RU217743U1 - Combustion chamber burner - Google Patents

Combustion chamber burner Download PDF

Info

Publication number
RU217743U1
RU217743U1 RU2022133876U RU2022133876U RU217743U1 RU 217743 U1 RU217743 U1 RU 217743U1 RU 2022133876 U RU2022133876 U RU 2022133876U RU 2022133876 U RU2022133876 U RU 2022133876U RU 217743 U1 RU217743 U1 RU 217743U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
burner
swirler
nozzle
combustion
fuel
Prior art date
Application number
RU2022133876U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Геннадиевич Смелов
Анатолий Геннадьевич Петрухин
Дмитрий Игнатьевич Кустов
Андрей Александрович Соколов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Публичное акционерное общество "ОДК-Кузнецов"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева", Публичное акционерное общество "ОДК-Кузнецов" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Application granted granted Critical
Publication of RU217743U1 publication Critical patent/RU217743U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного топлива преимущественно в камерах сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД) на основе реализации способа сжигания предварительно перемешанной бедной топливовоздушной смеси (ТВС). Горелка содержит корпус (1) со штоком (2) и уступом-турбулизатором (3). В штоке (2) выполнены каналы (4) и (5) подвода топлива в дежурную и основную, соответственно, зоны горения, завихритель (6) с полыми лопатками (7) с отверстиями подачи топлива в основную зону, втулки форсунки (8) и форсунки (9) с отверстиями (10). Втулка (8) и форсунка (9) установлены в центральном теле (11) завихрителя. Изготовление деталей осуществляют технологией СЛС из никелевого сплава ХН58МБЮ-ИД. Техническим результатом заявляемого решения является повышение технологичности горелочного устройства за счет упрощения конструктивных элементов, изготовленных с помощью селективного лазерного спекания.

Figure 00000001
The utility model relates to devices for burning gaseous fuel mainly in the combustion chambers (CC) of gas turbine engines (GTE) based on the implementation of the method of combustion of a pre-mixed lean air-fuel mixture (FA). The burner contains a housing (1) with a rod (2) and a ledge-turbulator (3). In the rod (2) there are channels (4) and (5) for supplying fuel to the standby and main, respectively, combustion zones, a swirler (6) with hollow blades (7) with holes for supplying fuel to the main zone, nozzle bushings (8) and nozzles (9) with holes (10). Sleeve (8) and nozzle (9) are installed in the central body (11) of the swirler. The parts are manufactured using the SLS technology from the nickel alloy HN58MBYu-ID. The technical result of the proposed solution is to improve the manufacturability of the burner by simplifying the structural elements made using selective laser sintering.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного топлива преимущественно в камерах сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД) на основе реализации способа сжигания предварительно перемешанной бедной топливовоздушной смеси (ТВС).The utility model relates to devices for burning gaseous fuels mainly in the combustion chambers (CC) of gas turbine engines (GTE) based on the implementation of the method of combustion of a pre-mixed lean air-fuel mixture (FA).

Известна камера сгорания с выносными жаровыми трубами и малоэмиссионным горелочным устройством (патент РФ №2744963, МПК F23R 3/14, опубл. 17.03.2021), в которой двухконтурная горелка содержит корпус горелки с завихрителем и центральным телом; завихритель с полыми лопатками и попутный уступ-турбулизатор, расположенный на наружном диаметре воздушного канала на входе перед лопатками завихрителя; шток с каналами подвода топлива в основную и дежурную зоны и с отверстиями подачи топлива из кольцевого коллектора в основную зону горения; плохообтекаемое центральное тело, являющееся продолжением завихрителя, с отверстиями подачи воздуха в дежурную зону горения и отверстиями подачи топлива в дежурную зону из кольцевого коллектора через центральный канал. Плохообтекаемое тело, используемое в данной горелке в качестве стабилизатора пламени, представляет собой цилиндр, переходящий в усеченный конус с углом образующей 5…7° и соотношением диаметра основания конуса к диаметру цилиндра равным 1,35…1,45. Состав деталей, определяющих конструкцию горелки - корпус горелки с завихрителем и центральным телом, изготавливаемый как единая деталь по аддитивной технологии, а шток и элемент камеры смешения, изготавливаемые механическим способом.A combustion chamber with remote flame tubes and a low-emission burner device is known (RF patent No. 2744963, IPC F23R 3/14, publ. 03/17/2021), in which a dual-circuit burner contains a burner housing with a swirler and a central body; a swirler with hollow blades and an associated ledge-turbulator located on the outer diameter of the air channel at the inlet in front of the swirler blades; a rod with channels for supplying fuel to the main and duty zones and with holes for supplying fuel from the annular manifold to the main combustion zone; poorly streamlined central body, which is a continuation of the swirler, with holes for supplying air to the duty zone of combustion and holes for supplying fuel to the duty zone from the annular manifold through the central channel. The bluff body used in this burner as a flame stabilizer is a cylinder turning into a truncated cone with a generatrix angle of 5...7° and a ratio of the cone base diameter to the cylinder diameter equal to 1.35...1.45. The composition of the parts that determine the design of the burner is the burner body with a swirler and a central body, manufactured as a single part using additive technology, and the stem and mixing chamber element, manufactured mechanically.

