RU2348823C2 - Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle - Google Patents
Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348823C2 RU2348823C2 RU2007113658/06A RU2007113658A RU2348823C2 RU 2348823 C2 RU2348823 C2 RU 2348823C2 RU 2007113658/06 A RU2007113658/06 A RU 2007113658/06A RU 2007113658 A RU2007113658 A RU 2007113658A RU 2348823 C2 RU2348823 C2 RU 2348823C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- film
- nozzle
- air flow
- bell
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область применения.Application area.
Изобретение относится к топливоподающим системам газотурбинных двигателей и установок, точнее - касается способа распыливания и форсунок для распыливания жидкого углеводородного топлива в высокоскоростном потоке сжатого воздуха в камерах сгорания газотурбинных двигателей или газотурбинных установок с низконапорными системами подачи топлива.The invention relates to fuel supply systems of gas turbine engines and installations, more specifically, relates to a method of spraying and nozzles for spraying liquid hydrocarbon fuel in a high speed stream of compressed air in the combustion chambers of gas turbine engines or gas turbine installations with low pressure fuel supply systems.
Уровень техники.The prior art.
Широко известны механические форсунки без воздушного распыливания топлива.Mechanical nozzles without air atomization of fuel are widely known.
Использование механических форсунок (без воздушного распыливания топлива) в таких случаях приводит к снижению равномерности поля температур газа в выходном сечении камеры сгорания и к чрезмерному дымлению.The use of mechanical nozzles (without air atomization of fuel) in such cases leads to a decrease in the uniformity of the gas temperature field in the output section of the combustion chamber and to excessive smoke.
Широко известны топливные форсунки с воздушным распыливанием.Air spray nozzles are widely known.
Известны многочисленные конструкции топливных форсунок (см., например, патенты США №6272840, №6082113, №6986255), которые осуществляют многостадийное распыливание топлива воздушным потоком на распыливающих кромках.Numerous fuel injector designs are known (see, for example, US Pat. Nos. 6,272,840, 6,082,113, 6,986,255), which carry out multi-stage atomization of fuel by air flow at the spray edges.
Известна топливная форсунка (ЕР 0444811 А1), которая содержит концентрически расположенные: центральный воздушный завихритель, топливный канал с распыливающей кромкой на выходе и наружный лопаточный завихритель воздуха с разделением потока.Known fuel nozzle (EP 0444811 A1), which contains concentrically located: a central air swirler, a fuel channel with a spray edge at the outlet and an external blade air swirl with flow separation.
Такая топливная форсунка, близкая к традиционной, обеспечивает одностадийное распыливание, имеющее недостаточно хорошую мелкость рапыливания, плохое перемешивание капель топлива с воздухом, подведенным через наружный завихритель, большую неравномерность факела распыла в поперечном сечении как по концентрации, так и по размерам капель. Из-за отсутствия средств стабилизации течения воздушного потока снижается устойчивость топливно-воздушного факела и увеличивается его склонность к пульсациям, что в свою очередь приводит к уменьшению зоны устойчивой работы камеры сгорания.Such a fuel nozzle, close to the traditional one, provides single-stage atomization having insufficiently fine fineness of spraying, poor mixing of fuel droplets with air supplied through an external swirler, and large non-uniformity of the spray pattern in the cross section both in concentration and in droplet size. Due to the lack of means to stabilize the flow of air flow, the stability of the fuel-air torch decreases and its tendency to pulsations increases, which in turn leads to a decrease in the zone of stable operation of the combustion chamber.
Известна опытная пневматическая форсунка с предварительным созданием пленки жидкости (R.Bryan, P.S.Godbole, and E.R.Norster, Characteristics of Airblast Atomizers, in E.R.Norster (ed). Combustion and Heat Transfer in Gas Turbine Systems, Grandfield International Symposium Series. vol.11, pp 343-359, Pergamon, London, 1971, пер, А Лефевр, Камеры сгорания, 1989 г., М., Мир, стр.438-439). Форсунка содержит поверхность, на которой образуется пленка жидкости, распылительную кромку поверхности, с которой стекает жидкость. На вход форсунки подают воздух и топливо, топливо подводится на периферии воздушного потока. Форсунка содержит конус для отклонения воздушного потока в сторону распылительной кромки.A well-known experienced pneumatic nozzle with preliminary creation of a liquid film (R. Bryan, PS Godbole, and ER Norster, Characteristics of Airblast Atomizers, in ER Norster (ed). Combustion and Heat Transfer in Gas Turbine Systems, Grandfield International Symposium Series. Vol. 11 , pp 343-359, Pergamon, London, 1971, lane A. Lefebvre, Combustion chambers, 1989, M., Mir, pp. 438-439). The nozzle contains a surface on which a liquid film is formed, a spray edge of the surface from which the liquid flows. At the inlet of the nozzle, air and fuel are supplied, fuel is supplied at the periphery of the air flow. The nozzle contains a cone for deflecting air flow towards the spray edge.
