弹簧及其总体结构,并仿真分析了其喷雾的雾化效果,验证了该设计的可行性与合理性。     

燃气轮机改烧焦炉煤气的适应性研究

AGT-25燃气轮机改烧焦炉煤气具有很好的经济性和市场前景,有必要开展适应性研究,包括焦炉煤气喷嘴、双燃料系统和燃料切换控制程序.对焦炉煤气喷嘴结构进行了数值模拟,选出两种喷嘴结构开展部件燃烧试验,对比确定装机的喷嘴方案.按研究结果更换焦炉煤气喷嘴和双燃料系统,增加燃料切换控制程序,实现了燃气轮机以焦炉煤气为主燃料的工...     

高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态模拟

建立了船用柴油机高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态计算模型,采用AMESim模拟计算结合高压共轨燃油系统平台试验的方法对高压共轨燃油喷嘴空穴流动进行研究.研究结果表明:该方法可以较为准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;非稳态模拟可以较好地反映燃油喷射压力的波动对喷嘴内部压力分布和喷孔中燃油喷射速度的影响;在高压喷...     

基于开口稳定流系统分析燃气轮机异物损坏压气机叶片

本文应用开口稳定流系统方程推导了燃气轮机水洗喷嘴脱落没有掉落燃气轮机进气室底,反被高速气流携带进入压气机原因进行理论分析,同时针对燃气轮机喷嘴脱落事件重新制定了一系列标准,并提出改进措施,为同类型机组提供预防参考。     

燃气轮机燃烧室双燃料混合燃烧数值模拟

对燃气轮机双燃料燃烧室进行了2种燃料混合燃烧条件下的数值模拟.结果 表明:混合燃烧条件下,液体燃料不同质量流量下的雾化特性、双燃料喷嘴气/液路结构以及气/液燃料的燃烧场差异决定了双燃料燃烧室的混合燃烧性能;当2种燃料混合燃烧时,液体燃料雾化质量恶化及外环气体燃料喷嘴对燃烧场的径向压缩导致高温驻点向燃烧室出口移动,温度分布系数(OTDF)偏高,燃烧效率下降;可通过进一步优化气动燃油雾化喷嘴或提高雾化空气量,来有效提高双燃料燃烧室低工况混合燃烧时的燃烧性能.     

浅论燃气轮机烧重油

燃气轮机以重油作为燃料 ,可有效地降低运行成本 ,因此颇受重视。本文简要说明了燃气轮机燃用重油技术的成熟性 ,并对我国目前燃用重油燃气轮机的情况进行了统计。文章分析了燃气轮机烧重油在燃烧、结垢、腐蚀等方面所产生问题的原因及后果 ,并针对这些问题提出了在燃油处理、燃烧系统、燃油系统和机组运行维护等方面所应采取的对策。     

双层交错布置多孔喷嘴燃烧排放性能试验研究

在某单缸柴油机上搭建高压共轨系统整机试验台架,研究双层交错布置多孔喷嘴结构对柴油机燃烧和排放性能的影响规律。试验结果表明:相同几何流通面积的双层交错布置多孔喷嘴相比于传统单层喷嘴经济性提高,NOx排放和碳烟排放改善;孔径较小的双层交错布置多孔喷嘴方案燃油消耗率较高,NOx排放较低,碳烟排放较高;下层喷孔喷射夹角小的双层交错布置多孔喷嘴方案缸内平均压力和温度高,油耗和排温降低,NOx排放较多,碳烟排放较少。     

Study of flow and combustion characteristics of optimized low swirl premixed nozzle for micro gas turbine

With the micro gas turbine is used more and more widely, the operating conditions become complex and fluctuating which impacts the environmental friendliness of combustor. In this work, a low swirl premixed nozzle (LSPN) is designed based on the original premixed nozzle (OPN) of a 60 kW micro gas turbine, in order to adapt the flexibility of load and operating environment by improving the mixing performance of fuel and air. The flow and combustion characteristics of LSPN and OPN fed by natural gas is numerically studied using the standard k-ε model and the combined Finite Rate Chemistry/Eddy Dissipation Model (FRC/EDM) under various operating conditions. The results show that the mixing performance of air and fuel in LSPN has been improved. The flow unmixedness in LSPN is always smaller than OPN, and it is 41.74% lower at the outlet of the nozzle. While the equivalence ratio decreases, the mean temperature in the combustor decline. Furthermore, under the majority of operating conditions, the emission performance of LSPN is better than OPN.     

