RU2212003C1

RU2212003C1 - Method and device for burning fuel

Info

Publication number: RU2212003C1
Application number: RU2002125476/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Новиков; И.Н. Новиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ"
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: devices for burning fuel; gas-turbine engines and power plants. SUBSTANCE: proposed method includes forming two heavily twisted air flows: primary flow in primary combustion chamber and secondary flow in peripheral zone of main combustion chamber, that is peripheral vortex which excites heavily twisted flow revolving in the same direction, that is near-axis vortex. Device proposed for realization of this method includes main combustion chamber with flame tube, secondary air supply unit which are located in one section perpendicularly to central axis of combustion chamber, swirler and combustion product escape passage; device includes also primary combustion chamber with flame tube, fuel supply unit and primary air supply unit, swirler and igniting unit. EFFECT: enhanced stability of process; complete combustion at low positive pressure differential between supplied air and fuel. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в газотурбинных двигателях и энергетических установках, топочных и теплоэнергетических установках, установках по переработке и утилизации бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов и отходов деревообрабатывающей промышленности. The invention relates to the field of fuel combustion and can find application in gas turbine engines and power plants, furnace and heat power plants, plants for the processing and utilization of household, industrial and agricultural wastes and woodworking industry wastes.

Известен способ сжигания топлива, при котором создают сильнозакрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, ее последующему воспламенению и сжиганию, а движение топливовоздушной смеси формируют как внешнее, в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее, в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, а плотность топливовоздушной смеси, которую вводят в зону горения, увеличивается по мере удаления от сформировавшегося потока продуктов сгорания. Фронт пламени проходит по границе раздела области движения топливовоздушной смеси и продуктов сгорания по всей длине жаровой трубы, в передней части которой фронт пламени образует тороидальный вихрь, центральная ось которого совпадает с центральной осью камеры сгорания (см. патент SU 1726971 А1, 15.04.1992). There is a method of burning fuel, in which a highly swirling air stream is created, at the beginning of which fuel is supplied, which leads to the formation of the air-fuel mixture, its subsequent ignition and combustion, and the movement of the air-fuel mixture is formed as external, in the form of a peripheral vortex in countercurrent to the movement of products combustion, which is formed as an internal one, in the form of an axial vortex, while the beginning of the formation of the air-fuel mixture and the output of the combustion products are in one section perpendicular to peripheral and axial vortices, and the density of the air-fuel mixture, which is introduced into the combustion zone, increases with distance from the formed flow of combustion products. The flame front passes along the interface between the area of movement of the air-fuel mixture and combustion products along the entire length of the flame tube, in front of which the flame front forms a toroidal vortex, the central axis of which coincides with the central axis of the combustion chamber (see patent SU 1726971 A1, 04/15/1992) .

Этот способ принят в качестве прототипа. This method is adopted as a prototype.

Известный способ сжигания топлива не обеспечивает устойчивого режима работы и высокой полноты сгорания при низком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом и не может быть реализован при давлении топлива на входе, равного или ниже давления подаваемого воздуха. Это значительно сужает область применения. The known method of burning fuel does not provide a stable mode of operation and high completeness of combustion at a low positive pressure difference between the supplied air and fuel and cannot be realized at a fuel pressure at the inlet equal to or lower than the pressure of the supplied air. This significantly narrows the scope.

Известна вихревая камера сгорания, содержащая корпус, кольцевую жаровую трубу, фронтовое устройство, выполненное в виде лопаточного завихрителя и топливных форсунок, размещенных между лопатками завихрителя, канал выхода продуктов сгорания, воспламеняющее устройство. Фронтовое устройство и канал выхода продуктов сгорания размещены в одной плоскости жаровой трубы, перпендикулярной центральной оси камеры сгорания (см. патент SU 1726971 А1, 15.04.1992). Known vortex combustion chamber containing a housing, an annular flame tube, a front device made in the form of a blade swirler and fuel nozzles located between the blades of the swirl, the outlet channel of the combustion products, an ignition device. The front device and the exit channel of the combustion products are placed in the same plane of the flame tube perpendicular to the central axis of the combustion chamber (see patent SU 1726971 A1, 04/15/1992).