При работе форсунки топливо распределяется по поверхности в тонкую пленку, которая срывается у кромки поверхности, и обдувается воздухом с двух сторон, что и обеспечивает ее распыливание.During the operation of the nozzle, fuel is distributed over the surface into a thin film that breaks off at the edge of the surface and is blown with air from two sides, which ensures its atomization.
Известен способ распыливания топлива и низконапорная форсунка (патент РФ №2249118).A known method of atomizing fuel and a low-pressure nozzle (RF patent No. 2249118).
Низконапорная форсунка содержит кольцевые распыливающие кромки, корпус, в котором расположен центральный завихритель воздуха, канал для подвода топлива, имеющий шнековый завихритель, удаленный от выходного среза канала. На корпусе расположен наружный завихритель воздуха. Вокруг канала для подвода топлива расположен канал подвода воздуха высокого давления.The low-pressure nozzle contains annular spray edges, a housing in which the central air swirl is located, a fuel supply channel having a screw swirl, remote from the channel exit cut. An external air swirl is located on the housing. Around the channel for supplying fuel is a channel for supplying high pressure air.
Способ распыла топлива осуществляется низконапорной форсункой следующим образом. Топливо, которое оказывается между двумя закрученными потоками воздуха, образованными центральным и шнековыми завихрителями воздуха, дробится на двух распыливающих кромках. Образующиеся капли топлива дополнительно дробятся на кромках наружного завихрителя.The method of spraying fuel is carried out by a low-pressure nozzle as follows. The fuel that is between two swirling air streams formed by the central and screw air swirls is crushed at two spray edges. The resulting droplets of fuel are further crushed at the edges of the external swirl.
В известном техническом решении на выходе топливного сопла с кромок будут срываться как мелкие, так и крупные капли.In a known technical solution, both small and large droplets will be torn off the edges at the exit of the fuel nozzle.
Вследствие этого невозможно получить однородность распыла в радиальном сечении как по концентрации, так и по размерам капель, что приведет к увеличению склонности топливно-воздушного факела к пульсациям, и в свою очередь ведет к уменьшению зоны устойчивой работы камеры сгорания.As a result of this, it is impossible to obtain spray uniformity in the radial section both in concentration and in droplet size, which will lead to an increase in the propensity of the fuel-air jet to pulsations, and in turn will lead to a decrease in the zone of stable operation of the combustion chamber.
В известных технических решениях поток жидкого углеводородного топлива распыливается воздушными потоками в капли на распыливающих кромках. Такое распыливание не обеспечивает мелкодисперсность и равномерность распределения капель топлива в факеле распыла, удовлетворяющую современные газотурбинные двигатели и установки.In known technical solutions, a stream of liquid hydrocarbon fuel is atomized by air streams into droplets at the spray edges. Such spraying does not provide finely dispersed and even distribution of fuel droplets in the spray torch, which satisfies modern gas turbine engines and installations.
Мелкодисперсность и равномерность распределения капель топлива в факеле распыла оказывают существенное влияние на дымление и равномерность поля температур в выходном сечении камеры сгорания.The fineness and uniformity of the distribution of droplets of fuel in the spray plume have a significant effect on smoke and uniformity of the temperature field in the outlet section of the combustion chamber.
Улучшение мелкодисперсности и равномерности распределения капель топлива в факеле распыла обычно сопровождается расширением зоны устойчивой работы камеры сгорания.Improving the fineness and uniformity of the distribution of fuel droplets in the spray plume is usually accompanied by the expansion of the zone of stable operation of the combustion chamber.
Способа распыливания жидкого углеводородного топлива в высокоскоростном потоке воздуха, сжатого в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, посредством форсунки, на вход которой поступает поток жидкого углеводородного топлива с низким напором, путем формирования внутри форсунки свободной, не соприкасающейся с твердой поверхностью, вращающейся колоколообразной топливной пленки и ее распыливания высокоскоростным потоком воздуха, и топливной форсунки для его осуществления в уровне техники не выявлено.A method of atomizing liquid hydrocarbon fuel in a high-speed stream of air compressed in a compressor of a gas turbine engine or gas turbine installation, by means of a nozzle that receives a low-pressure liquid hydrocarbon fuel stream at the inlet by forming a rotating, bell-shaped fuel film inside the nozzle that is not in contact with a solid surface and its atomization by a high-speed stream of air, and a fuel nozzle for its implementation in the prior art is not revealed.
