RU2513527C1 - Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation - Google Patents

Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation Download PDF

Info

Publication number
RU2513527C1
RU2513527C1 RU2012155479/06A RU2012155479A RU2513527C1 RU 2513527 C1 RU2513527 C1 RU 2513527C1 RU 2012155479/06 A RU2012155479/06 A RU 2012155479/06A RU 2012155479 A RU2012155479 A RU 2012155479A RU 2513527 C1 RU2513527 C1 RU 2513527C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
primary
secondary air
air
combustion chamber
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2012155479/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Старик
Ростислав Иванович Сериков
Наталия Сергеевна Титова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority to RU2012155479/06A priority Critical patent/RU2513527C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513527C1 publication Critical patent/RU2513527C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed combustion chamber comprises housing accommodating the perforated fire tube with combustion and dilution zones, fuel feed system, air primary and secondary flow feed system and fuel-air mix ignition system. Airflow feed system incorporates primary airflow controller in primary air channel and secondary airflow controller inside circular channel between combustion chamber walls and fire tube. Said controllers include laser radiation source, laser radiation splitter for primary and secondary airflows controllers. Every said controller incorporates optic fibres with inputs connected to laser radiation splitter. Output of primary airflow controller optic fibre is connected via through hole with primary airflow inlet channel equipped with at least two opposed mirrors. Secondary airflow controller comprises at least two opposed mirrors located inside circular channel, one of the mirrors having a through hole at mirror axis in focal plane. Output of secondary airflow controller optic fibre is connected via mirror through hole with circular channel. Laser source can excite oxygen molecules to metastable singlet states.
EFFECT: higher completeness of combustion and chamber efficiency.
16 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к способам организации горения в камерах сгорания авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to aircraft engine building, in particular to methods for organizing combustion in the combustion chambers of aircraft gas turbine engines (GTE).

Известен способ организации горения в традиционной камере сгорания авиационного ГТД, получивший широкое распространение в основных камерах сгорания ГТД традиционной схемы независимо от конкретных особенностей конструкции двигателя. Способ заключается в том, что рабочий объем камеры разделяется на две основные части: зону горения и зону разбавления. За фронтовым устройством жаровой трубы образуются зоны циркуляции газа, необходимые для стабилизации пламени, т.е. для непрерывного поджигания топливовоздушной смеси горячими продуктами сгорания. В эту зону подается распыляемое центробежной форсункой топливо. Поступающий в жаровую трубу воздух делится на три основные части: первичный, вторичный и третичный (см., например, «Обеспечение комплекса основных характеристик камеры». Основные камеры сгорания ГТД. Научный вклад в создание авиационных двигателей, Кн.2, ЦИАМ, 2000 г., стр.308-309).A known method of organizing combustion in a traditional combustion chamber of an aircraft gas turbine engine, widely used in the main combustion chambers of a gas turbine engine of a traditional design, regardless of the specific design features of the engine. The method consists in the fact that the working volume of the chamber is divided into two main parts: the combustion zone and the dilution zone. Behind the front device of the flame tube, gas circulation zones are formed, which are necessary for stabilization of the flame, i.e. for continuous ignition of the air-fuel mixture by hot combustion products. The fuel sprayed by the centrifugal nozzle is fed into this zone. The air entering the flame tube is divided into three main parts: primary, secondary and tertiary (see, for example, “Providing a set of basic characteristics of the chamber.” Main combustion chambers of gas turbine engines. Scientific contribution to the creation of aircraft engines, Book 2, TsIAM, 2000 ., pp. 308-309).

Недостатком данного способа является высокий уровень выброса загрязняющих веществ, к которым, как известно, относятся: монооксид углерода СО, оксиды азота NOx, несгоревшие углеводороды СnНm и сажевые частицы которые образуются при горении углеводородных топлив в традиционных камерах сгорания ГТД.The disadvantage of this method is the high level of emission of pollutants, which, as you know, include: carbon monoxide СО, nitrogen oxides NO x , unburned hydrocarbons С n Н m and soot particles that are formed during the combustion of hydrocarbon fuels in traditional gas turbine combustion chambers.

Известна камера сгорания ГТД, в которой с целью уменьшения токсичных выбросов используют пар (патент РФ №2287066, МПК F01K 21/04, опубл. 2006 г.). Способ работы указанной камеры ГТД включает подачу пара в первичную зону (зона горения) и во вторичную зону (зона разбавления) камеры сгорания. Расход пара в первичную зону регулируют перепуском части пара во вторичную зону и поддерживают оптимальную температуру пламени в первичной зоне на всех основных режимах работы. При этом пар во вторичную зону подается непосредственно в жаровую трубу камеры сгорания без предварительного смешения с воздухом, подаваемым во вторичную зону. Изобретение позволяет обеспечить при всех условиях эксплуатации в диапазоне основных режимов работы низкий уровень эмиссии оксидов азота, монооксида углерода и несгоревших углеводородов, устойчивую и надежную работу камеры сгорания, значительное повышение мощности и к.п.д. установки.A gas turbine engine combustion chamber is known in which steam is used to reduce toxic emissions (RF patent No. 2287066, IPC F01K 21/04, publ. 2006). The method of operation of the specified chamber of the gas turbine engine includes supplying steam to the primary zone (combustion zone) and to the secondary zone (dilution zone) of the combustion chamber. The flow rate of steam into the primary zone is controlled by transferring part of the steam into the secondary zone and the optimum flame temperature in the primary zone is maintained in all main operating modes. In this case, the steam in the secondary zone is supplied directly to the combustion tube of the combustion chamber without preliminary mixing with the air supplied to the secondary zone. The invention allows to ensure under all operating conditions in the range of main operating modes a low level of emission of nitrogen oxides, carbon monoxide and unburned hydrocarbons, stable and reliable operation of the combustion chamber, a significant increase in power and efficiency installation.

Основным недостатком данной камеры сгорания является невозможность ее использования в авиационных двигателях в связи с большим потребным количеством пара и отсутствием источника пара на борту самолета.The main disadvantage of this combustion chamber is the impossibility of its use in aircraft engines due to the large amount of steam required and the lack of a steam source on board the aircraft.

В связи с ужесточением требований по выбросам вредных веществ ГТД возникает необходимость в разработке камеры сгорания с малыми выбросами этих веществ. Среди других решений (подача пара или воды в камеру сгорания) применяют перераспределение расхода воздуха по длине камеры сгорания для обеспечения оптимальных условий горения во всем рабочем диапазоне режимов работы ГТД. При этом для предотвращения образования СО и СnНm на низких режимах и обеспечения нормального запуска камеры сгорания уменьшают расход воздуха в первичную зону, а на высоких режимах для предотвращения образования NOx увеличивают расход воздуха в первичную зону.In connection with the stricter requirements for the emission of harmful substances from gas turbine engines, there is a need to develop a combustion chamber with low emissions of these substances. Among other solutions (steam or water supply to the combustion chamber), redistribution of air flow along the length of the combustion chamber is used to ensure optimal combustion conditions in the entire working range of gas turbine engine operating modes. At the same time, to prevent the formation of CO and C n H m at low conditions and to ensure normal start-up of the combustion chamber, the air flow to the primary zone is reduced, and at high conditions to prevent the formation of NO x , the air flow to the primary zone is increased.

