RU2595287C1 - Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air - Google Patents
Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595287C1 RU2595287C1 RU2015113086/06A RU2015113086A RU2595287C1 RU 2595287 C1 RU2595287 C1 RU 2595287C1 RU 2015113086/06 A RU2015113086/06 A RU 2015113086/06A RU 2015113086 A RU2015113086 A RU 2015113086A RU 2595287 C1 RU2595287 C1 RU 2595287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conical section
- flame tube
- combustion chamber
- gas turbine
- turbine engine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а конкретно к камерам сгорания с регулируемым распределением воздуха, и позволяет снизить выбросы NOx в широком диапазоне режимов работы газотурбинного двигателя.The invention relates to gas turbine engines (GTE), and specifically to combustion chambers with a controlled distribution of air, and allows to reduce NO x emissions in a wide range of operating modes of a gas turbine engine.
Известна «Камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха» (патент РФ №2163991, МПК F23R 3/26, опубликовано: 10.03.2001), содержащая жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом. Подвижный элемент выполнен в виде гибкой ленты, охватывающей жаровую трубу, имеющий не менее одного разреза. С системой рычагов с приводом соединены разрезы ленты, и она обеспечивает радиальное перемещение ленты. Такое выполнение камеры сгорания повышает надежность ее работы и обеспечивает требуемое распределение воздуха по длине камеры сгорания.The well-known "Combustion chamber of a gas turbine engine with adjustable air distribution" (RF patent No. 2163991, IPC F23R 3/26, published: 03/10/2001), containing a heat pipe with windows in its wall overlapping by a movable element located at the location of the windows. The movable element is made in the form of a flexible tape covering the flame tube having at least one cut. Tape cuts are connected to the lever system with a drive, and it provides radial movement of the tape. This embodiment of the combustion chamber increases the reliability of its operation and provides the required distribution of air along the length of the combustion chamber.
В связи с ужесточением требований по выбросам вредных веществ ГТД (окиси углерода - СО, несгоревших углеводородов - CnHm, оксидов азота - NOx) возникает необходимость в разработке камер 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 CnHm 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 emissions of GTE harmful substances (carbon monoxide — CO, unburned hydrocarbons — C n H m , nitrogen oxides — NO x ), there is a need to develop combustion chambers 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.
Известны устройства камер сгорания, в которых осуществляют распределение воздуха по ее длине, например, патент №4534166 США, в котором применен регулируемый завихритель во фронтовом устройстве камеры сгорания; патент №4050240, США, в котором на жаровой трубе размещен поворотный пояс, перекрывающий окна; патент №4594848 США, в котором для перекрытия окон в жаровой трубе применены кольца, перемещаемые вдоль оси камеры сгорания.Known devices of combustion chambers in which air is distributed along its length, for example, US patent No. 4534166, in which an adjustable swirl is used in the front device of the combustion chamber; U.S. Pat. US patent No. 4594848, in which rings are moved along the axis of the combustion chamber to block the windows in the flame tube.
Известна камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха, содержащая жаровую трубу с перекрываемыми окнами в ее стенке, и размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом (EP 0100135 A1, МПК 6 F23R 3/26, 1984). Недостатком известных устройств является их низкая надежность, так как при нагреве стенок жаровой трубы поворотные и перемещаемые вдоль нее кольца, поясы или не обеспечивают герметичность (при закрытом положении), что не регламентирует 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.A known combustion chamber of a gas turbine engine with adjustable air distribution, containing a flame tube with overlapping windows in its wall, and a movable element located at the location of the windows, connected via a lever system with a drive (EP 0100135 A1, IPC 6 F23R 3/26, 1984). A disadvantage of the known devices is their low reliability, since when the walls of the flame tube are heated, the rings and belts moving along it do not provide tightness (when closed), which does not regulate the optimal distribution of air along the length of the flame pipe, or (with sufficient tightness, i.e., with small gaps), failures in the movements of the regulating elements may occur due to warpage of the flame tube, especially when it is heated unevenly, and from temperature expansion of the flame tube and proxy elements.