Характерным для усовершенствованных современных воздушно-реактивных двигателей, малоразмерных газотурбинных двигателей и газотурбинных установок является низкий перепад давления между топливной системой и камерой сгорания, недостаточный для мелкодисперсного распыливания топлива в форсунке, и высокая степень повышения давления воздуха, в компрессоре, что ведет к формированию высокоскоростных потоков воздуха на входе в полость жаровой трубы.A characteristic feature of modern advanced jet engines, small gas turbine engines and gas turbine units is a low pressure drop between the fuel system and the combustion chamber, insufficient for fine atomization of fuel in the nozzle, and a high degree of increase in air pressure in the compressor, which leads to the formation of high-speed flows air at the entrance to the cavity of the flame tube.
Основной задачей изобретения является создание способа распыливания жидкого углеводородного топлива в высокоскоростном потоке воздуха, сжатого в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, посредством форсунки, на вход которой поступает поток жидкого углеводородного топлива с низким напором, позволяющего расширить зону устойчивой работы камеры сгорания за счет стабилизации топливно-воздушного факела, улучшения мелкости и окружной равномерности распределения капель топлива.The main objective of the invention is to provide a method for atomizing liquid hydrocarbon fuel in a high-speed stream of air compressed in a compressor of a gas turbine engine or gas turbine installation, by means of an injector at the inlet of which a stream of liquid hydrocarbon fuel with a low pressure is supplied, which allows expanding the area of stable operation of the combustion chamber by stabilizing the fuel -air torch, improving the fineness and circumferential uniformity of the distribution of droplets of fuel.
Другой задачей изобретения является уменьшение эмиссии вредных веществ (NOx, сажи), благодаря более быстрому смешению воздуха с мелкими каплями топлива.Another object of the invention is to reduce the emission of harmful substances (NOx, soot), due to the faster mixing of air with small drops of fuel.
Техническим результатом является мелкодисперсный устойчивый воздушный факел распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива.The technical result is a finely dispersed stable air spray with evenly distributed droplets of fuel.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Поставленная задача решается тем, что в способе распыливания жидкого углеводородного топлива в потоке воздуха, сжатого в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, проходящего через форсунку, на вход которой поступает поток топлива с низким напором, поступающий поток топлива разделяют на струйки, равномерно располагают их по окружности, сообщают им дополнительное тангенциальное направление движения, сливают струйки в топливную пленку на короткой твердой поверхности, охватывающей все струйки с внешней стороны, и формируют, за счет вращения, свободную, не соприкасающуюся с твердой поверхностью, вращающуюся колоколообразную топливную пленку, вдувают в ее полость осевой поток воздуха, выравнивающий давление воздуха по обе стороны пленки, и дающий возможность вращающейся колоколообразной топливной пленке, по мере своего движения к выходному соплу форсунки, расширяться без разрушения, внедряют истонченную в результате расширения топливную пленку в периферийный высокоскростной поток воздуха, предварительно закрученный в направлении вращения пленки, который распыливает пленку с получением мелкодисперсного факела распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива.The problem is solved in that in the method of spraying liquid hydrocarbon fuel in a stream of air compressed in a compressor of a gas turbine engine or gas turbine unit passing through an injector, the fuel stream with a low pressure is fed to its input, the incoming fuel stream is divided into trickles, they are evenly arranged along circles, give them an additional tangential direction of motion, pour the trickles into the fuel film on a short solid surface, covering all the trickles from the outside, and form, due to rotation, a free, non-contacting solid surface, rotating bell-shaped fuel film, an axial air flow is blown into its cavity, equalizing the air pressure on both sides of the film, and enabling a rotating bell-shaped fuel film, as it moves to the exit the nozzle of the nozzle, expand without breaking, introduce a thin film of the expansion film as a result of expansion into the peripheral high-speed air flow, previously swirling in the direction of rotation of the plate APIS, which film is atomized to obtain fine spray pattern with evenly distributed circumferentially fuel droplets.
Целесообразно, чтобы поток воздуха, сжатый в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, был разделен на два потока, один из которых подавали бы вдоль оси форсунки и он являлся бы осевым, компенсирующим воздух, эжектируемый пленкой топлива, а второй поток подавали бы вдоль внутренней стенки корпуса форсунки, и он являлся бы периферийным высокоскоростным потоком воздуха.It is advisable that the air stream compressed in the compressor of a gas turbine engine or gas turbine installation be divided into two streams, one of which would be supplied along the axis of the nozzle and it would be axial, compensating for the air ejected by the fuel film, and the second stream would be supplied along the inner wall nozzle body, and it would be a peripheral high-speed air flow.
Целесообразно также, чтобы для поддержания вращения колоколообразной топливной пленки, осевой поток воздуха был закручен в направлении вращения колоколообразной топливной пленки.It is also advisable that in order to maintain the rotation of the bell-shaped fuel film, the axial air flow was swirled in the direction of rotation of the bell-shaped fuel film.
