RU2315912C1

RU2315912C1 - Tubular combustion chamber of gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2315912C1
Application number: RU2006119793/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Весенгириев
Original assignee: Михаил Иванович Весенгириев
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2008-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: proposed tubular combustion chamber of gas-turbine engine has space formed by casing, fire tube with burning zone and mixing zone, igniter and fuel feed system. Space formed by casing and front part of fire tube are sealed. Fuel feed system is made for delivery of cooling water into casing space and delivery of mixture of electrolyte and fuel through nozzle with cavitator into arc burning zone. Igniter is made in form of arc electrodes. Said electrodes are installed in fire tube for delivery of dc current to electrodes, striking and extinction of arc, and dissociation, ionization, ignition and turning into plasma vapors of mixture passing through arc burning zone. One of electrodes is movable at arc striking, and the conical channel.

EFFECT: increased economy and ecological efficiency.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к камерам сгорания, и может быть использовано в газотурбинных двигателях различного назначения.The invention relates to engine building, in particular to combustion chambers, and can be used in gas turbine engines for various purposes.

Известна камера сгорания воздушно-реактивного двигателя, содержащая корпус, в полости которого установлена жаровая труба с зоной горения, зоной смешения и форсункой подачи топлива /А.с. СССР, № 705211, F23R 3/14, 10.01.1980 г./ [1].A known combustion chamber of an aircraft engine containing a housing in the cavity of which a flame tube is installed with a combustion zone, a mixing zone and a fuel injector / A.s. USSR, No. 705211, F23R 3/14, 01/10/1980 / [1].

Недостатком известной камеры сгорания является ее работа на дорогом нефтяном топливе и токсичный выхлоп.A disadvantage of the known combustion chamber is its operation on expensive oil fuel and toxic exhaust.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является трубчатая камера сгорания, которая содержит полость, образованную кожухом, жаровую трубу с зоной горения и зоной смешения, воспламенительное устройство и систему подачи топлива, /Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. - 5-е изд. - М.: Машиностроение, 1981 г., стр.397-400, рис.9.19/ [2].Closest to the proposed invention is a tubular combustion chamber, which contains a cavity formed by the casing, a flame tube with a combustion zone and a mixing zone, an igniter and a fuel supply system, / Skubachevsky G.S. Aircraft gas turbine engines. - 5th ed. - M.: Mechanical Engineering, 1981, pp. 397-400, Fig. 9.19 / [2].

Недостатком камеры сгорания аналога является низкая экономическая и экологическая эффективность в работе.The disadvantage of the combustion chamber of the analogue is the low economic and environmental efficiency in operation.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении экономической и экологической эффективности камеры сгорания газотурбинного двигателя.The technical problem solved by the invention is to increase the economic and environmental efficiency of the combustion chamber of a gas turbine engine.

Поставленная задача решается тем, что в трубчатой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей полость, образованную кожухом, жаровую трубу с зоной горения и зоной смешения, воспламенительное устройство и систему подачи топлива, полость, образованная кожухом, и передняя часть жаровой трубы выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления чистой воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива через форсунку, выполненную с кавитатором, например, в виде местного сужения ее канала в зону горения вольтовой дуги. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного тока, например от бортовой электросети, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в жаровой трубе. При этом один из электродов вольтовой дуги может быть выполнен подвижным, например перемещаемым электромагнитным клапаном при зажигании вольтовой дуги, другой может быть выполнен конической формы и с конусным каналом.The problem is solved in that in a tubular combustion chamber of a gas turbine engine containing a cavity formed by the casing, a flame tube with a combustion zone and a mixing zone, an ignition device and a fuel supply system, a cavity formed by the casing, and the front of the flame tube are sealed. The fuel supply system is configured to supply and spray clean water into the cavity of the casing and to supply and spray a mixture of electrolyte / water solution of electrolyte / and fuel through a nozzle made with a cavitator, for example, in the form of a local narrowing of its channel into the zone of combustion of a volt arc. The ignition device is made in the form of volt / electric / arc electrodes, the electrodes of which are capable of supplying direct current to them, for example, from the on-board power supply, ignition and quenching of the volt arc and with the possibility of dissociation, ionization, ignition and conversion into plasma of the volt arc passing through the combustion zone mixture vapors installed in a flame tube. In this case, one of the electrodes of the volt arc can be made movable, for example, moved by a solenoid valve when igniting the volt arc, the other can be made conical in shape and with a conical channel.

