RU2823503C1 - Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания - Google Patents
Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2823503C1 RU2823503C1 RU2024103984A RU2024103984A RU2823503C1 RU 2823503 C1 RU2823503 C1 RU 2823503C1 RU 2024103984 A RU2024103984 A RU 2024103984A RU 2024103984 A RU2024103984 A RU 2024103984A RU 2823503 C1 RU2823503 C1 RU 2823503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- swirler
- holes
- hollow
- blades
- Prior art date
Links
Abstract
Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания предназначена для сжигания газа в камерах сгорания газотурбинных двигателей. В устройстве шлицы в шлицевой гайке выполнены треугольными, завихритель содержит кольцевой рассекатель с плавным входом, сопло содержит полый трактовый выступ с входным каналом и выходными отверстиями на фаске, в пустотелом корпусе выполнена проточка, в которую установлено стопорное кольцо, на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель, имеющий цилиндрическую часть, переходящую в расширение, с торца которого расположена внутренняя ниша, в которой расположены сквозные отверстия, на цилиндрической части керамического распылителя выполнена проточка, в которую установлено уплотнительное кольцо, площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель, сменная дроссельная шайба установлена за каналом подвода газа в лопатки завихрителя. Технический результат - обеспечивается повышение полноты сгорания топлива; повышение технологичности конструкции; устойчивый процесс горения; отсутствие проскока пламени внутрь горелки; снижение выбросов вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя; надежность работы; стабильный розжиг. 1 ил.
Description
Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания предназначена для сжигания газа в камерах сгорания газотурбинных двигателей, где требуется низкая концентрация вредных загрязняющих веществ и организация устойчивого процесса горения.
По патенту на изобретение РФ №2767678, известна топливовоздушная форсунка камеры сгорания двигателя, которая содержит корпус завихрителя включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным распылителем, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку,
Основными недостатками данного технического решения являются:
- завышение концентрации оксида азота в продуктах сгорания (более 150 мг/м3) из-за высокой температуры на выходе из форсунки, так как по соотношению воздуха и топлива формируется «богатая» топливовоздушная смесь,
- перегрев форсунки из-за высокотемпературных тепловых потоков, формируемых возвратным течением,
- низкая полнота сгорания топлива из-за высокой скорости истечения
По патенту на изобретение РФ №2143642 известно устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки, которое содержит коаксиально размещенные центральную топливную форсунку, воздушный канал с осевым завихрителем и кольцевым козырьком на выходе, топливовоздушный канал с топливоподводящим устройством в районе его входа и завихрителем и наружный канал с воздушным подводом. Завихритель топливовоздушного канала установлен на его входе. Наружный канал в районе его входа снабжен топливопитающим устройством. Выход наружного канала соединен с выходом топливовоздушного канала отверстиями.
Основными недостатками данного технического решения являются:
- завышение концентрации оксида азота в продуктах сгорания (более 150мг/м3)
- не обеспечивает оптимального теплового состояния, способствует перегреву.
- Не устойчивый процесс горения предварительно подготовкой топливновоздушной смеси.
По патенту на изобретение РФ №2170391 известно горелочное устройство которое содержит вспомогательную центральную горелку диффузионного типа, отделанную со стороны горения от основной кольцевым экраном, лопаточный завихритель с полыми лопатками, у которых во внешнем ярусе выполнены щели для раздачи топлива. Лопатки внутреннего яруса лопаточного завихрителя выполнены со сплошными стенками и выходными кромками. Отношение площадей щелей в выходных кромках лопаток внешнего яруса к площадям проходных сечений межлопаточных каналов для воздуха выполнено по радиусу постоянным.
Основными недостатками данного горелочного устройств являются
- нестабильный розжиг,
- перегрев форсунки из-за не равномерных высокотемпературных тепловых потоков
Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение (РФ 2493490), совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, известна горелка, содержащая завихритель, в полых лопатках которого выполнены отверстия подвода газа в межлопаточные полости завихрителя, сопло, пустотелый корпус, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой и отверстия подвода газа к сменной дроссельной шайбе, расположенной внутри корпуса и к полым лопаткам завихрителя, шлицевую гайку с выполненную в виде полого цилиндра с дополнительной резьбой в передней части, для крепления горелки к газораспределительному устройству.
Основными недостатками данного технического решения указанной одноконтурной горелки является:
Низкая полнота сгорания топлива. Отсутствие диффузионного факела приводит к недожогу топлива и как следствие к снижению полноты сгорания.