Недостатком данного горелочного устройства является невозможность замены центрального тела с отверстиями. Возможна температурная эрозия внутренней поверхности центрального тела при обтекании ее продуктами горения ТВС. В этом случае замена потребуется практически всего устройства, что существенно снижает срок эксплуатации технического решения. Совмещение деталей, изготовленных селективным лазерным сплавлением (СЛС) и механическим способом, ведет к неравномерности структуры устройства, что может также послужить причиной отказа горелки.The disadvantage of this burner device is the impossibility of replacing the central body with holes. Temperature erosion of the inner surface of the central body is possible when the combustion products of fuel assemblies flow around it. In this case, almost the entire device will need to be replaced, which significantly reduces the service life of the technical solution. The combination of parts made by selective laser melting (SLF) and mechanically leads to an uneven structure of the device, which can also cause burner failure.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является малоэмиссионная горелка (патент RU №198755, МПК F23R 3/14, F23D 17/00, опубл. 28.07.2020), содержащая форсунку, корпус с соплом и штоком подвода топлива в основную и дежурную зоны горения; уступ-турбулизатор, расположенный перед завихрителем воздуха; завихритель воздуха, в полых лопатках которого имеются отверстия для подачи топлива; центральное тело с каналами для подвода топлива и воздуха в дежурную зону, элементы конструкции горелки, подверженные высокотемпературной эрозии - топливная форсунка, насадок центрального тела выполнены съемными, а детали горелки соединяются между собой посредством посадок с натягом и резьбовых пар. Кроме этого, в малоэмиссионной горелке уступ-турбулизатор выполнен съемным, а сопло крепится на жаровую трубу камеры сгорания и сопрягается с корпусом горелки посредством телескопического соединения.The closest analogue of the proposed technical solution is a low-emission burner (patent RU No. 198755, IPC F23R 3/14, F23D 17/00, publ. 07/28/2020), containing a nozzle, a housing with a nozzle and a fuel supply rod to the main and duty combustion zones; a ledge-turbulator located in front of the air swirler; an air swirler, in the hollow blades of which there are holes for supplying fuel; the central body with channels for supplying fuel and air to the standby zone, the burner structural elements subject to high-temperature erosion - the fuel injector, the nozzles of the central body are removable, and the burner parts are interconnected by interference fits and threaded pairs. In addition, in a low-emission burner, the turbulizer ledge is removable, and the nozzle is attached to the combustion chamber flame tube and is mated with the burner body by means of a telescopic connection.

Основным недостатком является сложность изготовления устройства, требующая от производства высокого класса точности и высокотехнологичного оборудования для точной подгонки всех деталей горелки.The main disadvantage is the complexity of manufacturing the device, which requires the production of a high class of accuracy and high-tech equipment for precise fitting of all parts of the burner.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение технологичности горелочного устройства за счет упрощения конструктивных элементов, изготовленных с помощью селективного лазерного спекания.The technical result of the proposed solution is to improve the manufacturability of the burner by simplifying the structural elements made using selective laser sintering.