Сущность изобретения схематично показана на чертеже.The invention is schematically shown in the drawing.

Пример выполнения предлагаемого решенияAn example of the implementation of the proposed solution

Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит герметичную полость 1 образованную кожухом 2, жаровую трубу 3 с герметичной передней частью 4 и зоной смешения 5, форсунку 6 подачи и распыления чистой воды в герметичную полость, форсунку 7 с кавитатором в виде, например, местного сужения ее канала /не показано/ подачи и распыления в зону горения 8 вольтовой /электрической/ дуги смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов 9 и 10 вольтовой дуги. При этом один из электродов, например 9, выполнен перемещаемым, например, электромагнитным клапаном 11, при зажигании вольтовой дуги. Другой электрод при этом выполнен конической формы и с конусным каналом 12. Установлены электроды в передней герметичной части жаровой трубы, через электроизолирующие втулки и прокладку 13. Жаровая труба закреплена стаканами 14, ее тепловые удлинения проходят в сторону турбины 15.The tubular combustion chamber of a gas turbine engine contains a sealed cavity 1 formed by a casing 2, a heat pipe 3 with a sealed front part 4 and a mixing zone 5, a nozzle 6 for supplying and spraying clean water into a sealed cavity, a nozzle 7 with a cavitator in the form, for example, of a local narrowing of its channel (not shown) feeding and spraying into the combustion zone an 8 volt / electric / arc mixture of an electrolyte / aqueous electrolyte solution / and fuel, for example methyl alcohol. The ignition device is made in the form of electrodes 9 and 10 of a volt arc. In this case, one of the electrodes, for example 9, is made by a movable, for example, electromagnetic valve 11, when igniting a volt arc. The other electrode is conical in shape and has a conical channel 12. Electrodes are installed in the front sealed portion of the flame tube, through electrically insulating sleeves and gasket 13. The flame tube is fixed by cups 14, its thermal extensions extend towards the turbine 15.

Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.The tubular combustion chamber of a gas turbine engine operates as follows.