喷嘴结构对电控喷油器喷油规律影响的试验研究

在喷油泵综合实验台上采用先进的EFS瞬时喷油量测量仪,对8套不同结构参数的共轨喷油器喷嘴进行了喷油规律的测试,研究了喷孔数、喷孔直径、喷孔长度以及喷孔夹角等参数对喷油规律的影响。     

Investigations of swirl flames in a gas turbine model combustor: II. Turbulence–chemistry interactions

The thermochemical states of three swirling CH₄/air diffusion flames, stabilized in a gas turbine model combustor, were investigated using laser Raman scattering. The flames were operated at different thermal powers and air/fuel ratios and exhibited different flame behavior with respect to flame instabilities. They had previously been characterized with respect to their flame structures, velocity fields, and mean values of temperature, major species concentrations, and mixture fraction. The single-pulse multispecies measurements presented in this article revealed very rapid mixing of fuel and air, accompanied by strong effects of turbulence–chemistry interactions in the form of local flame extinction and ignition delay. Flame stabilization is accomplished mainly by hot and relatively fuel-rich combustion products, which are transported back to the flame root within an inner recirculation zone. The flames are not attached to the fuel nozzle, and are stabilized approximately 10 mm above the fuel nozzle, where fuel and air are partially premixed before ignition. The mixing and reaction progress in this area are discussed in detail. The flames are short (<50 mm), especially that exhibiting thermoacoustic oscillations, and reach a thermochemical state close to adiabatic equilibrium at the flame tip. The main goals of this article are to outline results that yield deeper insight into the combustion of gas turbine flames and to establish an experimental database for the validation of numerical models.     

热传递对涡轮增压器效率特性影响的研究

在涡轮增压器热试台架上进行涡轮和压气机效率特性测量时,由于高温涡轮与相对温度较低的压气机之间有明显温差,造成热量从涡轮传向压气机,会使测量得到的涡轮和压气机的效率分别高于和低于实际值。本文对增压器的热传递现象进行了分析,并通过一种有效计算方法对涡轮和压气机的效率特性进行了热传递校准。校准后的涡轮和压气机效率特性与增压器冷试台架上测得的数据符合较好,最大误差低于4.7%。     

双燃料燃气轮机燃料快速切换技术分析与试验研究

通过分析国外机组资料和实际燃料切换运行曲线,逆推双燃料切换控制策略,并利用现有燃烧试验台,在保证燃烧室出口温度稳定波动的前提下,对规定时间内完成燃料快速切换的燃烧室内火焰稳定性加以验证。试验结果表明:某型机组试验可依据理论切换时间30 s换算燃机最大负荷时燃料的变化量,保证机组在60 s内完成燃料的快速切换,在此切换过程中,燃烧室内火焰稳定,动态压力最大值为4.55 k Pa。由于燃烧试验台条件与整机试验环境存在较大的差异性,试验过程得出燃料变化量仅可作为参考,主要用于减少整机试验次数并规避试验风险,最终值仍应以整机试验结果为准。     

An overview on dry low NOx micromix combustor development for hydrogen-rich gas turbine applications