Технический результат достигается за счет того, что в горелочном устройстве камеры сгорания, содержащем корпус со штоком подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, завихритель воздуха, в полых лопатках которого имеются отверстия для подачи топлива, втулку форсунки, форсунку, уступ-турбулизатор, расположенный перед завихрителем воздуха, центральное тело с каналами для подвода топлива и воздуха в дежурную зону, первая составляющая деталь представляет собой корпус со штоком и уступом-турбулизатором, вторая деталь - это завихритель с лопатками и центральным телом, третья деталь - форсунка и четвертая - втулка форсунки, установленные в центральном теле устройства, при этом все составляющие устройства выполнены путем селективного лазерного сплавления.The technical result is achieved due to the fact that in the burner device of the combustion chamber, containing a housing with a fuel supply rod to the main and standby combustion zones, an air swirler, in the hollow blades of which there are holes for fuel supply, a nozzle sleeve, a nozzle, a ledge-turbulizer located in front of the air swirler, the central body with channels for supplying fuel and air to the duty zone, the first component part is a body with a rod and a ledge-turbulizer, the second part is a swirler with blades and a central body, the third part is a nozzle and the fourth part is a nozzle sleeve installed in the central body of the device, while all components of the device are made by selective laser fusion.

За счет изготовления сборочных деталей горелочного устройства с помощью селективного лазерного сплавления повышена производственная технологичность (снижена трудоемкость изготовления за счет сокращения объема механической обработки, сокращения номенклатуры деталей в узле), повышена эксплуатационная технологичность (улучшена ремонтопригодность, позволяющая минимизировать браковку узла, реализована возможность обслуживания в эксплуатирующей организации - очистка внутренних полостей горелочного устройства, замена составных частей).Due to the manufacture of assembly parts of the burner device using selective laser melting, the production manufacturability has been increased (the labor intensity of manufacturing has been reduced due to the reduction in the amount of machining, the reduction in the range of parts in the assembly), organizations - cleaning the internal cavities of the burner, replacing components).

Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

- на фиг. 1 представлен общий вид горелочного устройства камеры сгорания;- in Fig. 1 shows a general view of the burner device of the combustion chamber;

- на фиг. 2 представлен разрез горелочного устройства камеры сгорания.- in Fig. 2 shows a section of the burner device of the combustion chamber.

Горелка содержит корпус (1) со штоком (2) и уступом-турбулизатором (3). В штоке (2) выполнены каналы (4) и (5) подвода топлива в дежурную и основную, соответственно, зоны горения, завихритель (6) с полыми лопатками (7) с отверстиями подачи топлива в основную зону, втулки форсунки (8) и форсунки (9) с отверстиями (10). Втулка (8) и форсунка (9) установлены в центральном теле (11) завихрителя.The burner contains a body (1) with a rod (2) and a ledge-turbulator (3). In the rod (2) there are channels (4) and (5) for supplying fuel to the standby and main, respectively, combustion zones, a swirler (6) with hollow blades (7) with holes for supplying fuel to the main zone, nozzle bushings (8) and nozzles (9) with holes (10). Sleeve (8) and nozzle (9) are installed in the central body (11) of the swirler.

Изготовление деталей осуществляют технологией СЛС из никелевого сплава ХН58МБЮ-ИД при мощности лазерного излучения от 148 до 331 Вт, скорости сканирования от 480 до 660 мм/с, шаге сканирования от 0,11 до 0,14 мм и толщине слоя от 50 до 60 мкм. Рациональные свойства металлического порошка ХН58МБЮ-ИД и режимные параметры СЛС, подобранные согласно критериям достижения требуемых механических свойств обеспечивает высокую плотность материала. Металлический порошок фракции (-50) мкм, состоящий не менее чем на 70,0% из частиц размерами от 22 до 50 мкм, округлой формы, не имеет острых кромок и сателлитов, одинаков по цвету и качеству, сухой и свободный от агломератированных масс.Parts are manufactured using SLS technology from KhN58MBYu-ID nickel alloy with laser radiation power from 148 to 331 W, scanning speed from 480 to 660 mm/s, scanning step from 0.11 to 0.14 mm and layer thickness from 50 to 60 μm . Rational properties of HN58MBYu-ID metal powder and regime parameters of SLS, selected according to the criteria for achieving the required mechanical properties, provide a high density of the material. Metal powder fraction (-50) microns, consisting of at least 70.0% of particles ranging in size from 22 to 50 microns, rounded, has no sharp edges and satellites, is the same in color and quality, dry and free from agglomerated masses.