Это устройство принято в качестве прототипа. This device is adopted as a prototype.

Известное устройство для сжигания топлива также не обеспечивает устойчивого режима работы и высокой полноты сгорания при невысоком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом и не может реализовать процесс сжигания при давлении топлива на входе, равного или ниже давления подаваемого воздуха. Это значительно сужает область применения. The known device for burning fuel also does not provide a stable mode of operation and high completeness of combustion at a low positive pressure difference between the supplied air and fuel and cannot realize the combustion process at a fuel pressure at the inlet equal to or lower than the pressure of the supplied air. This significantly narrows the scope.

Техническая задача, которую решает изобретение, - обеспечение устойчивого режима работы и высокой полноты сгорания при низком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом и осуществление процесса сжигания топлива при давлении топлива на входе, равного или ниже давления подаваемого воздуха, что значительно расширяет область их применения. The technical problem that the invention solves is to ensure a stable mode of operation and high completeness of combustion with a low positive pressure difference between the supplied air and fuel and the process of burning fuel at a fuel pressure at the inlet equal to or lower than the pressure of the supplied air, which significantly expands the scope of their application .

Техническая задача решается тем, что в способе сжигания топлива, при котором создают сильнозакрученный воздушный поток в периферийной зоне основной камеры сгорания в виде периферийного вихря, возбуждающего в приосевой зоне основной камеры сгорания находящийся в противотоке к нему вращающийся в том же направлении сильнозакрученный воздушный поток - приосевой вихрь, согласно изобретению дополнительно создают сильнозакрученный воздушный поток в первичной камере сгорания и формируют в ней поток топливовоздушной смеси, которую затем поджигают и сжигают в первичной камере, а дожигание и разбавление продуктов сгорания первичной камеры осуществляют в приосевом вихре основной камеры сгорания, при этом выход продуктов сгорания приосевого вихря и начало формирования периферийного вихря находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, причем для образования потока топливовоздушной смеси в первичной камере сгорания в ней создают сильнозакрученный активный поток, формирующий в плоскости его образования структуру потока с высоким радикальным градиентом статического давления, в качестве которого используют предварительно разогнанный сильнозакрученный поток первичного воздуха, и пассивный поток, в качестве которого используют топливо, поступающее в центральную часть создаваемого активного потока за счет формирования высоким радиальным градиентом статического давления высокого осевого градиента статического давления. The technical problem is solved in that in the method of burning fuel, in which a highly swirling air flow is created in the peripheral zone of the main combustion chamber in the form of a peripheral vortex, exciting in the axial zone of the main combustion chamber, the highly swirling air flow in the opposite direction to it, in the opposite direction, is the vortex according to the invention additionally creates a strongly swirling air flow in the primary combustion chamber and form a stream of the air-fuel mixture in it, which is then under burn and burn in the primary chamber, and the afterburning and dilution of the combustion products of the primary chamber is carried out in the axial vortex of the main combustion chamber, while the output of the combustion products of the axial vortex and the beginning of the formation of the peripheral vortex are in one section perpendicular to the axis of the peripheral and axial vortices, and for the formation the flow of the air-fuel mixture in the primary combustion chamber in it create a strongly twisted active stream, forming in the plane of its formation a stream structure with a high radical th static pressure gradient, which is used as pre silnozakruchenny clocked stream of primary air and the passive stream which is used as fuel, enters the central portion of the active thread generated by forming a high radial gradient high axial static pressure gradient of static pressure.

Кроме того, поток первичного воздуха разгоняют до критической скорости, а наружный диаметр периферийного вихря увеличивают в направлении осевой составляющей скорости. In addition, the primary air flow is accelerated to a critical speed, and the outer diameter of the peripheral vortex is increased in the direction of the axial velocity component.