The paper presents a survey of the interactive optimization cycle at Aachen University of Applied Sciences, used for the development of a new low emission Micromix combustor module for application in hydrogen fueled industrial gas turbines. During the development process, experimental and numerical methods are applied to optimize a given baseline combustor with 0.3 mm nozzles with respect to combustion efficiency, combustion stability, higher thermal power output per nozzle and reduced manufacturing complexity.Within the described research cycle combustion and flow simulations are used in the context of parametric studies for generating optimized burner geometries and the phenomenological interpretation of the experimental results. Experimental tests, carried out on an atmospheric combustion chamber test stand provide the basis for validation of simulation results and proof of the predicted combustion characteristics under scaled down gas turbine conditions.In the presented studies, an integration-optimized Micromix combustor with a nozzle diameter of 0.84 mm is tested at atmospheric pressure over a range of gas turbine operating conditions with hydrogen fuel. The combustor module offers an increase in the thermal power output per nozzle by approx. 390% at a significant reduced number of injectors when compared to the baseline design. This greatly benefits manufacturing complexity and the robustness of the combustion process against fuel contamination by particles.During atmospheric testing, the optimized combustor module shows satisfactory operating behavior, combustion efficiency and pollutant emission level. Within the evaluated operating range, which correlates to gas turbine part-, full- and overload conditions, the investigated combustor module exceeds 99% combustion efficiency. The Micromix combustor achieves NO_x emissions less than 2.5 ppm corrected to 15 Vol% O₂ at the design point.Based on numerical analyses and experimental low pressure testing, a full-scale gas turbine combustion chamber is derived. High pressure testing in the auxiliary power unit Honeywell/Garrett GTCP 36–300 shows stable operation during acceleration of the engine, during IDLE and during load variations between IDLE and Main Engine Start (MES) mode. Throughout the investigated operating range, the combustion chamber generates low NO_x emissions under full-scale gas turbine conditions.     

某型低排放燃烧室喷嘴结构优化研究

为提高干低排放燃烧室火焰稳定性,对某燃气轮机干低排放燃烧室喷嘴进行了结构优化,增加了中心预混值班喷嘴,同时对燃料分配进行调整,分析了值班火焰对燃烧室的火焰稳定性和污染物排放的影响。计算结果表明：值班路过量空气系数为1.5,两级旋流过量空气系数相同时,可有效拓宽燃烧室贫燃熄火边界,同时保持较低的污染物排放。最后通过试验测试了燃烧室的贫燃熄火特性和压力脉动特性,初步验证了值班喷嘴结构对稳定燃烧的作用。     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

微型燃气轮机低热值燃料燃烧室喷嘴流动实验研究

为适应生物质气低热值、组分变化大的特点,达到燃烧室燃烧稳定、低排放要求,在某60 kW级微型燃气轮机环形燃烧室结构的基础上,新设计了一种具有不同预混孔结构的新喷嘴,并在上海交通大学微型燃气轮机单喷嘴燃烧室实验台上对原喷嘴及新设计喷嘴进行冷态流动实验,对比分析不同稀释孔直径及工质参数条件下原喷嘴及新喷嘴对燃烧室空气流量分配比及过量空气系数的影响。研究表明:燃料流量、空气流量变化会影响燃烧室空气流量分配,空气温度变化对燃烧室空气流量分配无影响;燃料热值降低会导致燃烧室过量空气系数增大,需要匹配直径更大的燃烧室稀释孔;相比于原喷嘴新喷嘴的流量分配比较大,为使其适应低热值燃料,需要匹配的燃烧室稀释孔直径为11.0 mm,该条件下新喷嘴可适应CH_4摩尔分数为50%~90%的燃料。     

燃气轮机振荡燃烧主动控制方法

振荡燃烧是贫燃预混燃烧室普遍面临的不稳定燃烧现象，该现象会导致发动机振动，污染物排放加剧，喷嘴烧蚀等，因此需要对这种现象进行控制，以减小压力脉动。本文针对某型低排放燃烧室，以对值班燃料供给控制为核心，设计了一套振荡燃烧主动控制系统，并进行了试验研究。分析了燃烧室内压力脉动控制的影响因素和变化规律，试验研究表明：（1）该系统有效地抑制了燃烧室的压力脉动。（2）控制系统投入工作的相位不同时，抑制效果明显变化。（3）该系统对由贫燃燃烧不稳定引起的压力脉动有明显抑制效果，对其他原因引起的脉动无明显抑制效果。