Поставленная задача решается также тем, что форсунка для распыливания жидкого углеводородного топлива в высокоскоростном потоке воздуха содержит корпус, снабженный выходным соплом и, по меньшей мере, одним входом для ввода потока воздуха, сжатого в компрессоре, топливную иглу, соосно установленную в корпусе, на вход которой поступает поток жидкого углеводородного топлива из низконапорной системы подачи топлива, многозаходный топливный шнек, размещенный в топливном канале, разделяющий поступающий поток топлива на отдельные равномерно расположенные по окружности струйки и сообщающий им дополнительную тангенциальную скорость, канал осевого воздушного потока, соосно установленный внутри топливной иглы, который направляет осевой поток воздуха к выходу из топливной иглы и затем к соплу, при этом плоскость выходного конца канала осевого воздушного потока вместе со шнеком смещены внутрь топливной иглы с образованием короткой, охватывающей топливные струйки, твердой поверхности, принадлежащей внутренней поверхности топливной иглы, и обеспечивающей слияние топливных струек во вращающуюся топливную пленку, которая после стекания с твердой поверхности, в результате вращения, принимает колоколообразную форму, канал периферийного высокоскоростного воздушного потока, между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью топливной иглы, с завихрителем, установленным в этом канале, при этом расстояние между выходной кромкой сопла корпуса и выходным концом топливной иглы выбрано так, что обеспечивает расширение колоколообразной топливной пленки с внутреннего диаметра топливной иглы до диаметра выходной кромки выходного сопла без их соприкосновения и внедрение внутрь периферийного высокоскоростного потока воздуха этой колоколообразной топливной пленки растянутой, истонченной в результате вращения и неразрушенной, благодаря внедрению в полость колоколообразной топливной пленки осевого воздушного потока, выравнивающего давление воздуха по обе стороны пленки.The problem is also solved by the fact that the nozzle for spraying liquid hydrocarbon fuel in a high-speed air stream contains a housing equipped with an outlet nozzle and at least one input for introducing a stream of air compressed in the compressor, a fuel needle coaxially mounted in the housing at the input which receives a stream of liquid hydrocarbon fuel from a low-pressure fuel supply system, a multi-start fuel auger located in the fuel channel, dividing the incoming fuel stream into separate evenly located around the circumference of the trickle and giving them additional tangential speed, the axial air flow channel coaxially mounted inside the fuel needle, which directs the axial air flow to the exit of the fuel needle and then to the nozzle, while the plane of the output end of the axial air flow channel along with the screw is offset inside the fuel needle with the formation of a short, covering the fuel jets, a solid surface belonging to the inner surface of the fuel needle, and ensuring the merger of the fuel swell into a rotating fuel film, which, after draining from a solid surface, as a result of rotation, takes a bell-shaped shape, a channel of peripheral high-speed air flow, between the inner surface of the housing and the outer surface of the fuel needle, with a swirl installed in this channel, while the distance between the outlet the edge of the nozzle of the housing and the output end of the fuel needle is selected so that it expands the bell-shaped fuel film from the inner diameter of the fuel needle to the diameter one edge of the outlet nozzle without touching them and introducing into the peripheral high-speed air flow this bell-shaped fuel film stretched, thinned as a result of rotation, and not destroyed, due to the introduction of an axial air flow into the cavity of the bell-shaped fuel film, equalizing the air pressure on both sides of the film.
Целесообразно, чтобы многозаходный топливный шнек был бы размещен у выхода топливной иглы.It is advisable that the multi-start fuel auger be placed at the exit of the fuel needle.
Форсунка может иметь перепускной канал, соединяющий канал осевого воздушного потока и канал периферийного высокоскоростного воздушного потока.The nozzle may have a bypass channel connecting the axial air flow channel and the peripheral high-speed air flow channel.
Форсунка может содержать завихритель воздуха, установленный в канале осевого воздушного потока.The nozzle may comprise an air swirl mounted in an axial air flow channel.
Короткая твердая поверхность, принадлежащая внутренней поверхности топливной иглы, обеспечивающая слияние топливных струек во вращающуюся топливную пленку, может быть выполнена цилиндрической.A short solid surface belonging to the inner surface of the fuel needle, allowing the fuel jets to merge into a rotating fuel film, can be cylindrical.
Короткая твердая поверхность может быть выполнена также конической или сферической.A short hard surface can also be conical or spherical.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В дальнейшем осуществление изобретения поясняется описанием и чертежами, на которых:In the future, the invention is illustrated by the description and drawings, in which:
на фиг.1 изображена принципиальная конструкция топливной форсунки, согласно изобретению.figure 1 shows the basic design of the fuel nozzle according to the invention.
На фиг.2 изображен узел А топливной форсунки.Figure 2 shows the node And the fuel nozzle.
Фиг.3 и 4 (фотокопии) иллюстрируют образование и истечение истонченной топливной пленки, согласно изобретению.Figures 3 and 4 (photocopies) illustrate the formation and expiration of a thinned fuel film according to the invention.
