RU2343356C1 - Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation - Google Patents
Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343356C1 RU2343356C1 RU2007118551/06A RU2007118551A RU2343356C1 RU 2343356 C1 RU2343356 C1 RU 2343356C1 RU 2007118551/06 A RU2007118551/06 A RU 2007118551/06A RU 2007118551 A RU2007118551 A RU 2007118551A RU 2343356 C1 RU2343356 C1 RU 2343356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- annular
- flame
- combustion chamber
- air
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) и может быть использовано в камерах сгорания авиационных ГТД и наземных установок.The invention relates to gas turbine engines (GTE) and can be used in the combustion chambers of aircraft GTE and ground installations.
Известны конструкции кольцевых камер сгорания газотурбинных двигателей, содержащих наружный и внутренний кольцевые корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в полости между корпусами жаровую кольцевую трубу и расположенный на входе в жаровую трубу стабилизатор пламени (см. патент США №6334297 В1, НКИ 60/39.07, Jan. 1, 2002). Однако длина таких камер сгорания достаточно большая.Known are the designs of annular combustion chambers of gas turbine engines comprising an outer and inner annular bodies, an annular diffuser installed at the entrance to the combustion chamber, a flame ring tube located in the cavity between the casings, and a flame stabilizer located at the entrance to the flame tube (see US Patent No. 6,334,297 B1, NKI 60 / 39.07, Jan. 1, 2002). However, the length of such combustion chambers is quite large.
Известен способ работы кольцевых камер сгорания с организацией ступенчатого горения путем использования двух расположенных параллельно первичных зон горения, пусковой и основной (см. патент США №5285635, НКИ 60/39.36, Feb. 15, 1994). Обе зоны имеют раздельную подачу топлива, причем в условиях запуска топливо подается только в пусковую зону, а при выводе двигателя на максимальный режим топливо подается в обе зоны. Однако из-за необходимости подачи охлаждающего камеру воздуха мимо этих зон горение в них происходит при коэффициентах избытка воздуха, близких к стехиометрическим, что затрудняет снижение уровней эмиссии вредных выбросов на выходе из камеры сгорания.A known method of operation of annular combustion chambers with the organization of staged combustion by using two parallel primary combustion zones, starting and main (see US patent No. 5285635, NKI 60 / 39.36, Feb. 15, 1994). Both zones have a separate fuel supply, and under starting conditions, fuel is supplied only to the starting zone, and when the engine is at maximum operation, fuel is supplied to both zones. However, due to the need to supply air cooling the chamber past these zones, combustion occurs in them at air excess coefficients close to stoichiometric, which makes it difficult to reduce the levels of emission of harmful emissions at the exit of the combustion chamber.
Снижение уровня эмиссии вредных выбросов является одной из важнейших задач при разработке камер сгорания. Основное внимание уделяется снижению дымления (сажи) и снижению содержания в продуктах сгорания несгоревших углеводородов (CnHm), моноокиси углерода (СО) и оксида азота (NOx). Эмиссия этих веществ характерна для любой тепловой машины, работающей на природном топливе. Средствами снижения уровня эмиссии вредных выбросов для ГТД могут быть либо устройства и способы их уменьшения в камере сгорания двигателя, либо устройства и способы обработки выхлопных газов двигателя. По массовым характеристикам устройства и способы обработки выхлопных газов предназначены только для наземных газотурбинных установок, а устройства и способы снижения уровня эмиссии вредных выбросов в камере сгорания подходят как для авиационных, так и для наземных газотурбинных двигателей (см. технический перевод №15060 ФГУП «ЦИАМ им. Баранова», «Камеры сгорания ГТД и технология снижения уровня эмиссии: состояние и перспективы», 2000 г., с.2-44).Reducing the level of emission of harmful emissions is one of the most important tasks in the development of combustion chambers. The focus is on reducing smoke (soot) and reducing unburned hydrocarbons (CnHm), carbon monoxide (CO) and nitric oxide (NOx) in the combustion products. The emission of these substances is characteristic of any heat engine running on fossil fuels. Means for reducing the level of emission of harmful emissions for gas turbine engines can be either devices and methods for their reduction in the engine combustion chamber, or devices and methods for treating engine exhaust gases. By mass characteristics, the devices and methods for processing exhaust gases are intended only for onshore gas turbine plants, and the devices and methods for reducing the level of emission of harmful emissions in the combustion chamber are suitable for both aircraft and ground gas turbine engines (see technical translation No. 15060 FSUE TsIAM them . Baranova ”,“ Combustion chambers of gas turbine engines and technology to reduce emissions: status and prospects ”, 2000, p.2-44).
Наиболее близким аналогом того же назначения по конструкции, как и заявляемое техническое решение, является камера сгорания ГТД фирмы General Electric Company с устройством смешения топлива для уменьшения эмиссии вредных выбросов (патент США №6484489 В1, НКИ 60/39.06, Nov. 26, 2002). Данная камера сгорания выполнена кольцевой, содержит соосно расположенные наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор со стенками внутреннего и внешнего контуров, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек, снабженных поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу фронтовое устройство, основную и дополнительную топливные системы, снабженные пневматическими топливными форсунками, равномерно расположенными по окружности на входе в жаровую трубу. Однако впрыск жидкого топлива в жаровую трубу происходит через форсунку большого размера, что не обеспечивает получения хорошо перемешанной смеси топлива с воздухом. Это не позволяет полностью реализовать преимущества камер сгорания с предварительным перемешиванием топлива и воздуха и получить предельно низкую эмиссию вредных веществ.The closest analogue of the same design purpose as the claimed technical solution is the General Electric Company gas turbine engine combustion chamber with a fuel mixing device to reduce emissions of harmful emissions (US patent No. 6484489 B1, NKI 60 / 39.06, Nov. 26, 2002) . This combustion chamber is circular, contains coaxially located outer and inner bodies, an annular diffuser installed at the entrance to the combustion chamber with walls of internal and external circuits, a heat pipe placed in the annular cavity between the bodies, made of outer and inner shells equipped with transverse belts of supply openings air located at the entrance to the flame tube front-end device, the primary and secondary fuel systems equipped with pneumatic fuel nozzles numbered around the circumference at the entrance to the flame tube. However, liquid fuel is injected into the flame tube through a large nozzle, which does not provide a well-mixed mixture of fuel with air. This does not allow to fully realize the advantages of combustion chambers with preliminary mixing of fuel and air and to obtain an extremely low emission of harmful substances.
