EA036037B1 - Two-staged combustion chamber - Google Patents
Two-staged combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- EA036037B1 EA036037B1 EA201800586A EA201800586A EA036037B1 EA 036037 B1 EA036037 B1 EA 036037B1 EA 201800586 A EA201800586 A EA 201800586A EA 201800586 A EA201800586 A EA 201800586A EA 036037 B1 EA036037 B1 EA 036037B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- combustion chamber
- fuel
- staged combustion
- profiles
- screen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергомашиностроения и, в частности, к газотурбинным установкам и может быть использовано в стационарных газовых турбинах и газотурбинных двигателях.The invention relates to the field of power engineering and, in particular, to gas turbine plants and can be used in stationary gas turbines and gas turbine engines.
Известна камера сгорания для газовых турбин, содержащая корпус и расположенную в нем жаровую трубу, которая имеет две полости, и соединяющий их суженный канал. К головке жаровой трубы снаружи подсоединена предкамера с устройством подачи топлива. По периферии жаровой трубы имеются отверстия для подачи воздуха (патент US 4192139, МПК F23R 3/346, опубликовано 1980 г.).A combustion chamber for gas turbines is known, comprising a housing and a flame tube located therein, which has two cavities, and a narrowed channel connecting them. A prechamber with a fuel supply device is connected outside to the head of the flame tube. Along the periphery of the flame tube there are openings for air supply (US patent 4192139, IPC F23R 3/346, published 1980).
Недостатками данной горелки являются сложность регулировки, узкий диапазон эффективной работы, большая металлоемкость, значительное падение давления.The disadvantages of this burner are the complexity of regulation, a narrow range of effective operation, high metal content, significant pressure drop.
Известна камера сгорания с низким уровнем загрязнения для турбореактивного двигателя. Расположение камер сгорания подобрано так, что топливно-воздушная смесь двигается в противоположных направлениях.A combustion chamber with a low pollution level for a turbojet engine is known. The arrangement of the combustion chambers is selected so that the fuel-air mixture moves in opposite directions.
Первая и вторая камеры сгорания ориентированы в противоположных направлениях, каждая из них соединена с отдельной выхлопной трубой и имеет отдельные системы подачи топлива и окислителя (патент US 5295354А, МПК 34, опубликовано 1994 г.).The first and second combustion chambers are oriented in opposite directions, each of them is connected to a separate exhaust pipe and has separate fuel and oxidant supply systems (US patent 5295354A, IPC 34, published 1994).
Недостатками камеры сгорания являются сложность конструкции, высокая концентрация токсичных веществ в продуктах сгорания и низкие показатели стабилизации пламени.The disadvantages of the combustion chamber are the complexity of the design, the high concentration of toxic substances in the combustion products, and low flame stabilization rates.
Наиболее близкой по технической сущности является двухзонная камера сгорания, содержащая корпус, расположенную в нем жаровую трубу, в головке которой установлена обечайка с образованием двух полостей, имеющая цилиндрический средний и расширяющийся выходные участки, также центральное тело, выполненное в виде расширяющегося сопла и расположенного на его срезе с образованием кольцевой щели экрана, с установленными уголковыми стабилизаторами, с углами на вершине, равными 45°, соединенные с кольцевыми щелями при помощи камер для подачи топливно-воздушной смеси (патент РК № 1703, МПК 34, опубликовано 30.09.2016 г., бюл. № 12).The closest in technical essence is a two-zone combustion chamber containing a housing, a flame tube located in it, in the head of which a shell is installed with the formation of two cavities, having a cylindrical middle and expanding outlet sections, also a central body made in the form of an expanding nozzle and located on it cut with the formation of an annular screen slot, with installed corner stabilizers, with angles at the top equal to 45 °, connected to the annular slots using chambers for supplying the fuel-air mixture (patent RK No. 1703, IPC 34, published on September 30, 2016, Bulletin No. 12).
Недостатками этой камеры сгорания являются большие потери давления за счет плохообтекаемых тел в виде уголковых стабилизаторов, низкая эффективность перемешивания топлива и процесса горения, низкие стабилизационные показатели.The disadvantages of this combustion chamber are large pressure losses due to bluff bodies in the form of corner stabilizers, low efficiency of fuel mixing and the combustion process, low stabilization indicators.