При этом фиг.3 иллюстрирует истечение истонченной топливной пленки без подачи воздуха, фиг.4 - распыливание истонченной топливной пленки высокоскоростным потоком воздуха.In this case, FIG. 3 illustrates the outflow of a thinned fuel film without air supply, and FIG. 4 shows spraying of a thinned fuel film with a high-speed air stream.
Фиг.5 и 6 (фотокопии) иллюстрируют традиционную картину образования струек и капель топлива, для сравнения с изобретением. При этом фиг.5 иллюстрирует истечение топлива без подачи воздуха, фиг.6 - распыливание топлива высокоскоростным потоком воздуха.5 and 6 (photocopies) illustrate the traditional pattern of formation of streams and drops of fuel, for comparison with the invention. In this case, FIG. 5 illustrates the outflow of fuel without supplying air; FIG. 6 illustrates the atomization of fuel by a high-speed air stream.
Способ распыливания жидкого углеводородного топлива в потоке воздуха, сжатого в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, проходящего через форсунку, на вход которой поступает поток топлива с низким напором, осуществляют следующим образом.The method of spraying liquid hydrocarbon fuel in a stream of air compressed in a compressor of a gas turbine engine or gas turbine installation passing through an injector at the inlet of which a low-pressure fuel stream enters is carried out as follows.
Поступающий поток топлива разделяют на струйки, равномерно располагают их по окружности и сообщают им дополнительное тангенциальное направление движения.The incoming fuel flow is divided into trickles, they are evenly arranged around the circumference and give them an additional tangential direction of movement.
Затем струйки сливают в топливную пленку на короткой твердой поверхности, охватывающей все струйки с внешней стороны, и формируют, за счет вращения, свободную, не соприкасающуюся с твердой поверхностью, вращающуюся колоколообразную топливную пленку.Then the trickles are poured into the fuel film on a short solid surface, covering all the trickles from the outside, and form, due to rotation, a free, bell-shaped fuel film not in contact with the solid surface.
При этом вдувают в полость, образовавшуюся внутри колоколообразной топливной пленки, осевой поток воздуха, который выравнивает давление по обеим сторонам пленки.In this case, the axial air flow, which equalizes the pressure on both sides of the film, is blown into the cavity formed inside the bell-shaped fuel film.
Это дает возможность вращающейся колоколообразной топливной пленке, по мере своего движения к выходному соплу форсунки, расширяться без разрушения.This allows the rotating bell-shaped fuel film to expand without breaking as it moves towards the nozzle exit nozzle.
Для поддержания вращения колоколообразной топливной пленки, осевой поток воздуха закручивают в направлении вращения колоколообразной топливной пленки.To maintain the rotation of the bell-shaped fuel film, the axial air flow is twisted in the direction of rotation of the bell-shaped fuel film.
Истонченную в результате расширения, но не разрушенную топливную пленку, внедряют в периферийный высокоскоростной поток воздуха, который предварительно закручивают в направлении вращения пленки.Thinned as a result of expansion, but not destroyed, the fuel film is introduced into the peripheral high-speed air flow, which is pre-screwed in the direction of rotation of the film.
Периферийный высокоскоростной поток воздуха распыливает внедренную в него пленку с получением мелкодисперсного факела распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива.A peripheral high-speed air stream sprays the film embedded in it to produce a finely dispersed spray jet with fuel droplets evenly distributed around the circumference.
Поток воздуха, сжатый в компрессоре газотурбинного двигателя или установки, и проходящий через форсунку, может быть разделен на два потока. Один поток подают вдоль оси форсунки. Этот поток, являющийся осевым, компенсирует воздух, эжектируемый пленкой топлива, и не позволяет пленке «склепываться» по мере ее движения к выходному соплу форсунки. Второй поток подают вдоль внутренней стенки корпуса форсунки, и он является периферийным высокоскоростным потоком воздуха.The air stream compressed in the compressor of a gas turbine engine or installation, and passing through the nozzle, can be divided into two streams. One stream is fed along the axis of the nozzle. This axial flow compensates for the air ejected by the fuel film and does not allow the film to “rivet” as it moves toward the nozzle outlet nozzle. The second stream is fed along the inner wall of the nozzle body, and it is a peripheral high-speed air stream.
Форсунка (фиг.1) для распыливания жидкого углеводородного топлива в высокоскоростном потоке воздуха, сжатого в компрессоре газотурбинного двигателя или газотурбинной установки, согласно изобретению, содержит корпус 1, снабженный выходным соплом 2. Форсунка имеет вход 3 для ввода потока воздуха, сжатого в компрессоре, например, в виде отверстия, выполненного в корпусе 1. Форсунка может иметь более одного входа, например, два и более, т.е. в корпусе 1 может быть сделано, например, несколько отверстий.An injector (FIG. 1) for atomizing liquid hydrocarbon fuel in a high speed air stream compressed in a compressor of a gas turbine engine or gas turbine installation, according to the invention, comprises a housing 1 provided with an outlet nozzle 2. The nozzle has an inlet 3 for introducing an air flow compressed in the compressor, for example, in the form of an opening made in the housing 1. The nozzle may have more than one inlet, for example, two or more, i.e. in the housing 1, for example, several holes can be made.