Наиболее близким аналогом того же назначения по способу работы камеры сгорания, что и заявляемое техническое решение, является работа той же камеры сгорания ГТД фирмы General Electric Company (патент США №6484489 В1, НКИ 60/39.06, Nov. 26, 2002). В соответствии с этим способом через диффузор в полость перед фронтовым устройством камеры сгорания подают поток воздуха, а оттуда направляют и распределяют его между каналами фронтовой решетки и кольцевыми полостями между корпусами камеры сгорания и обечайками жаровой трубы. Затем включают дополнительную топливную систему, подают и распыливают дополнительное топливо через пневматические форсунки в завихренный поток воздуха в полости жаровой трубы за фронтовой решеткой. Эту топливовоздушную смесь поджигают воспламенителем и выход на установившийся режим пониженной мощности осуществляют при регулируемой подаче топлива, после чего, при необходимости, переводят работу камеры сгорания на режим бóльшей мощности. Для этого включают основную топливную систему, топливо подают через свои пневматические форсунки, распыливают завихренным потоком воздуха и воспламеняют его завихренными продуктами сгорания дополнительного топлива в полости жаровой трубы, причем через поперечные пояса отверстий обечаек жаровой трубы в продукты сгорания добавляют воздух.The closest analogue of the same purpose for the method of operation of the combustion chamber as the claimed technical solution is the operation of the same combustion chamber of a gas turbine engine by General Electric Company (US patent No. 6484489 B1, NKI 60 / 39.06, Nov. 26, 2002). In accordance with this method, an air stream is supplied through a diffuser into the cavity in front of the front-side device of the combustion chamber, and from there it is directed and distributed between the channels of the front grill and the annular cavities between the bodies of the combustion chamber and the shells of the flame tube. Then, an additional fuel system is turned on, additional fuel is supplied and sprayed through pneumatic nozzles into a swirling air flow in the cavity of the flame tube behind the front grill. This air-fuel mixture is ignited by the igniter and the steady-state mode of reduced power is reached at a controlled supply of fuel, after which, if necessary, the combustion chamber is switched to a higher power mode. To do this, they include the main fuel system, the fuel is fed through its pneumatic nozzles, sprayed with a swirling stream of air and ignited with swirling products of additional fuel combustion in the cavity of the flame tube, and air is added to the combustion products through the transverse belts of the openings of the shells of the flame tube.
Этот способ работы может характеризоваться рядом недостатков. Прежде всего, постоянная работа дополнительной топливной системы с достаточно большим расходом топлива, являющейся воспламенителем и стабилизатором горения основного топлива. Кроме того, отсутствует впрыск топлива до фронтового устройства с целью обеднения топливовоздушной смеси, подходящей к зоне горения, а потоки топливовоздушной смеси, выходящие из многих фронтовых устройств кольцевой камеры, хотя и являются закрученными вокруг оси каждого отдельного фронтового устройства, но в целом они образуют общий поток с преобладающим осевым направлением движения к выходу из жаровой трубы. Все это обусловливает удлинение камеры сгорания и затрудняет получение низких уровней эмиссии вредных выбросов.This method of operation may have several disadvantages. First of all, the constant operation of the additional fuel system with a sufficiently large fuel consumption, which is an igniter and stabilizer of the combustion of the main fuel. In addition, there is no fuel injection to the front device in order to deplete the air-fuel mixture suitable for the combustion zone, and the air-fuel mixture flows coming from many front devices of the annular chamber, although they are twisted around the axis of each individual front device, but in general they form a common flow with a predominant axial direction of movement towards the exit of the flame tube. All this leads to a lengthening of the combustion chamber and makes it difficult to obtain low levels of emission of harmful emissions.
В основу изобретения положено решение следующих задач:The invention is based on the following tasks:
- создание ультракомпактной основной кольцевой камеры сгорания ГТД;- the creation of an ultracompact main annular combustion chamber of a gas turbine engine;
- получение высокой эффективности горения в ультракомпактной камере сгорания ГТД;- obtaining high combustion efficiency in an ultra-compact gas turbine combustion chamber;
- снижение уровня дымления и эмиссии вредных веществ (CnHm, СО, NOx) в продуктах сгорания ультракомпактной камеры сгорания ГТД ниже перспективных норм Международной организации гражданской авиации (ИКАО).- a decrease in the level of smoke and emissions of harmful substances (CnHm, СО, NOx) in the combustion products of an ultra-compact gas turbine combustion chamber below the prospective standards of the International Civil Aviation Organization (ICAO).
Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемая кольцевая камера сгорания ГТД содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор со стенками внутреннего и внешнего контуров, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек, снабженных поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу фронтовое устройство, включающее фронтовую решетку направляющих и стабилизирующих элементов, основную и дополнительную топливоподающие системы, снабженные пневматическими топливными форсунками, расположенными равномерно по окружности на входе в жаровую трубу.The tasks are solved in that the proposed annular combustion chamber of the gas turbine engine contains coaxially located outer and inner bodies, an annular diffuser with walls of the internal and external circuits installed at the entrance to the combustion chamber, a heat pipe made of the outer and inner shells located in the annular cavity between the housings, equipped with transverse belts of the air supply holes, a frontal device located at the entrance to the flame tube, including a frontal grid of guides and stabilizing elements, the main and additional fuel supply systems, equipped with pneumatic fuel nozzles located uniformly around the circumference at the entrance to the flame tube.
Согласно изобретению в конструкции камеры сгорания поверхности внутреннего и внешнего контуров стенок канала диффузора выполнены профилированными вдоль продольной оси камеры сгорания, фронтовая решетка направляющих и стабилизирующих элементов выполнена в виде полого кольцевого стабилизатора пламени Δ-образного сечения в плоскости, проходящей через продольную ось жаровой трубы, внутренняя полость которого образована наружной и внутренней боковыми стенками стабилизатора и торцом между ними, и размещенных на внешних поверхностях его наружной и внутренней боковых стенок равномерно с зазором радиальных стабилизаторов пламени, направленных в стороны наружной и внутренней обечаек жаровой трубы, выполненных в поперечном сечении в виде клиновидных профилей с затупленными передними кромками и торцевыми участками напротив них, передние кромки радиальных стабилизаторов обращены в сторону диффузора, а торцевые участки - в сторону жаровой трубы, радиальные стабилизаторы пламени, ограниченные по свободным концам наружной и внутренней обечайками жаровой трубы, образуют соответственно два венца чередующихся между собой радиальных каналов и стабилизаторов пламени, разделенных кольцевым стабилизатором пламени, при этом плоскость торца каждого отдельного радиального стабилизатора пламени расположена под углом от 30° до 90° к образующим внешних поверхностей соответственно наружной или внутренней боковых стенок кольцевого стабилизатора пламени.According to the invention, in the design of the combustion chamber, the surfaces of the internal and external contours of the walls of the diffuser channel are profiled along the longitudinal axis of the combustion chamber, the front lattice of guides and stabilizing elements is made in the form of a hollow annular flame stabilizer of a Δ-shaped section in a plane passing through the longitudinal axis of the flame tube, inner the cavity of which is formed by the outer and inner side walls of the stabilizer and the end between them, and placed on the outer surfaces of it about the outer and inner side walls evenly with the gap of the radial flame stabilizers directed to the sides of the outer and inner shells of the flame tube, made in cross section in the form of wedge-shaped profiles with blunt front edges and end sections opposite them, the front edges of the radial stabilizers face the diffuser, and end sections - towards the flame tube, radial flame stabilizers, limited along the free ends of the outer and inner shells of the flame tube, form with Responsibly two crowns of alternating radial channels and flame stabilizers separated by an annular flame stabilizer, while the plane of the end face of each individual radial flame stabilizer is located at an angle from 30 ° to 90 ° to the outer surfaces forming the outer or inner side walls of the annular flame stabilizer, respectively.
