RU36724U1 - FRONT DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE - Google Patents
FRONT DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINEInfo
- Publication number
- RU36724U1 RU36724U1 RU2003132978/20U RU2003132978U RU36724U1 RU 36724 U1 RU36724 U1 RU 36724U1 RU 2003132978/20 U RU2003132978/20 U RU 2003132978/20U RU 2003132978 U RU2003132978 U RU 2003132978U RU 36724 U1 RU36724 U1 RU 36724U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- tiers
- combustion chamber
- fuel
- gas turbine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
2003132978мпк F23R 3/2°2003132978mpk F23R 3/2 °
ИШШЯШИШШ F23R3/34 REFERENCE F23R3 / 34
ъ а а з i з г г- Фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателяb a a z i z g g - Front-end device of a combustion chamber of a gas turbine engine
Заявляемое техническое решение относится к газотурбинной энергетике, а именно к камерам сгорания газотурбинных двигателей с использованием различных видов топлива, в частности, к конструкциям их фронтовых устройств совместно со средствами для впрыска топлива.The claimed technical solution relates to gas turbine power, and in particular to the combustion chambers of gas turbine engines using various types of fuel, in particular, to the designs of their front-end devices together with means for fuel injection.
При этом в последние десятилетия все более обостряется проблема создания указанных технических решений с устойчивой и эффективной тенденцией к минимизации экологически вредных веществ на выходе в атмосферу.Moreover, in recent decades, the problem of creating these technical solutions with a stable and effective tendency to minimize environmentally harmful substances at the outlet to the atmosphere has become more and more acute.
В этом плане интересны материалы Proceeding of the 8th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery ISROMAC-8, Vol. II, March 2000, p.849(1)...856(8) (см. прилагаемую копию).In this regard, the materials of the Proceeding of the 8th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery ISROMAC-8, Vol. II, March 2000, p. 849 (1) ... 856 (8) (see attached copy).
На фиг. 2 можно видеть схематично представленную камеру сгорания, во фронтовом устройстве которой размещен завихритель с двумя концентричными ярусами лопаток, а на фиг.1 и 3 подвод топлива через отверстия в лопатках из одного яруса в другой ярус завихрителя. Далее первичная топливо-воздушная смесь, поступающая в зону (канал) смешения подвергается противокрутке уже под воздействием воздуха за лопатками внутреннего яруса. Несомненно, что устройство обеспечивает дисперсность топливовоздушной смеси, что и подтверждается соответствующими измерениямиIn FIG. 2, you can see a schematically shown combustion chamber, in the front device of which a swirl with two concentric tiers of blades is placed, and in FIGS. 1 and 3, the fuel supply through the holes in the blades from one tier to another swirl tier. Next, the primary fuel-air mixture entering the mixing zone (channel) is subjected to counter-rotation already under the influence of air behind the blades of the inner tier. There is no doubt that the device provides dispersion of the air-fuel mixture, which is confirmed by appropriate measurements
Однако видны и недостатки, а именно:However, disadvantages are also visible, namely:
-эффект смешения от противокрутки проявляется только на выходе из зоны смешения, непосредственно переходщей в зону горения. И в связи с этим не исключается возможность воспламенения уже в зоне смешения, для чего она не предназначена , и, как следствие, прогар и разрушение ее деталей;-the effect of mixing from the anti-spin is shown only at the exit from the mixing zone, directly passing into the combustion zone. And in this regard, the possibility of ignition is already possible in the mixing zone, for which it is not intended, and, as a result, burnout and the destruction of its parts;
-смеситель и форсунка выполняется как одно целое ,а это увеличение габаритов и веса конструкции и ее технологическая сложность, учитывая множеF23R 3/36 F02C 7/00-mixer and nozzle are performed as a single unit, and this is an increase in the dimensions and weight of the structure and its technological complexity, given the set of F23R 3/36 F02C 7/00
ство отверстий в лопатках для подвода толива. Как следствие - повышеннаяholes in the blades for supplying toliv. As a result - increased
стоимость конструкции.construction cost.