Наиболее близкой к предложенной камере является камера сгорания ГТД с регулируемым распределением воздуха, содержащая жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом (патент ЕР 0100135, МПК F23R 3/26, опуб. 1986 г.).Closest to the proposed chamber is a gas turbine engine with a controlled distribution of air, containing a fire tube with windows in its wall, overlapped by a movable element located at the location of the windows, connected through a lever system with a drive (patent EP 0100135, IPC F23R 3/26, publ . 1986).

Недостатком указанного устройства является его низкая надежность, так как при нагреве стенок жаровой трубы поворотные и перемещаемые вдоль нее кольца, пояса или не обеспечивают герметичность (при закрытом положении), что нарушает оптимальное распределение воздуха по длине жаровой трубы, или (при достаточной герметичности, т.е. при малых зазорах) могут происходить отказы в перемещениях регулирующих элементов из-за коробления жаровой трубы, особенно при ее неравномерном нагреве, и от температурных расширений жаровой трубы и регулируемых элементов.The disadvantage of this device is its low reliability, since when heating the walls of the flame tube, the rings rotated and moved along it, the belts either do not provide tightness (when closed), which violates the optimal distribution of air along the length of the flame pipe, or (with sufficient tightness, t .e. with small gaps), failures in the movements of the regulating elements can occur due to warping of the flame tube, especially when it is unevenly heated, and from temperature expansion of the flame tube and adjustable lementov.

Как отмечено выше, в традиционной камере сгорания воздух, отбираемый от компрессора, разделяется на два потока: первичный и вторичный потоки. Первичный поток поступает на фронтовое устройство, которое содержит топливную форсунку и обеспечивает с помощью основных и вспомогательных завихрителей создание турбулентного потока газовой смеси посредством смешения первичного воздуха с горючим. Образованная топливовоздушная смесь воспламеняется стандартным образом и образует в жаровой трубе пламенный факел в направлении течения газа с максимальной температурой на оси порядка 2000 К и более. Высокая температура пламенного факела является причиной образования в нем оксидов азота, которые наряду с окислами углерода являются основными загрязняющими выхлопными веществами камеры сгорания. Образование СО в продуктах сгорания является следствием неполноты сгорания углеводородных топлив в области боковой стенки жаровой трубы, которая интенсивно охлаждается до 900 К в узкой зоне подачи пелены вторичного воздуха, находящейся между корпусом камеры сгорания и внешней поверхностью жаровой трубы. При такой низкой температуре монооксид углерода не окисляется в СO2. Таким образом, причины образования оксидов азота и углерода различны, чем и объясняются практические трудности технической реализации одновременного предотвращения этих загрязнений в выхлопных газах камеры сгорания ГТД. Уменьшение оксидов азота осуществляется сжиганием бедных смесей, что может относиться к некоторому эквивалентному уменьшению эффективного времени пребывания основных продуктов горения в области интенсивного тепловыделения. Однако этот подход не является оптимальным, так как сопровождается проблемами неустойчивости горения по сравнению с диффузионным горением, что является основным недостатком и препятствием в создании камер сгорания, использующих бедные смеси.As noted above, in a traditional combustion chamber, the air drawn from the compressor is divided into two streams: primary and secondary streams. The primary stream enters the front-end device, which contains the fuel nozzle and ensures, with the help of the main and auxiliary swirlers, the creation of a turbulent flow of the gas mixture by mixing primary air with fuel. The formed air-fuel mixture ignites in a standard way and forms a flame plume in the flame tube in the direction of gas flow with a maximum temperature on the axis of the order of 2000 K or more. The high temperature of the flame torch causes the formation of nitrogen oxides in it, which, along with carbon oxides, are the main pollutants in the combustion chamber. The formation of CO in the combustion products is a consequence of incomplete combustion of hydrocarbon fuels in the region of the side wall of the flame tube, which is intensively cooled to 900 K in the narrow zone of supply of the secondary air sheet located between the body of the combustion chamber and the outer surface of the flame tube. At such a low temperature, carbon monoxide does not oxidize to CO 2 . Thus, the reasons for the formation of nitrogen and carbon oxides are different, which explains the practical difficulties in the technical implementation of the simultaneous prevention of these contaminants in the exhaust gases of the gas turbine combustion chamber. The reduction of nitrogen oxides is carried out by burning lean mixtures, which may relate to some equivalent decrease in the effective residence time of the main combustion products in the area of intense heat generation. However, this approach is not optimal, since it is accompanied by problems of combustion instability compared with diffusion combustion, which is the main disadvantage and obstacle in creating combustion chambers using lean mixtures.

В основу настоящего изобретения положено решение следующих задач:The present invention is based on the following tasks:

- ускорение процесса горения при одновременном снижении эмиссии вредных веществ, включая NOx и СО;- acceleration of the combustion process while reducing emissions of harmful substances, including NO x and CO;

- окисление СО до СO2, уменьшающее при этом эмиссию СО из камеры сгорания в несколько раз и обеспечивающее тем самым экологически безопасный уровень эмиссии СО из двигателя;- oxidation of CO to CO 2 , which reduces the emission of CO from the combustion chamber by several times and thereby provides an environmentally friendly level of CO emission from the engine;

- увеличение полноты сгорания топливовоздушной смеси и к.п.д. камеры сгорания;- increase the completeness of combustion of the air-fuel mixture and efficiency combustion chambers;

- обеспечение экологически более чистого горения.- providing cleaner burning.

Для достижения указанного технического результата камера сгорания ГТД содержит корпус, расположенную в корпусе перфорированную жаровую трубу с зонами горения и разбавления, систему подачи топлива, систему подачи первичного и вторичного потоков воздуха и устройство зажигания топливовоздушной смеси. Система подачи потоков воздуха снабжена устройством воздействия на поток первичного воздуха во входном канале первичного воздуха и устройством воздействия на поток вторичного воздуха в полости кольцевого канала между стенками камеры сгорания и жаровой трубы.To achieve the technical result, the gas turbine engine combustion chamber comprises a housing, a perforated flame tube located in the housing with combustion and dilution zones, a fuel supply system, a primary and secondary air flow supply system, and an air-fuel mixture ignition device. The air flow supply system is equipped with a device for influencing the primary air flow in the primary air inlet channel and a device for influencing the secondary air flow in the annular cavity cavity between the walls of the combustion chamber and the flame tube.

