автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Экспериментальное совершенствование рабочего процесса кольцевой камеры сгорания ГТУ на моделях

На правах рукописи

Данилец Лев Анатольевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТУ НА МОДЕЛЯХ

05.04.12 -Турбомашины и комбинированные турбоустановки

2 6 ЯНВ 2012

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2012г.

005009493

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Зысии Леонид Владимирович Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Митрофанов Валерий Александрович; Кандидат технических наук, доцент Смирнов Александр Анатольевич.

Ведущая организация: ОАО "Авиадвигатель", г. Пермь

Защита состоится «_» в 16 часов на заседании диссертационного

совета Д 212.229.06 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195 251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, ауд. 225 главного здания.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан «43 » января 2012 г.

Ученый секретарь

Талалов В.А.

Актуальность диссертации

Настоящая работа посвящена исследованию на моделях низкоэмиссионной кольцевой камеры сгорания (КС) для ГТУ среднего класса мощности. Создание надёжных, эффективных и экологически совершенных газотурбинных установок является актуальной для современного энергомашиностроения проблемой. Предполагается, что подобные ГТУ в ближайшие годы будут востребованы энергетикой при модернизации и расширении действующих ТЭС, ТЭЦ, создании автономных источников энергоснабжения и др. В этой связи интерес к созданию низкоэмиссиопных КС и изучению процессов, протекающих в них, в настоящее время проявляют ведущие фирмы страны: НПО «Теплофизика», ФГУП «ЦИАМ», ОАО «ВТИ», ОАО «НПО ЦКТИ им. И.И. Пол-зунова», ОАО «Кузнецов», ОАО «Авиадвигатель», ОАО «А. Люлька - Сатурн», ФГУП ММПП «Салют», ОАО «Рыбинские моторы», ФГУП «Завод им. В.Я. Климова», АМНТК «Союз».

Аналитическое описание многосвязного взаимодействия различных по своей природе физических, химико-физических и ряда других процессов, характерных для КС, сопряжено со значительными трудностями. Поэтому, несмотря на многолетние исследования у нас в стране и за рубежом на стадии их проектирования, пока не удаётся избежать многоэтапных стендовых испытаний на моделях. От эффективности таких испытаний, в конечном счете, зависит объём доводочных работ, которые ложатся на заключительный и наиболее ответственный этап - испытание головного образца.

Целью работы является определение алгоритма работы кольцевых камер сгорания энергетических ГТУ, обеспечивающего работоспособность, эксплуатационную надежность и экологическую безопасность. Научные задачи исследования:

• Экспериментальное совершенствование алгоритма работы модели обеспечивающего ее оптимальные характеристики на режимах от запуска до номинальной нагрузки.

• Исследование характеристик, определяющих работу модели КС: полноты сгорания топлива; границ бедного срыва; эмиссионных характеристик; температурного состояния стенок модели; полей температур продуктов сгорания; пульсационных характеристик.

• Разработка методики, позволяющей оценить алгоритм работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний.

Формулирование концепции создания одногорелочных стендов с жаровой трубой (ЖТ) квадратного поперечного сечения, позволяющих выдерживать натурные те-плонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела. Усовершенствование методики расчета полноты сгорания топлива, обеспечивающей повышение точности ее определения.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: Экспериментально установлен алгоритм работы модели КС, обеспечивающий оптимальные характеристики от запуска до номинальной нагрузки. Полученные данные являются основой для разработки алгоритмов работы кольцевых КС. Исследованы основные характеристики работы модели КС на режимах от розжига до номинальной нагрузки.

Разработана методика, позволяющая оценить алгоритм работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний.

Предложена новая концепция создания одногорелочных стендов, позволяющих выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела.

Предложена уточненная методика расчета полноты сгорания топлива, учитывающая образование оксидов азота, компонентов природного газа и воздуха. Практическая ценность:

Экспериментально установленный алгоритм и характеристики работы модели КС позволяют сократить объем работ при проектировании и доводке кольцевых КС ГТУ.

Методика оценки алгоритма работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний позволяет уменьшить количество доводочных экспериментальных работ.

Новая концепция создания одногорелочных стендов позволяет выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого натурному угла раскрытия факела.

Методика расчета полноты сгорания топлива позволяет с большей точностью оценивать качество работы КС.

Достоверность результатов работы обеспечиваются: комплексным расчетно-экспериментальным подходом при решении задач; сходимостью результатов расчетных и экспериментальных исследований; сравнением результатов исследований с данными других авторов;

• экспериментальной проверкой рекомендаций, выработанных на основе теоретических предпосылок;

• использованием приборов, прошедших государственную поверку, и аттестованных методов измерения.

Личный вклад автора заключается в том, что им принято активное участие в проведении экспериментальных исследований и расчетов. Автором непосредственно выполнены: обработка, анализ и обобщение полученных результатов; разработка методики оценки алгоритма работы натурных кольцевых КС; разработка новой концепции одногорелочных стендов; усовершенствование методики определения полноты сгорания топлива.

Апробация основных подозрений работы. Основные результаты работы доложены и обсуждались на: ЬУП научно-технической сессии РАН по проблемам газовых турбин (г. Уфа, 2010 г.), конференциях молодых специалистов СКБГТ и ЛГУ (г. Санкт-Петербург, 2009, 2010 г.), I конференции молодых специалистов инженерно-технических служб ОАО «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург 2010 г.), на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» и кафедры «Турбомашины и комбинированные турбоустаповки» СПбГПУ.

Публикация материалов работы, опубликованы четыре статьи, в том числе одна в реферируемых изданиях согласно перечню ВАК. Автор защищает разработанные в диссертации:

• Результаты комплексных экспериментальных исследований работы модели кольцевой КС ГТЭ-65 на режимах от розжига до поминальной нагрузки.

• Методику оценки алгоритма работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний.

• Новый облик одногорелочных стендов, позволяющих выдерживать натурные теп-лонапряжения при сохранении близких к натурным углов раскрытия факела.

• Уточненную методику расчета полноты сгорания топлива.