Известна также камера сгорания по патенту US № 5,209,326 Mitsubishi Heavy Ind. от 03.04.2001, US Cl. 60-748, Int. Cl. F 02C 001/00, prior date, JP, 09.02.98(10-027049) 18.03.98 (10-068431). Концепция этой камеры сгорания та же, что и у ранее описанной, хотя в ней имеется не одна форсунка, а многофорсуночный узел, а завихрители, каждый, имеют один ярус. Но ранее перечисленные недостатки те же, а именно :The combustion chamber of US Pat. No. 5,209,326 to Mitsubishi Heavy Ind. April 3, 2001, US Cl. 60-748, Int. Cl. F 02C 001/00, prior date, JP, 02/09/98 (10-027049) 03/18/98 (10-068431). The concept of this combustion chamber is the same as that previously described, although it has not one nozzle, but a multi-nozzle unit, and the swirlers each have one tier. But the previously listed disadvantages are the same, namely:
-камера сгорания излишне удлинена, смеситель и форсунка выполняются как одно целое, а увеличение размеров - это увеличение веса всего узла и его стоимости;- the combustion chamber is excessively extended, the mixer and nozzle are made as a whole, and an increase in size is an increase in the weight of the entire assembly and its cost;
-непосредственный контакт с зоной горения зоны смешения не исключает воспламенения в последней и, как следствие, прогар ее деталей.- direct contact with the combustion zone of the mixing zone does not exclude ignition in the latter and, as a result, burnout of its parts.
Необходимо отметить, что в одном из вариантов этого известного устройства имеется одна особенность, а именно: на фиг.2, в его описании и в пункте 8 формулы показан выход топлива из топливного коллектора, размещенный перед лопатками завихрителя. Следовательно, создаются условия для удлинения пути диспергирования топливовоздушной смеси, а, значит , повышение ее качественных характеритик к моменту воспламенения.It should be noted that in one of the variants of this known device there is one feature, namely: in Fig. 2, in its description and in paragraph 8 of the formula, the fuel outlet from the fuel manifold located in front of the blades of the swirler is shown. Therefore, conditions are created for lengthening the dispersion path of the air-fuel mixture, and, therefore, increasing its quality characteristics at the time of ignition.
Тем не менее отмечаемая выше особенность может быть использована, как положительная идея или постановка задачи, которая требует воплощения в виде конкретного технического решения.Nevertheless, the feature noted above can be used as a positive idea or statement of the problem, which requires implementation in the form of a specific technical solution.
Из теории горения известно (см. А. Лефевр, Процессы в камерах сгорания ГТД, перевод с английского, М. изд.МИР, 1986 г.), что для достижения минимального образования выбросов окислов азота и углерода на каждом из множества режимов работы газотурбинного двигателя существует оптимальное соотношение расхода воздуха и топлива. Чтобы этого достигнуть совокупно по множеству режимов работы двигателя, высказывается идея закручивать подаваемое топливо в нескольких слоях и разных направлениях прохождения к зоне горения с различной протяженностью и раздельными потоками, начиная от входа смесителя до его выхода (см. гл.1 стр. 40...43) . Из этого же источника известно, что для оптимизации процессов горения создается несколько последовательно расположенных зон горения по режимам работы двигателя (см. гл.4).It is known from the theory of combustion (see A. Lefebvre, Processes in GTE combustion chambers, translated from English, M. ed.MIR, 1986) that, in order to achieve minimal emission of nitrogen and carbon oxides from each of the many operating modes of a gas turbine engine There is an optimal ratio of air to fuel consumption. In order to achieve this collectively in a variety of engine operating modes, the idea is expressed to tighten the supplied fuel in several layers and in different directions of passage to the combustion zone with different lengths and separate flows, starting from the inlet of the mixer to its outlet (see chap. 1 p. 40 .. .43). From the same source it is known that in order to optimize combustion processes, several successively located combustion zones are created according to engine operating modes (see Ch. 4).
Все эти теоретические предпосылки были также учтены в заявляемом решении.All these theoretical premises were also taken into account in the claimed solution.