Не обеспечение надежности конструкции из-за перегрева сопла и пустотелого конуса в результате воздействия высоких температур.
Не технологичность конструкции, так как шлицы на шлицевой гайке выполнены по эвольвенте.
Не устойчивый процесс горения предварительно подготовкой топливновоздушной смеси. В конструкции не предусмотрены мероприятия по исключению пульсаций пламени.
Не предохраняет от проскока пламени внутрь горелки. Наличие конусного выхода пустотелого корпуса внутри сопла приводит к снижению скорости истечения топливовоздушной смеси, что способствует возникновению проскока пламени внутрь горелки.
Не обеспечение стабильного розжига. Отсутствие диффузионного факела приводит к трудностям при запуске топочных устройств, так как подобные типы горелок работают при коэффициенте избытка воздуха от 1,5-2.
Вследствие приведенных выше недостатков происходит значительное завышение выбросов вредных веществ, по оксиду углерода (более 300мг/м3).
Кроме указанного, известное техническое решение, так же как и предыдущий аналог, не обеспечивает:
- повышения полноты сгорания топлива.
- технологичность конструкции.
- устойчивого процесса горения.
- отсутствие проскока пламени внутрь горелки.
- низкий уровень выбросов вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя.
-надежность работы.
- стабильный розжиг.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:
- повышение полноты сгорания топлива.
- повышение технологичности конструкции.
- обеспечение устойчивого процесса горения.
- отсутствие проскока пламени внутрь горелки.
- снижение выбросов вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя.
-обеспечение надежности работы.
- обеспечение стабильного розжига.
Сущностью заявленного технического решения является, газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания, содержащая завихритель, в полых лопатках которого выполнены отверстия подвода газа в межлопаточные полости завихрителя, сопло, пустотелый корпус, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой и отверстия подвода газа к сменной дроссельной шайбе, расположенной внутри корпуса и к полым лопаткам завихрителя, шлицевую гайку с выполненную в виде полого цилиндра с дополнительной резьбой в передней части, для крепления горелки к газораспределительному устройству. Предложенная газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: шлицы в шлицевой гайке выполнены треугольными, завихритель содержит кольцевой рассекатель с плавным входом, сопло содержит полый трактовый выступ с входным каналом и выходными отверстиями на фаске, в пустотелом корпусе выполнена проточка в которую установлено стопорное кольцо, на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель имеющий цилиндрическую часть переходящую в расширение с торца которого расположена внутренняя ниша в которой расположены сквозные отверстия, на цилиндрической части керамического распылителя выполнена проточка в которую установлено уплотнительное кольцо, площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель, сменная дроссельная шайба установлена за каналом подвода газа в лопатки завихрителя.
Таким образом, поставленная задача в целом достигается тем, что
Для повышения полноты сгорания на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель, имеющий цилиндрическую часть, переходящую в расширение, с торца которого расположена внутренняя ниша, в которой расположены сквозные отверстия.
Для повышения технологичности конструкции шлицы в шлицевой гайке выполнены треугольными (традиционно выполняются эвольвентными), в пустотелом корпусе выполнена проточка, в которую установлено стопорное кольцо, на цилиндрической части керамического распылителя выполнена проточка, в которую установлено уплотнительное кольцо.
Для исключения проскока пламени внутрь горелки сопло содержит полый трактовый выступ, что способствует уменьшению площади проходного сечения и увеличению скорости истечения топливовоздушной смеси.
Для снижения выбросов вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель.
Для обеспечения надежности работы завихритель содержит кольцевой рассекатель с плавным входом, сопло содержит полый трактовый выступ с входным каналом и выходными отверстиями на фаске, на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель.
Для обеспечения стабильного розжига сменная дроссельная шайба установлена за каналом подвода газа в лопатки завихрителя, а площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - общий вид, продольный разрез.
Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания, содержащая завихритель 1, в полых лопатках 2 которого выполнены отверстия 3 подвода газа в межлопаточные полости завихрителя 1, сопло 4, пустотелый корпус 5, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу 6 для соединения со шлицевой гайкой 7 и отверстия 8 подвода газа к сменной дроссельной шайбе 9, расположенной внутри корпуса 5 и далее к полым лопаткам 2 завихрителя 1, шлицевую гайку 7 выполненную в виде полого цилиндра с дополнительной резьбой 10 в передней части, для крепления горелки к газораспределительному устройству 11
Заявленная газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания, характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, что шлицы 12 в шлицевой гайке 7 выполнены треугольными, завихритель 1 содержит кольцевой рассекатель 13 с плавным входом 14, сопло 4 содержит полый трактовый выступ 15 с входным каналом 16 и выходными отверстиями 17 на фаске 18, в пустотелом корпусе 5 выполнена проточка 19 в которую установлено стопорное кольцо 20, на выходе из пустотелого корпуса 5 установлен керамический распылитель 21 имеющий цилиндрическую часть 22 переходящую в расширение 23 с торца которого расположена внутренняя ниша 24 в которой расположены сквозные отверстия 25, на цилиндрической части 22 керамического распылителя 21 выполнена проточка 26 в которую установлено уплотнительное кольцо 27, площадь проходного сечения отверстия 28 в сменной дроссельной шайбе 9 по отношению к площади проходного сечения в отверстиях 3 на лопатках 2 завихрителя 1 обеспечивает подачу 10% газа в распылитель 21 и 90% газа в завихритель 1, сменная дроссельная шайба 9 установлена за каналом подвода газа 29 в лопатки 2 завихрителя 1.
Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:
Устройство работает следующим образом.
Сжатый воздух (Фиг.1.) поступает в завихритель 1 и попадая на кольцевой рассекатель 13 с плавным входом 14 разделяется на два потока. Верхний поток закручивается от лопаток 2 попадает в сопло 4 и далее заходит через входной канал 16 во внутрь полого трактового выступа 15 и выходит через выходные отверстия 17 на фаске 18 формируя охлаждение сопла 4. Нижний поток закручивается от лопаток 2
Газ из полости газораспределительного устройства 11 поступает в отверстие 8 подвода газа, затем попадает в канал подвода газа 29 в полых лопатках 2 и выходит через отверстия 3 в межлопаточные полости завихрителя 1 смешиваясь с нижним потоком воздуха. Смешавшийся с воздухом газ движется далее, образуя газовоздушную смесь, которая пройдя сопло 4 поступает в зону горения.
Другая часть газа поступает в отверстия 28 в сменной дроссельной шайбе 9, а затем через сквозные отверстия 25 в керамическом распылителе 21 попадает во внутреннюю нишу 24 где образует диффузионный факел.
Конструкция горелки позволяет обеспечивает подачу 10% газа в распылитель 21 и 90% газа в завихритель 1, что обеспечивает стабильный процесс розжига и устойчивую работу камеры сгорания и на этапе запуска, выхода на режим, и работе газотурбинного двигателя на максимальной мощности.
Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:
- повышение полноты сгорания топлива достигнуто за счет того, что на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель, имеющий цилиндрическую часть, переходящую в расширение, с торца которого расположена внутренняя ниша, в которой расположены сквозные отверстия.
- повышение технологичности конструкции достигнуто за счет того, что шлицы в шлицевой гайке выполнены треугольными, а не эвольвентными. В пустотелом корпусе выполнена проточка, в которую установлено стопорное кольцо, на цилиндрической части керамического распылителя выполнена проточка, в которую установлено уплотнительное кольцо.
- исключение проскока пламени внутрь горелки достигнуто за счет того, что сопло содержит полый трактовый выступ, способствующий уменьшению площади проходного сечения и увеличению скорости истечения топливовоздушной смеси.
- снижение выбросов вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя достигается тем, что площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель.
- обеспечение надежности работы достигается тем, что завихритель содержит кольцевой рассекатель с плавным входом, а сопло содержит полый трактовый выступ с входным каналом и выходными отверстиями на фаске, выходя из которых воздух создает защитную пленку. На выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель, который выдерживает воздействие высоких температур.
- обеспечение стабильного розжига достигается тем, что сменная дроссельная шайба установлена за каналом подвода газа в лопатки завихрителя, а площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель.