Форсунка содержит также топливную иглу 4, соосно установленную в корпусе 1. На вход топливной иглы 4 поступает поток жидкого углеводородного топлива из низконапорной системы подачи топлива (не показана).The nozzle also contains a fuel needle 4, coaxially mounted in the housing 1. At the entrance of the fuel needle 4 receives a stream of liquid hydrocarbon fuel from a low-pressure fuel supply system (not shown).
Форсунка снабжена многозаходным топливным шнеком 5, размещенным в топливном канале 6.The nozzle is equipped with a multi-start fuel screw 5 located in the fuel channel 6.
Форсунка содержит также канал 7 осевого воздушного потока, соосно установленный внутри топливной иглы 5, направляющий осевой поток воздуха к выходу из топливной иглы 4 и затем к соплу 2, и канал 8 периферийного высокоскростного воздушного потока, расположенный между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью топливной иглы 4 и связанный с входом 3 для ввода потока воздуха, сжатого в компрессоре, в корпусе 1 форсунки.The nozzle also contains an axial air flow channel 7 coaxially mounted inside the fuel needle 5, directing the axial air flow to the exit of the fuel needle 4 and then to the nozzle 2, and a peripheral high-velocity air flow channel 8 located between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the fuel needles 4 and connected to the input 3 for inputting a stream of air compressed in the compressor in the nozzle body 1.
Плоскость выходного конца канала 7 осевого воздушного потока вместе со шнеком 5 смещены внутрь топливной иглы 4 на расстояние b с образованием короткой, охватывающей топливные струйки, твердой поверхности 10, принадлежащей внутренней поверхности топливной иглы 4, обеспечивающей слияние топливных струек во вращающуюся топливную пленку, которая, после отекания с твердой поверхности, в результате вращения, принимает колоколообразную форму.The plane of the outlet end of the axial air flow channel 7 along with the screw 5 is displaced inside the fuel needle 4 by a distance b to form a short,
Короткая твердая поверхность 10 может быть выполнена, например, цилиндрической. Твердая поверхность 10 может быть выполнена также конической или сферической.A short
Выходная кромка 11 выходного сопла 2 корпуса 1 отстоит на расстояние b1 от выходного конца 12 топливной иглы 4.The
Расстояние b1 выбрано так, что обеспечивает расширение колоколообразной топливной пленки за счет ее вращения с внутреннего диаметра топливной иглы 4 до диаметра выходной кромки 11 выходного сопла 2 без их соприкосновения и внедрение истонченной еще не разрушенной колоколообразной топливной пленки внутрь периферийного высокоскоростного потока воздуха.The distance b1 is chosen so that the bell-shaped fuel film expands due to its rotation from the inner diameter of the fuel needle 4 to the diameter of the
В канале 8 периферийного высокоскоростного воздушного потока установлен завихритель 9.In the channel 8 of the peripheral high-speed air flow, a swirler 9 is installed.
Завихритель 9 имеет лопатки, которые нарезаны на внешней поверхности топливной иглы 4.The swirl 9 has blades that are cut on the outer surface of the fuel needle 4.
Завихритель может быть также установлен в канале 7 осевого воздушного потока (на чертеже не показан).The swirler can also be installed in the channel 7 of the axial air flow (not shown).
Форсунка может иметь также перепускной канал 13, соединяющий канал 7 осевого воздушного потока и канал 8 периферийного высокоскоростного воздушного потока для распределения воздушного потока по каналам 7 и 8.The nozzle may also have a bypass channel 13 connecting the axial air flow channel 7 and the peripheral high-speed air flow channel 8 to distribute the air flow through channels 7 and 8.
При работе форсунка реализует способ распыливания жидкого углеводородного топлива, согласно изобретению.During operation, the nozzle implements a method for atomizing liquid hydrocarbon fuel according to the invention.
Форсунка работает следующим образом.The nozzle works as follows.
Жидкое углеводородное топливо из низконапорной системы подачи топлива поступает по топливному каналу 6 на многозаходный топливный шнек 5.Liquid hydrocarbon fuel from the low-pressure fuel supply system enters through the fuel channel 6 to the multi-fuel auger 5.
Многозаходный шнек 5 разделяет поступающий поток топлива на отдельные струйки, равномерно расположенные по окружности топливной иглы 4, и сообщает им дополнительную тангенциальную скорость.Multiple auger 5 divides the incoming fuel flow into separate streams, evenly spaced around the circumference of the fuel needle 4, and gives them an additional tangential speed.
