RU2352864C1 - Method and device for burning fuel - Google Patents
Method and device for burning fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352864C1 RU2352864C1 RU2007145657/06A RU2007145657A RU2352864C1 RU 2352864 C1 RU2352864 C1 RU 2352864C1 RU 2007145657/06 A RU2007145657/06 A RU 2007145657/06A RU 2007145657 A RU2007145657 A RU 2007145657A RU 2352864 C1 RU2352864 C1 RU 2352864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- fuel
- flame tube
- air
- vortex
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в газотурбинных двигателях и энергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.The present invention relates to the field of fuel combustion and may find application in gas turbine engines and power plants, in plants for the processing and disposal of domestic and industrial waste.
Известны способ и устройство для сжигания топлива, содержащее основную камеру сгорания и первичную камеру сгорания, расположенную в сечении, перпендикулярном центральной оси жаровой трубы основной камеры сгорания. Основная камера сгорания содержит жаровую трубу, завихритель и канал выхода продуктов сгорания, расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси камеры, топливные форсунки. Первичная камера сгорания содержит жаровую трубу, завихритель, топливные форсунки, горелочное устройство и канал выхода продуктов сгорания, направленный тангенциально к боковой поверхности жаровой трубы основной камеры сгорания по направлению вращения потока. Первичная камера сгорания расположена за завихрителем или в одном сечении с завихрителем основной камеры сгорания (см. патент RU 2196940 С1, 20.01.2003).A known method and device for burning fuel, containing a main combustion chamber and a primary combustion chamber located in a section perpendicular to the central axis of the flame tube of the main combustion chamber. The main combustion chamber contains a flame tube, a swirl and a channel for the exit of combustion products located in one section perpendicular to the central axis of the chamber, fuel nozzles. The primary combustion chamber contains a flame tube, a swirl ring, fuel nozzles, a burner device and a combustion products outlet channel directed tangentially to the side surface of the flame tube of the main combustion chamber in the direction of flow rotation. The primary combustion chamber is located behind the swirl or in one section with the swirl of the main combustion chamber (see patent RU 2196940 C1, 01/20/2003).
Известное техническое решение не обеспечивает устойчивой работы и полноты сгорания при невысоком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом и не может реализовать процесс сжигания при давлении топлива на входе, равном или меньшем давления подаваемого воздуха. Это значительно сужает область его применения.The known technical solution does not provide stable operation and 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 less than the pressure of the supplied air. This significantly narrows the scope of its application.
Наиболее близким к заявленному способу сжигания топлива является способ сжигания топлива, описанный в патенте RU 2212003 С1, 10.09.2003 и заключающийся в том, что в жаровую трубу камеры сгорания подают сжигаемое топливо и воздух, сжигают топливовоздушную смесь, после чего продукты сгорания удаляют из камеры сгорания через канал выхода продуктов сгорания.Closest to the claimed method of burning fuel is the method of burning fuel described in patent RU 2212003 C1, 09/10/2003, which consists in the fact that the combusted fuel and air are supplied to the combustion tube of the combustion chamber, the air-fuel mixture is burned, after which the combustion products are removed from the chamber combustion through the outlet channel of combustion products.
Наиболее близким к заявленному устройству для сжигания топлива является устройство, также описанное в патенте RU 2212003 С1, 10.09.2003, включающее горелочное устройство, основную камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, задний завихритель с устройством подвода воздуха и канал выхода продуктов сгорания, а также первичную камеру сгорания, установленную перед основной камерой сгорания вдоль ее оси и содержащую расположенные на переднем торце устройства подвода сжигаемого топлива, воздуха и передний завихритель, выполненный в виде закручивающего соплового аппарата.Closest to the claimed device for burning fuel is a device also described in patent RU 2212003 C1, 09/10/2003, including a burner device, a main combustion chamber containing a flame tube, a rear swirl with a device for supplying air and an exit channel for combustion products, as well as a primary a combustion chamber mounted in front of the main combustion chamber along its axis and containing located on the front end of the device for supplying combustible fuel, air and a front swirler, made in the form of a twisting about the nozzle apparatus.
Недостатком указанных способа и устройства для сжигания топлива является то, что они не обеспечивают рабочий процесс сжигания при давлении топлива на входе в устройство ниже давления подаваемого воздуха, что обусловлено невозможностью обеспечения высокого среднего осевого градиента статического давления и направления его в сторону устройства подвода воздуха на режиме горения и, как следствие, снижение процесса эжектирования топлива от внешнего источника, включая выброс продуктов сгорания из приосевого вихря в направлении внешнего источника.The disadvantage of these methods and devices for burning fuel is that they do not provide a combustion process when the fuel pressure at the inlet of the device is lower than the pressure of the supplied air, due to the inability to provide a high average axial gradient of static pressure and directing it towards the air supply device in the mode combustion and, as a consequence, a decrease in the process of fuel ejection from an external source, including the emission of combustion products from the axial vortex in the direction of the external and source.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является обеспечение рабочего процесса сжигания топлива при давлении топлива на входе в устройство ниже давления подаваемого воздуха.The technical result of the claimed group of inventions is to provide a working process of burning fuel at a fuel pressure at the inlet of the device below the pressure of the supplied air.
Указанный технический результат достигается посредством способа сжигания топлива, заключающегося в том, что в жаровую трубу камеры сгорания подают сжигаемое топливо и воздух, сжигают топливовоздушную смесь, после чего продукты сгорания удаляют из камеры сгорания через канал выхода продуктов сгорания. Согласно изобретению часть воздуха подают в камеру сгорания со стороны канала выхода продуктов сгорания навстречу в осевом направлении сжигаемому топливу, поступающему в камеру сгорания через центральное отверстие центрального соплового канала, закручивают подаваемый воздух, образуя внутри жаровой трубы периферийный спиральный вихрь, другую часть воздуха подают через кольцевой сопловой канал вокруг центрального соплового канала навстречу осевому движению периферийного спирального вихря, закручивая воздух в направлении, совпадающем с направлением вращения периферийного спирального вихря, с образованием приосевого вихря и создавая при этом условия для эжектирования (подсасывания) в жаровую трубу через центральное отверстие центрального соплового канала сжигаемого топлива, обеспечивают таким образом подготовку топливовоздушной смеси и воспламеняют ее горящим факелом, поступающим из горелочного устройства тангенциально в периферийный спиральный вихрь по ходу его вращения. В районе центрального отверстия центрального соплового канала создают тороидальный вихрь за счет поворота периферийного вихря в осевом направлении в противоположную сторону. Горелочное устройство располагают в районе канала выхода продуктов сгорания. В периферийный вихрь дополнительно подают рабочее топливо.The specified technical result is achieved by a method of burning fuel, which consists in the fact that the combusted fuel and air are fed into the combustion tube of the combustion chamber, the air-fuel mixture is burned, after which the combustion products are removed from the combustion chamber through the exit channel of the combustion products. According to the invention, part of the air is fed into the combustion chamber from the side of the exhaust gas outlet channel towards the axially directed combustible fuel, which enters the combustion chamber through the central hole of the central nozzle channel, the supplied air is twisted, forming a peripheral spiral vortex inside the flame tube, another part of the air is fed through the annular nozzle channel around the central nozzle channel towards the axial movement of the peripheral spiral vortex, swirling air in the direction coinciding with the direction of rotation of the peripheral spiral vortex, with the formation of an axial vortex and creating conditions for ejection (suction) into the flame tube through the central hole of the central nozzle channel of the combusted fuel, thus ensure the preparation of the air-fuel mixture and ignite it with a burning torch coming from the burner device tangentially into a peripheral spiral vortex along its rotation. A toroidal vortex is created in the region of the central opening of the central nozzle channel due to the rotation of the peripheral vortex in the axial direction in the opposite direction. The burner device is located in the area of the outlet channel of the combustion products. The peripheral vortex is additionally supplied with working fuel.
Указанный технический результат достигается также посредством устройства сжигания топлива, включающего основную камеру сгорания, содержащую горелочное устройство, жаровую трубу, задний завихритель с устройством подвода воздуха и канал выхода продуктов сгорания, а также первичную камеру сгорания, установленную перед основной камерой сгорания вдоль ее оси и содержащую расположенные на переднем торце устройства подвода сжигаемого топлива, воздуха и передний завихритель, выполненный в виде закручивающего соплового аппарата. Согласно изобретению горелочное устройство расположено в основной камере сгорания, а первичная камера сгорания образована внешней и внутренней оболочками, образующими кольцевой сопловой канал, соединенный с одной стороны с передним завихрителем, а с другой стороны - с жаровой трубой основной камеры сгорания, при этом внутренняя оболочка образует центральный сопловой канал, соединенный с устройством подвода сжигаемого топлива в первичную камеру сгорания, а край внутренней оболочки, образующий центральное отверстие входа центрального соплового канала в жаровую трубу, находится от заднего завихрителя не далее края внешней оболочки, обращенного к жаровой трубе. Основная камера сгорания снабжена устройством подачи дополнительного рабочего топлива, выполненным в виде, по меньшей мере, двух струйных форсунок, расположенных равномерно по окружности жаровой трубы в районе заднего завихрителя. Горелочное устройство расположено в районе заднего завихрителя. Длина жаровой трубы от поперечного сечения заднего завихрителя основной камеры сгорания до края внутренней оболочки, образующего центральное отверстие, составляет 1,5-2,5 диаметра жаровой трубы в районе заднего завихрителя. Диаметр центрального отверстия внутренней оболочки первичной камеры сгорания равен 0,4-0,8 диаметра входного отверстия канала выхода продуктов сгорания основной камеры сгорания. Диаметр входного отверстия канала выхода продуктов сгорания основной камеры сгорания равен 0,6-0,8 диаметра жаровой трубы в районе заднего завихрителя. Внешняя и внутренняя оболочки выполнены в виде сужающихся в сторону жаровой трубы участков и сопряженных с ними в минимальных сечениях цилиндрических участков, выполненных в виде обечаек. Длина цилиндрической обечайки, сопрягаемой с сужающимся участком внешней оболочки, составляет не более чем 2 радиальные ширины кольцевого соплового канала в его минимальном сечении, а сопрягаемой с сужающимся участком внутренней оболочки - не более 4. Угол сужения внешней оболочки первичной камеры сгорания в направлении жаровой трубы составляет не более 16°. Угол сужения внутренней оболочки первичной камеры сгорания в направлении жаровой трубы составляет не более 12°. Торцевая поверхность жаровой трубы в районе центрального отверстия выполнена торовой, сопряженной с цилиндрической или конической поверхностью жаровой трубы. Края внешней и внутренней оболочек первичной камеры сгорания смещены в жаровую трубу на расстояние до 0,5 диаметра минимальной окружности торцевой торовой поверхности жаровой трубы. Край внутренней оболочки первичной камеры сгорания смещен в жаровую трубу по отношению к краю внешней оболочки на расстояние не более чем 4 радиальные ширины кольцевого соплового канала первичной камеры сгорания в его минимальном сечении.The indicated technical result is also achieved by means of a fuel combustion device including a main combustion chamber containing a burner, a heat pipe, a rear swirler with an air supply device and an exit channel of combustion products, as well as a primary combustion chamber installed in front of the main combustion chamber along its axis and containing located on the front end of the device for supplying combustible fuel, air and a front swirler, made in the form of a swirling nozzle apparatus. According to the invention, the burner device is located in the main combustion chamber, and the primary combustion chamber is formed by the outer and inner shells forming an annular nozzle channel connected on one side to the front swirl and, on the other hand, to the flame tube of the main combustion chamber, while the inner shell forms a central nozzle channel connected to the device for supplying combustible fuel to the primary combustion chamber, and the edge of the inner shell forming the central opening of the inlet of the central the nozzle channel into the flame tube, is located from the rear swirler not further than the edge of the outer shell facing the flame tube. The main combustion chamber is equipped with a device for supplying additional working fuel, made in the form of at least two jet nozzles located uniformly around the circumference of the flame tube in the region of the rear swirler. The burner is located in the area of the rear swirl. The length of the flame tube from the cross section of the rear swirl of the main combustion chamber to the edge of the inner shell forming the central hole is 1.5-2.5 times the diameter of the flame tube in the region of the rear swirl. The diameter of the Central hole of the inner shell of the primary combustion chamber is 0.4-0.8 of the diameter of the inlet of the channel of the exit of the combustion products of the main combustion chamber. The diameter of the inlet of the channel of the exit of combustion products of the main combustion chamber is 0.6-0.8 of the diameter of the flame tube in the region of the rear swirler. The outer and inner shells are made in the form of sections tapering towards the flame tube and mating with them in minimal sections of cylindrical sections made in the form of shells. The length of the cylindrical shell mating with the tapering section of the outer shell is no more than 2 radial widths of the annular nozzle channel in its minimum section, and the mating with the tapering section of the inner shell is not more than 4. The narrowing angle of the outer shell of the primary combustion chamber in the direction of the flame tube is no more than 16 °. The narrowing angle of the inner shell of the primary combustion chamber in the direction of the flame tube is not more than 12 °. The end surface of the flame tube in the region of the central hole is made torus, paired with a cylindrical or conical surface of the flame tube. The edges of the outer and inner shells of the primary combustion chamber are displaced into the flame tube to a distance of up to 0.5 times the diameter of the minimum circumference of the end torus surface of the flame tube. The edge of the inner shell of the primary combustion chamber is displaced into the flame tube relative to the edge of the outer shell by a distance of not more than 4 radial widths of the annular nozzle channel of the primary combustion chamber in its minimum section.
Таким образом, введенные в устройство для сжигания топлива новые отличительные признаки в совокупности с известными признаками позволяют решить поставленную задачу.Thus, the new distinctive features introduced into the device for burning fuel in combination with the known features allow us to solve the problem.
На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для сжигания топлива;Figure 1 shows a longitudinal section of a device for burning fuel;
на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1;figure 2 is a section along aa in figure 1;
на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1, повернутый на 180°;figure 3 is a section along BB in figure 1, rotated 180 °;
на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.figure 4 is a section along BB in figure 1.
Устройство, реализующее заявленный способ сжигания топлива (см. фиг.1), содержит основную камеру сгорания 1 и первичную камеру сгорания 2, установленную перед основной камерой сгорания 1 вдоль ее оси. Основная камера сгорания 1 содержит жаровую трубу 3, устройство 4 подвода воздуха, задний завихритель 5 и канал 6 выхода продуктов сгорания с входным отверстием 7 (см. фиг.2), расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси основной камеры сгорания 1, а также горелочное устройство 8 (см. фиг.3), расположенное в районе заднего завихрителя 5. Горелочное устройство 8 содержит канал 9 выхода продуктов сгорания, направленный тангенциально к боковой поверхности жаровой трубы 3 по направлению вращения потока, выходящего из заднего завихрителя 5. Поверхность жаровой трубы 3, выполненная цилиндрической или конической с увеличением диаметра в направлении первичной камеры сгорания 2, переходит в торцевую торовую поверхность 10. Первичная камера сгорания 2 содержит (см. фиг.4) расположенные на переднем торце устройство 11 подвода сжигаемого топлива, устройство 12 подвода воздуха и передний завихритель 13, выполненный в виде закручивающего соплового аппарата. Первичная камера сгорания 2 образована внешней и внутренней соосными оболочками, соответственно 14 и 15, образующими кольцевой сопловой канал 16, соединенный с одной стороны с передним завихрителем 13, а с другой стороны - с жаровой трубой 3 основной камеры сгорания 1. Внутренняя оболочка 15 образует центральный сопловой канал 17 с центральным отверстием 18 в сечении выхода канала 17 в жаровую трубу 3 основной камеры сгорания 1. Центральный сопловой канал 17 соединен с устройством 11 подвода сжигаемого топлива в первичную камеру сгорания 2. Диаметр центрального отверстия 18 внутренней оболочки 15 первичной камеры сгорания 2 может быть равен 0,4-0,8 диаметра входного отверстия 7 канала 6 выхода продуктов сгорания основной камеры сгорания 1. Диаметр входного отверстия 7 канала 6 выхода продуктов сгорания основной камеры сгорания 1 может быть равен 0,6-0,8 диаметра жаровой трубы 3 в районе заднего завихрителя 5. Длина жаровой трубы 3 от поперечного сечения заднего завихрителя 5 основной камеры сгорания 1 до края внутренней оболочки 15, образующего центральное отверстие 18, может составлять 1,5-2,5 диаметра жаровой трубы 3 в районе заднего завихрителя 5. Указанный край внутренней оболочки 15 находится от заднего завихрителя 5 не далее края внешней оболочки 14, обращенного к жаровой трубе 3. Внешняя и внутренняя оболочки, соответственно 14 и 15, первичной камеры сгорания 2 могут быть выполнены в виде сужающихся в сторону жаровой трубы 3 участков с углами сужения, составляющими величину не более 16° для оболочки 14 и не более 12° для оболочки 15. Сужающиеся участки внешней и внутренней оболочек 14 и 15 в минимальных сечениях сопрягаются с цилиндрическими участками, выполненными в виде обечаек 19 и 20 соответственно. Длина цилиндрической обечайки 19, сопрягаемой с сужающимся участком внешней оболочкой 14, составляет не более чем 2 радиальные ширины кольцевого канала 16 в его минимальном сечении, а длина обечайки 20, сопрягаемой с сужающимся участком внутренней оболочкой 15, - не более 4. Края внешней и внутренней оболочек 14 и 15 первичной камеры сгорания 2 могут быть смещены в жаровую трубу 3 на расстояние до 0,5 диаметра минимальной окружности торцевой торовой поверхности 10 жаровой трубы 3. Торцевая торовая поверхность 10 может быть расположена в районе центрального отверстия 18. Край внутренней оболочки 15 первичной камеры сгорания 2 может быть смещен в жаровую трубу 3 по отношению к краю внешней оболочки 14 на расстояние не более чем 4 радиальные ширины кольцевого канала 16 первичной камеры сгорания 2 в его минимальном сечении. Основная камера сгорания 1 может быть также снабжена устройством подачи дополнительного рабочего топлива, выполненным в виде, например, струйных форсунок 21, расположенных равномерно по окружности жаровой трубы 3 в районе заднего завихрителя 5.A device that implements the claimed method of burning fuel (see figure 1) contains a
Способ сжигания топлива реализуется следующим образом. Воздух от внешнего источника подается к устройствам 4 и 12 подвода воздуха основной камеры сгорания 1 и первичной камеры сгорания 2 соответственно. Из устройства 4 воздух поступает в задний завихритель 5 основной камеры сгорания 1, образуя на входе в жаровую трубу 3 сильно закрученный поток, формирующий в жаровой трубе 3 периферийный вихрь, который перемещается в направлении первичной камеры 2 сгорания. Периферийный вихрь возбуждает в приосевой зоне жаровой трубы 3 сильно закрученный поток - приосевой вихрь, находящийся в противотоке к периферийному вихрю, при этом вращение 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 воздуха и топлива, выходящих из первичной камеры сгорания 2, и поворота периферийного вихря в приосевую зону жаровой трубы 3, начинает формироваться топливовоздушная смесь, возбуждающая в периферийной области тороидальный вихрь топливовоздушной смеси. В результате подвода воздуха и топлива в горелочное устройство 8 в нем образуется топливовоздушная смесь, которую поджигают свечой зажигания. Это обеспечивает на выходе горелочного устройства 8 формирование высокотемпературного факела продуктов сгорания, который поступает тангенциально в периферийный вихрь жаровой трубы 3, поджигая подготовленную топливовоздушную смесь. Поданный в устройство 12 подвода воздуха первичной камеры сгорания 2 воздух поступает в передний завихритель 13, где разгоняется с увеличением окружной скорости, формируя в кольцевом канале 16 сильно закрученный скоростной поток воздуха с высоким радиальным градиентом статического давления. В зоне выхода топлива из центрального отверстия 18 в жаровую трубу 3 происходит увеличение суммарного радиального градиента статического давления, так как направления окружных скоростей потоков воздуха, выходящих из заднего завихрителя 5 основной камеры сгорания 1 и переднего завихрителя 13 первичной камеры сгорания 2, совпадают по направлению. В приосевом вихре жаровой трубы 3 радиальный градиент статического давления формирует высокий осевой градиент статического давления, направленный в сторону устройства подвода топлива 11. Это приводит к процессу эжектирования сжигаемого топлива от внешнего источника через устройство подвода топлива 11 и центральное отверстие 18 внутренней оболочки 15 в приосевой вихрь основной камеры сгорания 1.The method of burning fuel is implemented as follows. Air from an external source is supplied to the
При сжигании низкопотенциального или обводненного топлива или топлива с переменной теплотой сгорания для получения заданных параметров продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания и стабилизации рабочего процесса через форсунки 21 в периферийный вихрь подается высокопотенциальное жидкое топливо, имеющее постоянную теплоту сгорания и которое вместе с воздухом периферийного вихря формирует топливовоздушную смесь. Регулирование расхода топлива через форсунки позволяет получить заданную температуру в зоне горения и соответственно температуру сгорания на выходе из камеры сгорания. Так, например, при сжигании пиролизного газа, полученного при термической переработке медицинских или биологически опасных отходов, необходимо обеспечить в зоне горения основной камеры сгорания уровень температуры не ниже 1300°С. При сжигании пиролизного газа, полученного в термохимическом реакторе установки по переработке бытовых и промышленных отходов, с целью развала всех углеводородных составляющих и ликвидации их последующего синтеза необходимо обеспечить в зоне горения камеры сгорания уровень температуры не ниже 1600°С с последующей «заморозкой» химических реакций на выходе из камеры сгорания.When burning low-potential or irrigated fuel or fuel with a variable calorific value, to obtain the specified parameters of the combustion products at the outlet of the combustion chamber and to stabilize the working process, high-potential liquid fuel is supplied to the peripheral vortex through the
Размещение топливных форсунок 21 равномерно по окружности в плоскости заднего завихрителя 5 или между завихрителем 5 и плоскостью расположения горелочного устройства 8 приводит к повышению качества топливовоздушной смеси, подготовка которой осуществляется в периферийном вихре в начале его формирования.The placement of the
Использование струйных топливных форсунок 21 обеспечивает завершение процесса формирования топливовоздушной смеси в зонах торцевой торовой поверхности 10 и центрального отверстия 18 первичной камеры 2, что исключает возможность преждевременного воспламенения топливовоздушной смеси в периферийном вихре и, тем самым, перегрев стенок жаровой трубы 3. Огневая «дорожка» высокотемпературного факела продуктов сгорания, поступающего тангенциально из горелочного устройства 8 в периферийный вихрь, поджигает подготовленную топливовоздушную смесь.The use of
Использование подачи топлива из выходного канала форсунок 21 по радиусу жаровой трубы 3 способствует созданию равномерной пленки топлива на внутренней поверхности жаровой трубы 3, обеспечивая дополнительное охлаждение жаровой трубы за счет испарения топлива.The use of fuel supply from the output channel of the
Для обеспечения необходимой средней величины и направления осевого градиента статического давления в плоскости центрального отверстия 18, обеспечивающего эжектирование топлива от внешнего источника в устройство подвода топлива 11 на режиме его сжигания в приосевом вихре жаровой трубы 3, необходимо обеспечить направление осевого градиента статического давления в плоскости входного отверстия 7, аналогичное направлению градиента в центральном отверстии 18. В связи с тем, что на режиме горения объемный расход продуктов сгорания растет из-за уменьшения их плотности с ростом температуры, необходимо выполнить диаметр центрального отверстия 18 внутренней оболочки 15 первичной камеры сгорания 2 равным 0,4-0,8 диаметра входного отверстия 7 канала 6 выхода продуктов сгорания основной камеры сгорания 1. Меньшее значение диаметра центрального отверстия 18 соответствует использованию воздуха, подаваемого в первичную камеру сгорания 2, равного давлению воздуха, подаваемого в основную камеру сгорания 1. Большее значение диаметра центрального отверстия 18 соответствует использованию воздуха, подаваемого в первичную камеру сгорания 2, большего давления, чем давление воздуха, подаваемого в основную камеру сгорания 1.To ensure the required average value and direction of the axial gradient of static pressure in the plane of the central hole 18, which provides fuel ejection from an external source into the
Для обеспечения равенства направления осевых градиентов статического давления в поперечных сечениях отверстий 18 и 7 на режиме горения необходимо выполнить диаметр входного отверстия 7 канала 6 выхода продуктов сгорания равный 0,6-0,8 диаметра жаровой трубы 3 в районе заднего завихрителя 5. Увеличение диаметра входного отверстия 7 способствует снижению среднего давления внутри жаровой трубы 3, увеличению окружной составляющей скорости воздуха на выходе из заднего завихрителя 5 и, тем самым, повышению радиального и осевого градиентов статического давления.To ensure equal direction of axial gradients of static pressure in the cross sections of the
При движении периферийного вихря от заднего завихрителя 5 в сторону первичной камеры сгорания 2 окружная составляющая скорости в жаровой трубе 3 уменьшается, что приводит к снижению доли, вносимой периферийным вихрем в суммарный радиальный градиент статического давления в сечении центрального отверстия 18. Поэтому длину жаровой трубы 3 от поперечного сечения заднего завихрителя 5 до края внутренней оболочки 15, образующего центральное отверстие 18, выбирают равной 1,5-2,5 диаметра жаровой трубы 3 в районе заднего завихрителя 5. Нижняя граница соответствует большей доли, вносимой периферийным вихрем в суммарный радиальный градиент статического давления, верхняя граница - меньшей доли. Однако уменьшение длины жаровой трубы 3 ниже нижнего предела приводит к снижению объема основной камеры сгорания, что ухудшает характеристики основной камеры сгорания по полноте сгорания и выбросам окиси углерода, углеводородам и дыма.When the peripheral vortex moves from the
Смещение краев внешней и внутренней оболочек 14 и 15 первичной камеры сгорания 2 в жаровую трубу 3 на расстояние до 0,5 диаметра минимальной окружности торцевой торовой поверхности 10 жаровой трубы 3 приводит к образованию периферийным вихрем тороидального стабилизирующего вихря, который расположен между торовой поверхностью 10, внутренней поверхностью жаровой трубы 3 и обечайками 19 и 20 внешней и внутренней оболочек 14 и 15. При розжиге основной камеры сгорания 1 воспламеняется топливовоздушная смесь, образуя тороидальный вихрь и формируя первоначальную зону горения. При рабочем режиме основной камеры сгорания первоначальная зона горения служит источником стабилизирующего факела для основной зоны горения, располагаемой в приосевом вихре непосредственно за центральным отверстием 18 внутренней оболочки 15.The displacement of the edges of the outer and inner shells 14 and 15 of the primary combustion chamber 2 into the
Смещение края внутренней оболочки 15 в жаровую трубу 3 основной камеры сгорания 1 по отношению к краю внешней оболочки 14 на расстояние не более чем 4 радиальные ширины кольцевого соплового канала 16 в его минимальном сечении способствует увеличению окружной скорости периферийного и приосевого вихрей в сечении, примыкающем к центральному отверстию 18. Увеличение этой скорости приводит к росту радиального и осевого градиентов статического давления в сечении центрального отверстия 18 и, как следствие, росту коэффициента эжекции поступающего в первичную камеру сгорания 2 сжигаемого топлива. Нижний предел смещения края внутренней оболочки 15 используется при выполнении жаровой трубы 3 минимальной длины, когда окружная скорость периферийного вихря в поперечном сечении центрального отверстия 18 достаточно велика. Верхний предел - при выполнении жаровой трубы 3 максимальной длины, когда окружная скорость периферийного вихря в сечении центрального отверстия 18 значительно меньше окружной скорости воздуха, выходящего из кольцевого канала 16.The offset of the edge of the inner shell 15 into the
Выполнение угла сужения внешней оболочки 14 не более 16° способствует предотвращению срывных явлений и обеспечивает низкие потери давления в кольцевом канале 16. Снижение этого угла ниже верхней границы принимается при увеличении окружной составляющей скорости выхода воздуха из переднего завихрителя 13. Верхняя граница выбирается при невозможности обеспечить достаточно высокую окружную скорость воздуха на выходе из переднего завихрителя 13 при имеющемся перепаде воздуха. При этом, следуя закону сохранения момента количества движения, удается увеличить окружную составляющую скорости на выходе из кольцевого канала 16 при незначительном росте потерь давления.The narrowing angle of the outer shell 14 of not more than 16 ° helps to prevent stalling and provides low pressure loss in the annular channel 16. A decrease in this angle below the upper boundary is accepted when the peripheral component of the air velocity of the
Выполнение угла сужения внутренней оболочки 15 не более 12° способствует предотвращению срывных явлений и обеспечивает низкие потери давления в центральном сопловом канале 17. Уменьшение сужения этого угла ниже верхней границы принимается при высокой осевой скорости на входе в устройство подвода топлива 11. Верхняя граница берется при невысокой осевой скорости на входе в устройство подвода топлива 11. При этом, следуя уравнению неразрывности и увеличению среднего перепада статического давления между зоной ввода топлива в устройство 11 и зоной приосевого вихря, примыкающего к центральному отверстию 18, удается увеличить осевую составляющую скорости на выходе из центрального отверстия 18 при небольшом росте потерь давления.The narrowing angle of the inner shell 15 of not more than 12 ° helps to prevent stalling and provides low pressure loss in the Central nozzle channel 17. The reduction of the narrowing of this angle below the upper boundary is accepted at high axial speed at the inlet to the
Для преобразования радиальных составляющих скоростей потоков воздуха и топлива соответственно в осевые составляющие на выходе из кольцевого канала 16 и на выходе из центрального отверстия 18 внешняя и внутренняя оболочки 14 и 15 в сечении минимальных диаметров сопрягаются с цилиндрическими обечайками 19 и 20. Осевой выход потоков воздуха и топлива позволяет увеличить эффективный диаметр струи воздуха из кольцевого канала 16 и струи топлива на выходе из центрального отверстия 18 соответственно, что приведет к увеличению соответствующих расходов.To convert the radial components of the velocities of the air and fuel flows, respectively, into the axial components, at the exit from the annular channel 16 and at the exit from the central hole 18, the outer and inner shells 14 and 15 are mated with cylindrical shells 19 and 20 in the cross section of minimum diameters. fuel allows you to increase the effective diameter of the air stream from the annular channel 16 and the fuel stream at the outlet of the Central hole 18, respectively, which will lead to an increase in the corresponding flow s.
Для завершения преобразования радиальных составляющих скоростей потоков воздуха и топлива соответственно в осевые составляющие на выходе из кольцевого канала 16 и на выходе из центрального отверстия 18 длина цилиндрической обечайки 19 составляет не более чем 2 радиальные ширины кольцевого канала 16 в его минимальном сечении, а для обечайки 20 - не более четырех.To complete the conversion of the radial components of the air and fuel flow velocities, respectively, to the axial components at the outlet of the annular channel 16 and at the exit of the central hole 18, the length of the cylindrical shell 19 is no more than 2 radial widths of the annular channel 16 in its minimum section, and for the shell 20 - no more than four.