Кольцевой стабилизатор обращен передней затупленной кромкой в сторону диффузора, а торцом - к выходу жаровой трубы. Кроме того, каждый отдельный радиальный стабилизатор пламени развернут вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости, проходящей через середину его торца и вершину передней кромки, на угол от 45° до 60° относительно продольной оси камеры сгорания, а основная и дополнительная топливоподающие системы включают два кольцевых коллектора подачи основного и дополнительного топлива, размещенных в Δ-образной полости кольцевого стабилизатора пламени друг за другом и снабженных раздельными пневматическими топливными форсунками.The ring stabilizer is facing the front blunt edge towards the diffuser, and the end face is towards the exit of the flame tube. In addition, each individual radial flame stabilizer is deployed around a vertical axis lying in the plane passing through the middle of its end and the top of the leading edge, at an angle of 45 ° to 60 ° relative to the longitudinal axis of the combustion chamber, and the main and additional fuel supply systems include two ring the primary and secondary fuel supply manifolds placed in the Δ-shaped cavity of the annular flame stabilizer one after another and equipped with separate pneumatic fuel nozzles.
Таким образом, радиальные стабилизаторы пламени устанавливаются напротив направления закрученного перед фронтовой решеткой потока воздуха. Их пространственное положение обеспечивает проникновение продуктов сгорания из зоны обратных токов за кольцевым стабилизатором пламени на всю высоту радиальных стабилизаторов по окружности жаровой трубы. Это обеспечивает максимальную поверхность контакта свежей топливной смеси и продуктов сгорания, а также хорошую стабилизацию горения. Большое число радиальных стабилизаторов пламени и топливных форсунок основного топлива обеспечивает малый масштаб зон последующего смешения топлива и воздуха при горении предварительно перемешанной топливовоздушной смеси. Перемешивание в зоне горения жаровой трубы интенсифицируется как за счет малого масштаба зон смешения, так и за счет воздействия центробежных сил, возникающих во вращающемся потоке смеси.Thus, radial flame stabilizers are installed opposite the direction of the air flow swirling in front of the front grille. Their spatial position ensures the penetration of combustion products from the reverse current zone behind the annular flame stabilizer to the entire height of the radial stabilizers around the circumference of the flame tube. This provides the maximum contact surface of the fresh fuel mixture and combustion products, as well as good stabilization of combustion. A large number of radial flame stabilizers and fuel nozzles of the main fuel provides a small scale of the zones of subsequent mixing of fuel and air during the combustion of a pre-mixed air-fuel mixture. Mixing in the combustion zone of the flame tube is intensified both by the small scale of the mixing zones and by the action of centrifugal forces arising in the rotating flow of the mixture.
Взаимодействие зон обратных токов за кольцевым стабилизатором и за радиальными стабилизаторами пламени с закрученным потоком топливовоздушной смеси основного топлива, выходящей из каналов фронтовой решетки, обеспечивает хорошее перемешивание топливовоздушной смеси с продуктами сгорания, стабилизацию и высокую эффективность горения, низкое дымление и низкую эмиссию вредных веществ на выходе камеры сгорания из-за малых времен пребывания топлива в зонах активного горения. Малые размеры зон обратных токов, в которых происходит горение, и их большое количество обеспечивают уменьшение длины жаровой трубы, что приводит к сокращению размеров всей камеры сгорания.The interaction of the reverse current zones behind the ring stabilizer and behind the radial flame stabilizers with a swirling flow of the air-fuel mixture of the main fuel exiting the front grille channels ensures good mixing of the air-fuel mixture with combustion products, stabilization and high combustion efficiency, low smoke and low emission of harmful substances at the outlet combustion chambers due to the short residence times of fuel in areas of active combustion. The small size of the zones of reverse currents in which combustion occurs, and their large number provide a reduction in the length of the flame tube, which leads to a reduction in the size of the entire combustion chamber.
При этом подвод воздуха в жаровую трубу через поперечные пояса отверстий в наружной и внутренней обечайках обеспечивает процесс дожигания топлива и высокую эффективность горения. Вследствие этого предлагаемая конструкция камеры сгорания ТРД обеспечивает снижение уровня эмиссии вредных веществ, сокращение длины жаровой трубы и уменьшение потерь полного давления в ней.In this case, the air supply to the flame tube through the transverse zones of the holes in the outer and inner shells provides a process of afterburning of fuel and high combustion efficiency. As a result, the proposed design of the combustion chamber of the turbojet engine provides a reduction in the level of emission of harmful substances, a reduction in the length of the flame tube and a decrease in the total pressure loss in it.
Кроме того:Besides:
- продольный размер профиля каждого отдельного радиального стабилизатора пламени в поперечной плоскости может составлять от 2 до 5 величин ширины его торца, обращенного в сторону выхода жаровой трубы. Это позволяет обеспечить хорошее обтекание потоком воздуха радиального стабилизатора с малыми потерями полного давления;- the longitudinal dimension of the profile of each individual radial flame stabilizer in the transverse plane can be from 2 to 5 values of the width of its end facing towards the exit of the flame tube. This allows a good airflow around the radial stabilizer with low total pressure loss;
- первые поперечные пояса отверстий на наружной и внутренней обечайках жаровой трубы расположены на удалении от торца кольцевого стабилизатора фронтовой решетки на расстоянии не более одной максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками в этих поясах. Это позволяет сформировать необходимое температурное поле газового потока на выходе камеры сгорания и обеспечить широкий диапазон устойчивой работы камеры сгорания по составу топливовоздушной смеси;- the first transverse zones of the holes on the outer and inner shells of the flame tube are located at a distance from the end of the annular stabilizer of the front grill at a distance of not more than one maximum height of the annular channel between its shells in these zones. This allows you to create the required temperature field of the gas stream at the outlet of the combustion chamber and to provide a wide range of stable operation of the combustion chamber according to the composition of the air-fuel mixture;
- угол раскрытия боковых стенок Δ-образного кольцевого стабилизатора пламени выбирается в диапазоне от 45° до 90°. Это позволяет обеспечить существование устойчивой зоны обратных токов за кольцевым стабилизатором пламени и надежный переброс пламени вдоль фронтовой решетки внутри жаровой трубы;- the opening angle of the side walls of the Δ-shaped annular flame stabilizer is selected in the range from 45 ° to 90 °. This makes it possible to ensure the existence of a stable reverse current zone behind the annular flame stabilizer and reliable transfer of the flame along the front grating inside the flame tube;