Задача изобретения - создание эффективной, экономически выгодной и промышленно применимой двухзонной камеры сгорания с низкими потерями давления.The objective of the invention is to create an efficient, cost-effective and industrially applicable two-zone combustion chamber with low pressure losses.
Технический результат - снижение потерь давления, улучшение смесеобразования, повышение эффективности горения, улучшение стабилизации пламени, снижение выброса токсичных веществ.The technical result is a decrease in pressure losses, an improvement in mixture formation, an increase in combustion efficiency, an improvement in flame stabilization, and a decrease in the emission of toxic substances.
Для достижения технического результата в двухзонной камере сгорания, содержащей корпус, в котором расположена жаровая труба, в головке которой установлена обечайка, образующая две полости, имеющая цилиндрический средний и расширяющийся выходные участки, в которой центральное тело выполнено в виде расширяющегося сопла и расположенного на его срезе экрана с образованием кольцевой щели, согласно изобретению кольцевая щель экрана соединена с профилями лопаток, которые имеют удобообтекаемые формы, при этом верхняя и нижняя части имеют разные направления изгиба, на выпуклой части которых шарнирно закреплены подвижные регулируемые накладки, при этом в центральной части профили лопаток имеют отверстия, соединяющие основание профиля с пространством между двумя разнонаправленными изгибами.To achieve the technical result in a two-zone combustion chamber containing a housing in which a flame tube is located, in the head of which a shell is installed, forming two cavities, having a cylindrical middle and expanding outlet sections, in which the central body is made in the form of an expanding nozzle and located on its cut of the screen with the formation of an annular slot, according to the invention, the annular slot of the screen is connected to the profiles of the blades, which have convenient streamlined shapes, while the upper and lower parts have different directions of bending, on the convex part of which movable adjustable pads are hinged, while in the central part the blade profiles have holes connecting the base of the profile with the space between two oppositely directed bends.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показан продольный вид, а на фиг. 2 представлен поперечный вид двухзонной камеры сгорания с удобообтекаемыми профилями лопаток, на фиг. 3 представлен общий вид профиля лопатки двухзонной камеры сгорания удобообтекаемыми профилями лопаток, г де 1 - корпус;FIG. 1 shows a longitudinal view, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a dual-zone combustion chamber with streamlined blade profiles; FIG. 3 shows a general view of the profile of a blade of a two-zone combustion chamber with streamlined blade profiles, d de 1 - body;
- жаровая труба;- fire tube;
- головка;- head;
- полость 1;- cavity 1;
- полость 2;- cavity 2;
- обечайка;- shell;
- выходной участок 1;- exit section 1;
- выходной участок 2;- exit section 2;
- центральное тело;- central body;
- топливоподводящая трубка 1;- fuel supply pipe 1;
- топливоподводящая трубка 2;- fuel supply pipe 2;
- распылитель 1;- spray 1;
- распылитель 2;- sprayer 2;
- расширяющееся сопло;- expanding nozzle;
- кольцевая щель;- annular gap;
- экран;- screen;
- лопатки;- shoulder blades;
- полузамкнутая полость;- semi-closed cavity;
- завихритель;- swirler;
- 1 036037- 1 036037
- тангенциальные отверстия;- tangential holes;
- радиальные отверстия;- radial holes;
- профили лопаток;- blade profiles;
- отверстие, соединяющее центральную часть и основание профиля;- hole connecting the central part and the base of the profile;
- выходной участок отверстия;- outlet section of the hole;
- регулируемые накладки.- adjustable overlays.
