RU173301U1

RU173301U1 - FRONT DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE

Info

Publication number: RU173301U1
Application number: RU2017107307U
Authority: RU
Inventors: Ирина Сергеевна Морева; Андрей Владимирович Охлобыстин; Людмила Степановна Охлобыстина
Original assignee: Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2017-08-21

Abstract

Полезная модель относится к фронтовым устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности двигателестроения.Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижения выбросов вредных веществ (оксида азота NO, окиси углерода СО) и дымления за счет повышения равномерности состава топливовоздушной смеси.Технический результат достигается тем, что во фронтовом устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка, и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток с выходными кромками, расположенный концентрично топливной форсунке, между завихрителем и топливной форсункой в передней стенке корпуса выполнен один окружной ряд отверстий для подвода воздуха, оси которых расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов, в отличие от известного в передней стенке корпуса концентрично топливной форсунке над осерадиальным завихрителем выполнен дополнительный ряд отверстий для подвода воздуха, при этом оси дополнительных отверстий расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов.The utility model relates to front-end devices of combustion chambers of gas turbine engines (GTE) and can find application in the field of turbomachinery, in particular engine manufacturing. The technical result aimed at achieving the utility model is to reduce emissions of harmful substances (nitric oxide NO, carbon monoxide CO) and smoke by increasing the uniformity of the composition of the air-fuel mixture. The technical result is achieved by the fact that in the front device of the combustion chamber of a gas turbine engine containing a body c, in the front, in the direction of the air flow, the wall of which the fuel nozzle is installed, and the axial swirl with twisting elements in the form of vanes with outlet edges located concentrically to the fuel nozzle, one circumferential row of supply openings is made between the swirl and the fuel nozzle in the front wall of the housing air, whose axes are located in the radial planes of the housing passing through the longitudinal axis of the output edges of the twisting elements, in contrast to the known in the front wall of the housing concentrically to the fuel nozzle above the axial radial swirl, an additional row of holes for air supply is made, while the axes of the additional holes are located in radial planes passing through the longitudinal axis of the outlet edges of the twisting elements.

Description

Полезная модель относится к фронтовым устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в области турбо-машиностроения, в частности двигателестроения.The utility model relates to front-end devices of the combustion chambers of gas turbine engines (GTE) and can find application in the field of turbo-mechanical engineering, in particular engine manufacturing.

Известно фронтовое устройство камеры сгорания, содержащее топливную форсунку и корпус, в котором имеется завихритель с закручивающими элементами (патент РФ №160988, МПК F23R 3/16, опубл. 10.04.2016). Завихритель расположен в передней стенке и имеет поверхность, образованную выходными кромками закручивающих элементов завихрителя. В передней стенке под закручивающими элементами вокруг распылителя топливной форсунки выполнен один окружной ряд отверстий. Количество отверстий совпадает с количеством закручивающих элементов. Оси выходных кромок закручивающих элементов расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через оси отверстий для подвода воздуха. Топливо из форсунки подается во внутреннюю полость фронтового устройства, смешивается с воздухом, поступающим в эту полость из завихрителя, и далее закрученный поток топливо-воздушной смеси поступает внутрь жаровой трубы.Known front-end device of the combustion chamber containing a fuel nozzle and a housing in which there is a swirl with twisting elements (RF patent No. 160988, IPC F23R 3/16, publ. 04/10/2016). The swirl is located in the front wall and has a surface formed by the output edges of the swirling elements of the swirl. In the front wall under the twisting elements around the fuel injector atomizer there is one circumferential row of holes. The number of holes matches the number of twisting elements. The axis of the outlet edges of the twisting elements are located in the radial planes of the housing passing through the axis of the air inlet openings. Fuel from the nozzle is fed into the internal cavity of the front-end device, mixed with air entering the cavity from the swirler, and then the swirling flow of fuel-air mixture enters the flame tube.

Недостатком известного решения является повышенный уровень выбросов вредных веществ в продуктах сгорания. Причиной повышенного уровня выбросов вредных веществ является наличие повышенной окружной неравномерности скорости потока воздуха на выходе из завихрителя, и, соответственно, повышенной окружной неравномерности состава топливовоздушной смеси.A disadvantage of the known solution is the increased level of emissions of harmful substances in the products of combustion. The reason for the increased level of emissions of harmful substances is the presence of increased circumferential unevenness of the air flow rate at the outlet of the swirl, and, accordingly, increased circumferential unevenness of the composition of the air-fuel mixture.