Реализация результатов работы. Материалы настоящей работы использовались ОАО «Силовые Машины» «ЛМЗ» при совершенствовании алг оритмов запуска камеры сгорания ГТЭ-65 от розжига до номинальной нагрузки.

Предложенная методика расчета полноты сгорания топлива использовалась при проведении расчетов на ОАО «Силовые Машины» «ЛМЗ», а также в качестве учебных материалов в СПбГПУ по курсу «Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех глав основного текста, изложенного на 118 стр., 39 рисунков и 23 таблиц; списка литературы, содержащего 115 наименований, в том числе 24 зарубежных публикаций; приложений, в которых дана сводка основных экспериментальных данных, сведения о стендовом оборудовании и использованных приборах для экспериментальных исследований, а также данные об апробации работы и внедрении её результатов.

Содержание работы

В первой главе сделан обзор основных конструктивных типов камер сгорания ГТУ, рассмотрены принципы организации рабочего процесса в камерах сгорания, способы его моделирования в стендовых условиях, а также пути совершенствования этих способов. Дан анализ методов сжигания топлива и определения полноты его сгорания. Перечислены наиболее перспективные методы сжигания топлива и пути их дальнейшего совершенствования. Показано, что существующие методики определения полноты сгорания топлива могут быть уточнены по нескольким параметрам. Проанализированы некоторые результаты стендовых исследований КС ГТУ, выполненных как отечественными, так и зарубежными фирмами.

Вторая глава посвящена формулированию концепции создания одногорелочных стендов с ЖТ квадратного поперечного сечения, позволяющих выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела. Известно, что площадь поперечного сечения ЖТ стенда для сохранения натурного теп-лонапряженного состояния рекомендуется выбирать равной площади ЖТ натурной КС, деленной на число горелочных устройств (ГУ). Однако в этом случае, как показано ниже, возможно прилипание факела пламени к стенкам ЖТ из-за значительного увеличения угла раскрытия факела пламени по сравнению с натурными условиями. Это приведет к нарушению структуры зоны горения (ЗГ) и местному перегреву стенок ЖТ. Сечение ЖТ, при котором происходит прилипание потока к ее стенкам, назовем критическим сечением.

Устранить эффект прилипания факела можно путем увеличения площади поперечного сечения ЖТ, но это приведет к снижению теплонапряжения. Таким образом, возникает необходимость уйти от прилипания факела без увеличения площади поперечного сечения ЖТ. Для этого в данной главе предлагается применить ЖТ одного-релочного стенда с квадратным поперечным сечением. При этом его площадь для сохранения теплонапряжения остается равной площади круглого сечения. Целью данной главы стало экспериментально-расчетная проверка эффективности применения квадратного поперечного сечения ЖТ. 6

в) г)

.ШЬ ш, :'■•'.*■■ ':.■■"■ . М®

' I ¡К..', . 3

Рис. 1. Сопоставление фотоснимков и расчетных эпюр векторов осевых скоростей потока в трубах с докритическим (а, в) и критическим сечениями (б, г)

Задача решена путем расчетно-экспериментального исследования течения закрученного потока воздуха за ГУ в имитаторах жаровых труб (ИЖТ) с круглым и квадратным сечениями различных площадей. Явление прилипания потока проиллюстрировано на рис. I. Из приведенных на рисунке фотографий и эпюр видно, что прилипание потока к стенкам ИЖТ приводит к увеличению угла раскрытия потока примерно в 2 раза. Исследования показали, что в основе данного эффекта лежит нарушение циркуляции воздуха из зоны Б в зону А, вызванное уменьшением площади ЖТ.

В результате экспериментальных и расчетных исследований ЖТ девяти различных площадей установлено, что критическая площадь ЖТ с квадратным сечением значительно меньше, чем с круглым. Данный результат объясняется большей устойчивостью зон рециркуляции в углах квадрата, по сравнению с кругом. Применение ЖТ квадратного поперечного сечения является эффективным способом сохранения близкого к натурному угла раскрытия факела при поддержании натурных теплонапряже-ний.

Третья глава содержит уточненную методику расчета полноты сгорания топлива (т|2). В главе 1 показано, что существующие методики определения полноты сгорания топлива требуют уточнения по ряду параметров, а именно: влиянию осушки пробы;

учету точного состава природного газа и воздуха; учету эндотермической реакции образования оксидов азота N0*; использованию в расчете молярной массы продуктов сгорания, а не воздуха. В этой связи нами разработана и использована в ходе огневых испытаний КС уточненная методика, согласно которой полнота сгорания топлива определяется из соотношения:

Т\rQgJQn, (3.1)

где (2„ - теплота сгорания топлива по сертификату; 2„с,( - фактическая теплота сгорания топлива:

= 0.Г1 — Ссн4'2сн4 - (ТО'бсО _ (3.2)

где (?со, быох - массы компонентов СН4, СО и N0, в продуктах сгорания на 1 кг топлива соответственно; 0СН4, <Зсо- теплоты сгорания СН4 и СО соответственно; бшх _ теплота, затрачиваемая на образование 1 килограмма N0*. Формула учитывает образование оксидов азота.

Массовые значения ССн4, Сто, СМОх определяются из объемных. Например, для

С?СН4:

0сн4=ясн4-0„,;л-, (3.3)

где £сн4 - массовая доля метана СН4 в продуктах сгорания, полученная пересчетом из объемных долей, измеренных газоанализатором; СШц-=1+а- массовый расход газовоздушной смеси на 1кг топлива; Ьа — стехиометрический коэффициент для природного газа; ах - суммарный коэффициент избытка воздуха. Пересчет учитывает осушку пробы; все компоненты природного газа и воздуха; молярную массу продуктов сгорания, а не воздуха.

Погрешность полноты сгорания топлива, полученная в соответствии с методикой определения погрешностей косвенных измерений составила 8^=0,013 %. Полученный результат позволяет сделать вывод, что точность методики достаточна для достоверной оценки полноты сгорания топлива на режимах работы ГТУ, близких к поминальному.