- коллектор подачи основного топлива необходимо разместить около входной кромки кольцевого стабилизатора пламени, вывести его топливные форсунки перед фронтовой решеткой на внешние поверхности стенок этого стабилизатора пламени, а коллектор подачи дополнительного топлива своими топливными форсунками обратить в сторону выхода жаровой трубы. На выходе топливных форсунок обоих контуров необходимо расположить воздушные патрубки, соединив их входами с полостью кольцевого стабилизатора пламени, которая для подвода воздуха в нее должна соединяться сквозными отверстиями на передней кромке стабилизатора с полостью перед фронтовым устройством. Использование воздуха для распыла топлива уменьшает размер его капель и улучшает перемешивание топлива с воздухом даже при низком давлении подачи топлива, а подача воздуха в полость кольцевого стабилизатора из полости перед фронтовым устройством обеспечивает компактность конструкции и охлаждение кольцевого стабилизатора;- the main fuel supply manifold must be placed near the input edge of the annular flame stabilizer, bring its fuel nozzles in front of the front grill to the outer surfaces of the walls of this flame stabilizer, and turn the additional fuel supply manifold with its fuel nozzles towards the exit of the flame tube. At the outlet of the fuel nozzles of both circuits, it is necessary to arrange air nozzles, connecting them with the entrances to the cavity of the annular flame stabilizer, which for air supply into it must be connected through holes on the front edge of the stabilizer with the cavity in front of the front-end device. Using air to spray fuel reduces the size of its droplets and improves mixing of fuel with air even at low fuel supply pressures, and air supply to the cavity of the ring stabilizer from the cavity in front of the front device ensures compact design and cooling of the ring stabilizer;
- каждый патрубок дополнительной топливоподающей системы снабжается на выходе неподвижно скрепленным с ним дефлектором, выполненным в виде перегородки, установленной под углом от 45° до 80° к продольной оси патрубка и образующей со стенкой последнего щелевое сопло, расположенное тангенциально к продольной оси кольцевого стабилизатора пламени. Это дает возможность направить безударно топливовоздушную струю из патрубка в закрученный поток воздуха, выходящий из двух венцов каналов фронтовой решетки и попадающий в отрывную зону за кольцевым стабилизатором. Все это обеспечивает широкий диапазон устойчивой работы камеры сгорания при разных составах топливовоздушной смеси, повышает полноту горения топлива и снижает уровень выброса вредных веществ в атмосферу;- each nozzle of the additional fuel supply system is supplied at the outlet with a deflector fixed to it, made in the form of a partition installed at an angle from 45 ° to 80 ° to the longitudinal axis of the nozzle and forming a slotted nozzle with the wall of the latter located tangentially to the longitudinal axis of the annular flame stabilizer. This makes it possible to direct the shockless air-fuel jet from the nozzle into a swirling air stream exiting from the two crowns of the channels of the front grille and falling into the separation zone behind the ring stabilizer. All this provides a wide range of stable operation of the combustion chamber with different compositions of the air-fuel mixture, increases the completeness of fuel combustion and reduces the level of emission of harmful substances into the atmosphere;
- при данной конструкции камеры сгорания длина ее жаровой трубы может составлять до 1.5 величин максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной и внутренней обечайками. Этой длины достаточно для завершения всего процесса горения топливовоздушной смеси. При более короткой длине уменьшается полнота сгорания топлива и увеличивается неравномерность температурного поля газа на выходе камеры сгорания, а при более длинной увеличиваются длина и масса камеры сгорания;- with this design of the combustion chamber, the length of its flame tube can be up to 1.5 values of the maximum height of the annular channel between its outer and inner shells. This length is enough to complete the entire combustion process of the air-fuel mixture. With a shorter length, the completeness of combustion of the fuel decreases and the unevenness of the temperature field of the gas at the outlet of the combustion chamber increases, and with a longer length, the length and mass of the combustion chamber increase;
- канал кольцевого диффузора выполняется с углом раскрытия стенок в сторону фронтовой решетки от 20° до 30° и для снижения потерь полного давления закрученного потока воздуха в канале диффузора может размещаться устройство для воздействия на воздушный поток, например, в виде разделительных перфорированных стенок, размещенных в канале по всей его длине, или в виде ступенек по наружному и внутреннему контурам стенок диффузора.- the annular diffuser channel is made with the wall opening angle towards the front grille from 20 ° to 30 ° and to reduce the total pressure loss of the swirling air stream, a device can be placed in the diffuser channel for influencing the air flow, for example, in the form of perforated dividing walls placed in channel along its entire length, or in the form of steps along the outer and inner contours of the walls of the diffuser.
Поставленные задачи по способу работы камеры сгорания решаются тем, что через диффузор в полость перед фронтовым устройством подают поток воздуха, а оттуда направляют и распределяют его между каналами фронтовой решетки и кольцевыми полостями между корпусами камеры сгорания и обечайками жаровой трубы, затем включают дополнительную топливную систему, подают и распыливают дополнительное топливо через пневматические форсунки в завихренный поток воздуха в полости жаровой трубы за фронтовой решеткой, далее полученную топливовоздушную смесь поджигают воспламенителем и выход на установившийся режим пониженной мощности осуществляют при регулируемой подаче топлива, после чего, при необходимости, переводят работу камеры сгорания на режим бóльшей мощности и для этого включают основную топливную систему, основное топливо подают через свои пневматические форсунки, распыливают завихренным потоком воздуха и воспламеняют его завихренными продуктами сгорания дополнительного топлива в полости жаровой трубы, причем через поперечные пояса отверстий обечаек жаровой трубы в продукты сгорания добавляют воздух.The tasks set for the method of operation of the combustion chamber are solved by the fact that an air stream is supplied through the diffuser into the cavity in front of the frontal device, and from there it is directed and distributed between the frontal grill channels and annular cavities between the combustion chamber housings and the shells of the flame tube, then they include an additional fuel system, additional fuel is fed and sprayed through pneumatic nozzles into a swirling air stream in the cavity of the flame tube behind the front grill, then the air-fuel obtained they are ignited and the steady-state mode of reduced power is reached at a controlled supply of fuel, after which, if necessary, the combustion chamber is switched to a higher power mode and for this purpose the main fuel system is switched on, the main fuel is fed through its pneumatic nozzles, sprayed with a swirling air stream and ignite it with the swirling combustion products of additional fuel in the cavity of the flame tube, and through the transverse belts of the holes of the shells of the flame tube in Assortments combustion air is added.
Согласно изобретению способ работы камеры сгорания заключается в том, что на вход диффузора подают закрученный поток воздуха, а топливовоздушную смесь на выходе из фронтового устройства формируют в виде единого кольцевого общего для всей жаровой трубы закрученного потока и направляют в сторону выхода из нее. Такая организация рабочего процесса в камере сгорания ГТД с закрученным потоком воздуха на входе и единым кольцевым общим для всей полости жаровой трубы закрученным потоком топливовоздушной смеси позволяет отказаться от использования спрямляющего аппарата за последним рабочим колесом компрессора, что обусловливает уменьшение потерь полного давления на участке тракта двигателя от компрессора до выхода из камеры сгорания, а также уменьшает длину камеры, длину и массу двигателя.According to the invention, the method of operation of the combustion chamber is that a swirling air stream is fed to the inlet of the diffuser, and the air-fuel mixture at the outlet of the frontal device is formed as a single annular swirling flow common to the entire flame tube and directed towards the exit from it. Such an organization of the working process in a gas turbine combustion chamber with a swirling air flow at the inlet and a single annular swirling flow of the air-fuel mixture common to the entire cavity of the flame tube eliminates the use of a straightening device behind the last compressor impeller, which leads to a decrease in the total pressure loss in the engine tract section from compressor to exit the combustion chamber, and also reduces the length of the chamber, the length and weight of the engine.