Известна камера сгорания адаптивного типа (заявка №94022641, МПК F23R 3/26, опубл. 20.06.1996), содержащая корпус с кольцевыми внутренними и внешними обечайками и размещенную в ней жаровую трубу с форсунками, завихрителем и отверстиями для подвода вторичного воздуха, жаровая труба выполнена подвижной, состоит из передней и задней частей, телескопически соединенных между собой, в передней части жаровой трубы жестко закреплен разделитель потока, на наружной и внутренних стенках передней части находятся направляющие, позволяющие перемещаться в осевом направлении передней части жаровой трубы, регулируя оптимальное соотношение расхода воздуха, а также регулировать площадь проходного сечения отверстий вторичного воздуха посредством взаимного перекрытия профилирующих отверстий передней и задней частей камеры сгорания.Known combustion chamber of an adaptive type (application No. 94022641, IPC
Недостатком известной камеры сгорания является низкая надежность работы камеры, связанная с необходимостью иметь осевой привод, приводимый отдельным механизмом и сложностью управления регулировкой движения передней части жаровой трубы с помощью этого механизма, требующего связи с системой автоматического управления двигателя.A disadvantage of the known combustion chamber is the low reliability of the chamber associated with the need to have an axial drive driven by a separate mechanism and the difficulty of controlling the movement of the front part of the flame tube by this mechanism, requiring communication with the automatic engine control system.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности работы устройства регулирующего расход воздуха и упрощении ее конструкции, а также в уменьшении выбросов вредных веществ.The technical result to which the invention is directed is to increase the reliability of the device controlling the air flow and simplify its design, as well as to reduce emissions of harmful substances.
Технический результат достигается тем, что в камере сгорания, содержащей корпус и размещенную в ней жаровую трубу с форсунками и завихрителем с входным коническим участком, состоящую из двух телескопически соединенных между собой передней и задней частей, новым является то, что каждая из частей жаровой трубы жестко закреплена к корпусу - передняя часть - на входе, задняя часть - на выходе, отверстия подвода вторичного воздуха выполнены на выходной кромке передней части жаровой трубы, задняя часть жаровой трубы снабжена тягой, соединенной с регулирующей пластиной, расположенной в коническом участке, выполненным сужающимся к входу в завихритель.The technical result is achieved in that in a combustion chamber containing a housing and a heat pipe placed therein with nozzles and a swirl with an inlet conical section, consisting of two front and rear parts telescopically connected to each other, it is new that each of the parts of the heat pipe is rigid fixed to the housing - the front part is at the inlet, the rear part is at the outlet, the secondary air supply openings are made at the output edge of the front part of the flame tube, the rear part of the flame tube is equipped with a rod connected to a control plate located in a conical section made tapering to the entrance to the swirl.
Регулирующая пластина выполнена в форме круга, плоскость которого расположена перпендикулярно оси конического участка, с возможностью образования переменного по площади кольцевого зазора при перемещении вдоль конического участка.The control plate is made in the form of a circle, the plane of which is perpendicular to the axis of the conical section, with the possibility of forming a variable annular gap in area when moving along the conical section.
Таким образом, новыми признаками являются:Thus, the new features are:
1. Две подвижные телескопически соединенные между собой передняя и задняя части жаровой трубы, имеющие возможность двигаться при тепловом расширении в противоположном к друг другу направлении.1. Two telescopic movable front and rear parts of the flame tube, which can move with thermal expansion in the opposite direction to each other.
2. Подвижная регулирующая пластина установлена в коническом патрубке, сужающемся ко входу в завихритель, и соединена с приводом от задней части жаровой трубы.2. The movable control plate is mounted in a conical pipe, tapering towards the entrance to the swirl, and is connected to the drive from the back of the flame tube.
3. Отверстия вторичного воздуха, расположенные на кромке передней части жаровой трубе, перекрываемые подвижной при тепловом расширении стенкой задней части.3. Secondary air holes located on the edge of the front of the flame tube, overlapped by the rear wall, which is movable during thermal expansion.
На фиг. 1 изображен разрез камеры сгорания при низких режимах.In FIG. 1 shows a section through a combustion chamber at low conditions.
На фиг. 2 - вид А фиг. 1.In FIG. 2 is a view A of FIG. one.
На фиг. 3 - вид Б фиг. 1.In FIG. 3 is a view B of FIG. one.
На фиг. 4 изображен разрез камеры сгорания при высоких режимах.In FIG. 4 shows a section through a combustion chamber under high conditions.
На фиг. 5 - вид В фиг. 4.In FIG. 5 is a view B of FIG. four.
На фиг. 6 - вид Д фиг. 4.In FIG. 6 is a view D of FIG. four.
Камера сгорания содержит жаровую трубу, состоящую из двух телескопически соединенных между собой передней 1 и задней 2 частей, каждая из которых жестко закреплена к корпусу камеры с помощью фиксаторов: передняя часть 1 жаровой трубы - на входе, задняя часть 2 - на выходе. На выходной кроме передней части 1 выполнены отверстия подвода вторичного воздуха. Задняя часть 2 жаровой трубы содержит тягу, соединенную с рычагом 3 и регулирующей пластиной 4, расположенной в коническом участке 5, сужающемся к входу в завихритель 6. Регулирующая пластина 4 выполнена в форме круга, плоскость которого расположена перпендикулярно оси конического участка 5. При перемещении пластины 4 вдоль конического участка 5, сужающегося к входу завихрителя, меняется площадь кольцевого зазора h1 при низких режимах и h2 при высоких режимах, таким образом, регулируется расход воздуха в жаровую трубу.The combustion chamber contains a heat pipe, consisting of two
Расход воздуха в первичную зону жаровой трубы определяется расположением пластины 4 в коническом участке 5, которая задает проходное сечение расхода воздуха для данного режима. На режиме запуска газотурбинного двигателя или при низких режимах, расход воздуха в первичную зону жаровой трубы уменьшается, так как устойчивое горение топливовоздушной смеси в первичной зоне и малое количество несгоревшего CnHm обеспечивает малое образование СО.The air flow into the primary zone of the flame tube is determined by the location of the
На высоких режимах работы камеры сгорания происходит сильный (до 1000 K) нагрев стенок обеих частей жаровой трубы, что обуславливает взаимное перемещение (от 1 до 5 мм) задней части 2 в сторону входа, а передней части 1 - в сторону выхода. В результате теплового расширения задней части 2 прикрепленная к ней тяга с помощью рычага 3 смещает регулирующую пластину 4 от входа завихрителя 6 к входу в конический участок 5 и открывает площадь подачи воздуха через него в первичную зону. Одновременно при расширении обеих частей жаровой трубы отверстия в передней части 1 перекрываются наружной стенкой ее задней части 2 и расход воздуха перераспределяется во фронтовое устройство и поступает в зону горения. С увеличением нагрузки камеры сгорания, соответственно и температуры стенок, перекрытие отверстий увеличивается, а проходное сечение завихрителя 6 также увеличивается. В результате возрастает поступление воздуха в зону горения, что позволяет поддерживать в зоне горения обедненные составы смеси, при которых уменьшаются выбросы NOx в широком диапазоне работы камеры сгорания.At high operating conditions of the combustion chamber, there is a strong (up to 1000 K) heating of the walls of both parts of the flame tube, which causes mutual displacement (from 1 to 5 mm) of the rear part 2 towards the entrance and the
Предлагаемое изобретение позволяет снизить выбросы NOx, в результате увеличения расхода воздуха через завихритель 6 в зону горения.The present invention allows to reduce emissions of NO x , as a result of increased air flow through the
Известно, что выбросы NOx сильно зависят от температуры в зоне горения, в соответствии с зависимостью NOx~exp(0.009T) (Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД. М; Мир, 1066, с. 127, 167, 175, 495)It is known that NO x emissions strongly depend on temperature in the combustion zone, in accordance with the dependence NO x ~ exp (0.009T) (Lefebvre A. Processes in the combustion chambers of a gas turbine engine. M; Mir, 1066, p. 127, 167, 175, 495)
Наибольшее выделение NOx происходит при Т>1800 K, поэтому при увеличении нагрузки камеры сгорания необходимо поддерживать обедненные составы смеси в зоне горения с коэффициентом избытка воздуха α>1,2, при которых температура в зоне горения не превышает 1800 K в широком диапазоне режимов работы.The greatest emission of NO x occurs at T> 1800 K, therefore, with an increase in the load of the combustion chamber, it is necessary to maintain lean compositions in the combustion zone with an air excess coefficient α> 1.2, at which the temperature in the combustion zone does not exceed 1800 K in a wide range of operating modes .
С увеличением подачи топлива температура газового потока в камере сгорания возрастает, соответственно увеличивается температура стенок обеих частей жаровой трубы и их взаимное расширение, что приводит к перекрытию отверстий вторичного воздуха, расположенных в передней части жаровой трубы, стенками задней ее части, и одновременному увеличению кольцевой щели в результате смещения пластины из конического входа завихрителя. Указанное совместное действие обеспечивает увеличение расхода воздуха через завихритель 6 в зону горения и ее обеднение. С обеднением зоны горения существенно уменьшаются выбросы NOx.With an increase in fuel supply, the temperature of the gas stream in the combustion chamber increases, respectively, the temperature of the walls of both parts of the heat pipe and their mutual expansion increase, which leads to the overlapping of the secondary air holes located in front of the heat pipe with the walls of its rear part, and at the same time increase the annular gap as a result of displacement of the plate from the conical inlet of the swirler. The specified combined action provides an increase in air flow through the
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить выбросы вредных веществ, повысить надежность работы камеры сгорания за счет упрощения конструкции благодаря авторегулированию расхода воздуха в первичной зоне при тепловом расширении стенок жаровой трубы.Thus, the present invention allows to reduce emissions of harmful substances, to increase the reliability of the combustion chamber by simplifying the design due to auto-regulation of air flow in the primary zone with thermal expansion of the walls of the flame tube.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113086/06A RU2595287C1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113086/06A RU2595287C1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2595287C1 true RU2595287C1 (en) | 2016-08-27 |
Family
ID=56891954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015113086/06A RU2595287C1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2595287C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2065863A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-01 | France Armed Forces | Urbo supercharged diesel engine |
EP0281961A1 (en) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor and combustion method therefor |
EP0312620A1 (en) * | 1987-10-19 | 1989-04-26 | Hitachi, Ltd. | Combustion air flow rate adjusting device for gas turbine combustor |
EP0488766A1 (en) * | 1990-11-30 | 1992-06-03 | Hitachi, Ltd. | Method and device for controlling combustors for gas-turbine |
EP0604021A1 (en) * | 1992-12-21 | 1994-06-29 | United Technologies Corporation | Individually removable combustor liner panel for a gas turbine engine |
RU94022720A (en) * | 1994-06-10 | 1996-06-20 | Ставропольское высшее авиационное инженерное училище ПВО им.маршала авиации Судца В.А. | Gas-turbine engine combustion chamber |
RU94022641A (en) * | 1994-06-10 | 1996-06-20 | Ставропольское высшее авиационное инженерное училище ПВО им.маршала Судца В.А. | Adaptive combustion chamber |
-
2015
- 2015-04-09 RU RU2015113086/06A patent/RU2595287C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2065863A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-01 | France Armed Forces | Urbo supercharged diesel engine |
EP0281961A1 (en) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor and combustion method therefor |
EP0312620A1 (en) * | 1987-10-19 | 1989-04-26 | Hitachi, Ltd. | Combustion air flow rate adjusting device for gas turbine combustor |
EP0488766A1 (en) * | 1990-11-30 | 1992-06-03 | Hitachi, Ltd. | Method and device for controlling combustors for gas-turbine |
EP0604021A1 (en) * | 1992-12-21 | 1994-06-29 | United Technologies Corporation | Individually removable combustor liner panel for a gas turbine engine |
RU94022720A (en) * | 1994-06-10 | 1996-06-20 | Ставропольское высшее авиационное инженерное училище ПВО им.маршала авиации Судца В.А. | Gas-turbine engine combustion chamber |
RU94022641A (en) * | 1994-06-10 | 1996-06-20 | Ставропольское высшее авиационное инженерное училище ПВО им.маршала Судца В.А. | Adaptive combustion chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102145175B1 (en) | Flamesheet cumbustor dome | |
US7513100B2 (en) | Systems for low emission gas turbine energy generation | |
US8707703B2 (en) | Dual swirler | |
EP2912381B1 (en) | Sequential combustion with dilution gas mixer | |
KR100695269B1 (en) | Turbine engine fuel nozzle | |
US6253538B1 (en) | Variable premix-lean burn combustor | |
EP2837889B1 (en) | Sequential combustion with dilution gas mixer | |
FI98657C (en) | Combustion plant for pulverized coal | |
US7553153B2 (en) | Burner and combustion method for solid fuels | |
US10247420B2 (en) | Axially staged mixer with dilution air injection | |
CN105258157B (en) | Sequential combustion device assembly with mixer | |
US20110225947A1 (en) | System and methods for altering air flow in a combustor | |
KR20160092939A (en) | Sequential combustor arrangement with a mixer | |
CA2719040A1 (en) | Solid fuel burner, combustion apparatus using solid fuel burner and method of operating the combustion apparatus | |
KR20150085748A (en) | Multiple nozzle gas turbine combustor | |
US3886728A (en) | Combustor prechamber | |
CA2827903C (en) | Combustion device | |
US8726626B2 (en) | Combustor for a gas turbine engine | |
RU2595287C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber with controlled distribution of air | |
US20130008168A1 (en) | Burner for stabilizing the combustion of a gas turbine | |
RU2347144C1 (en) | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of its operation | |
US20170307220A1 (en) | Pilot liquid fuel lance, pilot liquid fuel system and method of use | |
KR101830501B1 (en) | Injection nozzle and burner having same | |
RU2637164C1 (en) | Method for controlling operation of low-toxic combustion chamber module of gas turbine engine | |
RU2163991C2 (en) | Combustion chamber of gas-turbine engine with controller distribution of air |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180410 |