Двухзонная камера сгорания имеет следующие узлы и зоны: корпус 1, расположенную в нем жаровую трубу 2, в головке 3 которой установлена с образованием двух полостей 4 и 5 обечайка 6, имеющая цилиндрический средний и расширяющийся выходные участки 7 и 8, расположенные в обечайке 6 центральное тело 9 и топливоподводящие трубки 10 и 11 с распылителями 12 и 13 для подачи топлива в каждую из полостей 4 и 5. Центральное тело 9 выполнено в виде расширяющегося сопла 14 и расположенного на его срезе с образованием кольцевой щели 15 экрана 16, соединенного с расширяющимся соплом 14 при помощи размещенных в кольцевой щели 15 лопаток 17. При этом расширяющееся сопло 14 соединено с обечайкой 6 с образованием полузамкнутой полости 18, на входе в которую установлен лопаточный завихритель 19. В цилиндрическом участке 7 обечайке 6 выполнены два тангенциальных отверстия 20. Распылитель 12 топливоподводящей трубки 10 расположен по оси расширяющегося сопла 14, а распылитель 13 топливоподводящей трубки 11 расположен внутри лопаточного завихрителя 19. Жаровая труба имеет одну группу радиальных отверстий 21. На выходе из полости 4 установлены профили лопаток 22, оснащенные отверстиями, соединяющие центральную часть и основание профиля 23 с выходным участком отверстия 24, отверстия в основании профиля соединяются с кольцевыми щелями 15 экрана 16. Профили лопаток 22 имеют плоские регулируемые накладки 25, закрепленные шарнирно к выпуклой стенке профиля лопаток.The two-zone combustion chamber has the following units and zones: housing 1, a flame tube 2 located in it, in the head 3 of which a shell 6 is installed to form two cavities 4 and 5, having a cylindrical middle and expanding outlet sections 7 and 8 located in a shell 6 central body 9 and fuel supply pipes 10 and 11 with nozzles 12 and 13 for supplying fuel to each of the cavities 4 and 5. The central body 9 is made in the form of an expanding nozzle 14 and located on its cut with the formation of an annular slot 15 of the screen 16 connected to the expanding nozzle 14 by means of blades 17 placed in the annular slot 15. In this case, the expanding nozzle 14 is connected to the shell 6 to form a semi-closed cavity 18, at the entrance to which a vane swirler is installed 19. In the cylindrical section 7 of the shell 6, two tangential holes are made 20. tube 10 is located along the axis of the expanding nozzle 14, and the atomizer 13 of the fuel supply tube 11 p It is located inside the vane swirler 19. The flame tube has one group of radial holes 21. At the exit from the cavity 4 there are blade profiles 22 equipped with holes connecting the central part and the base of the profile 23 with the outlet section of the hole 24, the holes in the base of the profile are connected to the annular slots 15 screen 16. The profiles of the blades 22 have flat adjustable pads 25, hinged to the convex wall of the profile of the blades.
Двухзонная камера сгорания с удобообтекаемыми профилями лопаток в предполагаемом изобретении работает следующим образом.The dual-zone combustion chamber with streamlined blade profiles in the proposed invention operates as follows.
На пусковых режимах и режимах малой мощности топливо подается через топливоподводящую трубку 11 и в виде системы веерных струй, формируемых распылителем 13, попадает в полузамкнутую полость 18, где смешивается с потоком закрученного воздуха, поступающего через лопаточный завихритель 19. Из полузамкнутой полости 18 топливовоздушная смесь через тангенциальные отверстия 20 поступает в полость 4, после которой установлены профили лопаток 22. За профилями лопаток, за счет обтекания кромок, образуются зоны с отрицательными давлениями у выходных участков отверстия 24, соединяющие центральную часть и основание профиля 23, которые способствуют образованию малых факелов с развитой рециркуляционной зоной за экраном 16. В случае, если горение происходит в нерасчетных режимах, возможно изменение положения регулируемых накладок 25 для обеспечения более высокой стабилизации факела за счет регулирования размеров рециркуляционной зоны, образующейся у устья сопла 24.At start-up and low-power modes, the fuel is supplied through the fuel supply pipe 11 and, in the form of a system of fan jets formed by the atomizer 13, enters the semi-closed cavity 18, where it mixes with the swirling air flow entering through the blade swirler 19. From the semi-closed cavity 18 the fuel-air mixture through tangential holes 20 enters cavity 4, after which the profiles of the blades 22 are installed. Behind the profiles of the blades, due to the flow around the edges, zones with negative pressures are formed at the outlet sections of the hole 24, connecting the central part and the base of the profile 23, which contribute to the formation of small flares with developed the recirculation zone behind the screen 16. In the event that combustion occurs in off-design modes, it is possible to change the position of the adjustable pads 25 to provide a higher flame stabilization by adjusting the size of the recirculation zone formed at the mouth of the nozzle 24.