В четвертой главе представлены результаты

испытаний ГУ па одногорелочном стенде (ОС), модели КС ГТЭ-65 на стенде огневых испытаний и их анализ.

Стендовые испытания проведены на испытательной станции камер сгорания ОАО «Силовые машины»-«ЛМЗ». На ОС проведены холодные продувки и огневые испытания. При холодных продувках определены расходные характеристики ГУ и исследована структура потока за ГУ. В ходе огневых испытаний отработан режим розжига ГУ, оценено влияние контуров ГУ на устойчивость горения и эмиссию вредных выбросов. На стенде огневых испытаний исследована модель КС для уточнения алгоритма работы натурной КС.

Исследуемая модель КС, фотография которой приведена на рис. 2, а, представляет собой сегмент, составляющий 1/12 часть натурной кольцевой КС ГТУ, и состоит из воздухоохлаждаемых фрагментов фронтовой плиты, ЖТ, газосборника, боковых водо-охлаждаемых стенок и байпаса, обеспечивающего перепуск до 30 % воздуха на режимах запуска и частичных нагрузок. На фронтовой плите установлены в два ряда десять ГУ по пять в каждом, дежурная форсунка (ДФ) и воспламенитель. Горелочные устройства 2-го ряда, полученные моделированием ГУ 1-го ряда, имеют расходные характеристики почти в 2 раза превышающие эти показатели для 1 -го ряда.

Горелочное устройство, схема которого приведена на рис. 2, б, представляет собой двухконтурную конструкцию. В гомогенном контуре (1) обеспечивается перемешивание и подача в ЗГ обедненной топливовоздушной смеси (TBC). Диффузионный контур (2) предназначен для поддержания устойчивого горения путем подачи обогащенной TBC с низкой степенью перемешивания. Передний и задний регистры (3, 4) обеспечивают необходимую закрутку TBC.

Одногорелочный стенд, на котором проведены испытания ГУ имеет параметры

8 10

сред: воздух с расходом до 1 кг/с, давлением до 0,16 МПа и температурой до 40 °С; газообразное топливо - с давлением до 0,6 МПа. Схема установки ГУ (4) на имитаторе фронтовой плиты (5) и измерительной оснастки внутри рабочего отсека Рис. 3. Одногорелочный стенд

(1) представлена на рис. 3. Измерение расхода воздуха осуществлено с помощью мер-

ной диафрагмы (2). Потери полного давления на ГУ оценивались по показаниям 5-ти точечных гребенок полного давления (3). Необходимые режимы выставлены с помощью сменных сопел (9) подачей в них подпирающего воздуха. Зажигание ГУ осуществлено при помощи воспламенителя (8). Приведенная скорость потока (X) на выходе из ГУ определена по давлениям перед (Р¡) и за ГУ (Р;). Исследование структуры потока за ГУ осуществлено по характеру изменения скоростей потока и углов его закрутки по высоте выходного сечения ГУ. Эти параметры рассчитаны по полным и статическим давлениям, измеренным с помощью Т-образного зонда (7) и двухточечного углового зонда (6), которые перемещались по высоте сечения и поворачивались вокруг своих осей. Изображение факела пламени зафиксировано с помощью видеокамеры (11). Пульсация давления измерена с помощью пьезодатчика (12). Зонд (10) обеспечил измерение температуры потока и отбор пробы для измерения концентрации вредных выбросов выхлопных газов. Контроль проскока пламени в гомогенный контур осуществлен с помощью двух малоинерционных термопар (Г|, Т2), установленных соответственно на входе в канал и внутри него.

Результаты экспериментов на одногорелочном стенде показали, что надежный розжиг ГУ осуществляется при следующих параметрах перед зажиганием: коэффициент избытка воздуха в зоне горения аЛ=1,7...1,8, приведенная скорость Хх=0,35...0,40, доля диффузионного топлива 0 = (10...20) %. Розжиг с 0= 5 % при тех же а и X приводит к проскоку пламени в гомогенный контур (рис. 4). Возникновение этого явления диагностируется по резкому увеличению температуры ТВС внутри контура (Тг) и температуры Рис- 4- Проскок пламени в ГУ

воздуха на его входе (Г/). После розжига в результате увеличения температуры происходит снижение параметров до а.,=1,0...1,1 и Х,,=0,19...0,20. Впоследствии при испытаниях модели КС значения параметров, установившиеся после розжига, подтвердились. Полученные результаты являются исходными при отработке розжига натурной КС. Индексы «х» и «г» означают момент перед и после розжига соответственно.

Результаты видеонаблюдения за факелом пламени при различных режимах работы ГУ представлены на рис. 5. На режиме стехиометрии и «обедненной» смеси факел представляет собой усеченный конус с ярко выраженными образующими, исходящими 10

Дк 1 /А А л-•.

...............•■"•"--. N // \у..........

\ 1 XX.........................

Ч- ......\Гч

НГ"..... ^ \ Время

от лобового кольца. При «обогащении» TBC ярко выраженного конуса уже не наблюдается, и наиболее яркая часть факела удаляется от лобового кольца. С приближением к границе «богатого» срыва происходит изменение формы факела и значительное его удаление от ГУ.

а)

б)

■мрр

инии I......т

80 . 60 i 40 -j

го \

Рис. 5. Факел пламени на режиме: а - стехиометрии и «обедненной» смеси; б - «обогащенной» смеси; в - «богатого» срыва

После розжига осуществлено измерение: полноты сгорания топлива - 99,96 %; пульсаций давления - I кПа; потерь полного давления - 3 %; температуры металла фронтовой плиты - 200 °С. Диапазон устойчивой работы ГУ на режиме розжига:

а,=0,75... 1,22; А,,=0,18...0,232. Изменение доли диффузионного топлива с 0 до 20 % приводит к расширению границы устойчивости на 10,9 % и увеличению концентрации оксидов азота в 2,3 раза.

Результаты испытаний по исследованию структуры потока на срезе ГУ представлены на рис.

б. Из приведенных зависимостей следует, что относительная скорость потока (V) и угол закрутки (<р) меняют свой знак при относительном радиусе Л =0,33, что указывает на существование зоны обратных токов. Результаты применены для верификации расчетов главы 2.