Полученные струйки на короткой твердой поверхности 10 сливаются во вращающуюся топливную пленку, которая, после отекания с короткой твердой поверхности 10, в результате вращения, принимает колоколообразную форму.The obtained trickles on a short
Осевой воздушный поток, вдуваемый по каналу 7 в полость, образовавшуюся внутри колоколообразной топливной пленки, выравнивает давление по обеим ее сторонам, позволяя вращающейся колоколообразной топливной пленке расширяться при своем движении к выходному соплу 2 форсунки без разрушения.The axial air flow blown through channel 7 into the cavity formed inside the bell-shaped fuel film equalizes the pressure on both sides, allowing the rotating bell-shaped fuel film to expand when it moves to the nozzle exit nozzle 2 without destruction.
Завихритель 9 закручивает периферийный высокоскоростной поток воздуха в направлении вращения топливной пленки.The swirler 9 swirls a peripheral high-speed air flow in the direction of rotation of the fuel film.
Вращающаяся колоколообразная топливная пленка расширяется при движении с внутреннего диаметра топливной иглы 4 до диаметра выходной кромки 11 выходного сопла 2 без соприкосновения с этой кромкой.The rotating bell-shaped fuel film expands when moving from the inner diameter of the fuel needle 4 to the diameter of the
Растянутая, неразрушенная колоколообразная топливная пленка внедряется внутрь закрученного периферийного высокоскоростного потока воздуха, который распыливает пленку с получением мелкодисперсного факела распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива.A stretched, unbroken bell-shaped fuel film is introduced into the swirling peripheral high-speed air stream, which sprays the film to produce a finely dispersed spray jet with fuel droplets evenly distributed around the circumference.
На фиг.3 представлена истонченная топливная пленка и картина распыла (фиг.4) при осуществлении способа топливной форсункой, согласно изобретению. На фиг.3 видна равномерная расширенная по диаметру пленка, которая в отсутствие воздушного потока распадается на крупные капли. Воздействие высокоскоростного воздушного потока на истонченную в результате ее расширения пленку (фиг.4) приводит к существенному улучшению мелкости распыливания и равномерному распределению аэрозоля в радиальном сечении как по концентрации так и по размерам капель. Полученный эффект наблюдается на всех режимах работы двигателя.Figure 3 presents the thinned fuel film and the spray pattern (figure 4) when implementing the method of a fuel nozzle according to the invention. Figure 3 shows a uniformly expanded diameter film, which in the absence of air flow breaks up into large droplets. The impact of high-speed air flow on the thinning film as a result of its expansion (Fig. 4) leads to a significant improvement in atomization fineness and uniform distribution of aerosol in the radial section both in concentration and in droplet size. The resulting effect is observed in all engine operation modes.
Топливная пленка более подвержена воздействию внешних аэродинамических сил, в отличие от дискретных струй или крупных капель. Основной проблемой при пневматическом распыливании топливных пленок форсунками с низконапорной системой подачи топлива является ее стремление принять более устойчивую форму - форму струи; этот эффект иногда называют «схлопыванием» пленки. Он связан с разряжением, образующимся на оси пленки. В результате давление воздушной среды на внешней поверхности пленки больше давления на ее внутренней поверхности; топливная пленка принимает форму «тюльпана» и затем «охлопывается» в более стабильную форму - струю.Fuel film is more susceptible to external aerodynamic forces, in contrast to discrete jets or large droplets. The main problem with pneumatic spraying of fuel films with nozzles with a low-pressure fuel supply system is its desire to take a more stable form - the shape of the jet; this effect is sometimes called "collapse" of the film. It is associated with a discharge formed on the axis of the film. As a result, the air pressure on the outer surface of the film is greater than the pressure on its inner surface; the fuel film takes the form of a “tulip” and then “slams” into a more stable form - a stream.
Отклонение топливной пленки от заданной колоколообразной формы приведет к ухудшению распыливания. Для предотвращения таких нежелательных явлений уменьшают перепад давления, действующий на топливную пленку путем наддува внутрь ее осевого потока. При этом объемный расход осевого воздушного потока приспособлен компенсировать расход воздуха, эжектируемого пленкой топлива, без разрушения самой пленки до момента внедрения в периферийный высокоскоростной воздушный поток.The deviation of the fuel film from a given bell-shaped form will lead to a deterioration in atomization. To prevent such undesirable phenomena, the pressure drop acting on the fuel film is reduced by blowing inside its axial flow. The volumetric flow rate of the axial air flow is adapted to compensate for the flow of air ejected by the fuel film without destroying the film itself until it is introduced into the peripheral high-speed air flow.