С момента воспламенения смеси область, расположенная за экраном 16, заполняется высокотемпературными продуктами сгорания. При этом проскоку пламени внутрь полузамкнутой полости 18 препятствуют, во-первых, критические размеры тангенциальных отверстий 20, во-вторых, состав смеси, находящейся в этой полузамкнутой полости.From the moment the mixture ignites, the area behind the screen 16 is filled with high-temperature combustion products. In this case, the breakthrough of the flame into the semi-closed cavity 18 is prevented, firstly, by the critical dimensions of the tangential holes 20, and secondly, by the composition of the mixture in this semi-closed cavity.
Установка удобообтекаемых профилей лопаток, а также разнонаправленность струй топливовоздушной смеси и воздуха приводит к образованию устойчивого вихревого факела с интенсивным массообменном в зоне за профилями (за экраном 16).The installation of streamlined blade profiles, as well as the multidirectionality of the jets of the fuel-air mixture and air, leads to the formation of a stable vortex plume with intensive mass transfer in the zone behind the profiles (behind screen 16).
На режимах повышенной мощности топливо дополнительно подается по топливовоздушной трубке 10 внутрь расширяющегося сопла 14, где оно впрыскивается распылителем 12 в поток протекающего через сопло 14 воздуха. Соприкасаясь с горячей поверхностью экрана 16, топливо частично испаряется. Образуемая в центральном теле 9 топливовоздушная смесь закручивается в кольцевой щели 15 при помощи лопаток 17 и подается в трубки подачи топлива 23 профилей лопаток 22. Распыляясь, через отверстие 24 топливно-воздушная смесь поступает в рециркуляционную зону, которая образуется за счет обтекания разнонаправленных сопел лопаточных профилей. Такой способ подачи интенсифицирует тепломассообмен, что сокращает время горения топлива и снижает образование локальных зон с высокой концентрацией топлива, что, в свою очередь, снижает среднюю температуру в зоне горения, а это обеспечивает снижение образования токсичных веществ в продуктах сгорания. Удобообтекаемая форма профилей лопаток 22 снижает потери давления, а также особая их разнонаправленная форма обеспечивает образование рециркуляционной зоны без больших потерь давления. Данная рециркуляционная зона обеспечивает высокую перемешиваемость и смесеобразование топливно-воздушной смеси, что повышает эффективность сжигания и процесса горения в целом. Эффективное перемешивание топлива с воздухом обеспечивает равномерное распределение температур в зоне горения и снижение образования локальных зон высоких температур, что снижает образование токсичных веществ.In the modes of increased power, fuel is additionally supplied through the fuel-air tube 10 inside the expanding nozzle 14, where it is injected by the nozzle 12 into the air flowing through the nozzle 14. In contact with the hot surface of the screen 16, the fuel is partially vaporized. The air-fuel mixture formed in the central body 9 is twisted in the annular slot 15 by means of blades 17 and fed into the fuel supply pipes 23 of the blade profiles 22. Spraying through the hole 24, the fuel-air mixture enters the recirculation zone, which is formed by flowing around the multidirectional nozzles of the blade profiles ... This method of supply intensifies heat and mass transfer, which reduces the fuel burning time and reduces the formation of local zones with a high fuel concentration, which, in turn, reduces the average temperature in the combustion zone, and this ensures a decrease in the formation of toxic substances in the combustion products. The streamlined shape of the profiles of the blades 22 reduces pressure losses, and their special multidirectional shape ensures the formation of a recirculation zone without large pressure losses. This recirculation zone provides high mixing and mixing of the fuel-air mixture, which increases the efficiency of combustion and the combustion process as a whole. Effective mixing of fuel with air ensures a uniform temperature distribution in the combustion zone and a decrease in the formation of local high temperature zones, which reduces the formation of toxic substances.