Разработка технического процесса изготовления горелочного устройства методом СЛС включает следующие пять основных шагов:The development of a technical process for the manufacture of a burner device by the SLS method includes the following five main steps:

1) разработка объемной модели детали;1) development of a three-dimensional model of a part;

2) преобразование и передача данных;2) data transformation and transmission;

3) проверка и подготовка объемной модели к выращиванию;3) verification and preparation of a three-dimensional model for cultivation;

4) процесс выращивания в СЛС-установке;4) the process of growing in the SLS-installation;

5) постобработка синтезируемой детали.5) post-processing of the synthesized part.

Предложенное техническое решение работает следующим образом.The proposed technical solution works as follows.

При работе данного устройства реализуется способ сжигания бедной, гомогенной топливовоздушной смеси основной зоны в диффузионном пламени дежурной зоны горения.During the operation of this device, a method of burning a lean, homogeneous air-fuel mixture of the main zone in the diffusion flame of the standby combustion zone is implemented.

Струи топлива дежурной зоны через отверстия (10) форсунки (9) внедряются в закрученный поток топливовоздушной смеси основной зоны горения. Горение дежурного топлива происходит диффузно в обратных токах за центральным телом (11). Топливо основного контура через большое количество мелких отверстий в полых лопатках завихрителя (6) впрыскивается в поток воздуха, входящий в завихритель горелки за уступом-турбулизатором (3). В канале образованном наружной стенкой и центральным телом (11) завихрителя (6), образуется бедная, однородная по составу топливовоздушная смесь основной зоны. Горение топливовоздушной смеси основной зоны в закрученной струе обеспечивается подводом тепла от горения дежурного факела в следе за центральным телом (11). В результате организации в горелке взаимоподдерживающего горения двух зон, обеспечивается устойчивый процесс горения на всех режимах работы газотурбинного двигателя.The jets of fuel from the standby zone through the holes (10) of the nozzle (9) are introduced into the swirling flow of the air-fuel mixture of the main combustion zone. The burning of the standby fuel occurs diffusely in reverse currents behind the central body (11). The fuel of the main circuit through a large number of small holes in the hollow blades of the swirler (6) is injected into the air flow entering the burner swirler behind the ledge-turbulator (3). In the channel formed by the outer wall and the central body (11) of the swirler (6), a poor fuel-air mixture of the main zone, homogeneous in composition, is formed. Combustion of the air-fuel mixture in the main zone in the swirling jet is ensured by the supply of heat from the combustion of the pilot flame in the wake behind the central body (11). As a result of the organization of mutually supporting combustion of two zones in the burner, a stable combustion process is ensured in all operating modes of the gas turbine engine.

В основу разработки технического процесса СЛС заложены следующие принципы:The following principles form the basis for the development of the SLS technical process:

- технический - процесс должен полностью обеспечивать выполнение всех требований рабочего чертежа и технических требований на изготовление горелочного устройства;- technical - the process must fully ensure the fulfillment of all the requirements of the working drawing and technical requirements for the manufacture of the burner;

- экономический - изготовление горелочного устройства должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства, не превышать стоимость изготовления традиционными метода;- economic - the manufacture of the burner device should be carried out with minimal labor and production costs, not exceed the cost of manufacturing by the traditional method;

- организационный - горелочное устройство должно изготавливаться в условиях организации производства, обеспечивающих наибольшую эффективность.- organizational - the burner device must be manufactured in conditions of production organization that provide the greatest efficiency.

Claims (1)

Горелочное устройство камеры сгорания, содержащее корпус со штоком подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, завихритель воздуха, в полых лопатках которого имеются отверстия для подачи топлива, втулку форсунки, форсунку, уступ-турбулизатор, расположенный перед завихрителем воздуха, центральное тело с каналами для подвода топлива и воздуха в дежурную зону, отличающееся тем, что первая составляющая деталь представляет собой корпус со штоком и уступом-турбулизатором, вторая деталь - это завихритель с лопатками и центральным телом, третья деталь - форсунка и четвертая - втулка форсунки, установленные в центральном теле устройства, при этом все составляющие устройства выполнены путем селективного лазерного сплавления.The burner device of the combustion chamber, containing a housing with a fuel supply rod to the main and standby combustion zones, an air swirler, in the hollow blades of which there are holes for fuel supply, a nozzle bushing, a nozzle, a ledge-turbulator located in front of the air swirler, a central body with channels for supply of fuel and air to the standby zone, characterized in that the first component is a body with a rod and a ledge-turbulizer, the second part is a swirler with blades and a central body, the third part is a nozzle and the fourth is a nozzle sleeve installed in the central body devices, while all components of the device are made by selective laser fusion.
RU2022133876U 2022-12-22 Combustion chamber burner RU217743U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU217743U1 true RU217743U1 (en) 2023-04-14