Стенд огневых испытаний модели КС позволяет испытать модель при натурных значениях: температуры воздуха на входе в отсек приведенной скорости А,, коэффи-

-20 40} «0 ^

I Ф, граф V

}........... } I § 1 ? ИСЛ А V >•■• J\

!.................. »1 3 с % р I д /\

I I о i 1 J А \

к .Jf / \ / / ЧАч

! 4 i / ( \ i 1

t™ ........^........ 1.................... 'S

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0.2 а -0,2

Рис. 6. Изменение относительной скорости потока (V ) и угла закрутки (ф) на срезе ГУ

циентов избытка воздуха в зоне горения а и соотношений расходов топлива по контурам ГУ 0. Схема установки исследуемой модели в испытательном отсеке с указанием основных измеряемых параметров представлена на рис. 7. В процессе испытаний измерены давление, температура и расход воздуха t„, G„) и расход топлива (G,,) на входе в модель, перепады давления на стенках ЖТ (Лрж.„,), по которым определяется приведенная скорость X, температуры стенок модели (Т„), температура TBC внутри ГУ (Т„р) и воспламенителя (Tz), пульсация давления в ЖТ (држт), степень открытия байпаса воздуха за зону горения ср.

Поля температур и концентрации вредных выбросов определены в выходном патрубке модели с помощью поворотной гребенки турели, по высоте которой было расположено семь термопар (Г/ - Т7) и три отбора проб вредных выбросов (Ph Р2 Р3). Температура продуктов сгорания усредняется по гребенке турели (/,). Полученные пробы после объединения направлены по электрообогреваемой линии в газоанализатор. Измеренные значения концентрации усреднены по выходному сечению модели и приведены к 15% содержанию кислорода.

Получаемая со всех датчиков информация с помощью автоматической измерительной системы (АИС) записана на электронный носитель. По измеренным значениям температур и давлений с использованием АИС в ходе эксперимента рассчитывались основные безразмерные параметры, по которым задавались необходимые режимы работы модели КС.

Результаты экспериментального определения основных параметров работы модели при нагрузках N = 0, 50 и 100 % представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры работы модели КС

N" Р. 1. 1- Ф а, X ау а, а> 0,

% кПа °С г/с - %

0 318 335 535 26,3 - 0,235 11,8 1,28 24 -

50 414 371 1193 27,2 48,4 0,236 2,66 1,55 1,59 6,2 4

100 422 407 1320 31,7 54,6 0,263 2,33 1,53 1,67 5,1 3

Индексы «1» и «2» относятся к параметрам 1-ого и 2-ого ряда ГУ соответственно. Индекс «ср» - означает осреднение параметра по выходному патрубку.

р> G

Рис. 7. Схема установки для испытаний модели

В результате проведенных экспериментов установлено, что устойчивый розжиг осуществляется при следующих параметрах после розжига: а.,=0,93; \.=0,186; 0=28,9%. В момент розжига приведенная скорость X уменьшается на величину Д).=0,073...0,079, коэффициент избытка воздуха а - на величину Да=0,32... 0,34.

В ходе исследований определены границы «бедного» срыва на режимах раскрутки ротора от 42 до 224 сек., холостого хода и работы модели под нагрузкой 10 - 50 % от номинальной. Результаты эксперимента представлены в таблице 2. Индекс «ср» - означает, что параметр записан для момента срыва.

Измеренные концентрации N0, на режимах от 50 до 100 % номинальной нагрузки после приведения и усреднения по всему сечению составили 60...73 мг/м3. Для снижения концентрации N0, исследовано влияние отключения диффузионного контура ГУ при нагрузке 50 %, что привело к значительному снижению концентрации N0 х во всему сечению с 60 до 28 мг/м3 при сохранении устойчивости горения.

Показатели максимальной окружной и усредненной радиальной неравномерности соответствуют установленным требованиям. В качестве примера они приведены на рис. 8. для режима 100 % нагрузки. Окружные эпюры построены для всех семи сечений в этом направлении, а радиальные - для 3-х сечений, два из которых включают наибольшие по окружности температуры (коорди наты -6°, 4°) и третье - наименьшую температуру (координата -2°).

Таблица 2

Исходные и срывные коэффициенты

Режим Исходные Срывные

а/ сь а/„, а>сР

42 сек 1,58 - 1,92 -

101,5 сек 1,79 - 1,97 -

144 сек 1,63 - 1,98 -

224 сек 1,32 - 1,98 -

XX 1,28 - 2,38 -

10% 1,37 1,31 2,08 2,04

20% 1,3 1,25 2,25 1,99

30% 1,43 1,53 1,87 2,36

40% 1,42 1,46 1,98 1,91

50% 1,53 1,55 1,95 1,86

а)

б)

) | \

12"; , . ! /

Л* ь."с

(<. 'С

Т' I

- температуры № |

1300 1400 1500 ЙСр^ 1ф01Я*С*НиЬТЫШрТО*а »41

Рис. 8. Радиальные (а) и окружные (б) поля температур продуктов сгорания

Показатели относительной окружной и радиальной неравномерностей:

(4.1) 13

где /,. „ш и !,._ср - максимальная и средняя температура продуктов сгорания соответственно. Значения относительной окружной (0 ,,кр) и радиальной (б ,,„>) неравномерностей для различных режимов работы представлены в таблице 3.

Таблица 3. Относительные окружные и радиальные неравномерности температурных полей продуктов сгорания

дг* % 50 60 70 80 90 100

16,6 9,7 7,7 10,5 11,3 10,1

0 гт) 13,4 13,7 13,4 12,5 10,7 9

Проскок пламени в гомогенных контурах ГУ не зафиксирован; максимальный уровень пульсаций давления в ЖТ модели КС зафиксирован на режиме 90 % номинальной нагрузки и составил 0,46 кПа при частоте пульсаций 290 Гц; температуры стенок ЖТ не превышают 625 °С.