Для поддержания и усиления скорости вращения колоколообразной топливной пленки осевой поток воздуха может быть закручен в сторону вращения пленки. С этой же целью аналогично закручивается и периферийный высокоскоростной поток воздуха, внутренние, менее скоростные, слои которого поддерживают вращение пленки, а наружные, наиболее скоростные, раздробляют ее на мелкие капли.To maintain and increase the speed of rotation of the bell-shaped fuel film, the axial flow of air can be swirled in the direction of rotation of the film. For the same purpose, the peripheral high-speed air flow is twisted in a similar way, internal, less high-speed, the layers of which support the rotation of the film, and the outer, most high-speed ones, crush it into small droplets.
Как видно из фиг.5-6, система дискретных струй в пневматической форсунке ведет к несимметричности факела и неудовлетворительности распыла, особенно на начальных режимах работы двигателя.As can be seen from figure 5-6, the system of discrete jets in the pneumatic nozzle leads to the asymmetry of the torch and unsatisfactory spray, especially in the initial modes of engine operation.
Как видно из представленной картины распыла на фиг.5, согласно изобретению, на фиг.6 для известного типа пневматической форсунки, с образованием пленки на твердой поверхности, предлагаемые технические решения значительно повышают мелкодисперсность, однородность и равномерность распределения капель в окружном направлении по сравнению с известными.As can be seen from the spray pattern shown in FIG. 5, according to the invention, in FIG. 6 for a known type of pneumatic nozzle, with the formation of a film on a solid surface, the proposed technical solutions significantly increase the fineness, uniformity and uniformity of the distribution of droplets in the circumferential direction compared with the known .
Улучшение мелкодисперсности и равномерности распыла ведет к улучшению запуска камеры сгорания, увеличивает равномерность поля температур газа в выходном сечении камеры сгорания и расширяет область ее устойчивой работы по составу смеси, снижает возможность прогара стенок камеры, дымление и уровень эмиссии окислов азота.Improving the fine dispersion and uniformity of the spray leads to an improvement in the start of the combustion chamber, increases the uniformity of the gas temperature field in the output section of the combustion chamber and expands the area of its stable operation in the composition of the mixture, reduces the possibility of burnout of the chamber walls, smoke and the level of emission of nitrogen oxides.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Изобретение может быть использовано в современных воздушно-реактивных двигателях, малоразмерных газотурбинных двигателях и газотурбинных установках различного назначения.The invention can be used in modern jet engines, small gas turbine engines and gas turbine units for various purposes.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113658/06A RU2348823C2 (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113658/06A RU2348823C2 (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007113658A RU2007113658A (en) | 2008-10-20 |
| RU2348823C2 true RU2348823C2 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40040958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007113658/06A RU2348823C2 (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348823C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661120C1 (en) * | 2013-12-06 | 2018-07-11 | Нуово Пиньоне СРЛ | Washing nozzle and gas turbine engine |
-
2007
- 2007-04-12 RU RU2007113658/06A patent/RU2348823C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661120C1 (en) * | 2013-12-06 | 2018-07-11 | Нуово Пиньоне СРЛ | Washing nozzle and gas turbine engine |
| US10669884B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-06-02 | Nuovo Pignone Srl | Washing nozzles and gas turbine engines |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007113658A (en) | 2008-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5060955B2 (en) | Improved internal mixed air atomizing spray nozzle assembly | |
| US6863228B2 (en) | Discrete jet atomizer | |
| EP0705644A1 (en) | Internal mix air atomizing spray nozzle | |
| JPS6161015B2 (en) | ||
| US10047959B2 (en) | Fuel injector for fuel spray nozzle | |
| JPH0978073A (en) | High-efficiency nozzle for fluidized catalytic crackng | |
| EP2772690B1 (en) | Fuel nozzle with discrete jet inner air swirler | |
| CA2347614A1 (en) | Improved air assisted spray nozzle | |
| IL35999A (en) | Combustion apparatus | |
| WO2013115671A1 (en) | Liquid fuel nozzle for gas turbine and method for injecting fuel into a combustor of a gas turbine | |
| US4946105A (en) | Fuel nozzle for gas turbine engine | |
| CN108351105B (en) | Pre-membrane fuel/air mixer | |
| US10563587B2 (en) | Fuel nozzle with increased spray angle range | |
| US4815664A (en) | Airblast fuel atomizer | |
| US6698208B2 (en) | Atomizer for a combustor | |
| US10094352B2 (en) | Swirl impingement prefilming | |
| US4261517A (en) | Atomizing air metering nozzle | |
| EP3453973B1 (en) | Fuel spray nozzle | |
| US20190226681A1 (en) | Fuel nozzle | |
| RU2348823C2 (en) | Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle | |
| US20170370590A1 (en) | Fuel nozzle | |
| US5269495A (en) | High-pressure atomizing nozzle | |
| US5931387A (en) | Liquid atomizer | |
| US6053431A (en) | Liquid Atomizer | |
| RU2372557C1 (en) | Low-pressure atomiser and fuel spraying method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210413 |