Study of combustion efficiency and pollutant emissions in a miniature gas turbine with the combustion chamber of variable geometry

• Autorzy: Chmielewski M. , Gieras M.

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu zmian geometrii komory spalania na efektywność procesów spalania i emisję substancji szkodliwych w miniaturowej turbinie gazowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the influence of changes in the geometry of the combustor liner dilution holes on miniature gas turbine combustion efficiency and emissions of harmful substances. Among the many measurable parameters essential attention has been given to the measurement of the total temperature at the outlet of combustion chamber and measurements of the emissions of nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO). The dilution holes area is controlled by rotating band at the rear part of the combustor liner, which is a modification of the standard combustion chamber of miniature gas turbine GTM-120, manufactured in Poland. The research was conducted on the test stand of the miniature combustion chamber. The combustion chamber is supplied with LPG in the start-up phase and with kerosene in the later phase. The tests provided information concerning NOx /CO dependence, total temperature at the outlet of the combustion chamber as a function of the rotational speed and percentage of covering of dilution holes. The results are related to the corresponding measurement parameters for the baseline geometry of the combustion chamber and the results obtained on a turbine GTM-120 test bench. Three-dimensional maps show considerable sensitivity of the combustion efficiency and the level of emissions to the degree of covering of the dilution holes, which makes it possible to build a control system to optimize the combustion process for a wide range of turbine speeds.

PL

W artykule przedstawiono eksperymentalne badania wpływu zmian geometrii otworów rozcieńczających komory spalania miniaturowej turbiny gazowej na efektywność procesów spalania i emisje substancji szkodliwych. Skupiono się przede wszystkim na pomiarach takich parametrów jak: temperatura całkowita za komorą spalania oraz emisja tlenków azotu (NOX) oraz tlenku węgla (CO). Przekrój otworów strefy rozcieńczającej regulowany jest za pomocą obrotowego pasa znajdującego się w tylnej części komory, stanowiącej modyfikację standardowej komory spalania miniaturowej turbiny gazowej polskiej produkcji – GTM-120. Badania przeprowadzono na stanowisku badan miniaturowych komór spalania. Komora spalania zasilana była naftą lotniczą. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano zależności emisji NOX/CO i temperatury całkowitej za komorą spalania w funkcji prędkości obrotowej i procentowego przysłonienia otworów rozcieńczających. Wyniki odniesione zostały do pomiarów analogicznych parametrów dla komory spalania o geometrii podstawowej oraz badań stanowiskowych turbiny GTM-120. Trójwymiarowe mapy wykazują znaczną wrażliwość efektywność spalania oraz poziomu emisji substancji szkodliwych na przysłaniania otworów strefy rozcieńczającej, co daje możliwość zbudowania systemu sterowania w celu optymalizacji procesu spalania w szerokim zakresie zmian prędkości obrotowej turbiny.

Słowa kluczowe

EN

miniature gas turbine; measurement of emission; efficiency of combustion; variable geometry; combustion chamber

PL

miniaturowa turbina gazowa; pomiar emisji; sprawność spalania; zmienna geometria; komora spalania

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 4
• Strony: 103--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., fig.

Twórcy

autor

Chmielewski M.

• Engineering Design Center (Institute of Aviation & General Electric Company)

autor

Gieras M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering

Bibliografia

• [1] Chmielewski M., Gieras M.: Small Gas Turbine GTM-120 Bench Testing with Emission Measureme M. nts, Journal of KONES, Vol. 22(1), 2015, (w druku).
• [2] Detroit Diesel Allison: Advanced gas turbine (AGT) Powertrain system development, Second Semi-Annual Report, Indanapolis, July 1981.
• [3] Lefebvre A. H., Ballal D. R.: Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions, CRC Press, Boca Raton, 2010.
• [4] Lohmann R. P., Jeroszko R. A., Kennedy J. B.: Broad specification Fuels Combustion Technology Program – Phase II, NASA Contractor Report 191066, Connecticut, 1990.
• [5] Rizk N. K., and Mongia H. C.: NOX Model for Lean Combustion Concept, Journal of Propulsion and Power, vol. 11, no. 1, pp. 161–169, 1995.
• [6] Ślesik D.: Obliczenia numeryczne dyfuzora małego silnika odrzutowego GTM-120, Praca dyplomowa magisterska, Warsaw 2013.
• [7] The MathWorks, Inc., MATLAB® Mathematics, Natick, MA, 2015