Известна конструкция фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя фирмы ГП ЗМКБ «Прогресс (см. описание и фигуры к ПМ № 10243, кл. МКИ6, F 23R 3/20, приоритет 11.06.98,).The known design of the front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine of the company GP ZMKB "Progress (see description and figures to PM No. 10243, class MKI6, F 23R 3/20, priority 11.06.98,).
Известное фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит установленную за компрессором подачи воздуха многоканальную форсунку. За нею по потоку установлен смеситель, закрепленный в лобовой стенке жаровой трубыThe known front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine comprises a multi-channel nozzle mounted behind an air supply compressor. Behind it, a mixer is installed in the flow, mounted in the frontal wall of the flame tube
Внутри смесителя, окруженное кольцевой полостью, размещено центральное тело с продольным отверстием.Inside the mixer, surrounded by an annular cavity, a central body with a longitudinal hole is placed.
Центральное тело закреплено в начале и в конце полости с помощью закручивающих лопаток. Отверстие в центральном теле сообщено через отверстие в форсунке как с первыми каналами подачи топлива, так и с полостью жаровой трубы.The central body is fixed at the beginning and at the end of the cavity with twisting blades. The hole in the central body is communicated through an opening in the nozzle with both the first fuel supply channels and the cavity of the flame tube.
Смеситель установлен перед лобовой стенкой жаровой трубы, закреплен в этой стенке своей выходной частью и размещен в полости дополнительного обтекателя.The mixer is installed in front of the frontal wall of the flame tube, fixed in this wall by its output part and placed in the cavity of the additional fairing.
В передней стенке обтекателя выполнено отверстие, закрытое форсункой. В его боковых стенках выполнены отверстия, сообщенные с подачей воздуха изза компрессора.In the front wall of the fairing, a hole is made, closed by a nozzle. In its side walls are made holes communicated with the air supply from the compressor.
Полость жаровой трубы дополнительно сообщена с подачей воздуха из-за компрессора через упомянутое отверстие форсунки для подачи топлива из первых ее каналов, а также с полостью, ограниченной обтекателем, лобовой стенкой и смесителем через упомянутую кольцевую полость смесителя. Эта полость сообщена также с другими каналами подачи топлива. В том числе на Фиг. 2 показан вариант многоканальной форсунки с отверстиями 13 и 20 подачи разнородного топлива на вход в смеситель.The cavity of the flame tube is additionally communicated with air supply due to the compressor through the aforementioned nozzle opening for supplying fuel from its first channels, as well as with a cavity bounded by a cowl, a frontal wall and a mixer through the said annular cavity of the mixer. This cavity is also in communication with other fuel supply channels. Including in FIG. 2 shows a variant of a multi-channel nozzle with holes 13 and 20 for supplying dissimilar fuel to the mixer inlet.
Известное фронтовое устройство при его использовании дало высокие показатели устойчивости и экономичности горения наряду со снижением выброса вредных веществ - оксидов азота МОх, окиси углерода СО, сажистых частиц на стационарных и переходных режимах за счет, на тот момент, высокого качества смесеобразования и его изоляции от зоны горения.The well-known front-mounted device, when used, gave high rates of stability and efficiency of combustion along with a reduction in the emission of harmful substances - nitrogen oxides MOX, carbon monoxide CO, soot particles in stationary and transient modes due to, at that time, high quality of mixture formation and its isolation from the zone burning.
Однако требования времени ужесточают экологические проблемы, особенно в наземном применении газотурбинных двигателей - при газоперекачке, получении электроэнергии передвижными и стационарными газотурбинными электростанциями и др.However, the requirements of the time are aggravating environmental problems, especially in the ground-based application of gas turbine engines - during gas pumping, generating electricity by mobile and stationary gas turbine power plants, etc.
Чтобы удовлетворить все эти требования, предпочтительно в первую очередь усовершенствовать именно упомянутое известное техническое решение .In order to satisfy all these requirements, it is preferable in the first place to improve the aforementioned known technical solution.