Перед пуском в работу на электроды 9 и 10, электроизолированных от корпуса втулками и прокладкой 13, вольтовой дуги подают регулируемый, например блоком управления, постоянный ток от бортовой электросети, например, силой 3-4 А. Включают электромагнитный клапан 11 и кратковременным контактом концом подвижного электрода, например 9 с электродом конической формы 10, в его конусном канале 12 зажигают вольтовую дугу. Затем через форсунку 7 с кавитатором в переднюю герметичную часть 4 жаровой трубы 3 под давлением, например 5-20 атм, и под управлением блока управления подают смесь электролита, например, водного раствора едкого кали и топлива, например, 5% метилового спирта. За счет кавитации в кавитаторе форсунки 7 часть подаваемой воды диссоциирует, ионизируется и вся смесь тончайше распыляется, превращается в водяной пар за счет охлаждения элементов передней части 4 жаровой трубы 3 и по конусному каналу 12 поступает в зону горения 8 вольтовой дуги. Под воздействием горящей вольтовой дуги и за счет протекания постоянного тока через электролит смесь диссоциирует, ионизируется, воспламеняется, превращается в плазму и под давлением 5-20 атм и с температурой плазмы из зоны горения 8 вольтовой дуги в конусном канале 12 электрода 10 поступает в зону смешения 5 жаровой трубы 3. В герметичную полость 1, образованную кожухом 2, через форсунку 6 так же под давлением 5-20 атм и под управлением блока управления подают и распыляют, например, химочищенную воду, которая охлаждает жаровую трубу 3, превращается в водяной пар и затем поступает в зону смешения 5. В зоне смешения 5 продукты горения - плазма и водяной пар, поступающий из полости 1, смешиваются, температура плазмы нормализуется до приемлемого значения и затем поступает на турбину 15. При этом жаровая труба 3 в кожухе 2 крепится стаканами 14, ее тепловые удлинения проходят в сторону турбины. Электроды 9 и 10 охлаждаются проходящим через них и обтекающим их водяным паром. Для тушения вольтовой дуги отключают подачу постоянного тока на электроды 9 и 10 и прекращают подачу воды и смеси электролита и топлива в камеру сгорания.Before starting work on the electrodes 9 and 10, electrically insulated from the body by the bushings and the gasket 13, the volt arc is supplied with a regulated, for example, control unit, direct current from the on-board power supply, for example, with a force of 3-4 A. The electromagnetic valve 11 is turned on and the end of the movable is connected with a short-term contact electrode, for example 9 with a conical shape electrode 10, in its conical channel 12 a volt arc is ignited. Then, through a nozzle 7 with a cavitator, a mixture of electrolyte, for example, an aqueous solution of caustic potassium and fuel, for example, 5% methyl alcohol, is fed under pressure, for example 5-20 atm, to the front sealed portion 4 of the flame tube 3. Due to cavitation in the nozzle cavitator 7, part of the supplied water dissociates, ionizes, and the whole mixture is finest atomized, converted to water vapor by cooling the elements of the front part 4 of the flame tube 3 and enters the combustion zone of the 8 volt arc through the conical channel 12. Under the influence of a burning voltaic arc and due to the flow of direct current through the electrolyte, the mixture dissociates, ionizes, ignites, turns into plasma and at a pressure of 5-20 atm and with the temperature of the plasma from the combustion zone of the 8 volt arc in the conical channel 12 of the electrode 10 enters the mixing zone 5 of the flame tube 3. Into the sealed cavity 1 formed by the casing 2, through the nozzle 6 under the pressure of 5-20 atm and under the control of the control unit, for example, chemically purified water that cools the flame tube 3 is fed and sprayed water vapor and then enters the mixing zone 5. In the mixing zone 5, the combustion products — the plasma and water vapor coming from the cavity 1 are mixed, the plasma temperature is normalized to an acceptable value and then goes to the turbine 15. In this case, the heat pipe 3 in the casing 2 is attached by glasses 14, its thermal extensions extend towards the turbine. The electrodes 9 and 10 are cooled by steam passing through them and flowing around them. To extinguish the voltaic arc, the direct current supply to the electrodes 9 and 10 is turned off and the supply of water and a mixture of electrolyte and fuel to the combustion chamber is stopped.

Предлагаемая трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя в эксплуатации безопасна, высоко экономична и экологически безвредна. Найдет применение для газотурбинных двигателей различного назначения.The proposed tubular combustion chamber of a gas turbine engine in operation is safe, highly economical and environmentally friendly. Will find application for gas turbine engines for various purposes.

Claims

1. A tubular combustion chamber of a gas turbine engine containing a cavity formed by a casing, a fire tube with a combustion zone and a mixing zone, an igniter and a fuel supply system, characterized in that the cavity formed by the casing and the front part of the flame tube are sealed, fuel supply system made with the possibility of supplying and spraying water into the cavity of the casing and with the possibility of supplying and spraying a mixture of electrolyte / aqueous solution of electrolyte / and fuel through a nozzle made with a cavitator in the zones in the combustion of a volt arc, the ignition device is made in the form of volt / electric / arc electrodes, the electrodes of which are capable of supplying direct current to them, igniting and extinguishing the volt arc and with the possibility of dissociation, ionization, ignition and conversion into plasma of the volt arc passing through the combustion zone the vapor mixture is installed in the flame tube.

2. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that one of the electrodes of the volt arc is made movable when the volt arc is ignited, the other is conical in shape and with a conical channel.