Топливовоздушную смесь, полученную в пневматических форсунках дополнительной топливной системы, при выпуске в жаровую трубу направляют тангенциально к ее продольной оси, что увеличивает время пребывания топлива в отрывной зоне за торцом кольцевого стабилизатора и обеспечивает устойчивую стабилизацию горения при пониженных расходах, вплоть до работы кольцевого стабилизатора с обедненной смесью в этой зоне. Топливовоздушную смесь, полученную в пневматических форсунках основной топливной системы, подают в закрученный поток воздуха после диффузора в полость перед фронтовой решеткой перед венцами радиальных стабилизаторов, что позволяет организовать предварительное перемешивание топлива с воздухом до фронтового устройства и улучшить смешение за счет увеличения времени контакта топлива с воздухом до начала горения. Эти факторы способствуют более полному испарению мелкодисперсной жидкой фракции топлива до воспламенения и способствуют горению обедненной смеси в жаровой трубе за фронтовым устройством с понижением температур на фронтах пламени и уменьшением количества образующихся при горении вредных веществ, т.е. эмиссии вредных выбросов.The air-fuel mixture obtained in pneumatic nozzles of the additional fuel system, when released into the heat pipe, is directed tangentially to its longitudinal axis, which increases the residence time of the fuel in the separation zone behind the end of the ring stabilizer and ensures stable combustion stabilization at reduced costs, up to the operation of the ring stabilizer with lean mixture in this zone. The air-fuel mixture obtained in the pneumatic nozzles of the main fuel system is fed into the swirling air stream after the diffuser into the cavity in front of the front grill in front of the radial stabilizer crowns, which allows pre-mixing of fuel with air to the front device and improving mixing by increasing the contact time of fuel with air before burning. These factors contribute to a more complete evaporation of the finely divided liquid fraction of the fuel before ignition and contribute to the burning of the lean mixture in the flame tube behind the front device with lower temperatures at the flame fronts and a decrease in the amount of harmful substances formed during combustion, i.e. emissions of harmful emissions.
Кроме того:Besides:
- для создания топливовоздушной смеси в пневматических форсунках воздух направляют внутрь Δ-образной полости кольцевого стабилизатора через отверстия на его передней кромке и далее в воздушные патрубки пневматических топливных форсунок. Такой подвод воздуха к пневматическим форсункам обеспечивает охлаждение стенок кольцевого стабилизатора и повышает эффективность распыла топлива в форсунках обеих низкоперепадных топливных систем;- to create a fuel-air mixture in pneumatic nozzles, air is directed inside the Δ-shaped cavity of the ring stabilizer through holes on its leading edge and then into the air nozzles of the pneumatic fuel nozzles. Such an air supply to the pneumatic nozzles provides cooling of the walls of the ring stabilizer and increases the efficiency of fuel atomization in the nozzles of both low-pressure fuel systems;
- воспламенение и стабилизацию горения смеси основного топлива с воздухом, поступающей в полость жаровой трубы за фронтовой решеткой из каналов между радиальными стабилизаторами обоих венцов, осуществляют в отрывных зонах за торцами радиальных стабилизаторов за счет их массообмена с продуктами сгорания в отрывной зоне за торцом кольцевого стабилизатора. Это позволяет при сохранении условий надежной стабилизации горения основного топлива уменьшить размеры отрывных зон за торцами радиальных стабилизаторов с одновременным уменьшением масштаба смешения и сокращением потребных длин смешения непрореагировавшей топливовоздушной смеси с продуктами сгорания, т.е. длины камеры сгорания;- ignition and stabilization of the combustion of the mixture of the main fuel with air entering the cavity of the flame tube behind the front grill from the channels between the radial stabilizers of both crowns is carried out in the separation zones behind the ends of the radial stabilizers due to their mass exchange with the combustion products in the separation zone behind the end of the ring stabilizer. This allows, while maintaining the conditions for reliable stabilization of the combustion of the main fuel, to reduce the size of the separation zones behind the ends of the radial stabilizers while reducing the mixing scale and reducing the required mixing lengths of the unreacted air-fuel mixture with combustion products, i.e. combustion chamber lengths;
- при прохождении потока топливовоздушной смеси через фронтовую решетку с радиальными стабилизаторами сохраняют закрутку потока в направлении закрутки его перед диффузором, для чего входные кромки венцов радиальных стабилизаторов пламени обращены навстречу закрученному потоку воздуха, поступающему в полость перед фронтовой решеткой из диффузора. Такая организация закрученного потока в жаровой трубе даже при некотором уменьшении угла закрутки к выходу из камеры, обусловленном теплоподводом и диссипативными процессами в жаровой трубе, обусловливает наряду с сокращением потребных длин смешения уменьшение осевой длины камеры сгорания с соответствующим снижением ее габаритно-массовых параметров;- when the flow of the air-fuel mixture passes through the front grill with radial stabilizers, the flow swirl is kept in the direction of swirling it in front of the diffuser, for which the inlet edges of the radial flame stabilizer crowns are directed towards the swirling air flow entering the cavity in front of the front grill from the diffuser. Such an organization of the swirling flow in the flame tube, even with a slight decrease in the swirl angle to the exit from the chamber due to heat supply and dissipative processes in the flame tube, causes, along with a reduction in the required mixing lengths, a decrease in the axial length of the combustion chamber with a corresponding decrease in its overall mass parameters;
- при работе на максимальных режимах осуществляют перераспределение расходов основного и дополнительного топлив по коллекторам вплоть до отключения коллектора подачи дополнительного топлива. Возможности такого регулирования соотношения расходов топлива через основную и дополнительную топливные системы обусловлены рассмотренными выше принципами организации процесса стабилизации за отрывными зонами радиальных стабилизаторов, т.е. существующим массообменом этих отрывных зон с отрывной зоной за кольцевым стабилизатором. Причем возможность уменьшения расхода дополнительного топлива, выгорающего в отрывной зоне за кольцевым стабилизатором, вплоть до полного отключения дополнительной топливной системы при работе двигателя на максимальных режимах, обусловлена повышением параметров воздуха (температуры и давления) перед камерой сгорания и суммарных расходов топлива с соответствующим улучшением условий стабилизации обедненных топливовоздушных смесей в отрывных зонах за стабилизаторами. При этом уменьшается доля топлива, сгорающего в отрывной зоне за кольцевым стабилизатором, и, как следствие, уменьшается генерация вредных веществах в этой зоне, по сравнению с отсутствием перераспределения расходов топлива между основной и дополнительной топливными системами, т.е. уменьшается эмиссия вредных выбросов и на максимальных режимах работы двигателя.- when operating at maximum conditions, redistribute the costs of the primary and secondary fuels across the collectors up to shutting off the collector for supplying additional fuel. The possibilities of such regulation of the ratio of fuel consumption through the primary and secondary fuel systems are due to the principles of organization of the stabilization process behind the separation zones of radial stabilizers discussed above, i.e. the existing mass transfer of these separation zones with the separation zone behind the ring stabilizer. Moreover, the possibility of reducing the consumption of additional fuel burning in the separation zone behind the ring stabilizer, up to the complete shutdown of the additional fuel system when the engine is operating at maximum conditions, is due to an increase in air parameters (temperature and pressure) in front of the combustion chamber and the total fuel consumption with a corresponding improvement in stabilization conditions lean air-fuel mixtures in separation zones behind stabilizers. At the same time, the proportion of fuel burning in the separation zone behind the ring stabilizer decreases, and, as a result, the generation of harmful substances in this zone decreases, compared with the absence of redistribution of fuel consumption between the primary and secondary fuel systems, i.e. emission of harmful emissions is reduced and at maximum engine operating conditions.
Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи:Thus, the objectives of the invention are solved:
- разработан конструктивный облик ультракомпактной основной кольцевой камеры сгорания ГТД и способ ее работы;- the design of the ultra-compact main annular combustion chamber of a gas turbine engine and the method of its operation have been developed;
- определена возможность получения высокой эффективности горения жидких углеводородных топлив в камере сгорания такой конструкции;- the possibility of obtaining high combustion efficiency of liquid hydrocarbon fuels in a combustion chamber of such a design has been determined;
- конструкция камеры сгорания и способ ее работы предполагают достижение заданного профиля температур газа на выходе из такой камеры сгорания;- the design of the combustion chamber and the method of its operation involve achieving a given profile of gas temperatures at the outlet of such a combustion chamber;
- конструкция камеры сгорания и способ ее работы предполагают снижение уровня дымления и эмиссии вредных веществ (CnHm, СО, NOx) в атмосферу ниже перспективных норм ИКАО.- the design of the combustion chamber and the method of its operation involve a reduction in the level of smoke and the emission of harmful substances (CnHm, СО, NOx) into the atmosphere below the prospective ICAO standards.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием кольцевой камеры сгорания ГТД и ее работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг.1-4, где:The present invention is illustrated by the following detailed description of the annular combustion chamber of a gas turbine engine and its operation with reference to the illustrations presented in figures 1-4, where:
на фиг.1 изображен продольный разрез кольцевой камеры сгорания ГТД;figure 1 shows a longitudinal section of an annular combustion chamber of a gas turbine engine;
на фиг.2 - элемент I фиг.1;figure 2 - element I of figure 1;
на фиг.3 - вид А фиг.2 на развертку наружного венца радиальных стабилизаторов пламени со стороны их свободных концов;figure 3 is a view A of figure 2 on a scan of the outer rim of the radial flame stabilizers from the side of their free ends;
на фиг.4 - разрез Б-Б по патрубку форсунки дополнительного топлива на фиг.2.figure 4 is a section bB along the nozzle of the nozzle of the additional fuel in figure 2.
Кольцевая камера сгорания ГТД (см. фиг.1) содержит расположенные соосно наружный 1 и внутренний 2 корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор 3, образованный стенками внутреннего 4 и внешнего 5 контуров, размещенную в кольцевой полости между корпусами 1 и 2 жаровую трубу, выполненную из наружной 6 и внутренней 7 обечаек, снабженных поперечными поясами отверстий 8 подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу фронтовое устройство.The annular combustion chamber of a gas turbine engine (see Fig. 1) contains an outer 1 and an inner 2 housing located coaxially, an annular diffuser 3 formed at the entrance to the combustion chamber, formed by the walls of the inner 4 and outer 5 circuits, located in the annular cavity between the buildings 1 and 2 a pipe made of outer 6 and inner 7 shells provided with transverse belts of the air supply openings 8, a frontal device located at the entrance to the flame tube.
Поверхности внутреннего и внешнего контуров стенок 4 и 5 канала диффузора 3 выполнены профилированными вдоль продольной оси камеры сгорания.The surfaces of the internal and external contours of the
Фронтовое устройство состоит из фронтовой решетки направляющих и стабилизирующих элементов, основной и дополнительной топливоподающих систем, снабженных пневматическими топливными форсунками, равномерно расположенными по периметру кольцевого стабилизатора.The front device consists of a front grille of guides and stabilizing elements, the main and additional fuel supply systems, equipped with pneumatic fuel nozzles, evenly spaced around the perimeter of the ring stabilizer.
Фронтовая решетка направляющих и стабилизирующих элементов выполнена в виде полого кольцевого стабилизатора пламени 9 Δ-образного сечения в плоскости, проходящей через продольную ось жаровой трубы, и размещенных на внешних поверхностях его наружной 10 и внутренней 11 боковых стенок равномерно с зазором радиальных стабилизаторов пламени 12 (см. фиг.2).The front grille of the guiding and stabilizing elements is made in the form of a hollow annular flame stabilizer 9 Δ-shaped in a plane passing through the longitudinal axis of the flame tube and placed on the outer surfaces of its outer 10 and inner 11 side walls evenly with a gap of radial flame stabilizers 12 (cm Fig. 2).
Радиальные стабилизаторы 12 направлены свободными концами в стороны наружной 6 и внутренней 7 обечаек жаровой трубы и выполнены в поперечном сечении в виде клиновидных профилей с прямым участком 13 (см. фиг.3) напротив передней кромки. Радиальные стабилизаторы пламени 12 обращены передними кромками в сторону диффузора 3, а торцами 14, проходящими через прямой участок 13 профиля, - в сторону выхода жаровой трубы. Радиальные стабилизаторы 12, ограниченные по свободным концам наружной 6 и внутренней 7 обечайками жаровой трубы, образуют соответственно два венца чередующихся между собой каналов 15 и радиальных стабилизаторов 12, разделенных кольцевым стабилизатором 9. При этом плоскость, проходящая через торец 14 каждого отдельного радиального стабилизатора 12, расположена под углом α величиной от 30° до 90° к образующим внешних поверхностей соответственно наружной 10 или внутренней 11 боковых стенок кольцевого стабилизатора 9.