Новым в изобретении является то, что устройства воздействия на потоки первичного и вторичного воздуха содержат источник лазерного излучения и делитель лазерного излучения по устройствам воздействия на потоки первичного и вторичного воздуха. Каждое устройство воздействия снабжено оптическими волокнами с вводами, подключенными к делителю лазерного излучения. Вывод оптического волокна устройства воздействия на поток первичного воздуха подключен через сквозное отверстие к входному каналу первичного воздуха, выполненного, по меньшей мере, с двумя расположенными напротив друг друга зеркалами. Устройство воздействия на поток вторичного воздуха содержит, по меньшей мере, два расположенных друг напротив друга зеркала, размещенных в полости кольцевого канала, где одно из зеркал имеет в фокальной плоскости на оси симметрии сквозное отверстие. Вывод оптического волокна устройства воздействия на поток вторичного воздуха подключен через сквозное отверстие зеркала к кольцевому каналу. Источник лазерного излучения выполнен с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000001
и O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
.New in the invention is that devices for influencing the flows of primary and secondary air contain a laser source and a laser divider for devices affecting the flows of primary and secondary air. Each exposure device is equipped with optical fibers with inputs connected to a laser radiation divider. The output of the optical fiber of the device for influencing the primary air flow is connected through a through hole to the input channel of the primary air, made with at least two mirrors located opposite each other. The device for influencing the secondary air flow contains at least two opposing mirrors located in the cavity of the annular channel, where one of the mirrors has a through hole in the focal plane on the axis of symmetry. The output of the optical fiber of the device for influencing the secondary air flow is connected through the through hole of the mirror to the annular channel. The laser radiation source is configured to excite oxygen molecules in metastable singlet states O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000001
and O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
.

Новым также является то, что зеркала во входном канале первичного воздуха выполнены в виде отдельных плоских многогранников.Also new is the fact that the mirrors in the inlet channel of the primary air are made in the form of separate flat polyhedra.

Новым также является то, что зеркала расположены в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения или зону разбавления жаровой трубы.Also new is the fact that the mirrors are located in the cavity of the annular channel covering the combustion zone or the dilution zone of the flame tube.

Способ работы камеры сгорания ГТД заключается в том, что в камеру сгорания раздельно подают горючее и воздух. Поток воздуха разделяют на две части. При этом на поток первичного воздуха воздействуют, смешивают его с горючим и воспламеняют в полости жаровой трубы. На поток вторичного воздуха воздействуют и подают его через отверстия в стенке жаровой трубы камеры сгорания.The method of operation of the combustion chamber of a gas turbine engine is that fuel and air are separately supplied to the combustion chamber. The air flow is divided into two parts. In this case, the primary air flow is affected, mixed with fuel and ignited in the cavity of the flame tube. The secondary air stream is exposed and supplied through openings in the wall of the combustion tube combustion chamber.

Новым в изобретении является то, что воздействие на потоки первичного и вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000003
и O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
.New in the invention is that the impact on the flows of primary and secondary air is carried out by laser radiation with the possibility of excitation of oxygen molecules in metastable singlet states O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000003
and O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
.

Новым также является то, что при воздействии лазерным излучением на потоки первичного и вторичного воздуха формируют однородное, изотропное световое поле, обеспечивая многократное отражение лазерного излучения между зеркалами.Also new is the fact that when exposed to laser radiation on the flows of primary and secondary air, a uniform, isotropic light field is formed, providing multiple reflection of laser radiation between the mirrors.

Новым также является то, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения или зону разбавления жаровой трубы.It is also new that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel, covering the combustion zone or the dilution zone of the flame tube.

Механизм воздействия на поток воздуха с возможностью обеспечения возбуждения молекулярного кислорода в синглетные состояния O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000003
и O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
описан в следующих статьях: 1) Adam Hicks, Seth Norberg, Paul Shawcross, Walter R Lempert, J William Rich and Igor V Adamovich. Singlet oxygen generation in a high pressure non-self-sustained electric discharge//J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 3812-3824; 2) K.F.Pliavaka, S.V.Gorbatov, S.V.Shushkou, F.V.Pliavaka, A.P.Chemukho, S.A.Zhdanok, V.V.Naumov, A.M. Starik, A. Bourig, J.-P. Martin. Singlet oxygen production in electrical non-self-sustained HV pulsed+DC cross discharge at atmospheric pressure with application to plasma assisted combustion technologies//In Contributed Papers of International Workshop on Nonequilibrium Processes in Combustion and Plasma Based Technologies, page 186-191, Minsk, 2006.The mechanism of influence on the air flow with the possibility of providing excitation of molecular oxygen to singlet states O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000003
and O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
described in the following articles: 1) Adam Hicks, Seth Norberg, Paul Shawcross, Walter R Lempert, J William Rich and Igor V Adamovich. Singlet oxygen generation in a high pressure non-self-sustained electric discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 3812-3824; 2) KFPliavaka, SV Gorbatov, SVShushkou, FVPliavaka, APChemukho, SAZhdanok, VVNaumov, AM Starik, A. Bourig, J.-P. Martin Singlet oxygen production in electrical non-self-sustained HV pulsed + DC cross discharge at atmospheric pressure with application to plasma assisted combustion technologies // In Contributed Papers of International Workshop on Nonequilibrium Processes in Combustion and Plasma Based Technologies, page 186-191, Minsk , 2006.

Настоящее изобретение основано на следующих физических процессах снижения концентрации оксида азота и окислов углерода.The present invention is based on the following physical processes for reducing the concentration of nitric oxide and carbon oxides.

Известно, что заметное снижение оксидов азота может быть реализовано при сжигании бедных углеводородных воздушных смесей, которые характеризуются параметром ϕ, равным отношению массы горючего к массе окислителя (воздуха) и называется коэффициентом избытка топлива (горючего). При значениях ϕ=1 смесь является стехиометрической, а при ϕ<1 смесь принимается бедной, и наоборот. Ускорение процесса горения может быть достигнуто применением молекул кислорода, находящихся в возбужденных метастабильных синглетных состояниях. Соответствующий детальный кинетический механизм такого горения описан в ст.: Starik A.M., Koslov V.E., Titova N.C. // Combust. Flame 2010. V.157. N2. P.313-327.It is known that a noticeable decrease in nitrogen oxides can be realized by burning poor hydrocarbon air mixtures, which are characterized by the parameter ϕ equal to the ratio of the mass of fuel to the mass of oxidizer (air) and is called the coefficient of excess fuel (fuel). For ϕ = 1, the mixture is stoichiometric, and for ϕ <1, the mixture is poor, and vice versa. The acceleration of the combustion process can be achieved by using oxygen molecules in excited metastable singlet states. The corresponding detailed kinetic mechanism of such combustion is described in: Starik A.M., Koslov V.E., Titova N.C. // Combust. Flame 2010. V.157. N2. P.313-327.