Высокоэффективное смешение топлива, создание хорошо развитой рециркуляционной зоны за счет разнонаправленности обеспечивает высокую интенсивность поджога свежей топливно-воздушной смеси, что обеспечивает высокую стабилизацию пламени.Highly efficient fuel mixing, the creation of a well-developed recirculation zone due to its multidirectionality provides a high intensity of ignition of a fresh fuel-air mixture, which ensures high flame stabilization.
Сумма этих факторов приводит к обеспечению низких потерь давления, снижению образования токсичных веществ, улучшению перешивания топлива, повышению эффективности горения, а также улучшению стабилизационных показателей.The sum of these factors leads to the provision of low pressure losses, a decrease in the formation of toxic substances, an improvement in fuel mixing, an increase in combustion efficiency, and an improvement in stabilization indicators.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ20171225 | 2017-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800586A1 EA201800586A1 (en) | 2019-07-31 |
| EA036037B1 true EA036037B1 (en) | 2020-09-16 |
Family
ID=67399626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800586A EA036037B1 (en) | 2017-12-28 | 2018-10-19 | Two-staged combustion chamber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036037B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113551262B (en) * | 2021-07-19 | 2022-06-14 | 南昌航空大学 | Take extension board flame holder of crescent sand dune profile |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2161756C2 (en) * | 1996-04-30 | 2001-01-10 | Акционерное общество открытого типа Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова | Annular combustion chamber |
| RU2343356C1 (en) * | 2007-05-21 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation |
| CN102748775A (en) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 集美大学 | Streamline flame stabilizer with built-in ignition sources |
-
2018
- 2018-10-19 EA EA201800586A patent/EA036037B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2161756C2 (en) * | 1996-04-30 | 2001-01-10 | Акционерное общество открытого типа Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова | Annular combustion chamber |
| RU2343356C1 (en) * | 2007-05-21 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation |
| CN102748775A (en) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 集美大学 | Streamline flame stabilizer with built-in ignition sources |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800586A1 (en) | 2019-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4160640A (en) | Method of fuel burning in combustion chambers and annular combustion chamber for carrying same into effect | |
| US4112676A (en) | Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel | |
| RU2665199C2 (en) | Burner arrangement and method for operating burner arrangement | |
| CN104728865B (en) | The method of the burner of operating gas turbine and the burner of gas turbine | |
| CN106678868A (en) | Integrated afterburner provided with deflected rectification support plate | |
| IL37737A (en) | Annular slot combustor | |
| RU2014110631A (en) | TUBULAR-RING COMBUSTION CAMERA WITH TANGENTALLY DIRECTED INJECTORS FOR FUEL-AIR MIXTURE DESIGNED FOR A GAS-TURBINE ENGINE | |
| RU2349840C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine | |
| CN108779918A (en) | For generate energy, particularly electric energy turbine, especially include storage heater the turbine with thermodynamic cycle combustion chamber | |
| CN113983495A (en) | Rotary detonation combustion chamber suitable for natural gas hydrogen-doped combustion | |
| EA036037B1 (en) | Two-staged combustion chamber | |
| KR20190004613A (en) | Turning guide, fuel nozzle, fuel nozzle assembly and gas turbine having the same | |
| US3355884A (en) | Annular combustion chambers for gas turbine engines with improved guide vanes for mixing air with combustion gases | |
| RU2347144C1 (en) | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of its operation | |
| RU2301376C1 (en) | Method of burning liquid or gas fuel and combustion chamber of heat generator | |
| RU2079684C1 (en) | Steam generator | |
| RU2343356C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation | |
| RU2098719C1 (en) | Power plant gas turbine combustion chamber | |
| RU2099639C1 (en) | Burner | |
| Markushin et al. | Improvement of aircraft GTE emission characteristics by using the microflame fuel combustion in a shortened combustion chamber | |
| RU2680781C1 (en) | Turbojet engine afterburner combustion chamber combustion zone stabilization method and the turbojet engine afterburner combustion chamber | |
| RU2764495C1 (en) | Low-toxicity burner | |
| RU144902U1 (en) | RING COMBUSTION CHAMBER OF A GAS-TURBINE INSTALLATION | |
| RU2386082C1 (en) | Device for preparing air-and-fuel mixture to be supplied to combustion chamber | |
| RU51174U1 (en) | COMBUSTION CHAMBER OF THE HEAT GENERATOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |