RU2269019C2

RU2269019C2 - Method of operation of starting torch igniter

Info

Publication number: RU2269019C2
Application number: RU2003128017/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Григорьевич Ланин (RU); Валерий Григорьевич Ланин; Алексей Витальевич Бубенцов (RU); Алексей Витальевич Бубенцов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2006-01-27
Also published as: RU2003128017A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-turbine engines.

SUBSTANCE: in process of operation of starting torch igniter of combustion chamber of gas-turbine engine, air is delivered into igniter combustion chamber along its walls in direction to nozzle. Simultaneously additional air jet is fed into igniter combustion chamber in direction of flame throw-over device under supercritical pressure differential, and ratio of rate of air jet to summary air rate through igniter should be equal to or less than 0.24. Invention makes it possible to create flame torch pulsating at frequency equal to ignition frequency and to eliminate separate long flame-outs.

EFFECT: provision of reliable starting of gas-turbine engine.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к пусковым факельным воспламенителям, предназначенным для розжига камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД).The present invention relates to the field of engineering and, in particular, to starting flare igniters designed to ignite the combustion chambers (CS) of gas turbine engines (GTE).

Известен способ эксплуатации пускового факельного воспламенителя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют тангенциально к оси топливного факела (патенты ФРГ №1096684 и Франции №1218296).There is a method of operating a starting flare igniter, in which air is supplied to the ignition chamber, and the air is supplied tangentially to the axis of the fuel flare (German patents No. 1096684 and France No. 1218296).

Недостатком такого способа является относительная сложность организации процесса перемешивания топлива с воздухом и сжигания части сильно переобогащенной топливовоздушной смеси (ТВС) в малом объеме камеры сгорания (основная часть ТВС должна выгореть на выходе из воспламенителя). По этой причине воспламенитель работает неустойчиво со срывами пламени.The disadvantage of this method is the relative complexity of organizing the process of mixing fuel with air and burning part of a highly re-enriched fuel-air mixture (FA) in a small volume of the combustion chamber (the main part of the FA should burn out at the outlet of the igniter). For this reason, the ignitor is unstable with flame outs.

Также известен способ эксплуатации пускового факельного воспламенителя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют вдоль стенок камеры сгорания воспламенителя в направлении к форсунке («Теория воздушно-реактивных двигателей» под ред. С.М.Шляхтенко, Москва, «Машиностроение», 1975 г., стр. 152).There is also a known method of operating a starting flare igniter, in which air is supplied to the ignition chamber, and air is supplied along the walls of the igniter combustion chamber toward the nozzle (“Theory of Aircraft Engines”, edited by S. M. Shlyakhtenko, Moscow, “ Engineering ”, 1975, p. 152).

Недостатками такого способа, в дополнение к предыдущим, являются смещение (при одностороннем подводе воздуха) или сжатие (при симметричном подводе воздуха) топливного факела, приводящие к неудовлетворительной подготовке ТВС и стабилизации фронта пламени, что также приводит к неустойчивой работе со срывами пламени.The disadvantages of this method, in addition to the previous ones, are the displacement (with unilateral air supply) or compression (with symmetrical air supply) of the fuel torch, which leads to poor preparation of the fuel assemblies and stabilization of the flame front, which also leads to unstable operation with flame failures.

Предлагаемое изобретение направлено на создание факела пламени, пульсирующего с частотой, примерно равной частоте зажигания, и устранение отдельных длительных срывов факела пламени. Поставленная задача решается в способе эксплуатации пускового факельного воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют вдоль стенок камеры сгорания воспламенителя в направлении к форсунке. Новым в предлагаемом изобретении является то, что в камеру сгорания воспламенителя под сверхкритическим перепадом давления подают дополнительную струю воздуха в направлении пламеперебрасывающего устройства, соблюдая соотношение:The present invention is directed to creating a flame torch pulsating with a frequency approximately equal to the frequency of ignition, and eliminating individual long-term stalls of the flame torch. The problem is solved in the method of operation of the starting flare igniter of the combustion chamber of a gas turbine engine, in which air is supplied to the combustion chamber of the igniter, and air is supplied along the walls of the combustion chamber of the ignitor in the direction of the nozzle. New in the present invention is that in the combustion chamber of the igniter under a supercritical pressure drop, an additional stream of air is supplied in the direction of the flame retardant device, observing the ratio:

G_c/ G_o≤0.24,G _c / G _o ≤0.24,

где G_c - расход воздуха, подаваемого струей;where G _c is the flow rate of air supplied by the jet;

G_o - суммарный расход воздуха через воспламенитель.G _o - total air flow through the igniter.

На чертеже изображен вариант реализации способа, при котором подачу воздуха в камеру сгорания воспламенителя осуществляют от автономного источника воздуха (не показан).The drawing shows an embodiment of a method in which air is supplied to the ignition chamber from an autonomous air source (not shown).

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Корпус 1 воспламенителя содержит камеру 2 сгорания и каналы 3 подвода воздуха в нее. На корпусе 1 установлены топливная форсунка 4, свеча 5 зажигания с разрядным участком 6, пламеперебрасывающее устройство 7 и воздушная струйная форсунка 8. Сопло воздушной струйной форсунки 8 направлено в сторону пламеперебрасывающего устройства 7.The housing 1 of the igniter contains a combustion chamber 2 and channels 3 for supplying air to it. A fuel nozzle 4, a spark plug 5 with a discharge section 6, a flame retardant device 7 and an air jet nozzle 8 are installed on the housing 1. The nozzle of the air jet nozzle 8 is directed towards the flame retardant device 7.

Подачу воздуха в каналы 3 и в воздушную струйную форсунку 8 осуществляют от источника сжатого воздуха (не показан) через каналы 9.The air supply to the channels 3 and to the air jet nozzle 8 is carried out from a source of compressed air (not shown) through the channels 9.

Пламеперебрасывающее устройство 7 сообщено с жаровой трубой 10 камеры 11 сгорания ГТД.Flame retarding device 7 is in communication with the flame tube 10 of the gas turbine combustion chamber 11.

Запуск воспламенителя производится путем включения свечи 5 зажигания, подачи воздуха через каналы 3 вдоль стенок камеры 2 сгорания в направлении топливной форсунки 4 и вслед за этим подачи топлива топливной форсункой 4 в камеру 2 сгорания воспламенителя. При достижении в районе разрядного участка 6 свечи 5 зажигания оптимального состава топливовоздушной смеси (ТВС) происходит ее воспламенение.The igniter is started by turning on the spark plug 5, supplying air through the channels 3 along the walls of the combustion chamber 2 in the direction of the fuel nozzle 4 and then supplying fuel with the fuel nozzle 4 to the igniter combustion chamber 2. When the spark plug 5 of the optimum composition of the air-fuel mixture (FA) is reached in the region of the discharge section 6, it ignites.

При работе воспламенителя воздух непрерывно подается в камеру 2 сгорания воспламенителя через каналы 3, а топливо - форсункой 4. Воздух, идущий через каналы 3, турбулизирует ТВС, обеспечивая перемешивание топлива с воздухом. Свечой 5 зажигания ТВС поджигается, и пламя из камеры 2 сгорания через пламеперебрасывающее устройство 7 перебрасывается в жаровую трубу 10 камеры 11 сгорания ГТД. Факелом пламени воспламенителя производится поджиг ТВС в камере 11 сгорания ГТД.During the operation of the igniter, air is continuously supplied to the ignition chamber 2 through the channels 3, and the fuel is supplied by the nozzle 4. The air flowing through the channels 3 turbulizes the fuel assembly, mixing fuel with air. The fuel assembly spark plug 5 is ignited, and the flame from the combustion chamber 2 through the flame retardant device 7 is transferred to the flame tube 10 of the turbine engine combustion chamber 11. An igniter flame torch ignites a fuel assembly in a gas turbine combustion chamber 11.

Для обеспечения горения ТВС не только в воспламенителе, но и на выходе из него воздух в воспламенитель подается в количествах, значительно менее стехиометрических, и сгорание топлива происходит с низкой полнотой. Одновременно из-за отсутствия специальных устройств стабилизация фронта пламени в воспламенителе является неустойчивой. По этим причинам горение переобогащенной ТВС в воспламенителе происходит со срывами пламени. Квазистабилизация процесса горения в воспламенителе создается постоянным искрообразованием на разрядном участке 6 свечи 5 зажигания с частотой f_и~10...30 Гц. При этом частота срывов факела пламени на выходе из пламеперебрасывающего устройства 7 обычно меньше f_и, и при этом длительность отдельных срывов может достигать (0,5... 1) с и более.To ensure combustion of fuel assemblies not only in the ignitor, but also at the outlet from it, air is supplied to the ignitor in quantities significantly less than stoichiometric, and the fuel is burned with low completeness. At the same time, due to the lack of special devices, stabilization of the flame front in the igniter is unstable. For these reasons, the combustion of re-enriched fuel assemblies in the igniter occurs with flame outages. Quasistabilization of the combustion process in the igniter is created by constant sparking on the discharge section 6 of the spark plug 5 with a frequency f _and ~ 10 ... 30 Hz. In this case, the frequency of flame-outs at the outlet of the flame-throwing device 7 is usually less than f _and , and the duration of individual failures can reach (0.5 ... 1) s or more.

С целью создания факела пламени, пульсирующего с частотой, приблизительно равной f_и, и устранения отдельных длительных срывов факела пламени в направлении пламеперебрасывающего устройства 7 под сверхкритическим перепадом давления струей через воздушную форсунку 8 подают дополнительный воздух, соблюдая соотношение:In order to create a flame torch pulsating with a frequency approximately equal to f _and , and to eliminate individual long-term stalls of the flame torch in the direction of the flame retardant device 7, under the supercritical pressure drop, additional air is supplied through the air nozzle 8, observing the ratio:

G_c/ G_o≤0.24,G _c / G _o ≤0.24,

где:Where:

G_c - расход дополнительного воздуха, подаваемого струей через воздушную форсунку 8;G _c - the flow rate of additional air supplied by the jet through the air nozzle 8;

Такой способ эксплуатации воспламенителя обеспечивает его эффективную работу и надежный запуск ГТД при менее сложной собственной конструкции по сравнению с прототипом.This method of operation of the igniter ensures its efficient operation and reliable start of the gas turbine engine with a less complex internal design compared to the prototype.

Воспламенитель проходит на предприятии опытную эксплуатацию при стендовых испытаниях ГТД.The igniter passes trial operation at the enterprise during bench tests of the gas turbine engine.

Claims

A method of operating a starting flare ignitor of a combustion chamber of a gas turbine engine, in which air is supplied to the ignition chamber along its walls towards the nozzle, characterized in that an additional stream of air is supplied to the ignition combustion chamber in the direction of the flame retardant device under a supercritical pressure drop, observing the ratio

G _c / G _o ≤0.24,

where G _c is the flow rate of air supplied by the jet;

G _o - total air flow through the igniter.