Для анализа процессов образования NOx при наличии молекул синглетного кислорода O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000003
в смеси СH4 - воздух была разработана расширенная кинетическая модель. Оценки констант скорости для реакций N(4S)+ O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000003
=NO(X2П)+O(3P) и N2+ O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000004
=N2O+O(1D), основанные на вычислениях поверхностей потенциальной энергии, показали, что активность молекул синглетного кислорода в этих реакциях намного меньше, чем молекул кислорода в основном состоянии. Однако присутствие дополнительного количества синглетного кислорода в смеси СН4 - воздух приводит к увеличению концентрации NO. Тем не менее, это увеличение не превышает 30% даже при λ O 2 ( a 1 Δ g ) 0 = 0,05 γ O 2 0
Figure 00000005
. Главная причина этого явления - появление дополнительного количества атомарного кислорода в горячей и холодной областях пламени вследствие ускорения разветвления цепи при наличии синглетного кислорода в смеси СН4 - воздух. Более быстрое образование атомов О увеличивает производство молекул NО в ходе реакции N2+О=NO+N, входящей в тепловой механизм. Поскольку присутствие возбужденных молекул O2 в смеси СН4 - воздух приводит к росту скорости пламени и расширению пределов воспламенения, становится возможным сжигание более бедной смеси, по сравнению со случаем отсутствия молекул O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
в газе, при одинаковом значении скорости пламени. Это позволяет значительно уменьшить концентрацию оксида азота в продуктах сгорания.To analyze the processes of NO x formation in the presence of singlet oxygen molecules O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000003
In the CH 4 - air mixture, an extended kinetic model was developed. Estimates of the rate constants for the reactions N ( 4 S) + O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000003
= NO (X 2 P) + O ( 3 P) and N 2 + O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000004
= N 2 O + O ( 1 D), based on calculations of potential energy surfaces, showed that the activity of singlet oxygen molecules in these reactions is much less than the oxygen molecules in the ground state. However, the presence of an additional amount of singlet oxygen in the mixture of CH 4 - air leads to an increase in the concentration of NO. However, this increase does not exceed 30% even at λ O 2 ( a one Δ g ) 0 = 0.05 γ O 2 0
Figure 00000005
. The main reason for this phenomenon is the appearance of an additional amount of atomic oxygen in the hot and cold regions of the flame due to accelerated branching of the chain in the presence of singlet oxygen in the mixture of CH 4 air. Faster formation of O atoms increases the production of NO molecules during the reaction N 2 + O = NO + N, which is part of the thermal mechanism. Since the presence of excited O 2 molecules in the CH 4 - air mixture leads to an increase in the flame velocity and expansion of the ignition limits, it becomes possible to burn a poorer mixture compared to the case of the absence of molecules O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
in gas, at the same flame speed. This can significantly reduce the concentration of nitric oxide in the combustion products.

Так, при λ O 2 ( a 1 Δ g ) 0 = 0,05 γ O 2 0

Figure 00000007
уменьшение концентрации NО для атмосферного пламени метан - воздух из-за горения более бедной смеси может достигать двух раз (ст.: A.M.Starik, P.S.Kuleshov, A.S.Sharipov, V.A.Strelnikova, N.S.Titova. On the influence of singlet oxygen molecules on the NOx formation in methane-air laminar flame. Proceedings of the Combustion Institute, 2012, V.34, doi l0.1016/j.proci. 2012.10.003).So, with λ O 2 ( a one Δ g ) 0 = 0.05 γ O 2 0
Figure 00000007
a decrease in the concentration of NO for the atmospheric flame of methane - air due to the burning of a poorer mixture can reach two times (Art .: AMStarik, PSKuleshov, ASSharipov, VAStrelnikova, NSTitova. On the influence of singlet oxygen molecules on the NO x formation in methane-air laminar flame. Proceedings of the Combustion Institute, 2012, V.34, doi l0.1016 / j.proci. 2012.10.003).

В отличие от оксида азота окись углерода в традиционной камере образуется в результате понижения температуры в узкой зоне подачи пелены вторичного воздуха в области между внешней поверхностью жаровой трубы и корпусом камеры сгорания. Образование СО в продуктах сгорания является следствием неполноты сгорания углеводородных топлив в этой низкотемпературной области, которая интенсивно охлаждается до 900 К в узкой зоне подачи пелены вторичного воздуха. При такой низкой температуре монооксид углерода не окисляется в СО2. Интенсификация окисления СО до СО2 в низкотемпературной области достигается посредством возбуждения молекул О2 из основного в возбужденное электронное состояние O 2 ( b 1 g + )

Figure 00000002
. Далее в результате относительно быстрого тушения состояния O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
: O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
+М= O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
+М в воздухе возникает метастабильное состояние O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
. Молекулы синглетного кислорода O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
реагируют с молекулами СО на несколько порядков величины быстрее, чем молекулы О2 в основном электронном состоянии (Sharipov A.S. and Starik A.M. // J. Phys. Chem. A.2011. V.115. P.1795-1803). Поступая вместе с вторичным воздухом в пристеночную область жаровой трубы с относительно низкой температурой (Т=900-1000 К), синглетный кислород O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
инициирует протекание цепного механизма, приводящему к быстрому окислению СО до СО2. При этом уменьшается эмиссия СО из камеры сгорания в несколько раз и достигается экологически безопасный уровень эмиссии. Увеличиваются полнота сгорания топливовоздушной смеси и к.п.д. камеры сгорания в целом.Unlike nitric oxide, carbon monoxide in a traditional chamber is formed as a result of lowering the temperature in a narrow zone of supply of a secondary air sheet in the region between the outer surface of the flame tube and the housing of the combustion chamber. The formation of CO in the combustion products is a consequence of the incompleteness of the combustion of hydrocarbon fuels in this low-temperature region, which is intensively cooled to 900 K in a narrow zone of supply of a shroud of secondary air. At such a low temperature, carbon monoxide does not oxidize to CO 2 . The intensification of the oxidation of CO to CO 2 in the low-temperature region is achieved by excitation of O 2 molecules from the ground to an excited electronic state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
. Further, as a result of relatively quick quenching of the state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
: O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
+ M = O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
+ M in the air there is a metastable state O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
. Singlet oxygen molecules O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
react with CO molecules several orders of magnitude faster than O 2 molecules in the ground electronic state (Sharipov AS and Starik AM // J. Phys. Chem. A.2011. V.115. P.1795-1803). Entering together with the secondary air in the wall region of the flame tube with a relatively low temperature (T = 900-1000 K), singlet oxygen O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
initiates the occurrence of a chain mechanism leading to the rapid oxidation of CO to CO 2 . In this case, the emission of CO from the combustion chamber is reduced several times and an environmentally friendly level of emission is achieved. The completeness of combustion of the air-fuel mixture and efficiency is increasing. combustion chambers in general.

Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи, по сравнению с известными аналогами.Thus, the tasks of the invention are solved in comparison with the known analogues.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием камеры сгорания ГТД и способа ее работы со ссылкой на чертежи, представленные на фиг.1-3, где на фиг.1 - схема камеры сгорания ГТД; на фиг.2 - график зависимости скорости ламинарного пламени Un в смеси СН4 - воздух от величины коэффициента избытка горючего (ϕ) для бедной смеси при λ O 2 ( a 1 Δ g ) 0 = 0 и 0,05 γ O 2 0

Figure 00000008
(сплошная и пунктирная линии при значениях: Р0=1 атм, Т0=300 К); на фиг.3 изображен график, где мольная доля NО на расстоянии 10 см от фронта ламинарного пламени для смеси СH4 - воздух с Р0=1 атм, Т0=300 К и различных значениях ϕ при λ O 2 ( a 1 Δ g ) 0 = 0
Figure 00000009
и 0,05 γ O 2 0
Figure 00000010
(белые и черные колонки, соответственно). Для рассматриваемых случаев над каждой колонкой указаны значения конечной адиабатной температуры в продуктах сгорания.The present invention is illustrated by the following detailed description of the gas turbine engine combustion chamber and the method of its operation with reference to the drawings shown in figures 1-3, where Fig.1 is a diagram of a gas turbine engine combustion chamber; figure 2 is a graph of the dependence of the velocity of the laminar flame U n in a mixture of CH 4 - air on the value of the coefficient of excess fuel (ϕ) for a lean mixture at λ O 2 ( a one Δ g ) 0 = 0 and 0.05 γ O 2 0
Figure 00000008
(solid and dashed lines at values: P 0 = 1 atm, T 0 = 300 K); figure 3 shows a graph where the molar fraction of NO at a distance of 10 cm from the front of the laminar flame for a mixture of CH 4 - air with P 0 = 1 ATM, T 0 = 300 K and various values of ϕ at λ O 2 ( a one Δ g ) 0 = 0
Figure 00000009
and 0.05 γ O 2 0
Figure 00000010
(white and black columns, respectively). For the cases under consideration, values of the final adiabatic temperature in the combustion products are indicated above each column.

На схеме камеры сгорания газотурбинного двигателя (фиг.1) приняты следующие обозначения:On the diagram of the combustion chamber of a gas turbine engine (figure 1), the following notation:

1one жаровая труба;flame tube; 22 корпус камеры сгорания;combustion chamber body; 33 система подачи топлива;fuel supply system; 4four источник лазерного излучения;source of laser radiation; 55 зеркала, размещенные в полости кольцевого канала;mirrors placed in the cavity of the annular channel; 66 оптическое волокно;optical fiber; 77 ввод оптического волокна;optical fiber input; 88 отверстия для подачи вторичного воздуха;openings for supplying secondary air; 99 циркуляционные потоки в камере сгорания;circulation flows in the combustion chamber; 1010 полость кольцевого канала;annular cavity cavity; 11eleven устройство зажигания;ignition device; 1212 поток первичного воздуха;primary air flow; 1313 поток вторичного воздуха;secondary air flow; 14fourteen делитель лазерного излучения;laser divider; 15fifteen входной канал первичного воздуха;primary air inlet 1616 зеркала во входном канале первичного воздуха.mirrors in the primary air inlet.

Камера сгорания ГТД содержит корпус 2, расположенную в корпусе 2 перфорированную жаровую трубу 1 с зонами горения и разбавления, систему 3 подачи топлива, систему подачи первичного и вторичного потоков 12, 13 воздуха и устройство 11 зажигания топливовоздушной смеси (см. фиг.1). Камера сгорания ГТД снабжена устройством воздействия на поток 12 первичного воздуха во входном канале 15 первичного воздуха и устройством воздействия на поток 13 вторичного воздуха в полости 10 кольцевого канала между стенками камеры сгорания и жаровой трубы 1. Устройства воздействия на потоки 12, 13 первичного и вторичного воздуха содержат источник 4 лазерного излучения и делитель 14 лазерного излучения по устройствам воздействия на потоки 12, 13 первичного и вторичного воздуха. Каждое устройство воздействия снабжено оптическими волокнами 6 с вводами, подключенными к делителю 14 лазерного излучения. Вывод (не показано) оптического волокна 6 устройства воздействия на поток 12 первичного воздуха подключен через сквозное отверстие (не показано) к входному каналу 15 первичного воздуха, выполненного, по меньшей мере, с двумя расположенными напротив друг друга зеркалами 16. Устройство воздействия на поток 13 вторичного воздуха содержит, по меньшей мере, два расположенных друг напротив друга зеркала 5, размещенных в полости 10 кольцевого канала, где одно из зеркал 5 имеет в фокальной плоскости на оси симметрии сквозное отверстие (не показано). Вывод (не показано) оптического волокна 6 устройства воздействия на поток 13 вторичного воздуха подключен через сквозное отверстие зеркала 5 к полости 10 кольцевого канала, причем источник 4 лазерного излучения выполнен с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния.The gas turbine combustion chamber contains a housing 2, a perforated flame tube 1 with combustion zones and dilution zones 2, a fuel supply system 3, a primary and secondary air flow system 12, 13, and an air-fuel ignition device 11 (see FIG. 1). The GTE combustion chamber is equipped with a device for influencing the primary air stream 12 in the primary air inlet 15 and a device for influencing the secondary air stream 13 in the cavity 10 of the annular channel between the walls of the combustion chamber and the flame tube 1. Devices for influencing the primary and secondary air flows 12, 13 comprise a laser radiation source 4 and a laser radiation divider 14 according to devices for influencing the primary and secondary air streams 12, 13. Each exposure device is equipped with optical fibers 6 with inputs connected to a laser divider 14. The output (not shown) of the optical fiber 6 of the device for influencing the primary air stream 12 is connected through a through hole (not shown) to the input air channel 15 of the primary air made with at least two mirrors 16 opposite each other 16. The device for influencing the stream 13 The secondary air contains at least two opposing mirrors 5 located in the cavity 10 of the annular channel, where one of the mirrors 5 has a through hole in the focal plane on the axis of symmetry (not shown). The output (not shown) of the optical fiber 6 of the device for influencing the secondary air stream 13 is connected through the through hole of the mirror 5 to the cavity 10 of the annular channel, and the laser radiation source 4 is configured to excite oxygen molecules in metastable singlet states.

