توسعه یک ابزار ساده برای پیش‌بینی احتمال اشتعال عرضی در محفظه احتراق های حلقوی مجهز به مشعل های ای-وی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه محفظه احتراق، شرکت توربوکمپرسور تک خاورمیانه (توربوتک)

2 مدیر دپارتمان تست و عملکرد، گروه محفظه احتراق، شرکت توربوکمپرسور تک خاورمیانه

3 مدیر گروه محفظه احتراق، شرکت توربوکمپرسور تک خاورمیانه

چکیده

پیش‌بینی اشتعال عرضی یکی از مهم‌ترین و درعین‌حال دشوارترین مراحل پیش‌بینی اشتعال در توربین‌های گازی حلقوی است. دلیل دشواری این فرایند آن است که برای پیش‌بینی این پدیده باید چند مشعل هم‌جوار مورد مطالعه قرار بگیرد. این کار، چه ازنظر تجربی و چه عددی، بسیار هزینه‌بر است. یکی از راه­کارهای مفید برای نیل به هدف فوق استفاده از روش‌های ‌تحلیلی برای پیش‌بینی اشتعال عرضی است. در این مقاله، یک روش تحلیلی برای پیش‌بینی احتمال اشتعال عرضی در یک محفظه احتراق حلقوی مجهز به 18 مشعل ای-وی نسل دوم توسعه داده‌ شده است. این روش، نمونه توسعه داده‌شده مدل ارائه‌شده توسط هیرش و همکاران است. برای اعتبارسنجی این مدل، از داده‌های موجود برای چهار توربین مختلف استفاده‌ شده است. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که روش حاضر با دقت بسیار خوبی می‌تواند احتمال اشتعال عرضی را در توربین موردنظر پیش‌بینی کند. زمان اجرای این روش توسعه داده‌شده نسبت به روش‌های عددی دیگر چند مرتبه کمتر است، لذا می‌توان از این روش کم‌هزینه در فرایند طراحی استفاده کرد. از این ابزار سریع و کم‌هزینه، همچنین، می‌توان در منطق کنترلی توربین استفاده کرد تا در صورت کم­بودن این احتمال اشتعال، راهکارهای مناسب برای افزایش آن را ارائه کرد. در پایان این مقاله، از روش توسعه داده‌شده برای ارائه راهکاری جهت افزایش احتمال اشتعال عرضی در توربین‌های مورد بررسی استفاده ‌شده است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a Simple Model to Predict Cross Ignition Probability in Annular Combustors Equipped with EV Burners

نویسندگان [English]

  • Mohammad Shahsavari 1
  • Mohammad Ali Soroudi 2
  • Yousef Bagheri 3
1 Combustion Chamber Department, Middle East Turbo Compressor Tech. Co (Turbotec)
2 Combustion Chamber Department, Middle East Turbo Compressor Tech. Co (Turbotec), Tehran
3 Combustion Chamber Department, Middle East Turbo Compressor Tech. Co (Turbotec), Tehran
چکیده [English]

Prediction of cross ignition is one of the most formidable challenges in annular combustors. In order to study cross ignition, it is necessary to consider at least a sector of a combustor comprising of at least three burners, which makes the study both numerically and experimentally expensive. In this light, developing an analytical method to predict cross ignition probability is of practical interest. The main objective of the present paper is to develop an analytical method to predict cross ignition probability in an annular combustor utilizing 18 second generation EV burners. The present model is developed based on the previously proposed model by Hirsch et al.[1]. Here, the developed model is validated against experimental data. Validations show that the present model can accurately predict cross ignition probability. The validated model is used to improve cross ignition probability in the investigated gas turbines. The present model can be used during the combustor design and optimization processes. Furthermore, the model can be utilized as a fly on tool in the gas turbine logic to improve cross ignition probability

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cross Ignition Probability
  • Annular Combustor
  • EV burner
  1. A. H. Lefebvre, Gas Turbines Combustion, Taylor and Francis, London, 1999. 
  2. M. T. E. Smith, A. D. Birch, D. R. Brown and M. Fairweather, “Studies of ignition and flame propagation in turbulent jets of natural gas, propane and a gas with a high hydrogen content,” Proceedings of Combustion Institute, 21, pp. 1403-1408, 1988.
  3. T.  C. Liewen, Unsteady Combustor Physics, Cambridge University Press, London, 2016.
  4. J. F. Bourgouim, D. Durox, Th. Schuller and J. Beaunier, “Ignition dynamics of annular combustor equipped with multiple swirling injectors,” Combustion and Flame, 160, pp. 1398-1413, 2013.
  5. L. Esclapez, E. Riber and B. Cuenot, “Ignition probability of a partially premixed burner using LES,” Proceedings of the Combustion Institute, 35, pp. 3133-3141, 2015.
  6. M. Boileau, G. Staffelbach, B. Cuenot, T. Poinsot and C. Berat, “LES of an ignition sequence in a gas turbine engine,” Combustion and Flame, 154, pp. 2-22, 2008.
  7. C. Hirsch, T. Kuenzi, H. P. Knopfel, B. Paikert, C. Steinbach, W. Geng, and K. Dobbeling, “An annular combustor natural gas ignition model derived from atmospheric sector experiments,” ASME TURBO EXPO, NO. 30073, Amsterdam, 2002.
  8. B. Sforzo, J. Kim, J. Jagoda and J.S. Itzman, “Ignition Probability in a stratified turbulent flow with a sunken fire igniter,” Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, 137, pp. 1-11, 2015.
  9. J. Seitzman and B. Sforzo, “Modeling Ignition Probability for Stratified Flows,” Journal of Propulsion and Power, 33, pp. 1294-1304, 2017.
  10. M. A. Soroudi, E. Mollahasanzadeh and N. Rasooli, “Prediction of Spark Ignition Performance in an Industerial Gas Turbine Combustor,” The 7th European Combustion Meeting (ECM2015), Hotel Hilton, Budapest, Hungary, 2015.
  11. M. Shahsavari, M. A. Soroudi, M. Yazdani, S. Montazerinejad and Y. Bagheri, “CO pollutant prediction of a stationary gas turbine combustor using finite rate eddy dissipation combustion model,” Fuel and Combustion, 10, pp. 33-49, 2017.
  12. ISA, Flammability Characteristics of Combustible Gases and Vapors, The Instrumentation Systems, and Automation Society, 1-55617-697-X, 1999.