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808326C1 (en) * 2023-07-03 2023-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Low-emission burner of combustion chamber of gas turbine power unit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8806871B2 (en) * 2008-04-11 2014-08-19 General Electric Company Fuel nozzle
RU198755U1 (en) * 2019-12-30 2020-07-28 Публичное акционерное общество "ОДК-Кузнецов" LOW EMISSION BURNER
RU2744963C1 (en) * 2020-06-09 2021-03-17 Акционерное общество "Металлист-Самара" Combustion chamber of gas-turbine plant with external flame tubes and low-emission burner device
US11098896B2 (en) * 2016-08-31 2021-08-24 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Burner with fuel and air supply incorporated in a wall of the burner
RU2769616C2 (en) * 2018-12-25 2022-04-04 Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг Injection head for the combustion chamber of a gas turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8806871B2 (en) * 2008-04-11 2014-08-19 General Electric Company Fuel nozzle
US11098896B2 (en) * 2016-08-31 2021-08-24 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Burner with fuel and air supply incorporated in a wall of the burner
RU2769616C2 (en) * 2018-12-25 2022-04-04 Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг Injection head for the combustion chamber of a gas turbine
RU198755U1 (en) * 2019-12-30 2020-07-28 Публичное акционерное общество "ОДК-Кузнецов" LOW EMISSION BURNER
RU2744963C1 (en) * 2020-06-09 2021-03-17 Акционерное общество "Металлист-Самара" Combustion chamber of gas-turbine plant with external flame tubes and low-emission burner device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808326C1 (en) * 2023-07-03 2023-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Low-emission burner of combustion chamber of gas turbine power unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3816516B1 (en) Low pollution combustor and combustion control method therefor
CN107939551B (en) Pre-combustion chamber injector structure
CN109237515B (en) Low-emission combustion chamber head with oil way automatic regulating valve structure
US6374615B1 (en) Low cost, low emissions natural gas combustor
US6857271B2 (en) Secondary fuel nozzle with readily customizable pilot fuel flow rate
US11156360B2 (en) Fuel nozzle assembly
US20110005229A1 (en) Lean direct injection for premixed pilot application
CN111396926B (en) Combustion chamber with integrated gas discharge type diffuser and flame tube
CN107525095B (en) A kind of axially staged can burner of gas turbine
CN108592084B (en) Low-emission combustion chamber head part adopting axial rotational flow prefilming plate matched blade injection structure for main combustion stage
CN106524223B (en) Combustion chamber with main nozzle assembly and mini-nozzle assembly
JP2002106845A (en) Multiple injection port combustor
CN108954388A (en) A kind of multiple spot unit directly sprays fractional combustion room
EP1710502B1 (en) Gas burner assembly for a gas turbine
JP2003207130A (en) Main liquid fuel injection device for single combustion chamber with premixture chamber of gas turbine having low emission of pollutants
CN115597088B (en) Combustion chamber structure and combustion regulation and control method
CN111306577B (en) Direct-injection fan-shaped nozzle applied to afterburner concave cavity structure
CN107559882B (en) A kind of axially staged low pollution combustor
CN111594874A (en) Low-emission combustion chamber capable of adjusting flame temperature
RU217743U1 (en) Combustion chamber burner
CN106224955A (en) A kind of fractional combustion room using multi-point injection surely to fire level raising combustion stability
CN101832198A (en) Hydrogen-oxygen oxygen-rich preburner of full flow staged combustion cycle engine
RU2744963C1 (en) Combustion chamber of gas-turbine plant with external flame tubes and low-emission burner device
JPH07248118A (en) Premixing combustor
JP3511075B2 (en) Low-pollution combustor and combustion control method thereof