Источник 4 лазерного излучения может быть выполнен в виде твердотельного Nd:YAG-лазера, основная частота которого преобразуется кристаллом Al2O3Ti3+ в широкополосное излучение, включающее длину волны 762 нм, которая вызывает переход молекул кислорода из основного электронного состояния в возбужденное синглетное состояние O 2 ( b 1 g + )

Figure 00000002
. Выделение соответствующего спектрального диапазона излучения, которое вызывает указанный переход, можно осуществить стандартным методом с помощью монохроматора либо отдельной дифракционной отражательной решетки, установленной на пути излучения, выходящего из кристалла Al2O3Ti3+, и отражением выделенного решеткой спектра в область протекания реакции горения между внешней поверхностью жаровой трубы 1 и стенкой корпуса 2 камеры сгорания. Многократное отражение лазерного излучения между зеркалами 5, 16 формирует однородное, изотропное световое поле. Однородное световое поле обеспечивает интенсификацию воздействия лазерного излучения на обрабатываемый воздух. Возможность осуществления подобной оптической схемы подтверждается результатами исследований (ст.: Н.И.Липатов, А.С.Бирюков, Э.С.Гулямова. Световой котел-генератор синглетного кислорода O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
// Квантовая электроника. 2008. Т.38. №13. C.1179-1182).The laser radiation source 4 can be made in the form of a solid-state Nd: YAG laser, the main frequency of which is converted by an Al 2 O 3 Ti 3+ crystal into broadband radiation, including a wavelength of 762 nm, which causes the transition of oxygen molecules from the ground electronic state to the excited singlet state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
. The selection of the corresponding spectral range of radiation that causes the indicated transition can be carried out by the standard method using a monochromator or a separate diffraction reflective grating installed on the path of radiation emerging from the Al 2 O 3 Ti 3+ crystal and reflecting the spectrum allocated by the grating to the region of the combustion reaction between the outer surface of the flame tube 1 and the wall of the housing 2 of the combustion chamber. Multiple reflection of laser radiation between the mirrors 5, 16 forms a homogeneous, isotropic light field. A uniform light field provides an intensification of the effect of laser radiation on the processed air. The possibility of implementing such an optical scheme is confirmed by the research results (st .: N.I. Lipatov, A.S. Biryukov, E.S. Gulyamova. Light boiler-generator of singlet oxygen O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
// Quantum Electronics. 2008.V. 38. No. 13. C.1179-1182).

Далее в результате относительно быстрого тушения состояния O 2 ( b 1 g + )

Figure 00000002
в воздухеFurther, as a result of relatively quick quenching of the state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
in the air

O 2 ( b 1 g + ) + M = O 2 ( a 1 Δ g ) + M ( 1 )

Figure 00000011
O 2 ( b one g + ) + M = O 2 ( a one Δ g ) + M ( one )
Figure 00000011

возникает (1) метастабильное состояние O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000006
. Наличие активных центров-носителей цепного механизма окисления молекул СО в форме синглетного кислорода O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000006
позволяет интенсифицировать протекание цепной реакции окисленияa (1) metastable state occurs O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
. The presence of active carrier centers of the chain mechanism of oxidation of CO molecules in the form of singlet oxygen O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
allows to intensify the course of the oxidation chain reaction

C O + O 2 ( a 1 Δ g ) = C O 2 + O ( 2 )

Figure 00000012
C O + O 2 ( a one Δ g ) = C O 2 + O ( 2 )
Figure 00000012

в рассмотренной области камеры сгорания, где наряду с образовавшимися в реакции (2) носителями цепного механизма атомами кислорода присутствуют также активные атомы Н и радикалы ОН, участвующие в цепном механизме окисления СО. Это позволяет уменьшить на выходе из камеры сгорания количество монооксида углерода до минимально возможного уровня.in the considered region of the combustion chamber, where, in addition to the oxygen atoms formed in the reaction of the chain mechanism (2), there are also active H atoms and OH radicals participating in the chain mechanism of CO oxidation. This allows to reduce the amount of carbon monoxide at the exit from the combustion chamber to the lowest possible level.

Аналогичный механизм окисления молекул СО присутствует в случае возбуждения молекул О2 в синглетное состояние O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000006
при воздействии лазерного излучения с длинной волны 1268 нм.A similar mechanism of oxidation of CO molecules is present in the case of excitation of O 2 molecules in a singlet state O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
when exposed to laser radiation with a wavelength of 1268 nm.

Способ работы камеры сгорания ГТД осуществляется следующим образом. В камеру сгорания раздельно подают горючее и воздух. В рабочем объеме камеры формируются зоны горения и разбавления, при этом за фронтовым устройством жаровой трубы 1 образуются циркуляционные потоки 9, необходимые для стабилизации пламени. В эту зону через систему 3 подачи топлива центробежной форсункой распыляется горючее. Поток воздуха разделяют на две части. Поток 12 первичного воздуха смешивают с горючим и воспламеняют в полости жаровой трубы 1. Потоком 13 вторичного воздуха охлаждают стенки жаровой трубы 1. На потоки 12, 13 первичного и вторичного воздуха осуществляют воздействие лазерным излучением с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния. При воздействии лазерным излучением на потоки 12, 13 первичного и вторичного воздуха формируют однородное, изотропное световое поле, обеспечивая многократное отражение лазерного излучения между зеркалами 16 во входном канале 15 первичного воздуха и зеркалами 5, размещенными в полости 10 кольцевого канала. Лазерное излучение обеспечивает возбуждение молекулярного кислорода в синглетные состояния O 2 ( a 1 Δ g )

Figure 00000006
и O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
.The method of operation of the combustion chamber of a gas turbine engine is as follows. Separately, fuel and air are supplied to the combustion chamber. In the working volume of the chamber, combustion and dilution zones are formed, while behind the front device of the flame tube 1, circulation flows 9 are formed, which are necessary to stabilize the flame. Fuel is sprayed into this zone through the fuel supply system 3 by a centrifugal nozzle. The air flow is divided into two parts. The primary air stream 12 is mixed with fuel and ignited in the cavity of the flame tube 1. Secondary air stream 13 is used to cool the walls of the flame tube 1. Laser radiation is applied to the primary and secondary air flows 12, 13 with the possibility of excitation of oxygen molecules to metastable singlet states. When laser radiation acts on the primary and secondary air streams 12, 13, a uniform, isotropic light field is formed, providing multiple reflection of laser radiation between the mirrors 16 in the input channel 15 of the primary air and the mirrors 5 located in the cavity 10 of the annular channel. Laser radiation provides excitation of molecular oxygen to singlet states O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000006
and O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
.

Воздействие на поток 13 вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости 10 кольцевого канала, охватывающей зону горения или разбавления жаровой трубы 1.The impact on the stream 13 of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity 10 of the annular channel, covering the combustion zone or dilution of the flame tube 1.

Одновременно с облучением вторичного воздуха воздействию лазерного излучения подвергается во входном канале 15 первичный воздух, как показано на фиг.1. Указанное воздействие вызывает в потоке 12 первичного воздуха при его смешении с горючим для бедной смеси ϕ<1: ускорение горения и сохранение термодинамических параметров, включая скорость распространения пламени (см. фиг.2) и температуру продуктов горения (см. фиг.3), при значительном сокращении оксидов азота (примерно в 1,87 раза) по сравнению с традиционным выбросом для бедной смеси без применения лазерного воздействия. Из представленного на фиг.2 графика видно, что присутствие синглетного кислорода на уровне примерно 5% от концентрации кислорода в основном электронном состоянии позволяет осуществить горение без срыва для значений ϕ менее 0,66 (пунктирная линия) при примерном сохранении скорости ламинарного пламени 15,5 см/с и уменьшении концентрации NO от 10,3 ppm до значения 5,8 ppm, которое примерно в 1,8 раза меньше по сравнению с обычным горением (10,3 ppm), когда синглетного кислорода нет в области горения. Около указанных и рассматриваемых точек приведены значения концентрации NO и скорости Un.Simultaneously with the irradiation of the secondary air, the primary air is exposed to the laser radiation in the input channel 15, as shown in FIG. The specified effect causes in the stream 12 of primary air when it is mixed with fuel for a lean mixture ϕ <1: acceleration of combustion and preservation of thermodynamic parameters, including the speed of propagation of the flame (see figure 2) and the temperature of the combustion products (see figure 3), with a significant reduction in nitrogen oxides (about 1.87 times) compared with the traditional emission for a lean mixture without the use of laser exposure. From the graph shown in Fig. 2, it can be seen that the presence of singlet oxygen at a level of about 5% of the oxygen concentration in the ground electronic state allows burning without disruption for ϕ values of less than 0.66 (dashed line) while maintaining the laminar flame velocity of 15.5 cm / s and a decrease in the concentration of NO from 10.3 ppm to a value of 5.8 ppm, which is approximately 1.8 times less compared to conventional combustion (10.3 ppm), when there is no singlet oxygen in the combustion area. Near the indicated and considered points are given the values of the concentration of NO and speed U n .

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить полноту сгорания топливовоздушной смеси и к.п.д. камеры сгорания. Устройство камеры сгорания ГТД и способ ее работы позволяют получить из традиционной камеры сгорания экологически чистый выхлоп продуктов сгорания, практически без оксидов азота и окислов углерода, что создает значительный технико-экономический эффект и может быть реализовано при создании авиационных газотурбинных двигателей.The proposed technical solution allows to increase the completeness of combustion of the air-fuel mixture and efficiency combustion chambers. The device of the gas turbine combustion chamber and the method of its operation make it possible to obtain an environmentally friendly exhaust of combustion products from a traditional combustion chamber, practically without nitrogen oxides and carbon oxides, which creates a significant technical and economic effect and can be implemented when creating aircraft gas turbine engines.

Claims (16)

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, расположенную в корпусе перфорированную жаровую трубу с зонами горения и разбавления, систему подачи топлива, систему подачи первичного и вторичного потоков воздуха, и устройство зажигания топливовоздушной смеси, система подачи потоков воздуха снабжена устройством воздействия на поток первичного воздуха во входном канале первичного воздуха и устройством воздействия на поток вторичного воздуха в полости кольцевого канала между стенками камеры сгорания и жаровой трубы, отличающаяся тем, что устройства воздействия на потоки первичного и вторичного воздуха содержат источник лазерного излучения, делитель лазерного излучения по устройствам воздействия на потоки первичного и вторичного воздуха, причем каждое устройство воздействия снабжено оптическими волокнами с вводами, подключенными к делителю лазерного излучения, вывод оптического волокна устройства воздействия на поток первичного воздуха подключен через сквозное отверстие к входному каналу первичного воздуха, выполненного, по меньшей мере, с двумя расположенными напротив друг друга зеркалами, устройство воздействия на поток вторичного воздуха содержит, по меньшей мере, два расположенных напротив друг друга зеркала, размещенных в полости кольцевого канала, где одно из зеркал имеет в фокальной плоскости на оси симметрии сквозное отверстие, вывод оптического волокна устройства воздействия на поток вторичного воздуха подключен через сквозное отверстие зеркала к кольцевому каналу, причем источник лазерного излучения выполнен с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния.1. The combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing, a perforated flame tube in the housing with combustion and dilution zones, a fuel supply system, a primary and secondary air flow supply system, and an air-fuel mixture ignition device, an air flow supply system is provided with a device for influencing the primary flow air in the input channel of the primary air and a device for influencing the flow of secondary air in the cavity of the annular channel between the walls of the combustion chamber and the flame tube, from characterized in that the devices for influencing the flows of primary and secondary air contain a laser source, a laser divider for devices for influencing the flows of primary and secondary air, and each device is equipped with optical fibers with inputs connected to the laser divider, the output of the optical fiber of the device effects on the primary air flow is connected through a through hole to the input channel of the primary air, made with at least two arranged opposite each other mirrors, the device for influencing the flow of secondary air contains at least two opposite mirrors located in the cavity of the annular channel, where one of the mirrors has a through hole in the focal plane on the axis of symmetry, the output of the optical fiber of the device the secondary air flow is connected through a through hole of the mirror to the annular channel, and the laser radiation source is configured to excite oxygen molecules in the metasta yl singlet states. 2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника излучения содержит лазер, который выполнен с возможностью обеспечения возбуждения молекулярного кислорода в синглетное состояние O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000013
.
2. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that the source of radiation contains a laser, which is configured to excite molecular oxygen in a singlet state O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000013
.
3. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника излучения содержит лазер, который выполнен с возможностью обеспечения возбуждения молекулярного кислорода в синглетное состояние O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
.
3. The combustion chamber according to claim 1, characterized in that the radiation source comprises a laser, which is configured to provide excitation of molecular oxygen in a singlet state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
.
4. Камера сгорания по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что зеркала во входном канале первичного воздуха выполнены в виде отдельных плоских многогранников.4. The combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mirrors in the inlet channel of the primary air are made in the form of separate flat polyhedra. 5. Камера сгорания по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что зеркала расположены в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения жаровой трубы.5. The combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mirrors are located in the cavity of the annular channel covering the combustion zone of the flame tube. 6. Камера сгорания по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что зеркала расположены в полости кольцевого канала, охватывающей зону разбавления жаровой трубы.6. The combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mirrors are located in the cavity of the annular channel covering the dilution zone of the flame tube. 7. Способ работы камеры сгорания газотурбинного двигателя, заключающийся в том, что в камеру сгорания раздельно подают горючее и воздух, поток воздуха разделяют на две части, при этом воздействуют на поток первичного воздуха, смешивают его с горючим и воспламеняют в полости жаровой трубы, воздействуют на поток вторичного воздуха и подают его через отверстия в стенке жаровой трубы камеры сгорания, отличающийся тем, что воздействие на потоки первичного и вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением с возможностью возбуждения молекул кислорода в метастабильные синглетные состояния.7. The method of operation of the combustion chamber of a gas turbine engine, namely, that fuel and air are separately supplied to the combustion chamber, the air flow is divided into two parts, while acting on the primary air flow, mix it with fuel and ignite in the cavity of the flame tube, act to the secondary air stream and feed it through openings in the wall of the combustion tube combustion chamber, characterized in that the primary and secondary air flows are subjected to laser radiation with the possibility of exciting the molecule l of oxygen to metastable singlet states. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что при воздействии лазерным излучением на потоки первичного и вторичного воздуха формируют однородное, изотропное световое поле, обеспечивая многократное отражение лазерного излучения между зеркалами.8. The method according to claim 7, characterized in that when exposed to laser radiation on the flows of primary and secondary air form a uniform, isotropic light field, providing multiple reflection of laser radiation between the mirrors. 9. Способ по пп.7 или 8, отличающийся тем, что воздействие на потоки первичного и вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением с возможностью обеспечения возбуждения молекулярного кислорода в синглетное состояние O 2 ( a 1 Δ g )
Figure 00000013
.
9. The method according to PP.7 or 8, characterized in that the impact on the flows of primary and secondary air is carried out by laser radiation with the possibility of excitation of molecular oxygen in a singlet state O 2 ( a one Δ g )
Figure 00000013
.
10. Способ по пп.7 или 8, отличающийся тем, что воздействие на потоки первичного и вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением с возможностью обеспечения возбуждения молекулярного кислорода в синглетное состояние O 2 ( b 1 g + )
Figure 00000002
.
10. The method according to PP.7 or 8, characterized in that the impact on the flows of primary and secondary air is carried out by laser radiation with the possibility of excitation of molecular oxygen in a singlet state O 2 ( b one g + )
Figure 00000002
.
11. Способ по пп.7 или 8, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения жаровой трубы.11. The method according to PP.7 or 8, characterized in that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the combustion zone of the flame tube. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения жаровой трубы.12. The method according to claim 9, characterized in that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the combustion zone of the flame tube. 13. Способ по п.10, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону горения жаровой трубы.13. The method according to claim 10, characterized in that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the combustion zone of the flame tube. 14. Способ по пп.7 или 8, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону разбавления жаровой трубы.14. The method according to PP.7 or 8, characterized in that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the dilution zone of the flame tube. 15. Способ по п.9, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону разбавления жаровой трубы.15. The method according to claim 9, characterized in that the impact on the flow of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the dilution zone of the flame tube. 16. Способ по п.10, отличающийся тем, что воздействие на поток вторичного воздуха осуществляют лазерным излучением в полости кольцевого канала, охватывающей зону разбавления жаровой трубы. 16. The method according to claim 10, characterized in that the impact on the stream of secondary air is carried out by laser radiation in the cavity of the annular channel covering the dilution zone of the flame tube.
RU2012155479/06A 2012-12-20 2012-12-20 Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation RU2513527C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155479/06A RU2513527C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155479/06A RU2513527C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2513527C1 true RU2513527C1 (en) 2014-04-20