Кроме того, в известном техническом решении качество горения, а значит и состав продуктов сгорания - результат перемешивания топлива с воздухом на участке зоны смешения ближе к концу кольцевой полости смесителя, что, правда, приводит к некоторому увеличению его линейной протяженности.In addition, in the known technical solution, the quality of combustion, and hence the composition of the combustion products, is the result of mixing the fuel with air in the mixing zone section closer to the end of the annular cavity of the mixer, which, however, leads to some increase in its linear extent.
В этой ситуации для повышения эффективности сжигания подаваемой смеси в зону горения нужно увеличивать объем последней. А эти два фактора совместно, в конечном счете, могли бы вызывать увеличение размера и массы камеры сгорания, но это также можно решить дальнейшим усовершенствованием.In this situation, to increase the efficiency of burning the feed mixture into the combustion zone, it is necessary to increase the volume of the latter. And these two factors together, ultimately, could cause an increase in the size and mass of the combustion chamber, but this can also be solved by further improvement.
По своей сути и общности решаемой задачи вышеописанное фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя (см техническое решение по ПМ № 10243, от 11.06.98 , кл. МКИ6, F 23R 3/20) использовано как прототип заявляемого.In its essence and generality of the problem to be solved, the above-described front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine (see technical solution according to PM No. 10243, dated 11.06.98, class MKI6, F 23R 3/20) was used as the prototype of the claimed.
Перед авторами стояла задача создать такое фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя, которое позволило бы получить определенный комплексный технический результат - обеспечение устойчивого и экономичного горения с одновременным снижением выброса вредных веществ, оксидов азота NOx ,окиси углерода СО, сажистых частиц на стационарном и переходных режимах и при этом уменьшение размеров и веса узла камеры сгорания.The authors were faced with the task of creating such a front-end device for the combustion chamber of a gas turbine engine that would allow to obtain a certain complex technical result - ensuring stable and economical combustion while reducing emissions of harmful substances, nitrogen oxides NOx, carbon monoxide CO, soot particles in stationary and transient conditions and while reducing the size and weight of the combustion chamber assembly.
Этот основной технический результат может быть достигнут при одновременном получении нескольких, логически взаимосвязанных и подчиненных основному, технических результатов, а именно:This main technical result can be achieved while obtaining several, logically interconnected and subordinate to the main, technical results, namely:
1. Дальнейшее повышение параметров гомогенизации и однородности топливовоздушной смеси, именно в зоне смешения, за счет интенсификации смешения подаваемого топлива с воздухом путем обеспечения в смесителе нескольких топливовоздушных потоков с различной окружной и осевой скоростью при сокращении длины зоны смешения.1. A further increase in the parameters of homogenization and homogeneity of the air-fuel mixture, namely in the mixing zone, by intensifying the mixing of the supplied fuel with air by providing several air-fuel flows in the mixer with different peripheral and axial speeds while reducing the length of the mixing zone.
2. Изоляция зоны смесеобразования от воздействия высоких температур при сообщении образоЁанной смеси с зоной горения только для немедленного осуществ-ления процесса горения.2. Isolation of the mixture formation zone from exposure to high temperatures when the formed mixture is in communication with the combustion zone only for the immediate implementation of the combustion process.
3. Уменьшение размеров зоны горения и, как следствие, времени пребывания в ней высокотемпературных продуктов сгорания после поджига за счет интенсификации процессов горения. А это позволяет сократить размеры камеры сгорания и , следовательно , её вес.3. Reducing the size of the combustion zone and, as a consequence, the residence time of high-temperature combustion products after ignition due to the intensification of combustion processes. And this reduces the size of the combustion chamber and, consequently, its weight.