Алгоритм работы 1 и 2-го рядов рабочих горелок, их контуров, а также ДФ и байпаса при различных режимах испытаний представлен на рис. 9. На режимах от розжига до XX включительно работает только 1-й ряд ГУ с ДФ, а после этого к нему начинает подключаться группами 2-й ряд ГУ. ДФ работает с момента розжига до режима 40 % нагрузки включительно. Байпас частично открыт на режимах до 80 % нагрузки включительно и полностью закрыт на режимах большей мощности. Доля топлива, поступающего в диффузионные контура ГУ 1-го и 2-го рядов, составляет соответственно 25 % и 14 % на режимах до 40 % нагрузки включительно, и 5 % и 3 % при больших нагрузках. Приведенную скорость X на всех режимах от розжига до номинальной нагрузки рекомендуется поддерживать в диапазоне от 0,2 до 0,27 путем изменения положения байпаса воздуха за зону горения ф. Снижение доли диффузионного топлива в ГУ кольцевой КС можно рекомендовать для уменьшения концентраций N0, до нормативных значений.

Полученные результаты модельных испытаний КС ГТЭ-65 позволили разработать методику уточнения алгоритма работы (коэффициентов избытка воздуха в зоне горения а и приведенной скорости X) кольцевой КС. Управление рабочим процессом осуществляется путем применения байпаса воздуха ф за ЗГ. Из-за сложности происходящих в КС процессов методика разбита на 3 части: розжиг; режимы от момента розжига до нагрузки 50 % от номинальной; режимы от 50 до 100 % нагрузки.

I I I 8 8 * I I ! I § I I ! I I

§ § 2 5 Я

М о " Режим

Рис. 9. Алгоритм работы модели КС Методика для розжига позволяет определить параметры работы модели перед моментом розжига (аг и Хх) с учетом их резкого изменения в момент розжига таким образом, чтобы не допустить проскока пламени и срыва потока. В методике используются данные о давлении рг и температуре Тг воздуха за КС перед розжигом, характеристика компрессора, для учета которой введен коэффициент г, а также данные эксперимента на моделях об оптимальных параметрах после розжига (а,, и Соотношения методики выведены с использованием формулы Стодолы-Флюгеля, уравнения неразрывности, уравнения Бернулли и газодинамической функции с/(Х) - безразмерной плотности тока:

^ и и РГ-РГ Г~ Р1-Р: , (^Хг(р^-Ра)+Ра ,

2 2 2 ' а,=<МТУ> л! 2 2 ■> ' ~-5--1

4.2)

где х = 7\./7^,; к = р./р.,; ра - атмосферное давление. Проведено сопоставление результатов расчета и эксперимента. Отличие составило 2,6-4,2 % для а и 9,8-10 % для X.

На режимах от розжига до 50 % нагрузки методика позволяет поддерживать экспериментально определенную оптимальную температуру в зоне горения 4-=1560 "С. Критерием оптимальности является экспериментально определенный режим с минимальными выбросами N0* и СО при сохранении устойчивости горения. Искомые величины ау и Ху определяются путем решения системы уравнений: ¡ г = (-0,00019816439 • а* + 0,0049551 ■ а], - 0,0478038 • а). + 0,224835 • а, + 0,4604964) • (*, + 273) +

+1,0695565 ■ а* - 26,8615665 • а' + 259,7700927 •а*-1215,6692462 • аг + 2577,74,

(4.3)

(4.4)

где индекс «и» - исходный режим; «у» - уточненный в соответствии с методикой режим. Уравнение (4.3) предложено КТЭУ для природного газа среднего состава, соотношение (4.4) выведено из уравнения неразрывности и уравнения Бернулли с использованием газодинамической функции с](Д

На режимах нагрузки от 50 до 100 % включительно методика позволяет поддерживать постоянный небольшой запас устойчивости горения с целью снижения выбросов N0,,:

где аср - коэффициент избытка воздуха в зоне горения, при котором происходит «бедный» срыв пламени.

Полученный в ходе исследований массив экспериментальных данных позволил, на основании методов регрессионного анализа, вывести эмпирическую зависимость величины «ср от температуры входящего в КС воздуха Тв, приведенной скорости потока X, доли диффузионного топлива 0:

где С - константа, зависящая от формы ЖТ и конструкции ГУ; индекс «с» соответствует параметрам, при которых была определена константа С. Определив величину С при наиболее удобных для этого условиях, можно использовать ее для прогнозирования величины аср в любых других условиях опытов. Для исследованной модели КС на режимах:

- от розжига до 40 % нагрузки: С=2,2; 7'„с=500 К; ?ч=0,23; 0С=22%; ДФ вкл.

- от 50 до 100 % величина С=2,04; 7^=683 К, ?ч=0,236; 0С=5,1 %; ДФ выкл.

Искомые величины а,, и Ху па режимах от 50 до 100 % номинальной нагрузки определяются путем решения системы уравнений (4.4 - 4.6).

1. Экспериментально усовершенствован алгоритм работы модели, обеспечивающий ее оптимальные характеристики на режимах от розжига до номинальной нагрузки.

2. При исследовании характеристик модели во всем диапазоне ее работы установлено: запасы по срыву более 20 %; эмиссия оксидов азота менее 50 мг/м3; температура стенок жаровой трубы модели менее 800 °С; радиальная неравномерность температурного поля продуктов сгорания не превышает 13,7 %; окружная неравномерность - менее 16,6%; пульсации давления менее 1 %; полнота сгорания топлива более -0,998.

=а,

'ср

/1,15,

(4.5)

(4.6)

Выводы

3. Предложена методика, позволяющая на основании модельных испытаний оценить алгоритм работы натурной кольцевой КС на режимах от розжига до номинальной нагрузки.

4. Экспериментально установлен способ снижения NO„ за счет регулирования распределения топлива по контурам горелочных устройств.

5. Предложена и расчетно-эксперименталыю проверена концепция применения квадратной формы жаровой трубы одногорелочных стендов, позволяющая по сравнению с круглым сечением избежать прилипания факела при необходимой площади поперечного сечеиия. Это позволит выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела.