Таким образом, применение предлагаемого устройства для сжигания топлива позволяет обеспечить рабочий процесс сжигания при давлении топлива на входе в устройство ниже давления подаваемого воздуха, а также стабильность процесса, высокую температуру в зоне горения и заданные параметры продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания при сжигании низкопотенциального и обводненного топлива и топлива с переменной теплотой сгорания.Thus, the use of the proposed device for burning fuel allows for a working process of burning at a fuel pressure at the inlet of the device below the pressure of the supplied air, as well as process stability, a high temperature in the combustion zone and predetermined parameters of the combustion products at the exit of the combustion chamber when burning low-potential and watered fuel and fuel with variable calorific value.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145657/06A RU2352864C1 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method and device for burning fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145657/06A RU2352864C1 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method and device for burning fuel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2352864C1 true RU2352864C1 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007145657/06A RU2352864C1 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method and device for burning fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2352864C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014080331A2 (en) | 2012-11-20 | 2014-05-30 | Booth Mark Christian Marshall | Apparatus and method for the treatment of gaseous waste |
RU2539949C2 (en) * | 2009-09-21 | 2015-01-27 | Снекма | Aircraft gas turbine combustion chamber with different-shape bores |
RU2708011C1 (en) * | 2019-04-18 | 2019-12-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Fuel combustion device |
RU2727739C2 (en) * | 2017-12-15 | 2020-07-23 | Альмир Вагисович Адельшин | Adelshin's advanced aggregate-phase thermodynamic cycle for ice method of internal combustion engine operation and engine operating in this cycle |
RU2740240C1 (en) * | 2020-07-20 | 2021-01-12 | Роман Лазирович Илиев | Counterflow vortex burner |
RU2757705C1 (en) * | 2021-01-13 | 2021-10-20 | Роман Лазирович Илиев | Double-layer vortex countercurrent flow burner |
RU2797727C1 (en) * | 2022-10-11 | 2023-06-08 | Илиев Роман Лазаревич | Two-stage burner with two-layer vortex countercurrent flow |
-
2007
- 2007-12-11 RU RU2007145657/06A patent/RU2352864C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2539949C2 (en) * | 2009-09-21 | 2015-01-27 | Снекма | Aircraft gas turbine combustion chamber with different-shape bores |
WO2014080331A2 (en) | 2012-11-20 | 2014-05-30 | Booth Mark Christian Marshall | Apparatus and method for the treatment of gaseous waste |
RU2727739C2 (en) * | 2017-12-15 | 2020-07-23 | Альмир Вагисович Адельшин | Adelshin's advanced aggregate-phase thermodynamic cycle for ice method of internal combustion engine operation and engine operating in this cycle |
RU2708011C1 (en) * | 2019-04-18 | 2019-12-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Fuel combustion device |
RU2740240C1 (en) * | 2020-07-20 | 2021-01-12 | Роман Лазирович Илиев | Counterflow vortex burner |
RU2757705C1 (en) * | 2021-01-13 | 2021-10-20 | Роман Лазирович Илиев | Double-layer vortex countercurrent flow burner |
WO2022154693A1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | Роман Лазирович Илиев | Burner with a bilaminar counterdirectional vortex flow |
RU2797727C1 (en) * | 2022-10-11 | 2023-06-08 | Илиев Роман Лазаревич | Two-stage burner with two-layer vortex countercurrent flow |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7914280B2 (en) | Combustion method and apparatus | |
JP5780697B2 (en) | Fuel lance for gas turbine engines | |
CA2667047C (en) | Gas turbine combustor | |
RU2352864C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
CN106796031A (en) | Torch igniter | |
JP2010085087A5 (en) | ||
US20100285413A1 (en) | Apparatus and Methods For Providing Uniformly Volume Distributed Combustion of Fuel | |
CN106090907A (en) | The strong swirl flame diffusion burner of a kind of premix | |
RU2619673C2 (en) | Mixing of combustible substances procedure for gas turbine engine combustion chamber | |
CN106196051A (en) | A kind of tubule premixed swirl low stain gas burner | |
RU2708011C1 (en) | Fuel combustion device | |
JPS6325418A (en) | Combustion chamber device with precombustion chamber for combustion in quantity lower than stoichiometric quantity | |
KR102256318B1 (en) | Mixed-combustion burner device | |
RU2212003C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
JPH0252765B2 (en) | ||
KR20120125836A (en) | cyclone burner for fuelgas obtained from high carbonaceous waste | |
RU2565737C1 (en) | Vortex burner for combustion of solid powdered fuel | |
RU2196940C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
RU2454605C1 (en) | Technological vortex ejection gas burner | |
RU2270402C1 (en) | Fuel burner | |
RU2307985C1 (en) | Device for burning fuel | |
RU2267706C1 (en) | Dual-fuel furnace burner | |
RU2212004C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
RU2350844C1 (en) | Combustion chamber of heat generator for firing liquid fuel | |
RU2324117C1 (en) | System for combustion of liquid and/or aeriform fuel in gas turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091212 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120227 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121212 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140610 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141212 |