Каждый радиальный стабилизатор 12 развернут вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости, проходящей через середину его торца и вершину передней кромки, на угол β от 45° до 60° относительно продольной оси камеры сгорания.Each
Основная и дополнительная топливоподающие системы включают два кольцевых коллектора подачи основного 16 и дополнительного 17 топлива, размещенных друг за другом в Δ-образной полости кольцевого стабилизатора пламени 9 и снабженных раздельными пневматическими топливными форсунками 18 и 19 (см. фиг.2).The main and additional fuel supply systems include two annular supply manifolds of the main 16 and additional 17 fuel placed one after another in the Δ-shaped cavity of the annular flame stabilizer 9 and equipped with separate
В конструкции этой кольцевой камеры сгорания:In the design of this annular combustion chamber:
- продольный размер В профиля каждого отдельного радиального стабилизатора 12 в поперечной плоскости составляет от 2 до 5 величин ширины Г его торца 14 (см. фиг.2, 3);- longitudinal dimension B in the profile of each individual
- первые поперечные пояса отверстий 8 на наружной 6 и внутренней 7 обечайках жаровой трубы расположены на удалении от торца Δ-образного стабилизатора, составляющем не более одной высоты кольцевого канала между обечайками 6 и 7 в этих поясах (см. фиг.1);- the first transverse zones of the holes 8 on the outer 6 and inner 7 shells of the flame tube are located at a distance from the end of the Δ-shaped stabilizer, which is no more than one height of the annular channel between the shells 6 and 7 in these zones (see figure 1);
- угол γ раскрытия боковых поверхностей стенок 10 и 11 кольцевого стабилизатора 9 (см. фиг.2) Δ-образного сечении в плоскости, проходящей через продольную ось камеры сгорания, находится в диапазоне от 45° до 90°;- the angle γ of the opening of the side surfaces of the
- полость кольцевого стабилизатора 9 соединена (см. фиг.2) сквозными отверстиями 20 на передней кромке с полостью, расположенной за диффузором 3 перед фронтовой решеткой, коллектор 16 подачи основного топлива, размещенный в этой полости около входной кромки, своими топливными форсунками 18 выходит на внешние поверхности боковых стенок 10 и 11 этого стабилизатора перед решетками радиальных стабилизаторов, а коллектор 17 подачи дополнительного топлива своими топливными форсунками 19 обращен в сторону выхода жаровой трубы, причем на выходе топливных форсунок 18 и 19 систем подачи основного и дополнительного топлива расположены воздушные патрубки 21 и 22, сообщающиеся входами с полостью Δ-образного сечения кольцевого стабилизатора 9;- the cavity of the annular stabilizer 9 is connected (see FIG. 2) through
- каждый патрубок 22 дополнительной топливоподающей системы имеет на выходе неподвижно скрепленный с ним дефлектор 23 (см. фиг.4), где каждый дефлектор 23 выполнен в виде перегородки, установленной под углом δ от 45° до 80° к продольной оси патрубка 22, и образует со стенкой последнего щелевое сопло 24, расположенное тангенциально к продольной оси кольцевого стабилизатора 9;- each
- расстояние между смежными топливными форсунками 19 подачи дополнительного топлива больше от 2 до 5 раз размера Д торца кольцевого стабилизатора 9;- the distance between
- длина жаровой трубы составляет не более 1,5 величин максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной 6 и внутренней 7 обечайками;- the length of the flame tube is not more than 1.5 values of the maximum height of the annular channel between its outer 6 and inner 7 shells;
- угол раскрытия канала диффузора 3 в сторону фронтовой решетки (не показан) составляет от 20° до 30°;- the opening angle of the diffuser channel 3 in the direction of the front grille (not shown) is from 20 ° to 30 °;
- канал диффузора 3 может иметь гладкие стенки внутреннего 4 и внешнего 5 контуров (см. фиг.1) и может быть снабжен устройством для воздействия на воздушный поток с целью исключения потерь на отрыв потока на всех режимах работы, например, в виде разделительных стенок, размещенных в канале (не показано), или в виде ступенек по внутреннему 4 и внешнему 5 контурам стенок диффузора 3 (не показано);- the channel of the diffuser 3 can have smooth walls of the inner 4 and outer 5 circuits (see figure 1) and can be equipped with a device for influencing the air flow in order to eliminate loss of separation of the flow at all operating modes, for example, in the form of dividing walls, placed in the channel (not shown), or in the form of steps along the inner 4 and outer 5 contours of the walls of the diffuser 3 (not shown);
- на наружном корпусе 1 установлен пусковой воспламенитель 25 для обеспечения начала работы камеры сгорания.- on the outer casing 1, a starting igniter 25 is installed to ensure the start of operation of the combustion chamber.
Кольцевая камера сгорания работает следующим образом. На вход камеры сгорания подается закрученный поток воздуха, который через диффузор 3 поступает в полость перед фронтовой решеткой, а оттуда в каналы вокруг жаровой трубы и каналы 15 двух венцов фронтовой решетки радиальных стабилизаторов 12. Кроме того, из полости перед фронтовой решеткой часть воздуха через отверстия 20 на передней кромке кольцевого стабилизатора 9 поступает в его Δ-образную полость. Далее включается дополнительная топливоподающая система. При этом топливо поступает в дополнительный коллектор 17, а из него через форсунки 19 распыливается за торцом кольцевого стабилизатора 9. Улучшению распыла дополнительного топлива способствует подача воздуха в зону распыла через патрубки 22, сообщающиеся с наддутой через отверстия 20 полостью кольцевого стабилизатора 9. Смесь распыленного дополнительного топлива с воздухом из патрубков 22 выходит через щелевое сопло 24 в отрывную зону за кольцевым стабилизатором 9 тангенциально к его продольной оси.The annular combustion chamber operates as follows. A swirling air stream is supplied to the input of the combustion chamber, which through a diffuser 3 enters the cavity in front of the front grill, and from there into the channels around the flame tube and
Эта топливовоздушная смесь поджигается воспламенителем 25. На режимах пониженной мощности дополнительная топливоподающая система может обеспечить устойчивую работу камеры сгорания. Для выхода на режимы большей мощности подключается основная топливоподающая система. При этом топливо поступает в основной коллектор 16, а из него через форсунки 18 распыливается в полости перед фронтовой решеткой. Улучшению распыла основного топлива способствует подача воздуха в зону распыла через патрубки 21 основной топливоподающей системы. Основное топливо из форсунок 18 вместе с воздухом из патрубков 21 поступает в закрученный поток воздуха, идущий из диффузора 3, смешивается с ним и в виде предварительно перемешанной топливовоздушной смеси направляется в каналы 15 фронтовой решетки. Выходящая из каналов 15 фронтовой решетки в жаровую трубу закрученная топливовоздушная смесь основного топлива поджигается продуктами сгорания дополнительного топлива. Это обеспечивается тем, что из зоны обратных токов за кольцевым стабилизатором 9 продукты сгорания дополнительного топлива за счет массообмена перемещаются на всю высоту отрывных зон за торцами радиальных стабилизаторов 12 обоих венцов и взаимодействуют с закрученным потоком топливовоздушной смеси основного топлива, выходящим из каналов 15 обоих венцов фронтовой решетки радиальных стабилизаторов 12. Это обеспечивает стабильное горение основного топлива. Расход основного топлива определяется режимом работы двигателя.This air-fuel mixture is ignited by the igniter 25. At low power modes, an additional fuel supply system can ensure stable operation of the combustion chamber. To reach higher power modes, the main fuel supply system is connected. In this case, the fuel enters the
Наряду с этим при прохождении потока топливовоздушной смеси через фронтовую решетку с радиальными стабилизаторами сохраняют закрутку потока в направлении закрутки его перед диффузором, для чего входные кромки венцов радиальных стабилизаторов пламени обращены навстречу закрученному потоку воздуха, поступающему в полость перед фронтовой решеткой из диффузора. Такой способ формирования закрутки потока в жаровой трубе при неизменном положении радиальных стабилизаторов обоих венцов фронтовой решетки обеспечивает необходимые размеры зон горения основного топлива и короткую длину камеры сгорания.Along with this, when the flow of the air-fuel mixture passes through the front grill with radial stabilizers, they keep the flow swirling in the direction of swirling it in front of the diffuser, for which the inlet edges of the radial flame stabilizer crowns are facing the swirling air flow entering the cavity in front of the front grille from the diffuser. This method of forming a flow swirl in the flame tube with the radial stabilizers of both front-lattice crowns unchanged provides the required dimensions of the main fuel combustion zones and the short length of the combustion chamber.
Для снижения дымления и эмиссии вредных веществ на режиме максимальной мощности возможно перераспределение расходов основного и дополнительного топлив по коллекторам 16 и 17 вплоть до отключения коллектора 17 подачи дополнительного топлива. Эффективность горения топливовоздушных смесей основного и дополнительного топлив в большом количестве зон малых масштабов определяется шагом расположения радиальных стабилизаторов 12 по окружности обоих венцов фронтовой решетки, шагом расположения по окружности топливных форсунок 18 подачи основного топлива и шагом расположения по окружности топливных форсунок 19 подачи дополнительного топлива. Горение топлива завершается в процессе подмешивания в продукты сгорания радиальных струй воздуха, поступающих из кольцевых каналов камеры сгорания в жаровую трубу через отверстия 8 в наружной 6 и внутренней 7 обечайках. Выбор расположения и размеров отверстий 8 определяет поле температур продуктов сгорания на выходе жаровой трубы.To reduce smoke and emission of harmful substances at maximum power, it is possible to redistribute the costs of the main and additional fuels for the
Приведенные конструкция и способ работы кольцевой камеры сгорания ГТД при подаче закрученного потока воздуха на вход в диффузор камеры сгорания, фронтовую решетку и далее в жаровую трубу и при подаче основного топлива перед фронтовой решеткой позволяют сократить время пребывания смеси в области горения и уменьшить дымление и выбросы вредных веществ (СО, CnHm, NOx) за счет более быстрого выгорания основного топлива в закрученном потоке воздуха с высокой турбулентностью, уменьшения масштаба смешения топлива с воздухом при установке двух венцов радиальных стабилизаторов пламени малого размера и большого числа форсунок подачи основного и дополнительного топлив. Одновременно с этим эффективное горение также обеспечивается за счет подачи дополнительного топлива за кольцевой стабилизатор 9, причем эта часть топлива сгорает, а продукты сгорания смешиваются с закрученным потоком топливовоздушной смеси, выходящей из двух венцов каналов 15 фронтовой решетки, что обеспечивает стабилизацию горения топливовоздушной смеси основного топлива.The design and method of operation of the GTE annular combustion chamber when supplying a swirling air flow to the entrance to the combustion chamber diffuser, the front grill and then to the flame tube and when supplying the main fuel in front of the front grill can reduce the residence time of the mixture in the combustion area and reduce smoke and harmful emissions substances (СО, CnHm, NOx) due to faster burning of the main fuel in a swirling air stream with high turbulence, reducing the scale of mixing of fuel with air when installing two veins s radial stabilizers small flame and a large number of supplying primary and supplementary fuel injectors. At the same time, efficient combustion is also ensured by supplying additional fuel to the ring stabilizer 9, and this part of the fuel burns out, and the combustion products are mixed with a swirling stream of the air-fuel mixture exiting from the two crowns of the
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118551/06A RU2343356C1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118551/06A RU2343356C1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2343356C1 true RU2343356C1 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=40374238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118551/06A RU2343356C1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2343356C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515909C2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Gas turbine engine annular low-emission combustion chamber |
| EA036037B1 (en) * | 2017-12-28 | 2020-09-16 | Некоммерческое Акционерное Общество "Алматинский Университет Энергетики И Связи" | Two-staged combustion chamber |
| RU2773783C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-06-09 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Annular combustion chamber of a gas turbine engine |
| CN116182198A (en) * | 2023-01-29 | 2023-05-30 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Opposite-impact type multi-mode combustion chamber |
-
2007
- 2007-05-21 RU RU2007118551/06A patent/RU2343356C1/en active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515909C2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Gas turbine engine annular low-emission combustion chamber |
| EA036037B1 (en) * | 2017-12-28 | 2020-09-16 | Некоммерческое Акционерное Общество "Алматинский Университет Энергетики И Связи" | Two-staged combustion chamber |
| RU2773783C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-06-09 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Annular combustion chamber of a gas turbine engine |
| RU2790501C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-02-21 | Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Combustion chamber of a gas turbine engine with a front device |
| CN116182198A (en) * | 2023-01-29 | 2023-05-30 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Opposite-impact type multi-mode combustion chamber |
| RU2807834C1 (en) * | 2023-09-13 | 2023-11-21 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Igniter of gaseous fuel of combustion chamber of gas turbine engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2621566C2 (en) | Fuel-air nozzle (versions), fire-fighting camera for a gas turbine engine (versions) and a method of operation of a fuel-air nozzle (options) | |
| EP2496880B1 (en) | Reheat burner injection system | |
| EP2912381B1 (en) | Sequential combustion with dilution gas mixer | |
| EP2522912B1 (en) | Flow straightener and mixer | |
| RU2748110C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber assembly with a structural element that provides a captured vortex | |
| RU2062408C1 (en) | Ring combustion chamber of gas turbine and method of using same | |
| KR101627523B1 (en) | Sequential combustion with dilution gas mixer | |
| EP2251605A2 (en) | Dry low nox combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel-nozzle | |
| CN104662368A (en) | Liquefier having cationic side chains without polyether side chains | |
| US20140144142A1 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
| KR20160060565A (en) | Fuel lance cooling for a gas turbine with sequential combustion | |
| CA2595424A1 (en) | An axially staged combustion system for a gas turbine engine | |
| RU2690598C2 (en) | Swirler, burner and combustion system for gas turbine engine | |
| EP2993404B1 (en) | Dilution gas or air mixer for a combustor of a gas turbine | |
| US20140190178A1 (en) | Combustor | |
| US4610135A (en) | Combustion equipment for a gas turbine engine | |
| RU2349840C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine | |
| US20070028595A1 (en) | High pressure gas turbine engine having reduced emissions | |
| US8596074B2 (en) | Gas turbine combustor | |
| RU2343356C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation | |
| JPH09166326A (en) | Gas turbine combustion device | |
| US20160018110A1 (en) | Axially staged gas turbine combustor with interstage premixer | |
| CN105889980A (en) | Novel Method For Air Entry In Liner To Reduce Water Requirement To Control Nox | |
| RU2347144C1 (en) | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of its operation | |
| RU2447304C2 (en) | Gas turbine plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100119 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210716 |