6. Усовершенствована методика определения полноты сгорания топлива за счет учета: осушки пробы; образования оксидов азота; всех компонентов природного газа и воздуха; молярной массы продуктов сгорания, а не воздуха.

Список публикаций

1. Данилец JI.A. Методика определения полноты сгорания газообразного топлива в газотурбинных установках методом анализа пробы // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2010. - Том 2. - С. 27-31.

2. Ведищев А.Ф., Данилец Л.А., Хряков Б.В. Влияние формы жаровой трубы камеры сгорания ГТУ на структуру потока // Газотурбинные технологии. - 2010. - №10. -С. 6-9.

3. Данилец JI.A. Стендовые испытания горелочного устройства камеры сгорания ГТЭ-65 // LVII Научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин «Научно-технические проблемы производства и эксплуатации наземных газотурбинных установок»: тезисы докладов, 21-24 сентября 2010 г. -Уфа: ОАО «ВТИ». - С. 141-150.

4. Ведищев А.Ф., Данилец JI.A., Козлов Д.А., Пономарев H.H., Снятков Г.Л. Стендовые испытания горелочного устройства камеры сгорания ГТЭ-65 // Газотурбинные технологии. - 2010. - №5. - С. 22-25.

Подписано в печать 12.01.2012. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 8590Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

61 12-5/1569

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Данилец Лев Анатольевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТУ НА МОДЕЛЯХ

05.04.12 - Турбомашины и комбинированные турбоустановки

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук 1аучный руководитель: Д.т.н., профессор Зысин Л.В.

Санкт-Петербург - 2011г.

Содержание

Основные условные сокращения...........................................................................5

Основные условные обозначения..........................................................................5

Индексы....................................................................................................................9

Введение.................................................................................................................10

Глава 1. Некоторые актуальные вопросы создания камер сгорания ГТУ -литературный обзор...............................................................................................16

1.1. Приоритетные конструктивные типы камер сгорания ГТУ..................16

1.2. Методы сжигания и определения полноты сгорания газообразного топлива в ГТУ.....................................................................................................18

1.2.1. Методы сжигания газообразного топлива.........................................18

1.2.2. Методы определения полноты сгорания топлива.............................21

1.3. Рабочий процесс в камерах сгорания ГТУ и его моделирование в стендовых условиях...........................................................................................22

1.3.1. Постановка задачи................................................................................22

1.3.2. Стабилизация пламени в головной части жаровой трубы...............26

1.3.3. Влияние формы жаровой трубы структуру потока внутри КС.......29

1.4. Стендовые испытания камер сгорания.....................................................30

1.4.1. Исследования розжига и границ «бедного» срыва пламени............30

1.4.2. Концентрация вредных выбросов.......................................................34

1.4.3. Температурные поля продуктов сгорания на выходе из КС............37

1.4.4. Температура стенок КС........................................................................38

1.5. Цель и задачи исследования......................................................................39

Глава 2 Совершенствование формы ЖТ одногорелочного стенда..................41

2.1. Постановка задачи......................................................................................41

2.2. Результаты численного моделирования...................................................44

2.3. Результаты экспериментального исследования.......................................49

2.3.1. Схема измерений..................................................................................49

2.3.2. Этапы испытаний..................................................................................50

2.3.3. Визуализация периферийных обратных токов..................................51

3.3.4. Критическая площадь ИЖТ круглого поперечного сечения...........52

2.3.5. Критическая площадь ИЖТ квадратного поперечного сечения ....55 2.4. Сопоставление результатов и выводы......................................................57

Глава 3. Разработка методики расчета полноты сгорания топлива путем анализа пробы........................................................................................................61

3.1. Описание предложенной методики...........................................................61

3.2. Описание алгоритма вычисления по предложенной методике.............62

3.3. Оценка точности определения полноты сгорания топлива....................66

Глава 4 Стендовые исследования элементов кольцевой камеры сгорания стационарной ГТУ среднего класса мощности..................................................67

4.1. Этапы испытаний........................................................................................67

4.2. Объект испытаний.......................................................................................67

4.3. Краткое описание стендов и измерительной оснастки...........................69

4.3.1. Стенд холодных продувок...................................................................69

4.3.2. Стенд огневых испытаний ГУ.............................................................70

4.3.3. Стенд огневых испытаний моделей КС.............................................72

4.3.4. Оснащение модели термопарами........................................................74

4.4. Результаты огневых испытаний ГУ..........................................................77

4.4.1. Отработка режима розжига.................................................................78

4.4.3. Определение границ «бедного» срыва...............................................81

4.4.4. Эмиссия вредных выбросов.................................................................83

4.4.5. Основные характеристики работы ГУ................................................84

4.4.6. Основные результаты исследований работы ГУ...............................86

4.5. Результаты огневых испытаний модели...................................................86

4.5.1. Исследованные режимы.......................................................................88

4.5.2. Режим розжига......................................................................................90

4.5.3. Исследование границ «бедного» срыва..............................................91

4.5.4. Исследование концентраций вредных выбросов..............................99

4.5.5. Температурные поля за КС................................................................103

4.5.6. Температура металла стенок модели................................................106

4.5.7. Методика оценки алгоритма работы натурной кольцевой КС......111

Основные результаты работы.............................................................................118

Список литературы..............................................................................................119

ПРИЛОЖЕНИЕ 1................................................................................................130

ПРИЛОЖЕНИЕ 2................................................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЕ 3................................................................................................143

ПРИЛОЖЕНИЕ 4................................................................................................145

Основные условные сокращения

АИС - автоматическая измерительная система;

ВГ - виброгорение;

ВС - внутренний сегмент;

ГС - газосборник;

ДФ - дежурная форсунка;

ЖТ - жаровая труба;

ЗГ - зона горения;

ИЖТ - имитатор жаровой трубы;

КК - кольцевой канал;

КС - камера сгорания;

НС - наружный сегмент;

ОС - одногорелочный стенд;

ПД - пульсации давления;

1111 - проскок пламени;

ПС - продукты сгорания;

TBC - топливно-воздушная смесь.

Основные условные обозначения

a¡- коэффициент избытка воздуха в ЗГ i-ro ряда; а- коэффициент избытка воздуха в ЗГ;

aicp-коэффициент избытка воздуха в ЗГ i-ro ряда в момент «бедного» срыва; аср-коэффициент избытка воздуха в ЗГ в момент «бедного» срыва; а2 - суммарный коэффициент избытка воздуха;

cticp- суммарный коэффициент избытка воздуха в момент «бедного» срыва; ©i - соотношение расхода топлива по контурам горелок через i-ый ряд, %; 0 - параметр степени подогрева потока;

X - приведенная скорость воздуха через отверстия жаровой трубы; Ра - атмосферное давление воздуха, кПа; ta - температура атмосферного воздуха, °С;

Тв - температура воздуха на входе в отсек, К; Рв - давление воздуха на входе в отсек, кПа;

Ф _____

Р 1 - полное давление перед ГУ, кПа; Р*4 - полное давление за ГУ, кПа;

АРД - перепад давления воздуха на мерной диафрагме, кПа;

^ - температура воздуха на входе в отсек, °С;

Ов - расход воздуха на входе в отсек, кг/с;

Ог, - суммарный расход газа на отсек, г/с;

Ощ - расход воздуха через ьый ряд ГУ, кг/с;

вп - расход газа через гомогенные контура ього ряда ГУ, г/с;

вдл - расход газа через диффузионные контура ¡-ого ряда ГУ, г/с;

ДРЖТ - перепад давления воздуха на фронтовой плите, кПа;

8РЖХ - максимальный размах пульсации давления в жаровой трубе через за-

жигатель, кПа;

Ржт - частота пульсации давления с максимальным размахом в жаровой трубе через зажигатель, Гц;

5РКК — максимальный размах пульсации давления в кольцевом канале, кПа; Ркк - частота пульсации давления с максимальным размахом в кольцевом канале, Гц;

Ф - положение байпаса, %;

1Пр - температура «проскока» пламени в горелках, °С;

^ - температура металла зажигателя, °С;

1:м - температура стенок элементов модели, °С;

V - температура ПС в выходном сечении отсека, °С;

Тг - температура ПС в выходном сечении отсека, К;

к - показатель адиабаты для воздуха;

11=287,3 - газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг-К);

1^=8314 - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К);

Ь0 - стехиометрический коэффициент для природного газа;

у - угол распыла потока, град;

£ - отношение давлений на входе и выходе из ГУ; Ть Т2, Т3 - температура TBC в камерах смешения, °С; Т4, Т5 - температура воздуха на входе в ГУ, °С; Тм1, Тм2 - температура металла лобового кольца, °С;

Ь= 1,076 - коэффициент, учитывающий воздух, поступающий в ЗГ через им-пактно-пленочную систему охлаждения JIK модели КС; т)2 - полнота сгорания топлива;

Qget - теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кДж/кг; Qn - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

m - отношение расхода эжектированного окружающего воздуха к расходу эжектирующей струи, протекающей через завихритель; G3 - расход эжектированного окружающего воздуха, кг/с; Gw - расход эжектирующей струи, кг/с;

JC

—— отношение расстояния от среза ГУ до оси потока;

Tw - начальная температура воздуха перед завихрителем, К; Тэ - температура окружающего (эжектируемого) воздуха, К; Тзг - средняя температура в ЗГ, К; Пк - параметр крутки;

- отношение средней температуры в ЗГ к температуре эжектируемого воздуха;

L3 - расстояние от места крепления завихрителя до среза ГУ, мм; Ьф - расстояние от среза ГУ до до удара потока о стенку КС, мм; Ьрец - длина зоны рециркуляции, мм;

qi - потребное количество теплоты для воспламенения свежей смеси, кДж/с;

q2- количество теплоты переданного из ЗОТ к холодному потоку, кДж/с;

Км - критерий Михельсона для стабильного горения;

v - скорость течения газа в камере, м/с;

а - коэффициент температуропроводности, м/с;

Un - нормальная скорость распространения пламени, м/с;

Ствс - начальная концентрация ТВ С; Е - энергия активации Дж/кмоль;

©окр - окружная неравномерность температурного поля, %; ©рад - радиальная неравномерность температурного поля, %; ^ мах - максимальная температура в сечении выхлопного патрубка, °С; ^ сР _ средняя температура в сечении в сечении выхлопного патрубка, °С;

т т Вт

иР - теплонапряжение КС по сечению, ---,—;

м Па

8ЖТ - площадь поперечного сечения жаровой трубы, м2;

8[ф - критическая площадь поперечного сечения жаровой трубы, м ;

8* - потери полного давления, %;

г, - объемная доля ього компонента продуктов сгорания;

- массовая доля ¡-ого компонента продуктов сгорания;

&кг, &Ю2, §аС02? &нго, БаАг - массовые доли компонентов воздуха; ¡11 - молярная масса 1-ого компонента ПС, кг/кмоль; р; - плотность 1-ого компонента ПС, кг/м ; рсм - плотность ПС, кг/м ;

N(02/01», Я(С02/СН)Ъ N (СИ/СО» N(02/00» - стехиометрические коэффициенты для ого компонента природного газа;

- масса пара, образующаяся при полном сгорании 1-ого компонента природного газа, кг/кг;

Оен20 - масса пара, которая образуется при полном сгорании 1 кг газа, кг/кг; (Зсн4 ~ масса метана СН4 в продуктах сгорания, на 1 кг топлива, кг/кг;

Осо ~ масса угарного газа СО в продуктах сгорания, на 1 кг топлива, кг/кг;

Стчох~ масса оксидов азота ТЧОх в продуктах сгорания, на 1 кг топлива, кг/кг;

(2сн4=$0036 кДж/кг - теплота сгорания 1 кг СН4;

бдо.х=3 014 кДж/кг - теплота, затрачиваемая на образование 1 кг Ж)х;

()со=10100 кДж/кг - теплота сгорания 1 кг СО.

Ссм - масса продуктов сгорания на 1кг топлива, кг/кг;

(7Ш>. - масса воздуха на 1кг топлива в ТВС, кг/кг;

Ь - длина стороны квадрата поперечного сечения ЖТ, м;

Ж)х, СО, СН4, 02, С02 - объемная доля оксидов азота, угарного газа, метана,

кислорода, углекислого газа в осушенной пробе, ррш;

ъ - коэффициент, учитывающий характеристику компрессора на режиме розжига;

тр - степень увеличения температуры ПС в момент розжига; 71р - степень увеличения давления ПС в момент розжига; Б - эффективная площадь отверстий ЖТ, м2;

- безразмерная плотность тока; Ркс - эффективная площадь отверстий КС, м2;

2

Бгу1 - эффективная площадь отверстий 1-ого ряда ГУ, м .

Индексы

м - модельные условия; н - натурные условия; х - момент перед розжигом; г - момент после розжига.

Введение

Диссертация посвящена исследованию на моделях низкоэмиссионной кольцевой КС для ГТУ среднего класса мощности (25-100 МВт). Создание надёжных, эффективных и экологически совершенных газотурбинных установок данного типа является одной из актуальных для современного энергомашиностроения проблемой. Предполагается, что подобные ГТУ в ближайшие годы будут востребованы энергетикой при модернизации и расширении действующих ТЭС, ТЭЦ, для создания парогазовых установок (ПГУ) на базе действующих конденсационных блоков, для автономных источников энергоснабжения и др. [69, 42].

Камера сгорания - один из самых ответственных узлов ГТУ, в значительной степени определяющий такие её качества как: токсичность газовых выбросов, эксплуатационная надёжность, маневренность, экономичность. Одновременно, с точки зрения организации рабочих процессов, КС, пожалуй, самый сложный элемент ГТУ.

Исследования процессов, протекающих в КС, отечественными исследователями ведутся не один десяток лет, важный вклад внесли П.Д. Кузьминский, Я.Б.Зельдович, Д.А.Франк-Каменецкий, В.В.Померанцев, А.И.Михайлов, Б.Г. Мингазов, Г.Н. Абрамович, A.C. Лебедев и многие другие. Этими вопросами занимались также многие известные иностранные ученые, такие как Штольце, Арменго и Рато, Лефевр А., Рэлей и другие.

Аналитическое описание многосвязного взаимодействия различных по своей природе физических, химико-физических и ряда других процессов, характерных для КС, сопряжено со значительными трудностями. В результате, несмотря на значительные усилия многих исследователей, пока не удаётся избежать на стадии проектирования многоэтапных стендовых испытаний на моделях, воспроизводящих в изолированных условиях, как отдельные процессы, так и их совокупности. От эффективности этих испытаний, в конечном счете, зависит объём доводочных работ, которые ложатся на заключи-

тельный и наиболее ответственный этап - испытание головного образца. Заметим также, что в стендовых условиях на локальных стендах можно моделировать режимы и аварийные ситуации, которые в реальных условиях просто нельзя допускать.

Создание современной КС неразрывно связано с решением такой важной проблемы как защита окружающей среды от загрязнения эмиссией вредных веществ в ходе работы энергетических установок. Нормы на содержание вредных выбросов в отходящих газах продолжают ужесточаться принятием международных соглашений, таких как Киотский протокол, Европейская программа продажи квот на выбросы углерода и т.д. [19]. К лимитируемым выбросам для газообразного топлива относятся монооксид углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СХНУ), среди которых наиболее опасен канцерогенный бензапирен С20Н12, оксиды азота (N0, Ж)2).

В этой связи интерес к созданию низкоэмиссионных КС и изучению процессов, протекающих в них, в настоящее время проявляют ведущие фирмы страны: НПО «Теплофизика» (Уфа), ФГУП «ЦИАМ», ОАО «ВТИ», ОАО «НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова», ОАО «Кузнецов», ОАО «Авиадвигатель», ОАО «А. Люлька - Сатурн», ФГУП ММПП «Салют», ОАО «Рыбинские моторы», ФГУП «Завод им. В.Я. Климова», АМНТК «Союз», что подтверждает актуальность проблемы. Данная работа непосредственно связана с указанными исследованиями и отражает результаты исследования кольцевой КС ГТУ среднего класса мощности [44], выполненному на стендах Испытательной станции камер сгорания ОАО «Силовые машины - ЛМЗ» [45].

Целью работы является определение алгоритма работы кольцевых камер сгорания энергетических ГТУ, обеспечивающего работоспособность, эксплуатационную надежность и экологическую безопасность.

Научные задачи исследования, решаемые в диссертации, для достижения поставленной цели:

• Экспериментальное совершенствование алгоритма работы модели обеспечивающего ее оптимальные характеристики на режимах от запуска до номинальной нагрузки.

• Исследование характеристик, определяющих работу модели КС: полноты сгорания топлива; границ бедного срыва; эмиссионных характеристик; температурного состояния стенок модели; полей температур продуктов сгорания; пульсационных характеристик.

• Разработка методики, позволяющей оценить алгоритм работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний.

• Формулирование концепции создания одногорелочных стендов с жаровой трубой (ЖТ) квадратного поперечного сечения, позволяющих выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела.

• Усовершенствование методики расчета полноты сгорания топлива, обеспечивающей повышение точности ее определения.

Научная новизна, полученных результатов, заключается в следующем:

• Экспериментально установлен алгоритм работы модели, обеспечивающий ее оптимальные характеристики от запуска до номинальной нагрузки. Полученные данные являются основой для разработки алгоритмов работы натурных кольцевых КС.

• Исследованы основные характеристики работы модели КС на режимах от розжига до номинальной нагрузки.

• Разработана методика, позволяющая оценить алгоритм работы натурной кольцевой КС на основании ее модельных испытаний.

• Предложена новая концепция создания одногорелочных стендов, позволяющих выдерживать натурные теплонапряжения при сохранении близкого к натурному угла раскрытия факела.

• Предложена уточненная методика расчета полноты сгорания топлива, учитывающая образование оксидов азота, компонентов природного газа и воздуха.

Практическая ценность

• Экспериментально установленный �