RU2447368C1 - Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) - Google Patents
Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447368C1 RU2447368C1 RU2010153481/06A RU2010153481A RU2447368C1 RU 2447368 C1 RU2447368 C1 RU 2447368C1 RU 2010153481/06 A RU2010153481/06 A RU 2010153481/06A RU 2010153481 A RU2010153481 A RU 2010153481A RU 2447368 C1 RU2447368 C1 RU 2447368C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- main combustion
- bypass channel
- combustible mixture
- ignition
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для воспламенения топлива в различных энергетических установках и может быть использовано для зажигания скоростных потоков гомогенных и гетерогенных горючих смесей в различных технологических устройствах и энергетических установках, в частности в импульсно-детонационных двигателях летательных аппаратов.The invention relates to methods and devices for igniting fuel in various power plants and can be used to ignite high-speed flows of homogeneous and heterogeneous combustible mixtures in various technological devices and power plants, in particular in pulse detonation engines of aircraft.
Главной проблемой при разработке способов зажигания скоростного потока горючей смеси и при создании энергетических установок, работающих в высокочастотном импульсном режиме, является быстрое и надежное воспламенение скоростного потока горючей смеси при минимальных затратах энергии на процесс воспламенения.The main problem when developing methods for igniting a high-speed flow of a combustible mixture and when creating power plants operating in a high-frequency pulse mode is the fast and reliable ignition of a high-speed flow of a combustible mixture with minimal energy consumption for the ignition process.
Известны способ зажигания топливной смеси в камере сгорания ракетных и других двигателей и устройство для его осуществления, описанные в патенте RU 2339840, F02P 23/04, 27.11.2008. Устройство для осуществления данного способа содержит камеру свечи с выходом в камеру сгорания двигателя, трубопроводы для раздельной подачи горючего и окислителя в камеру сгорания двигателя и автономные вводы для подачи горючего и окислителя в камеру свечи, связанные с соответствующими трубопроводами для раздельной подачи горючего и окислителя в камеру сгорания двигателя. В качестве источника энергии для свечи используется импульсный лазер. Энергию импульсного лазера по световоду направляют с фокусировкой на топливную смесь в объеме камеры свечи, где в реакционной зоне вблизи фокуса создают объемный электрический разряд и поджигают топливную смесь, из которой формируют в процессе горения плазменный факел из камеры свечи в камеру сгорания двигателя и поджигают им топливную смесь в камере сгорания двигателя. Основным недостатком данного известного решения является сложность конструкции устройства, обусловленная необходимостью использования в качестве источника энергии импульсного лазера, а также необходимостью обязательной раздельной подачи горючего и окислителя в камеру сгорания и в камеру свечи, что ведет к росту стоимости устройства и снижению его надежности.A known method of ignition of a fuel mixture in a combustion chamber of rocket and other engines and a device for its implementation, described in patent RU 2339840, F02P 23/04, 11.27.2008. A device for implementing this method comprises a candle chamber with an exit to the engine combustion chamber, pipelines for separate supply of fuel and oxidizer to the engine combustion chamber, and autonomous inlets for supplying fuel and oxidizer to the candle chamber, connected to corresponding pipelines for separate supply of fuel and oxidizer to the chamber engine combustion. A pulsed laser is used as an energy source for a candle. The energy of a pulsed laser is directed along the fiber with focusing on the fuel mixture in the volume of the candle chamber, where a volume electric discharge is created in the reaction zone near the focus and the fuel mixture is ignited, from which a plasma torch is formed from the candle chamber into the combustion chamber of the engine and ignites the fuel mixture in the combustion chamber of the engine. The main disadvantage of this known solution is the design complexity of the device, due to the need to use a pulsed laser as an energy source, as well as the need for the separate supply of fuel and oxidizer to the combustion chamber and the candle chamber, which leads to an increase in the cost of the device and a decrease in its reliability.
Известны способ воспламенения обедненной горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) на газообразном топливе и устройство для его осуществления, описанные в патенте RU 2159339, F02B 19/18, 20.11.2000. Обедненную горючую смесь вводят в основную камеру сгорания ДВС и в камеру зажигания, сжимают и отбирают часть сжатой обедненной горючей смеси, ее дополнительно сжимают, обогащают и направляют в камеру зажигания, где обогащенная смесь воспламеняется искрой с образованием горящего факела. Факел направляют в основную камеру сгорания и поджигают сжатую обедненную горючую смесь. Устройство для осуществления способа содержит основную камеру сгорания с рабочим цилиндром и поршнем и камеру зажигания, которая выполнена симметрично оси цилиндра основной камеры сгорания и сообщается с ней сужающе-расширяющимся каналом. Поршень имеет по периферии цилиндрический выступ, а головка цилиндра - углубление, которое сообщается с камерой зажигания каналами с форсунками для обогащения горючей смеси в камере зажигания. Основными недостатками известного решения являются необходимость дополнительного обогащения горючей смеси при помощи вспомогательных форсунок и сложность конструкции.A known method of igniting a lean fuel mixture in an internal combustion engine (ICE) on gaseous fuel and a device for its implementation, described in patent RU 2159339, F02B 19/18, 20.11.2000. The lean fuel mixture is introduced into the main combustion chamber of the internal combustion engine and into the ignition chamber, a part of the compressed lean fuel mixture is compressed and selected, it is further compressed, enriched and sent to the ignition chamber, where the enriched mixture ignites with a spark to form a burning torch. The torch is directed into the main combustion chamber and a compressed lean fuel mixture is ignited. A device for implementing the method comprises a main combustion chamber with a working cylinder and a piston and an ignition chamber, which is made symmetrically to the cylinder axis of the main combustion chamber and communicates with it by a narrowing-expanding channel. The piston has a cylindrical protrusion on the periphery, and the cylinder head has a recess that communicates with the ignition chamber through channels with nozzles for enriching the combustible mixture in the ignition chamber. The main disadvantages of the known solutions are the need for additional enrichment of the combustible mixture using auxiliary nozzles and the complexity of the design.
Известно устройство для зажигания потока горючей смеси - форкамера аэродинамической трубы адиабатического сжатия с импульсным рабочим циклом (патент SU 1840311, G01M 9/00, 10.09.2006). Форкамера содержит корпус, обратный клапан, отсекающий форкамеру от аэродинамической трубы, гиперзвуковое сопло для соединения с трубой, обтюрирующие кольца и щелевые холодильники. Полость форкамеры выполнена в виде сферы. Основным недостатком данной форкамеры является сложность ее изготовления.A device is known for igniting a flow of a combustible mixture — a prechamber of an adiabatic compression wind tunnel with a pulsed duty cycle (patent SU 1840311, G01M 9/00, 09/10/2006). The prechamber contains a housing, a non-return valve, which cuts off the prechamber from the wind tunnel, a hypersonic nozzle for connecting to the pipe, obturating rings and slotted refrigerators. The cavity of the prechamber is made in the form of a sphere. The main disadvantage of this chamber is the complexity of its manufacture.
Известны устройства - форкамеры ДВС - для воспламенения горючей смеси в основной камере ДВС, имеющие различную конструкцию, например форкамеры, предложенные в патентах: RU 2259491, F02B 19/16, 27.08.2005; RU 2310764, F02B 19/18, 20.11.2007; RU 2240429, F02B 19/16, 20.11.2004. Известные форкамеры ДВС отличаются сложностью конструкции, что снижает надежность устройства, повышает трудоемкость их изготовления и обслуживания, затрудняет очистку форкамеры от продуктов сгорания и затрудняет заполнение ее горючей смесью.Known devices - internal combustion engines — for igniting a combustible mixture in the main chamber of internal combustion engines, having a different design, for example, cameras, proposed in patents: RU 2259491, F02B 19/16, 08/27/2005; RU 2310764, F02B 19/18, 11/20/2007; RU 2240429, F02B 19/16, 11/20/2004. Known pre-chambers of the internal combustion engine are distinguished by the complexity of the design, which reduces the reliability of the device, increases the complexity of their manufacture and maintenance, makes it difficult to clean the pre-chambers of combustion products and makes it difficult to fill it with a combustible mixture.
Наиболее близким к предлагаемому способу зажигания потока горючей смеси является способ зажигания газового потока, описанный в патенте RU 2390694, F23Q 13/02, F23D 14/66, 27.05.2010, выбранный за прототип. Зажигание потока по способу-прототипу осуществляется путем контактирования газового потока в основной камере сгорания, содержащего метан и хлор, с нагретой поверхностью, при этом нагретой поверхностью служит турбулентная неизотермическая газовая струя, содержащая метан, которую формируют пропусканием предварительно нагретого до температуры 400-500°С природного газа через сопло с линейной скоростью 100-200 м/с.Closest to the proposed method of ignition of a flow of a combustible mixture is the method of ignition of a gas stream described in patent RU 2390694, F23Q 13/02, F23D 14/66, 05/27/2010, selected for the prototype. The stream is ignited by the prototype method by contacting the gas stream in the main combustion chamber containing methane and chlorine with a heated surface, while the turbulent non-isothermal gas stream containing methane, which is formed by passing it preheated to a temperature of 400-500 ° C, serves as the heated surface. natural gas through a nozzle with a linear velocity of 100-200 m / s.
Способ-прототип недостаточно технологичен из-за необходимости использования дополнительного оборудования для предварительного нагрева газа, формирующего турбулентную неизотермическую газовую струю.The prototype method is not technologically advanced due to the need to use additional equipment for pre-heating the gas forming a turbulent non-isothermal gas stream.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (вариантам) является устройство, описанное в патенте RU 2210677, F02B 19/18, 20.02.2003, выбранное за прототип. Устройство-прототип содержит основную камеру сгорания ДВС и камеру зажигания - форкамеру. Форкамера имеет полость, снабженную свечой зажигания и сообщенную с основной камерой сгорания ДВС при помощи перепускного канала. Перепускной канал выполнен в виде профилированного сопла Лаваля, входной участок которого имеет образующую, форма которой определена соотношением Витошинского, а выходной участок выполнен в форме параболоида.The closest in technical essence to the proposed device (options) is the device described in patent RU 2210677, F02B 19/18, 02/20/2003, selected for the prototype. The prototype device contains the main combustion chamber of the internal combustion engine and the ignition chamber - prechamber. The prechamber has a cavity equipped with a spark plug and communicated with the main combustion chamber of the internal combustion engine using the bypass channel. The bypass channel is made in the form of a profiled Laval nozzle, the inlet section of which has a generatrix, the shape of which is determined by the Vitoshinsky relation, and the outlet section is made in the form of a paraboloid.
Основным недостатком устройства-прототипа является сложность изготовления профилированного сопла Лаваля. Кроме того, затруднены очистка форкамеры от продуктов сгорания и заполнение форкамеры горючей смесью, так как форкамера сообщается с основной камерой сгорания посредством единственного канала.The main disadvantage of the prototype device is the complexity of manufacturing a profiled Laval nozzle. In addition, it is difficult to clean the prechamber from the combustion products and fill the prechamber with a combustible mixture, since the prechamber communicates with the main combustion chamber through a single channel.
Задачей изобретения является разработка более технологичного способа зажигания потока горючей смеси, который обеспечит надежное воспламенение скоростного потока различных горючих смесей в различных энергетических установках, в том числе с импульсным рабочим циклом.The objective of the invention is to develop a more technologically advanced method of ignition of a flow of a combustible mixture, which will provide reliable ignition of the high-speed flow of various combustible mixtures in various power plants, including those with a pulsed duty cycle.
Задачей изобретения является также создание устройства (вариантов) для осуществления предлагаемого способа зажигания потока горючей смеси, которое будет отличаться простотой конструкции, обеспечит быстрое заполнение камеры зажигания горючей смесью, обеспечит надежное воспламенение скоростного потока горючей смеси и позволит легко очищать камеру зажигания от продуктов сгорания.The objective of the invention is also to provide a device (options) for implementing the proposed method of ignition of a flow of a combustible mixture, which will be simple in design, will quickly fill the ignition chamber with a combustible mixture, provide reliable ignition of a high-speed flow of a combustible mixture, and will easily clean the ignition chamber of combustion products.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:The solution to this problem is achieved by the proposed:
- способом зажигания потока горючей смеси в основной камере сгорания путем контактирования горючей смеси с турбулентной неизотермической газовой струей, в котором для образования турбулентной неизотермической газовой струи в основной камере сгорания устанавливают обводной канал, передачу горючей смеси в который из основной камеры сгорания организуют путем создания в различных частях основной камеры сгорания перепада давления, позволяющего горючей смеси перетекать из области высокого давления в основной камере сгорания в область низкого давления в обводном канале, в котором поток горючей смеси затормаживают и поджигают с последующим образованием турбулентной неизотермической газовой струи из продуктов сгорания, которую направляют в основную камеру сгорания в область низкого давления для контактирования с потоком горючей смеси в основной камере сгорания и его зажигания.- a method of igniting a flow of a combustible mixture in the main combustion chamber by contacting the combustible mixture with a turbulent non-isothermal gas stream, in which a bypass channel is installed in the main combustion chamber to form a turbulent non-isothermal gas stream, the transfer of the combustible mixture to which from the main combustion chamber is organized by creating parts of the main combustion chamber a differential pressure that allows the combustible mixture to flow from the high-pressure region in the main combustion chamber to low pressure in the bypass channel, in which the flow of the combustible mixture is braked and ignited, followed by the formation of a turbulent non-isothermal gas jet from the combustion products, which is sent to the main combustion chamber in the low pressure region for contacting with the flow of the combustible mixture in the main combustion chamber and its ignition.
В основную камеру сгорания можно подавать предварительно подготовленную горючую смесь или ее компоненты;A pre-prepared combustible mixture or its components can be fed into the main combustion chamber;
- устройством для осуществления способа зажигания потока горючей смеси, содержащим основную камеру сгорания и камеру зажигания, имеющую полость, снабженную источниками зажигания и сообщенную с основной камерой сгорания, в котором полость камеры зажигания выполнена проточной и представляет собой обводной канал с входным и выходным отверстиями, соединяющий области высокого и низкого давления в основной камере сгорания, созданные при помощи препятствия произвольной формы, установленного на пути потока горючей смеси в основной камере сгорания между входным и выходным отверстиями обводного канала, при этом основная камера сгорания оснащена системой питания, обеспечивающей подачу предварительно подготовленной горючей смеси или ее компонентов параллельно оси основной камеры сгорания.- a device for implementing a method of ignition of a flow of a combustible mixture containing a main combustion chamber and an ignition chamber having a cavity provided with ignition sources and in communication with the main combustion chamber, in which the cavity of the ignition chamber is flow-through and represents a bypass channel with inlet and outlet openings connecting areas of high and low pressure in the main combustion chamber created by an arbitrary obstacle mounted on the flow path of the combustible mixture in the main combustion chamber Rania between the inlet and outlet of the bypass channel, wherein the primary combustion chamber is equipped with a power system supplying preformed combustible mixture or its components parallel with the axis of the main combustion chamber.
Для затормаживания и надежного поджигания потока горючей смеси в обводном канале площадь сечения входного отверстия обводного канала может быть уменьшена по сравнению с площадью сечения обводного канала до соотношения, определенного по критерию Дунского и по заданному значению перепада давления в основной камере сгорания, при этом площадь сечения выходного отверстия обводного канала может быть выполнена либо равной площади сечения входного отверстия, либо отличающейся от нее.To inhibit and reliably ignite the flow of the combustible mixture in the bypass channel, the cross-sectional area of the inlet of the bypass channel can be reduced in comparison with the cross-sectional area of the bypass channel to a ratio determined by the Dunsky criterion and the given value of the pressure drop in the main combustion chamber, while the cross-sectional area of the outlet openings of the bypass channel can be made either equal to the cross-sectional area of the inlet, or different from it.
Обводной канал может иметь один или более источников зажигания;The bypass channel may have one or more ignition sources;
- устройством для осуществления способа зажигания потока горючей смеси, содержащим основную камеру сгорания и камеру зажигания, имеющую полость, снабженную источниками зажигания и сообщенную с основной камерой сгорания, в котором полость камеры зажигания выполнена проточной и представляет собой обводной канал с входным и выходным отверстиями, соединяющий области высокого и низкого давления в основной камере сгорания, созданные путем подачи в нее горючей смеси с тангенциальной составляющей скорости подачи при помощи системы питания, обеспечивающей такую подачу предварительно подготовленной горючей смеси или ее компонентов в основную камеру сгорания, при этом входное отверстие обводного канала расположено в центральной области торцевой поверхности основной камеры сгорания, а выходное отверстие - на боковой поверхности основной камеры сгорания.- a device for implementing a method of ignition of a flow of a combustible mixture containing a main combustion chamber and an ignition chamber having a cavity provided with ignition sources and in communication with the main combustion chamber, in which the cavity of the ignition chamber is flow-through and represents a bypass channel with inlet and outlet openings connecting areas of high and low pressure in the main combustion chamber, created by feeding into it a combustible mixture with the tangential component of the feed rate using the power system, about providing such a supply of pre-prepared combustible mixture or its components to the main combustion chamber, while the inlet of the bypass channel is located in the Central region of the end surface of the main combustion chamber, and the outlet is on the side surface of the main combustion chamber.
Для затормаживания и надежного поджигания потока горючей смеси в обводном канале площадь сечения входного отверстия обводного канала может быть уменьшена по сравнению с площадью сечения обводного канала до соотношения, определенного по критерию Дунского и по заданному значению перепада давления в основной камере сгорания, при этом площадь сечения выходного отверстия обводного канала может быть выполнена либо равной площади сечения входного отверстия, либо отличающейся от нее.To inhibit and reliably ignite the flow of the combustible mixture in the bypass channel, the cross-sectional area of the inlet of the bypass channel can be reduced in comparison with the cross-sectional area of the bypass channel to a ratio determined by the Dunsky criterion and the given value of the pressure drop in the main combustion chamber, while the cross-sectional area of the outlet openings of the bypass channel can be made either equal to the cross-sectional area of the inlet, or different from it.
Обводной канал может иметь один или более источников зажигания.The bypass channel may have one or more ignition sources.
Предлагаемые способ и устройство (варианты) были разработаны на основе детальных теоретических и экспериментальных исследований процесса воспламенения потока горючей смеси в обводном канале и в основной камере сгорания. Изучена взаимосвязь следующих параметров процесса: скорость потока горючей смеси в основной камере сгорания, величина перепада давления в различных частях основной камеры сгорания, где располагают входное и выходное отверстия обводного канала, обеспечивающая перетекание горючей смеси из основной камеры сгорания в обводной канал, скорость потока горючей смеси в обводном канале, площадь сечения обводного канала и площади сечения входного и выходного отверстий обводного канала.The proposed method and device (options) were developed on the basis of detailed theoretical and experimental studies of the ignition of the flow of a combustible mixture in the bypass channel and in the main combustion chamber. The relationship of the following process parameters was studied: the flow rate of the combustible mixture in the main combustion chamber, the pressure drop in various parts of the main combustion chamber, where the inlet and outlet openings of the bypass channel are located, which ensure the flow of the combustible mixture from the main combustion chamber to the bypass channel, the flow rate of the combustible mixture in the bypass channel, the cross-sectional area of the bypass channel and the cross-sectional area of the inlet and outlet openings of the bypass channel.
При высокой скорости потока горючей смеси в основной камере сгорания надежное воспламенение потока горючей смеси в обводном канале возможно лишь при затормаживании потока - при уменьшении его скорости по сравнению со скоростью потока в основной камере сгорания, что достигается либо уменьшением площади сечения обводного канала, либо уменьшением площади сечения входного отверстия обводного канала по сравнению с площадью сечения самого обводного канала. Главной проблемой было обеспечить такую скорость потока горючей смеси в обводном канале, при которой очаг зажигания не погасает, а надежно воспламеняет горючую смесь в обводном канале. Для оценки максимально допустимой скорости течения в обводном канале, при которой обеспечивается надежное зажигание смеси, использовался критерий Дунского (Ильяшенко С.М., Талантов А.В. Теория и расчет прямоточных камер сгорания. М.: Машиностроение, 1964). Зная заданный объемный расход горючей смеси в основной камере сгорания и, следовательно, зная по известным из механики жидкости и газа уравнениям значение перепада давления в основной камере сгорания (Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа, 2003, 840 с.; Дейч М.Е. Техническая газодинамика. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. Прямоточная подача горючей смеси: с.209, уравнение 5.11; тангенциальная подача горючей смеси: с.306, уравнение 5.87), можно определить соотношение площадей сечения входного отверстия обводного канала и самого обводного канала, обеспечивающее скорость потока в нем в соответствии с критерием Дунского и, следовательно, обеспечивающее надежное воспламенение потока горючей смеси в обводном канале.At a high flow rate of the combustible mixture in the main combustion chamber, reliable ignition of the flow of the combustible mixture in the bypass channel is possible only when the flow is inhibited — when its speed decreases compared to the flow rate in the main combustion chamber, which is achieved either by reducing the cross-sectional area of the bypass channel or by reducing the area the cross section of the inlet of the bypass channel compared to the cross-sectional area of the bypass channel itself. The main problem was to ensure such a flow rate of the combustible mixture in the bypass channel at which the ignition center does not go out, but reliably ignites the combustible mixture in the bypass channel. To assess the maximum permissible flow velocity in the bypass channel, at which reliable ignition of the mixture is ensured, the Dunsky criterion was used (Ilyashenko S.M., Talantov A.V. Theory and calculation of direct-flow combustion chambers. M .: Mashinostroenie, 1964). Knowing a given volumetric flow rate of the combustible mixture in the main combustion chamber and, therefore, knowing from the equations known from mechanics of liquid and gas the value of the pressure drop in the main combustion chamber (L. Loitsyansky, Mechanics of liquid and gas. - M.: Drofa, 2003, 840 p.; Deich ME Technical gas dynamics. - M.-L .: Gosenergoizdat, 1961. Direct-flow supply of the combustible mixture: p.209, equation 5.11; tangential supply of the combustible mixture: p.306, equation 5.87), you can determine the ratio the cross-sectional area of the inlet of the bypass channel and the bypass channel itself, about effectiveness to the flow velocity therein in accordance with the criterion Dunskiy and hence providing reliable ignition of the combustible mixture flow in the bypass channel.
На фиг.1 и 2 приведены два заявляемых варианта устройства для осуществления предлагаемого способа зажигания потока горючей смеси.Figure 1 and 2 shows the two claimed variants of the device for implementing the proposed method of ignition of the flow of a combustible mixture.
Главный элемент устройства - камера зажигания в виде проточного обводного канала (1), содержащего источники зажигания (2). Обводной канал (1) соединен с основной камерой сгорания (3), оснащенной системой питания (не показана), обеспечивающей подачу предварительно подготовленной горючей смеси или ее компонентов, например струй горючего и воздуха.The main element of the device is the ignition chamber in the form of a flow bypass channel (1) containing ignition sources (2). The bypass channel (1) is connected to the main combustion chamber (3), equipped with a power system (not shown) that provides the supply of a pre-prepared combustible mixture or its components, such as jets of fuel and air.
При осуществлении заявляемого способа с использованием первого варианта устройства (фиг.1) горючая смесь в основную камеру сгорания (3) подается параллельно ее оси, при этом для создания перепада давления на входе и выходе обводного канала (1) в основной камере сгорания устанавливается препятствие (4) на пути потока горючей смеси между входным и выходным отверстиями обводного канала.When implementing the proposed method using the first embodiment of the device (Fig. 1), the combustible mixture is supplied to the main combustion chamber (3) parallel to its axis, while an obstacle is established in the main combustion chamber to create a pressure differential at the inlet and outlet of the bypass channel (1) ( 4) on the path of the flow of the combustible mixture between the inlet and outlet openings of the bypass channel.
Во втором варианте предлагаемого устройства (фиг.2) перепад давления в основной камере сгорания создается путем подачи в нее горючей смеси с тангенциальной составляющей скорости подачи. При этом входное отверстие обводного канала располагается в центральной области торцевой поверхности основной камеры сгорания (на расстоянии от центра не более 0,8 радиуса), а выходное отверстие - на боковой поверхности основной камеры сгорания.In the second embodiment of the proposed device (figure 2), the pressure drop in the main combustion chamber is created by feeding into it a combustible mixture with the tangential component of the feed rate. The inlet of the bypass channel is located in the Central region of the end surface of the main combustion chamber (at a distance from the center of not more than 0.8 radius), and the outlet is on the side surface of the main combustion chamber.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
В камеру сгорания (3) через систему питания поступает поток предварительно подготовленной горючей смеси или ее компонентов.A stream of pre-prepared combustible mixture or its components enters the combustion chamber (3) through the power system.
В первом варианте предлагаемого устройства (фиг.1) перед препятствием, установленным на пути потока горючей смеси в основной камере сгорания, возникает зона повышенного давления, и горючая смесь перетекает из основной камеры сгорания в обводной канал, входное отверстие которого расположено перед препятствием.In the first embodiment of the proposed device (Fig. 1), an increased pressure zone arises in front of an obstacle in the path of the flow of the combustible mixture in the main combustion chamber, and the combustible mixture flows from the main combustion chamber into the bypass channel, the inlet of which is located in front of the obstacle.
Во втором варианте предлагаемого устройства (фиг.2) за счет подачи горючей смеси с тангенциальной составляющей скорости подачи в основной камере сгорания возникает радиальный перепад давления - в центральной части основной камеры сгорания образуется зона повышенного давления (вследствие неравномерного радиального распределения тангенциальной составляющей скорости потока), и смесь перетекает в обводной канал через его входное отверстие, установленное в центральной области торцевой поверхности основной камеры сгорания.In the second embodiment of the proposed device (Fig. 2), due to the supply of a combustible mixture with the tangential component of the feed rate, a radial pressure drop occurs in the main combustion chamber - an increased pressure zone forms in the central part of the main combustion chamber (due to the uneven radial distribution of the tangential component of the flow rate), and the mixture flows into the bypass channel through its inlet mounted in the Central region of the end surface of the main combustion chamber.
Поток горючей смеси в обводном канале затормаживается благодаря меньшей площади сечения входного отверстия обводного канала по сравнению с площадью сечения самого обводного канала. Входное и выходное отверстия меньшего сечения могут быть выполнены в виде расходной шайбы, устанавливаемой на входе и выходе в обводной канал. Скорость течения горючей смеси в обводном канале становится значительно ниже скорости течения в основной камере сгорания, так что горючая смесь в обводном канале легко поджигается при помощи источников зажигания. Возникающее в обводном канале турбулентное пламя, распространяясь по объему канала, сжигает часть поступившей в канал горючей смеси, повышая в нем давление и образуя турбулентную неизотермическую газовую струю из горячих продуктов сгорания, которая выталкивается в основную камеру сгорания в область низкого давления. Горячая газовая струя (температура ~1600-2000°С) контактирует с потоком горючей смеси в основной камере сгорания и зажигает горючую смесь.The flow of the combustible mixture in the bypass channel is inhibited due to the smaller cross-sectional area of the inlet of the bypass channel compared to the cross-sectional area of the bypass channel itself. The inlet and outlet openings of a smaller section can be made in the form of a consumable washer installed at the inlet and outlet of the bypass channel. The flow rate of the combustible mixture in the bypass channel becomes significantly lower than the flow rate in the main combustion chamber, so that the combustible mixture in the bypass channel is easily ignited using ignition sources. A turbulent flame arising in the bypass channel, propagating throughout the channel volume, burns part of the combustible mixture entering the channel, increasing the pressure in it and forming a turbulent non-isothermal gas stream from hot combustion products, which is pushed into the main combustion chamber to the low pressure region. A hot gas stream (temperature ~ 1600-2000 ° C) is in contact with the flow of the combustible mixture in the main combustion chamber and ignites the combustible mixture.
Таким образом, в предлагаемых способе и устройстве используется принцип форкамерного зажигания: горючая смесь сначала зажигается не в основной, а в дополнительной камере (обводном канале), причем зажигание потока смеси в основной камере происходит от контакта с горячими продуктами сгорания, а не непосредственно от источника зажигания. Последнее существенно повышает надежность и экономичность зажигания горючей смеси в основной камере сгорания, так как для зажигания смеси в обводном канале (форкамере) достаточно относительно небольшой энергии и мощности зажигания (скорость потока горючей смеси в обводном канале значительно ниже скорости потока в основной камере).Thus, in the proposed method and device, the principle of prechamber ignition is used: the combustible mixture is first ignited not in the main but in the secondary chamber (bypass channel), and the ignition of the mixture flow in the main chamber comes from contact with hot combustion products, and not directly from the source ignition. The latter significantly increases the reliability and efficiency of ignition of the combustible mixture in the main combustion chamber, since relatively small energy and ignition power are sufficient for igniting the mixture in the bypass channel (prechamber) (the flow rate of the combustible mixture in the bypass channel is significantly lower than the flow rate in the main chamber).
Приводим экспериментальный пример осуществления предлагаемого способа зажигания потока горючей смеси в основной камере сгорания на примере второго варианта устройства, оснащенного регистрирующей аппаратурой.We give an experimental example of the proposed method of ignition of the flow of a combustible mixture in the main combustion chamber using the example of the second variant of the device equipped with recording equipment.
Испытания проводили на экспериментальной камере сгорания, работающей на смеси природного газа с воздухом. В обводном канале диаметром 25,4 мм с входным и выходным отверстиями одинакового диаметра 12,7 мм (площадь сечения входного и выходного отверстий обводного канала в 4 раза меньше площади сечения обводного канала) устанавливались две стандартные автомобильные свечи зажигания. Обводной канал соединял центральную и периферийную части основной цилиндрической камеры сгорания длиной 300 мм и диаметром 64 мм. В основную камеру сгорания через тангенциальный ввод непрерывно подавали частично перемешанную стехиометрическую смесь природного газа с воздухом (содержание метана в природном газе 98,6% об.) при объемном расходе 2 л/сек.The tests were carried out on an experimental combustion chamber operating on a mixture of natural gas with air. Two standard automobile spark plugs were installed in the bypass channel with a diameter of 25.4 mm with inlet and outlet openings of the same diameter of 12.7 mm (the cross-sectional area of the inlet and outlet openings of the bypass channel was 4 times smaller than the cross-sectional area of the bypass channel). A bypass channel connected the central and peripheral parts of the main cylindrical combustion chamber with a length of 300 mm and a diameter of 64 mm. A partially mixed stoichiometric mixture of natural gas with air (methane content in natural gas 98.6% vol.) At a volume flow of 2 l / s was continuously fed into the main combustion chamber through a tangential inlet.
Формула для расчета соотношения площадей сечений входного отверстия обводного канала (fвх) и обводного канала (fканал):The formula for calculating the ratio of the cross-sectional areas of the inlet of the bypass channel (f in ) and the bypass channel (f channel ):
содержит значения давления (p1) в основной камере сгорания на входе в обводной канал и давления (p2) в основной камере сгорания на выходе из обводного канала, плотность горючей смеси (ρ), а также максимально допустимую скорость потока (U) в обводном канале.contains values of pressure (p 1 ) in the main combustion chamber at the inlet to the bypass channel and pressure (p 2 ) in the main combustion chamber at the outlet of the bypass channel, the density of the combustible mixture (ρ), as well as the maximum allowable flow rate (U) in the bypass channel.
Допустимую скорость потока в обводном канале определяли по критерию Дунского:The permissible flow rate in the bypass channel was determined by the Dunsky criterion:
где k - эмпирическая постоянная, L - характерный размер очага зажигания; uп - скорость ламинарного пламени, определяемая составом, температурой и давлением подаваемой горючей смеси, а - коэффициент температуропроводности подаваемой горючей смеси. Для условий наших опытов k≈1.5, L=0.002 м (межэлектродный промежуток в свече зажигания), uп≈0.4 м/с, а≈0.2·10-4 м2/с (температура подаваемой горючей смеси равна 300 K) (Ильяшенко С.М., Талантов А.В. Теория и расчет прямоточных камер сгорания. М.: Машиностроение, 1964).where k is the empirical constant, L is the characteristic size of the ignition site; u p is the velocity of the laminar flame, determined by the composition, temperature and pressure of the supplied combustible mixture, and is the thermal diffusivity of the supplied combustible mixture. For the conditions of our experiments, k≈1.5, L = 0.002 m (the interelectrode gap in the spark plug), u p ≈0.4 m / s, and ≈0.2 · 10 -4 m 2 / s (the temperature of the supplied combustible mixture is 300 K) (Ilyashenko S.M., Talantov A.V. Theory and calculation of direct-flow combustion chambers (Moscow: Mashinostroenie, 1964).
Расчет дает значение допустимой скорости в обводном канале U≤24 м/с.The calculation gives the value of the permissible speed in the bypass channel U≤24 m / s.
Давление (p1) в основной камере сгорания на входе в обводной канал и давление (p2) в основной камере на выходе из обводного канала определили по заданному объемному расходу горючей смеси и заданным геометрическим параметрам основной камеры сгорания по известным из механики жидкости и газа уравнениям (Дейч М.Е. Техническая газодинамика. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. Тангенциальная подача горючей смеси: с.306, уравнение 5.87): при расходе горючей смеси 2 л/сек в основной камере сгорания диаметром 64 мм и длиной 300 мм разность давлений на входе на входе в обводной канал (p1) и выходе из него (p2) равна 720 Па. Подставляя найденные значения в формулу для расчета соотношения площадей сечений входного отверстия обводного канала (fвх) и обводного канала (fканал), находим требуемое для обеспечения максимально допустимой скорости потока горючей смеси в обводном канале соотношение площадей сечения входного отверстия обводного канала и обводного канала: fвx/fканал=1/3,45.The pressure (p 1 ) in the main combustion chamber at the inlet to the bypass channel and the pressure (p 2 ) in the main chamber at the outlet of the bypass channel were determined from the given volumetric flow rate of the combustible mixture and the given geometric parameters of the main combustion chamber from the equations known from fluid and gas mechanics (Deutsch, Technical Gas Dynamics. - M.-L .: Gosenergoizdat, 1961. Tangential flow of the combustible mixture: p.306, equation 5.87): when the flow rate of the combustible mixture is 2 l / s in the main combustion chamber with a diameter of 64 mm and a length 300 mm pressure difference at the inlet at the inlet to the bypass channel (p 1 ) and exit from it (p 2 ) is 720 Pa. Substituting the found values into the formula for calculating the ratio of the cross-sectional areas of the inlet of the bypass channel (f in ) and the bypass channel (f channel ), we find the ratio of the cross-sectional areas of the inlet of the bypass channel and the bypass channel required to ensure the maximum allowable flow rate of the combustible mixture in the bypass channel: f bx / f channel = 1 / 3.45.
В проведенных опытах обводной канал (соотношение fвх/fканал=1/4) обеспечивал надежное зажигание смеси в основной камере сгорания. На фиг.3 показана осциллограмма давления в основной камере. При размещении двух свечей зажигания в основной камере сгорания, не оснащенной обводным каналом, воспламенения смеси не происходило даже при расходах горючей смеси, в пять раз меньших, чем в экспериментах с обводным каналом.In the experiments performed, the bypass channel (ratio f in / f channel = 1/4) ensured reliable ignition of the mixture in the main combustion chamber. Figure 3 shows the pressure waveform in the main chamber. When two spark plugs were placed in the main combustion chamber, not equipped with a bypass channel, the mixture did not ignite even at a flow rate of the combustible mixture five times lower than in experiments with the bypass channel.
Таким образом, предлагаемые способ зажигания потока горючей смеси и устройство для его осуществления (варианты) позволяют осуществлять быстрое и надежное воспламенение горючей смеси в высокоскоростных потоках и отличаются простотой конструкции и более высокой технологичностью. Конструкция камеры зажигания в виде проточного обводного канала обеспечивает быстрое заполнение камеры зажигания горючей смесью и позволяет легко очищать камеру зажигания от продуктов сгорания.Thus, the proposed method of ignition of a flow of a combustible mixture and a device for its implementation (options) allow for fast and reliable ignition of a combustible mixture in high-speed flows and are distinguished by their simplicity of design and higher adaptability. The design of the ignition chamber in the form of a flow-through bypass channel ensures quick filling of the ignition chamber with a combustible mixture and makes it easy to clean the ignition chamber of combustion products.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153481/06A RU2447368C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153481/06A RU2447368C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2447368C1 true RU2447368C1 (en) | 2012-04-10 |
Family
ID=46031753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153481/06A RU2447368C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2447368C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543082C1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Method for vehicle engine ignition |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU943479A1 (en) * | 1980-07-11 | 1982-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс В Г.Казани | Device for pd combustion product pulsating flow |
| RU2064133C1 (en) * | 1992-12-11 | 1996-07-20 | Владимир Викторович Комиссаров | Combustion chamber |
| RU2107226C1 (en) * | 1996-02-21 | 1998-03-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Общемашсервис" | Flame igniter |
| RU2210677C2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-08-20 | Барышников Виктор Сергеевич | Precumbustion chamber of internal combustion engine |
| JP2005076549A (en) * | 2003-09-01 | 2005-03-24 | Jfe Engineering Kk | Detonation generator |
| RU2270349C2 (en) * | 2004-02-17 | 2006-02-20 | Виктор Сергеевич Барышников | Prechamber of internal combustion engine |
| RU2406933C1 (en) * | 2009-05-04 | 2010-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Small-size combustion chamber of gas turbine engine |
-
2010
- 2010-12-28 RU RU2010153481/06A patent/RU2447368C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU943479A1 (en) * | 1980-07-11 | 1982-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс В Г.Казани | Device for pd combustion product pulsating flow |
| RU2064133C1 (en) * | 1992-12-11 | 1996-07-20 | Владимир Викторович Комиссаров | Combustion chamber |
| RU2107226C1 (en) * | 1996-02-21 | 1998-03-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Общемашсервис" | Flame igniter |
| RU2210677C2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-08-20 | Барышников Виктор Сергеевич | Precumbustion chamber of internal combustion engine |
| JP2005076549A (en) * | 2003-09-01 | 2005-03-24 | Jfe Engineering Kk | Detonation generator |
| RU2270349C2 (en) * | 2004-02-17 | 2006-02-20 | Виктор Сергеевич Барышников | Prechamber of internal combustion engine |
| RU2406933C1 (en) * | 2009-05-04 | 2010-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Small-size combustion chamber of gas turbine engine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543082C1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Method for vehicle engine ignition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20040168442A1 (en) | Torch igniter | |
| US7806094B2 (en) | Laser ignition apparatus | |
| US7966803B2 (en) | Pulse detonation combustor with folded flow path | |
| US8161725B2 (en) | Compact cyclone combustion torch igniter | |
| US4382771A (en) | Gas and steam generator | |
| CN103835837A (en) | Thermojet generating device based on rotational flow mixing and continuous combustion of gaseous fuels | |
| CN109595099A (en) | Hybrid motor is used in a kind of ground run experiment | |
| CN106715859A (en) | Ignition system for internal combustion engines | |
| CN106016363B (en) | A kind of lighter | |
| CN105910134A (en) | Plasma ignition combustion-supporting system | |
| KR20180107913A (en) | Combustor nozzle | |
| RU2447368C1 (en) | Method for ignition of fuel mix flow and device for its implementation (versions) | |
| RU2724069C1 (en) | Low-thrust rocket engine on non-self-inflammable liquid fuel and gaseous oxidant | |
| RU2334916C1 (en) | Gas-dynamic igniter | |
| FR2513357A1 (en) | IGNITION DEVICE, ESPECIALLY FOR A PULSATION BURNER | |
| CN105781747B (en) | A kind of igniter for Liquid fuel ramjet engine | |
| RU2490491C1 (en) | Device for pulse ignition of combustible mixture | |
| CN106246356A (en) | Igniter for Liquid fuel ramjet engine band flame stabilization function | |
| RU2555601C1 (en) | Gas dynamic ignitor of basic fuel mixture in flow channel | |
| RU2374560C1 (en) | Igniting device | |
| RU73054U1 (en) | GAS-BURNER | |
| RU2485337C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine mixing chamber | |
| RU2615883C1 (en) | Thruster with multi-stage combustion chamber at gaseous hydrogen and oxygen | |
| RU2183763C2 (en) | Device for ignition of propellant components in combustion chamber of liquid-propellant rocket engine | |
| RU2381417C1 (en) | Burner and burner operation method (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140428 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151229 |