Повышенная неравномерность скоростей и состава топливовоздушной смеси связана с местным затенением потока выходными кромками закручивающих элементов. В следе за кромкой каждого закручивающего элемента имеются пониженные скорости воздуха и, соответственно, пониженный расход воздуха (пониженный коэффициент избытка воздуха), т.е. в следе за кромкой каждого закручивающего элемента имеются зоны с повышенным содержанием топлива.The increased unevenness of the speeds and composition of the air-fuel mixture is associated with local shading of the flow with the outlet edges of the twisting elements. In the wake of the edge of each swirling element there are reduced air velocities and, accordingly, reduced air flow (reduced coefficient of excess air), i.e. in the wake of the edge of each twisting element there are zones with a high fuel content.

Для снижения неравномерности под каждым закручивающим элементом, в следе за выходной кромкой, выполнены отверстия для подвода воздуха. Это обеспечивает в следе за закручивающими элементами местную скорость потока воздуха и местный расход воздуха близкие к средним окружным значениям на выходе из закручивающих элементов. Это снижает неравномерность состава топливовоздушной смеси за закручивающими элементами в центральной зоне полости корпуса фронтового устройства. Однако в периферийной зоне полости корпуса фронтового устройства в следе за закручивающими элементами имеется повышенная неравномерность состава топливовоздушной смеси. При горении топливовоздушной смеси при повышенной неравномерности на режимах с коэффициентом избытка воздуха во фронтовом устройстве α>1 переобогащение топливом приводит к увеличению температуры горения в этих зонах и увеличению выбросов NOx. При горении топливовоздушной смеси на режимах с коэффициентом избытка воздуха α<1 в условиях недостатка воздуха для полного сгорания топлива переобогащение топливом приводит к уменьшению температуры горения в этих зонах и, соответственно, к увеличению выбросов СО и способствует образованию дыма.To reduce the unevenness under each twisting element, in the wake behind the outlet edge, openings for air supply are made. This ensures that in the wake of the swirling elements, the local air flow rate and local air flow are close to the average circumferential values at the outlet of the swirling elements. This reduces the uneven composition of the air-fuel mixture behind the twisting elements in the Central zone of the cavity of the housing of the front device. However, in the peripheral zone of the cavity of the housing of the front device in the wake of the twisting elements there is an increased uneven composition of the air-fuel mixture. During combustion of the air-fuel mixture with increased non-uniformity in the regimes with the coefficient of excess air in the front-mounted device α> 1, re-enrichment with fuel leads to an increase in the combustion temperature in these zones and an increase in NOx emissions. When the air-fuel mixture is burned under conditions with an excess air coefficient α <1 under conditions of insufficient air for complete fuel combustion, enrichment with fuel leads to a decrease in the combustion temperature in these zones and, consequently, to an increase in CO emissions and contributes to the formation of smoke.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижения выбросов вредных веществ (оксида азота NO_x, окиси углерода СО) и дымления за счет повышения равномерности состава топливовоздушной смеси.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to reduce emissions of harmful substances (nitric oxide NO _x , carbon monoxide CO) and smoke by increasing the uniformity of the composition of the air-fuel mixture.

Технический результат достигается тем, что во фронтовом устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка, и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток с выходными кромками, расположенный концентрично топливной форсунке, между завихрителем и топливной форсункой в передней стенке корпуса выполнен один окружной ряд отверстий для подвода воздуха, оси которых расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов, в отличие от известного в передней стенке корпуса концентрично топливной форсунке над осерадиальным завихрителем выполнен дополнительный ряд отверстий для подвода воздуха, при этом оси дополнительных отверстий расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов.The technical result is achieved by the fact that in the front device of the combustion chamber of a gas turbine engine containing a housing, in the front, in the direction of air flow, a fuel nozzle is installed on its wall, and an axial radial swirler with twisting elements in the form of vanes with outlet edges located concentrically to the fuel nozzle, between a swirl and a fuel nozzle in the front wall of the housing made one circumferential row of holes for air supply, the axes of which are located in the radial planes of the building Ca passing through the longitudinal axis of the outlet edges of the twisting elements, in contrast to the concentric fuel nozzle known in the front wall of the housing, an additional row of holes for supplying air are made above the axial swirl, while the axes of the additional holes are located in radial planes passing through the longitudinal axis of the outlet edges of the twisting elements.

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез фронтового устройства камеры сгорания ГТД; фиг. 2 - вид А; фиг. 3 - схема расположения отверстий и выходных кромок закручивающих элементов в завихрителе.The claimed solution is illustrated by drawings, which depict: FIG. 1 is a longitudinal section through the front of the combustion chamber of a gas turbine engine; FIG. 2 - view A; FIG. 3 is a diagram of the location of the holes and output edges of the twisting elements in the swirl.