Claims (1)
- Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания, содержащая завихритель, в полых лопатках которого выполнены отверстия подвода газа в межлопаточные полости завихрителя, сопло, пустотелый корпус, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой и отверстия подвода газа к сменной дроссельной шайбе, расположенной внутри корпуса, и к полым лопаткам завихрителя, шлицевую гайку, выполненную в виде полого цилиндра с дополнительной резьбой в передней части, для крепления горелки к газораспределительному устройству, отличающаяся тем, что шлицы в шлицевой гайке выполнены треугольными, завихритель содержит кольцевой рассекатель с плавным входом, сопло содержит полый трактовый выступ с входным каналом и выходными отверстиями на фаске, в пустотелом корпусе выполнена проточка, в которую установлено стопорное кольцо, на выходе из пустотелого корпуса установлен керамический распылитель, имеющий цилиндрическую часть, переходящую в расширение, с торца которого расположена внутренняя ниша, в которой расположены сквозные отверстия, на цилиндрической части керамического распылителя выполнена проточка, в которую установлено уплотнительное кольцо, площадь проходного сечения отверстия в сменной дроссельной шайбе по отношению к площади проходного сечения в отверстиях на лопатках завихрителя обеспечивает подачу 10% газа в распылитель и 90% газа в завихритель, сменная дроссельная шайба установлена за каналом подвода газа в лопатки завихрителя.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2823503C1 true RU2823503C1 (ru) | 2024-07-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841318C1 (ru) * | 2024-09-02 | 2025-06-06 | Акционерное общество "Казанское моторостроительное производственное объединение" | Малоэмиссионная двухконтурная горелка |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143642C1 (ru) * | 1998-03-13 | 1999-12-27 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки |
| RU2493490C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-09-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Одноконтурная горелка |
| RU2692443C1 (ru) * | 2018-02-22 | 2019-06-24 | АО "Казанское моторостроительное производственное объединение" (АО "КМПО") | Топливовоздушная форсунка |
| RU2767678C1 (ru) * | 2021-01-21 | 2022-03-18 | Акционерное общество "Казанское моторостроительное производственное объединение" | Топливовоздушная форсунка |
| RU2802904C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Топливовоздушная форсунка |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143642C1 (ru) * | 1998-03-13 | 1999-12-27 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки |
| RU2493490C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-09-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Одноконтурная горелка |
| RU2692443C1 (ru) * | 2018-02-22 | 2019-06-24 | АО "Казанское моторостроительное производственное объединение" (АО "КМПО") | Топливовоздушная форсунка |
| RU2767678C1 (ru) * | 2021-01-21 | 2022-03-18 | Акционерное общество "Казанское моторостроительное производственное объединение" | Топливовоздушная форсунка |
| RU2802904C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Топливовоздушная форсунка |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841318C1 (ru) * | 2024-09-02 | 2025-06-06 | Акционерное общество "Казанское моторостроительное производственное объединение" | Малоэмиссионная двухконтурная горелка |
| RU2842790C1 (ru) * | 2025-01-30 | 2025-07-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ" | Газовоздушная горелка камеры сгорания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6374615B1 (en) | Low cost, low emissions natural gas combustor | |
| US5251447A (en) | Air fuel mixer for gas turbine combustor | |
| US5121597A (en) | Gas turbine combustor and methodd of operating the same | |
| US5816049A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
| US6951108B2 (en) | Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity | |
| US4356698A (en) | Staged combustor having aerodynamically separated combustion zones | |
| US8839628B2 (en) | Methods for operating a gas turbine engine apparatus and assembling same | |
| US20020162333A1 (en) | Partial premix dual circuit fuel injector | |
| EP0722065B1 (en) | Fuel injector arrangement for gas-or liquid-fuelled turbine | |
| EP0500256A1 (en) | Air fuel mixer for gas turbine combustor | |
| JPH08240129A (ja) | ガスタービンエンジン用燃焼器 | |
| CN116878026B (zh) | 一种燃烧器组件及燃烧装置 | |
| ATE206513T1 (de) | Gasturbinenkammer mit niedriger schadstoffemission | |
| US8413446B2 (en) | Fuel injector arrangement having porous premixing chamber | |
| US9625153B2 (en) | Low calorific fuel combustor for gas turbine | |
| RU2197684C2 (ru) | Способ отделения факела от форсунки с двухпоточным тангенциальным входом | |
| RU2698621C1 (ru) | Топливовоздушная горелка и форсуночный модуль топливовоздушной горелки | |
| RU2823503C1 (ru) | Газовоздушная горелка кольцевой камеры сгорания | |
| RU2755240C2 (ru) | Горелка для камеры сгорания газотурбинной энергосиловой установки, камера сгорания газотурбинной энергосиловой установки, содержащая такую горелку, и газотурбинная энергосиловая установка, содержащая такую камеру сгорания | |
| JPH07332671A (ja) | 予蒸発予混合燃焼器 | |
| RU2200250C2 (ru) | Форсунка с двухпоточным тангенциальным входом | |
| US4179881A (en) | Premix combustor assembly | |
| RU2111416C1 (ru) | Камера сгорания газовой турбины энергетической установки | |
| RU2374561C1 (ru) | Центробежно-пневматическая форсунка | |
| RU2098719C1 (ru) | Камера сгорания газовой турбины энергетической установки |