В устройстве, включающем основную камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, устройство подвода вторичного воздуха, расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси камеры сгорания, завихритель и канал выхода продуктов сгорания согласно изобретению, эта задача решается тем, что оно дополнительно включает первичную камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, устройства для подвода топлива и первичного воздуха, завихритель и воспламеняющее устройство, причем первичная камера сгорания установлена перед основной, соосно последней, жаровые трубы камер сгорания соединены, а устройство подвода топлива и выполненный в виде закручивающего соплового аппарата завихритель первичной камеры сгорания расположены на ее переднем торце в сечении, перпендикулярном центральной оси камеры сгорания, при этом устройство подвода первичного воздуха выполнено в виде сопла и расположено в закручивающем сопловом аппарате. Поверхность жаровой трубы первичной камеры сгорания образована вращением лемнискаты вокруг ее центральной оси с уменьшением диаметра в направлении жаровой трубы основной камеры сгорания с последующим плавным переходом в цилиндрическую поверхность. Поверхность жаровой трубы основной камеры сгорания, выполненная цилиндрической или конической с увеличением диаметра в направлении жаровой трубы первичной камеры сгорания с углом раскрытия большим 0^o, но меньшим или равным 12^o, переходит в торовую поверхность, в центральной части соединенную с цилиндрической поверхностью жаровой трубы первичной камеры сгорания, а длина жаровой трубы основной камеры сгорания составляет не менее двух ее диаметров в сечении завихрителя вторичного воздуха, справа от которого расположен дополнительный завихритель, проточная часть которого с одной стороны связана с устройством подвода вторичного воздуха, а с другой - с проточной частью соплового отверстия канала выхода продуктов сгорания.In a device including a main combustion chamber containing a flame tube, a secondary air supply device arranged in one section perpendicular to the central axis of the combustion chamber, a swirl and an exit channel of combustion products according to the invention, this problem is solved in that it further includes a primary combustion chamber, containing a flame tube, a device for supplying fuel and primary air, a swirler and an ignition device, and the primary combustion chamber is installed in front of the main, coaxially of the latter, the combustion chamber chimneys are connected, and the fuel supply device and the swirl of the primary combustion chamber made in the form of a swirling nozzle apparatus are located at its front end in a section perpendicular to the central axis of the combustion chamber, while the primary air supply device is made in the form of a nozzle and is located in twisting nozzle apparatus. The surface of the flame tube of the primary combustion chamber is formed by the rotation of the lemniscate around its central axis with a decrease in diameter in the direction of the flame tube of the main combustion chamber, followed by a smooth transition into a cylindrical surface. The surface of the flame tube of the main combustion chamber, made cylindrical or conical with an increase in diameter in the direction of the flame tube of the primary combustion chamber with an opening angle greater than 0 ^o but less than or equal to 12 ^o , passes into the torus surface, in the central part connected to the cylindrical surface of the flame tube of the primary combustion chamber, and the length of the flame tube of the main combustion chamber is at least two of its diameters in the section of the secondary air swirl, to the right of which there is an additional a vortex, the flow part of which is connected, on the one hand, with the secondary air supply device, and, on the other hand, with the flow part of the nozzle opening of the combustion products outlet channel.

В предлагаемом процессе сжигания топлива создание сильнозакрученного активного потока и пассивного потока вызывает повышение перепада статического давления между подаваемым топливом и потоком сильнозакрученного первичного воздуха, в который подается это топливо. Рост радиального градиента статического давления снижает уровень статического давления в приосевой зоне жаровой трубы первичной камеры сгорания, увеличивает осевой перепад статического давления, приводящий к росту осевых скоростей подаваемого топлива, к увеличению его расхода. Рост осевых скоростей подаваемого топлива, увеличение пути пробега топлива в зоне формирования сильнозакрученного потока первичного воздуха, наличие газодинамической связи первичной камеры сгорания и приосевой зоны основной камеры сгорания, способствующее увеличению осевого градиента статического давления в зоне подачи топлива, приводит к повышению качества процесса формирования топливовоздушной смеси. Улучшение качества формируемой топливовоздушной смеси повышает устойчивость режима работы и полноту сгорания при низком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом, позволяет реализовать процесс сжигания топлива при давлении топлива на входе, равном или ниже давления подаваемого воздуха. Кроме того, при использовании предлагаемого способа и устройства значительно снижается уровень вредных выбросов с продуктами сгорания, а наличие дополнительного завихрителя в основной камере сгорания способствует появлению в периферийной зоне канала выхода продуктов сгорания закрученного потока вторичного воздуха, выполняющего роль тепловой завесы стенок канала от высокотемпературных потоков продуктов сгорания, что особенно важно при реализации режима работы, близкого к стехиометрическому. In the proposed process of fuel combustion, the creation of a strongly twisted active stream and a passive stream causes an increase in the static pressure drop between the supplied fuel and the stream of strongly twisted primary air into which this fuel is supplied. The increase in the radial gradient of static pressure reduces the level of static pressure in the axial zone of the flame tube of the primary combustion chamber, increases the axial differential pressure, leading to an increase in the axial velocity of the supplied fuel, to increase its consumption. An increase in the axial velocity of the supplied fuel, an increase in the path of the fuel in the formation zone of a highly swirling primary air flow, the presence of a gas-dynamic connection between the primary combustion chamber and the axial zone of the main combustion chamber, which increases the axial gradient of the static pressure in the fuel supply zone, leads to an increase in the quality of the formation of the air-fuel mixture . Improving the quality of the formed air-fuel mixture increases the stability of the operating mode and the completeness of combustion at a low positive pressure difference between the supplied air and fuel, and allows the process of burning fuel at a fuel pressure at the inlet equal to or lower than the pressure of the supplied air. In addition, when using the proposed method and device, the level of harmful emissions from combustion products is significantly reduced, and the presence of an additional swirler in the main combustion chamber contributes to the appearance of a swirling secondary air flow in the peripheral zone of the combustion products outlet channel, which acts as a thermal curtain of the channel walls from high-temperature product flows combustion, which is especially important when implementing a mode of operation close to stoichiometric.

Таким образом, введенные в способ и устройство для сжигания топлива новые отличительные признаки в совокупности с известными позволяют решить поставленную задачу. Thus, the new distinctive features introduced into the method and device for burning fuel, together with the known ones, make it possible to solve the problem.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дано устройство, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез по А-А; на фиг.3 - то же, разрез по Б-Б. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a device, a longitudinal section; figure 2 is the same, a section along aa; figure 3 is the same, a section along BB.

Способ сжигания топлива осуществляют следующим образом. В устройстве для сжигания топлива создают два сильнозакрученных воздушных потока, первичный - в первичной камере сгорания, а вторичный - в периферийной зоне основной камеры сгорания - периферийный вихрь, который в ее приосевой зоне возбуждает находящийся в противотоке к нему сильнозакрученный воздушный поток - приосевой вихрь. Для образования в первичной камере топливовоздушной смеси сильнозакрученный поток первичного воздуха разгоняют до критических скоростей, создавая сильнозакрученный активный поток, формирующий в плоскости его образования структуру потока с высоким радиальным градиентом статического давления, а в качестве пассивного потока используют топливо, поступающее в центральную часть создаваемого активного потока за счет формирования высоким радиальным градиентом статического давления высокого осевого градиента статического давления, при этом образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают тепловым источником и сжигают в первичной камере сгорания, а дожигание и разбавление продуктов сгорания осуществляют в приосевом вихре основной камеры сгорания. Выход продуктов сгорания приосевого вихря и начало формирования периферийного вихря располагают в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, а наружный диаметр периферийного вихря увеличивают в направлении его осевой составляющей скорости. The method of burning fuel is as follows. In the device for burning fuel, two strongly swirling air flows are created, the primary in the primary combustion chamber, and the secondary in the peripheral zone of the main combustion chamber, the peripheral vortex, which excites the strongly swirling air flow in its counter-axial zone to it - the paraxial vortex. For the formation of a fuel-air mixture in the primary chamber, a strongly swirling primary air stream is accelerated to critical speeds, creating a strongly swirling active stream, forming a stream structure with a high radial gradient of static pressure in the plane of its formation, and the fuel entering the central part of the generated active stream is used as a passive stream due to the formation of a high radial gradient of static pressure of a high axial gradient of static pressure, at that the resulting fuel-air mixture is ignited and the heat source is combusted in the primary combustion chamber and the afterburning and dilution of the combustion products is carried out in the paraxial vortex main combustion chamber. The output of the combustion products of the axial vortex and the beginning of the formation of the peripheral vortex are arranged in one section perpendicular to the axis of the peripheral and axial vortices, and the outer diameter of the peripheral vortex is increased in the direction of its axial velocity component.

Устройство для сжигания топлива (фиг.1) содержит основную вихревую камеру сгорания 1 и первичную камеру сгорания 2. Первичная камера сгорания 2 установлена перед основной камерой сгорания 1, соосно с последней. Основная камера сгорания 1 содержит жаровую трубу 3, завихритель вторичного воздуха 4, канал выхода продуктов сгорания 5, устройство подвода вторичного воздуха 6, расположенный справа от завихрителя 4 дополнительный завихритель 7, проточная часть которого с одной стороны связана с устройством подвода вторичного воздуха 6, а с другой - с проточной частью соплового отверстия канала выхода продуктов сгорания 5. Завихритель 4 и канал выхода продуктов сгорания 5 (фиг. 2) расположены в одном сечении, перпендикулярном центральной оси основной камеры сгорания 1. Первичная камера 2 содержит жаровую трубу 8, устройство подвода топлива 9, устройство подвода первичного воздуха 10, завихритель первичного воздуха 11, воспламеняющее устройство 12. Завихритель 11 выполнен в виде закручивающего соплового аппарата, в котором расположено выполненное в виде сопла устройство подвода первичного воздуха 10. Устройство подвода топлива 9 и завихритель 11 (фиг.3) расположены на переднем торце первичной камеры сгорания 2 в сечении, перпендикулярном ее центральной оси. Поверхность жаровой трубы 8 образована вращением лемнискаты вокруг ее центральной оси с уменьшением диаметра в направлении жаровой трубы 3, с дальнейшим плавным переходом в цилиндрическую поверхность. Поверхность жаровой трубы 3, выполненная цилиндрической или конической с увеличением диаметра в направлении жаровой трубы 8, с углом раскрытия, большим 0^o, но меньшим или равным 12^o, переходит в торовую поверхность, в центральной части соединенную с цилиндрической поверхностью жаровой трубы 8. Длина жаровой трубы 3 составляет не менее двух ее диаметров в сечении завихрителя 4.The device for burning fuel (figure 1) contains the main vortex combustion chamber 1 and the primary combustion chamber 2. The primary combustion chamber 2 is installed in front of the main combustion chamber 1, coaxially with the latter. The main combustion chamber 1 contains a flame tube 3, a secondary air swirl 4, an exhaust gas outlet channel 5, a secondary air supply device 6, an additional swirl 7 located to the right of the swirl 4, the flow part of which is connected on one side with the secondary air supply device 6, and on the other hand, with the flow part of the nozzle orifice of the exhaust channel 5. The swirl 4 and the exhaust channel 5 (Fig. 2) are located in one section perpendicular to the central axis of the main chamber with Gorania 1. The primary chamber 2 contains a flame tube 8, a fuel supply device 9, a primary air supply device 10, a primary air swirl 11, an ignition device 12. The swirl 11 is made in the form of a twisting nozzle apparatus, in which a primary supply device made in the form of a nozzle is located air 10. The fuel supply device 9 and the swirl 11 (Fig. 3) are located on the front end of the primary combustion chamber 2 in a section perpendicular to its central axis. The surface of the flame tube 8 is formed by the rotation of the lemniscate around its central axis with a decrease in diameter in the direction of the flame tube 3, with a further smooth transition into a cylindrical surface. The surface of the flame tube 3, made cylindrical or conical with an increase in diameter in the direction of the flame tube 8, with an opening angle greater than 0 ^o , but less than or equal to 12 ^o , passes into the torus surface, in the central part connected to the cylindrical surface of the flame tube 8. Length the flame tube 3 is at least two of its diameters in the cross section of the swirler 4.

Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Воздух от внешнего источника разделяют на два потока: первичный и вторичный. Первичный воздух, имеющий давление, равное или выше давления вторичного воздуха, поступает в устройство 10, а вторичный воздух - в устройство 6. Разогнанный в сопле 10 первичный воздух поступает в завихритель 11 первичной камеры сгорания 2, где разгоняется с увеличением окружной скорости до критической, формируя в плоскости завихрителя 11 и устройства подвода топлива 9, в области переднего торца жаровой трубы 8, сильнозакрученный поток воздуха с высоким радиальным градиентом статического давления, который в выходном отверстии устройства 9 формирует высокий осевой градиент статического давления, направленный в сторону устройства подвода топлива 9. Наличие в плоскости завихрителя 11 радиального и осевого градиентов статического давления формирует такую газодинамическую структуру потоков первичного воздуха и топлива, при которой активной составляющей является первичный воздух, а пассивной - топливо, поступающее в область переднего торца жаровой трубы 8, образуя топливовоздушную смесь, формирующую сильнозакрученный поток, перемещающийся в направлении жаровой трубы 3 основной камеры сгорания 1. Вторичный воздух из устройства 6 поступает в завихритель вторичного воздуха 4, образуя на входе в жаровую трубу 3 основной камеры сгорания 1 сильнозакрученный поток вторичного воздуха, формирующий в жаровой трубе 3 периферийный вихрь, перемещающийся в направлении жаровой трубы 8 первичной камеры сгорания 2. Периферийный вихрь возбуждает в приосевой зоне жаровой трубы 3 сильнозакрученный поток - приосевой вихрь, находящийся в противотоке к периферийному вихрю, при этом направление вращения периферийного и приосевого вихрей совпадают. На границе разделения вихрей поток сильно турбулизуется с формированием анизотропной турбулентности, превалирующей в радиальном направлении. В результате этого в приосевой зоне жаровой трубы 3, в области смешения потоков топливовоздушной смеси, выходящей из жаровой трубы 8, и поворота периферийного вихря вторичного воздуха в приосевую зону жаровой трубы 3, образуется качественная топливовоздушная смесь, возбуждающая в периферийной области, ограниченной поверхностью жаровой трубы 3, тороидальный вихрь топливовоздушной смеси. В результате подвода пусковых воздуха и топлива в воспламеняющее устройство 12 в нем образуется топливовоздушная смесь, которую поджигают свечей зажигания, что обеспечивает на выходе из устройства 12 формирование высокотемпературного факела продуктов сгорания, который, пройдя завихритель 11, поступает в периферийную зону жаровой трубы 8, поджигая подготовленную в ней топливовоздушную смесь. В результате этого в жаровой трубе 8, происходит процесс поджигания и сжигания топливовоздушной смеси, который заканчивается дожиганием и последующим разбавлением продуктов сгорания в приосевом вихре жаровой трубы 3, формы выполнения которой способствует снижению осевых скоростей, стабильности момента количества движения периферийного вихря при уменьшении его окружных скоростей. Кроме того, увеличение угла раскрытия поверхности жаровой трубы 3 способствует перемещению отсепарированных частиц в периферийном вихре за счет появления движущей силы, параллельной образующей поверхности жаровой трубы, получаемой при разложении центробежной силы, действующей на отсепарированные частицы. Однако с ростом угла раскрытия, большим 12^o, значительно уменьшается осевая составляющая скорости периферийного потока, являющаяся аэродинамической силой, действующей на частицу в направлении ее движения. Кроме того, с ростом угла раскрытия выше 12^o резко возрастают потери давления в пристеночном пограничном слое жаровой трубы. На выходе канала 5 формируется структура потока продуктов сгорания с заданной среднемассовой температурой и полями температуры, скорости и давления. При работе устройства в режиме, близком к стехиометрическому, часть вторичного воздуха через завихритель 7 поступает в периферийную зону канала выхода продуктов сгорания 5 в виде закрученного потока, выполняющего функцию конвективно-пленочной завесы, предохраняющей стенки канала 5 от высокотемпературных продуктов сгорания. Заданные параметры продуктов сгорания на выходе из основной камеры сгорания 1 обеспечиваются абсолютной величиной скорости потока вторичного воздуха в области начала формирования периферийного вихря, скоростью потока первичного воздуха, формирующего радиальный градиент статического давления в сечении ввода топлива в жаровую трубу первичной камеры сгорания, а так же коэффициентами избытка воздуха в первичной и в основной камерах сгорания, которые в совокупности определяют среднемассовую температуру, поля температуры, скорости и давления, а также уровень вредных выбросов в продуктах сгорания на выходе из основной камеры сгорания.A device for burning fuel works as follows. Air from an external source is divided into two streams: primary and secondary. Primary air having a pressure equal to or higher than the secondary air pressure enters the device 10, and the secondary air enters the device 6. The primary air dispersed in the nozzle 10 enters the swirl 11 of the primary combustion chamber 2, where it accelerates to a critical speed with increasing peripheral speed, forming in the plane of the swirler 11 and the fuel supply device 9, in the region of the front end of the flame tube 8, a strongly swirling air flow with a high radial gradient of static pressure, which in the outlet of the device 9 forms it produces a high axial gradient of static pressure directed towards the fuel supply device 9. The presence of radial and axial gradients of static pressure in the plane of the swirler 11 forms such a gas-dynamic structure of primary air and fuel flows, in which the primary component is active and the incoming fuel is passive in the area of the front end of the flame tube 8, forming a fuel-air mixture forming a highly swirling flow moving in the direction of the flame tube 3 of the main amers of combustion 1. Secondary air from the device 6 enters the swirl of secondary air 4, forming at the entrance to the heat pipe 3 of the main combustion chamber 1 a strongly twisted stream of secondary air forming a peripheral vortex in the flame pipe 3, moving in the direction of the heat pipe 8 of the primary combustion chamber 2 The peripheral vortex excites a strongly twisted flow in the axial zone of the flame tube 3 — the axial vortex, which is in countercurrent to the peripheral vortex, while the direction of rotation of the peripheral and axial vortices match. At the vortex separation boundary, the flow is strongly turbulent with the formation of anisotropic turbulence, which prevails in the radial direction. As a result of this, in the axial zone of the flame tube 3, in the area of mixing the flows of the air-fuel mixture exiting the flame tube 8, and the rotation of the peripheral vortex of secondary air into the axial region of the flame tube 3, a high-quality air-fuel mixture is generated, exciting in the peripheral region bounded by the surface of the flame tube 3, the toroidal vortex of the air-fuel mixture. As a result of the supply of starting air and fuel to the ignition device 12, a fuel-air mixture is formed in it, which is ignited by the spark plugs, which ensures the formation of a high-temperature torch of combustion products at the outlet of the device 12, which, having passed through the swirler 11, enters the peripheral zone of the flame tube 8, igniting the air-fuel mixture prepared in it. As a result of this, in the flame tube 8, the process of ignition and burning of the air-fuel mixture occurs, which ends with the afterburning and subsequent dilution of the combustion products in the axial vortex of the flame tube 3, the form of which helps to reduce axial velocities, stability of the angular momentum of the peripheral vortex with a decrease in its peripheral velocities . In addition, an increase in the opening angle of the surface of the flame tube 3 facilitates the movement of the separated particles in the peripheral vortex due to the appearance of a motive force parallel to the generatrix of the surface of the flame tube obtained by decomposition of the centrifugal force acting on the separated particles. However, with an increase in the opening angle greater than 12 ^° , the axial component of the velocity of the peripheral flow, which is the aerodynamic force acting on the particle in the direction of its movement, decreases significantly. In addition, with an increase in the opening angle above 12 ^o , pressure losses sharply increase in the parietal boundary layer of the flame tube. At the output of channel 5, a structure of the flow of combustion products is formed with a given mass-average temperature and fields of temperature, speed and pressure. When the device is operating in a mode close to stoichiometric, part of the secondary air passes through the swirl 7 to the peripheral zone of the outlet channel of the combustion products 5 in the form of a swirling flow acting as a convective-film curtain that protects the walls of the channel 5 from high-temperature combustion products. The specified parameters of the combustion products at the outlet of the main combustion chamber 1 are provided by the absolute value of the secondary air flow rate in the region where the peripheral vortex begins to form, the primary air flow rate forming a radial gradient of static pressure in the fuel input section into the heat pipe of the primary combustion chamber, and also by the coefficients excess air in the primary and main combustion chambers, which together determine the mass-average temperature, temperature, velocity and pressure fields eniya, as well as the level of harmful emissions in the flue gases at the outlet of the main combustion chamber.

Claims

1. A method of burning fuel, in which a highly swirling air stream is created in the peripheral zone of the main combustion chamber in the form of a peripheral vortex, exciting a strongly swirling air stream in the opposite direction to the main combustion chamber in countercurrent to it, an axial vortex, characterized in that which additionally creates a strongly swirling air flow in the primary combustion chamber and form a stream of the air-fuel mixture in it, which is then ignited and burned in the primary chamber, and afterburning and dilution of the combustion products of the primary chamber is carried out in the axial vortex of the main combustion chamber, while the output of the combustion products of the axial vortex and the beginning of the formation of the peripheral vortex are in the same section perpendicular to the axis of the peripheral and axial vortices, and for the formation of the air-fuel mixture flow in the primary combustion chamber in It creates a strongly twisted active flow, forming in the plane of its formation a flow structure with a high radial gradient of static pressure, the quality of which is used pre-dispersed strongly swirling stream of primary air, and the passive stream, which is used as fuel entering the Central part of the generated active stream due to the formation of a high radial gradient of static pressure high axial gradient of static pressure.

2. The method according to p. 1, characterized in that the flow of primary air is accelerated to a critical speed.

3. The method according to p. 1, characterized in that the outer diameter of the peripheral vortex is increased in the direction of the axial velocity component.

4. A device for burning fuel, comprising a main combustion chamber containing a flame tube, a secondary air supply device and arranged in one section perpendicular to the central axis of the combustion chamber, a swirler and a channel for the exit of combustion products, characterized in that it further includes a primary combustion chamber containing a fire tube, a device for supplying fuel and primary air, a swirler and an ignition device, the primary combustion chamber installed in front of the main coaxially with the latter, heat the combustion chamber pipes are connected, and the fuel supply device and the swirl of the primary combustion chamber made in the form of a swirling nozzle apparatus are located at its front end in a section perpendicular to the central axis of the chamber, while the primary air supply apparatus is made in the form of a nozzle and is located in a swirling nozzle apparatus .

5. The device according to claim 4, characterized in that the surface of the flame tube of the primary combustion chamber is formed by the rotation of the lemniscate around its central axis with a decrease in diameter in the direction of the flame tube of the main combustion chamber, followed by a smooth transition into a cylindrical surface.

6. The device according to p. 4, characterized in that the surface of the flame tube of the main chamber, made cylindrical or conical with an increase in diameter in the direction of the flame tube of the primary combustion chamber with an opening angle greater than 0 ^o but less than or equal to 12 ^o , passes into the torus a surface in the central part connected to the cylindrical surface of the flame tube of the primary combustion chamber.

7. The device according to any one of paragraphs. 4, 6, characterized in that the length of the flame tube of the main combustion chamber is at least two of its diameters in the section of the secondary air swirl.

8. The device according to p. 4, characterized in that to the right of the secondary air swirler there is an additional swirl, the flow part of which is connected on the one hand with the secondary air supply device and, on the other, with the flow part of the nozzle opening of the combustion products outlet channel.