Фронтовое устройство камеры сгорания (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором имеется завихритель 2. Завихритель 2 снабжен закручивающими элементами 3, при этом завихритель 2 расположен на передней стенке 4 корпуса 1 и имеет поверхность, образованную выходными кромками 5 закручивающих элементов 3 завихрителя 2. В передней стенке 4 корпуса 1 выполнены отверстия 6 под закручивающими элементами 3 вокруг распылителя 7 топливной форсунки 8. Отверстия 6 расположены в следе за закручивающими элементами 3. Количество отверстий 6 соответствует количеству закручивающих элементов 3. В передней стенке 4 корпуса 1 выполнен дополнительный ряд отверстий 9 для подвода воздуха над закручивающими элементами 3. Отверстия 9 расположены в следе за закручивающими элементами 3, при этом оси отверстий 6 и 9 расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси 10 выходных кромок закручивающих элементов 3. Количество дополнительных отверстий 9 соответствует количеству закручивающих элементов 3.The front device of the combustion chamber (Fig. 1) contains a housing 1 in which there is a swirl 2. The swirl 2 is provided with twisting elements 3, while the swirl 2 is located on the front wall 4 of the housing 1 and has a surface formed by the output edges 5 of the swirling elements 3 of the swirl 2 In the front wall 4 of the housing 1, holes 6 are made under the twisting elements 3 around the atomizer 7 of the fuel nozzle 8. Holes 6 are located in the wake of the twisting elements 3. The number of holes 6 corresponds to the number of closed teaching elements 3. In the front wall 4 of the housing 1, an additional series of holes 9 for supplying air over the screw elements 3 is made. Holes 9 are located in the wake of the screw elements 3, while the axis of the holes 6 and 9 are located in radial planes passing through the longitudinal axis 10 the output edges of the twisting elements 3. The number of additional holes 9 corresponds to the number of twisting elements 3.

Предложенная конструкция работает следующим образом. Воздух, попадающий во внутреннюю полость 11 корпуса 1 через закручивающие элементы 3, создает закрученный поток. Через отверстия 6 и 9, расположенные в следе за закручивающими элементами 3, во внутреннюю полость 11 корпуса 1 подается дополнительный воздух. Это обеспечивает в следе за закручивающими элементами 3 местную скорость потока воздуха и местный расход воздуха, близкие к средним окружным значениям на выходе из закручивающих элементов 3.The proposed design works as follows. The air entering the internal cavity 11 of the housing 1 through the swirling elements 3 creates a swirling flow. Through holes 6 and 9, located in the wake of the twisting elements 3, additional air is supplied into the internal cavity 11 of the housing 1. This ensures that in the wake of the swirling elements 3, the local air flow rate and local air flow are close to the average circumferential values at the outlet of the swirling elements 3.

В закрученный поток воздуха попадает топливо, вытекающее из распылителя 7 топливной форсунки 8. Из-за подвода дополнительного воздуха в следе за закручивающими элементами 3 через отверстия 6 топливовоздушная смесь имеет повышенную равномерность по коэффициенту избытка воздуха в центральной зоне внутренней полости 11 корпуса 1, через отверстия 9 - в периферийной зоне внутренней полости 11 корпуса 1. Из внутренней полости 11 корпуса 1 топливовоздушная смесь попадает в полость жаровой трубы 12, где происходит сгорание топлива.Fuel flowing into the swirling air stream enters from the atomizer 7 of the fuel injector 8. Due to the supply of additional air in the wake of the swirling elements 3 through the openings 6, the air-fuel mixture has increased uniformity in the coefficient of excess air in the central zone of the inner cavity 11 of the housing 1, through the openings 9 - in the peripheral zone of the inner cavity 11 of the housing 1. From the inner cavity 11 of the housing 1, the air-fuel mixture enters the cavity of the flame tube 12, where the fuel is burned.

Топливовоздушная смесь с повышенной равномерностью состава обеспечивает горение в жаровой трубе 12 без локальных зон, переобогащенных топливом, что способствует снижению уровня вредных выбросов NOx, СО и дымления.The air-fuel mixture with increased uniformity of composition provides combustion in the flame tube 12 without local areas re-enriched with fuel, which helps to reduce the level of harmful emissions of NOx, CO and smoke.

Таким образом, данное техническое решение позволяет обеспечить снижение выбросов вредных веществ NOx, СО и дымления, за счет более равномерного состава топливовоздушной смеси.Thus, this technical solution allows to reduce emissions of harmful substances NOx, CO and smoke due to a more uniform composition of the air-fuel mixture.

Claims

The front device of the combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing, in the front, in the direction of the air flow, the wall of which the fuel nozzle is installed, and an axial radial swirler with twisting elements in the form of vanes with outlet edges, located concentrically to the fuel nozzle, between the swirl and the fuel nozzle in the front wall one circumferential row of openings for air supply is made of the housing, the axes of which are located in the radial planes of the housing passing through the longitudinal axis of the outlet romok swirl element, characterized in that the front wall of the housing concentrically of the axial-radial fuel nozzle swirler is made an additional series of holes for air supply, wherein the axis of the additional holes are arranged in radial planes passing through the longitudinal axis of the trailing edges of swirl elements.