Family

ID=50480936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012155479/06A RU2513527C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513527C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557967C1 (en) * 2014-06-24 2015-07-27 Геннадий Саитянович Туктакиев Powdered fuel combustion method
RU2557969C1 (en) * 2014-06-24 2015-07-27 Геннадий Саитянович Туктакиев Powdered fuel combustion device
RU2559658C1 (en) * 2014-06-24 2015-08-10 Геннадий Саитянович Туктакиев Device for combustion of powdered fuel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927520A (en) * 1974-02-04 1975-12-23 Gen Motors Corp Combustion apparatus with combustion and dilution air modulating means
EP0026594A1 (en) * 1979-09-28 1981-04-08 General Motors Corporation Low emissions prevaporization type combustor assembly
EP0100135A1 (en) * 1982-07-22 1984-02-08 The Garrett Corporation Combustor
RU2326263C1 (en) * 2007-05-14 2008-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)
RU2348828C1 (en) * 2007-11-15 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Low-thrust rocket engine that operates on non-self-ignitable gaseous oxidant and liquid fuel and method of its start
RU2400644C1 (en) * 2009-06-09 2010-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Low-thrust rocket engine running on non-self-igniting gaseous oxidiser and liquid fuel, and method of its starting

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927520A (en) * 1974-02-04 1975-12-23 Gen Motors Corp Combustion apparatus with combustion and dilution air modulating means
EP0026594A1 (en) * 1979-09-28 1981-04-08 General Motors Corporation Low emissions prevaporization type combustor assembly
EP0100135A1 (en) * 1982-07-22 1984-02-08 The Garrett Corporation Combustor
RU2326263C1 (en) * 2007-05-14 2008-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)
RU2348828C1 (en) * 2007-11-15 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Low-thrust rocket engine that operates on non-self-ignitable gaseous oxidant and liquid fuel and method of its start
RU2400644C1 (en) * 2009-06-09 2010-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Low-thrust rocket engine running on non-self-igniting gaseous oxidiser and liquid fuel, and method of its starting

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557967C1 (en) * 2014-06-24 2015-07-27 Геннадий Саитянович Туктакиев Powdered fuel combustion method
RU2557969C1 (en) * 2014-06-24 2015-07-27 Геннадий Саитянович Туктакиев Powdered fuel combustion device
RU2559658C1 (en) * 2014-06-24 2015-08-10 Геннадий Саитянович Туктакиев Device for combustion of powdered fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Savelkin et al. Ignition and flameholding in a supersonic combustor by an electrical discharge combined with a fuel injector
US8616006B2 (en) Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines
Tang et al. Flammability enhancement of swirling ammonia/air combustion using AC powered gliding arc discharges
US7363756B2 (en) Method for combustion of a fuel
RU2462664C2 (en) Auxiliary combustion chamber in burner
US8689536B2 (en) Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines
US20040255588A1 (en) Catalytic preburner and associated methods of operation
CA2899127C (en) Supplementary laser firing for combustion stability
Rajasegar et al. Mesoscale burner array performance analysis
RU2505749C1 (en) Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
RU2468298C2 (en) Stage-by-stage fuel combustion in burner
RU2513527C1 (en) Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
Rajasegar et al. Effects of continuous volumetric direct-coupled nonequilibrium atmospheric microwave plasma discharge on swirl-stabilized premixed flames
US7621132B2 (en) Pilot combustor for stabilizing combustion in gas turbine engines
Khalil et al. Impact of pressure on high intensity colorless distributed combustion
Khalil et al. Hydroxyl radical distribution in distributed reaction combustion condition
RU2625076C1 (en) Combustion chamber of gas turbine engine and means of air activation
WO2019171067A1 (en) Abatement by combustion
Kundu et al. Pilot-pilot interaction effects on a prototype DLE gas turbine burner combustion
Yamashita et al. Optimum primary equivalence ratio for rich-lean two-stage combustion of non-premixed ammonia/methane/air and ammonia/hydrogen/air flames in a swirling flow
RU2343356C1 (en) Annular combustion chamber of gas-turbine engine and method of its operation
US9347399B1 (en) Laser ignition for liquid propellant rocket engine injectors
RU2753203C1 (en) Method for burning fuel in a low-emission combustion chamber
Said et al. Fuel injection effects on distribution reaction in a high intensity combustor
Shcherbanev et al. Flame anchoring of a premixed jet flame in vitiated crossflow using nanosecond repetitively pulsed discharge

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804