Поставленная задача решается тем, что в известном фронтовом устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя с многоканальной форсункой, за которой размещен в обтекателе и закреплен в лобовой стенке жаровой трубы смеситель с установленным в его корпусе центральным телом , на срезе которого, через продольное отверстие и закручивающие лопатки, полость жаровой трубы сообщена с отверстиями форсунки для подачи топлива и воздуха из-за компрессора, произведены усовершенствования.The problem is solved in that in the well-known front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine with a multi-channel nozzle, behind which a mixer with a central body installed in its body, mounted in a cowl and mounted in the front wall of the flame tube, on the cut of which, through a longitudinal hole and twisting blades, the cavity of the flame tube is in communication with the nozzle openings for supplying fuel and air due to the compressor; improvements are made.
Усовершенствования состоят в том, что указанные закручивающие лопатки концентричными ярусами размещены в зоне смешения как на входе, так и на выходе смесителя, чем достигается интенсификация смешения топлива и воздуха и рационально используется его объем, за счет чего можно уменьшить длину устройства.Improvements consist in the fact that these swirling blades are arranged in concentric tiers in the mixing zone both at the inlet and at the outlet of the mixer, thereby intensifying the mixing of fuel and air and its volume is rationally used, due to which it is possible to reduce the length of the device.
Для дальнейшей интенсификации смешения топлива и воздуха лопатки ярусов могут иметь разные углы установки, в том числе и противоположные.To further intensify the mixing of fuel and air, the tier blades can have different installation angles, including opposite ones.
Далее, для обеспечения наиболее близкого к оптимальному соотношения воздуха и топлива, подаваемого в зону горения независимо от режима работы двигателя, между ярусами лопаток введена окружная разделительная стенка„Further, to ensure the closest to optimal ratio of air and fuel supplied to the combustion zone, regardless of the engine operating mode, a circular dividing wall was introduced between the tiers of the blades
Протяженность от входа до выхода из смесителя в наружных ярусах отделенных стенкой может быть больше протяженности внутренних ярусов .The length from the entrance to the exit of the mixer in the outer tiers separated by a wall may be greater than the length of the inner tiers.
В этом случае разделительная стенка может быть дополнительно продолжена от наружного яруса лопаток за срез центрального тела, а вокруг выхода разделительной стенки размещены дополнительные концентричные ярусы лопаток, охваченные снаружи указанным корпусом смесителя. Таким образом, через каналы форсунки подается топливо более чем в один ярус лопатокIn this case, the dividing wall can be further extended from the outer tier of the blades beyond the slice of the central body, and additional concentric tiers of the blades are placed around the outlet of the dividing wall, covered externally by the specified mixer body. Thus, through the nozzle channels fuel is supplied to more than one tier of blades
pa для увеличения теплоотдачи с целью снижения температуры и снятия температурных напряжений. При этом на разделительной стенке в зоне горения может быть нанесено теплозащитное покрытиеpa to increase heat transfer in order to reduce temperature and relieve temperature stresses. In this case, a heat-shielding coating can be applied to the dividing wall in the combustion zone
Уменьшению длины смесителя также будет способствовать подвод топлива более чем в один ярус лопаток, поскольку за счет этого требуется меньший путь смешения для достижения требуемой неравномерности концентраций топливовоздушной смеси по высоте смесителя.Reducing the length of the mixer will also contribute to the supply of fuel to more than one tier of the blades, since this requires a smaller mixing path to achieve the required uneven concentration of the air-fuel mixture along the height of the mixer.
При перечисленных особенностях, несмотря на кажущееся удлинение корпуса смесителя камеры сгорания, решение позволяет сократить его размеры, уменьшить объем зоны горения, оптимизируя углы установки лопаток ярусов и тем самым уменьшить камеру сгорания в целом.With the above features, despite the apparent lengthening of the body of the mixer of the combustion chamber, the solution allows to reduce its size, reduce the volume of the combustion zone, optimizing the installation angles of the blades of the tiers and thereby reduce the combustion chamber as a whole.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где на :The claimed technical solution is illustrated by drawings, where:
-Фиг.1 показан продольный разрез заявляемого фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя ;-Fig.1 shows a longitudinal section of the inventive front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine;
-Фиг.2 показана головка многоканальной форсунки, (в данном случае трехканальная), которая может быть использована в заявляемом устройстве;-Fig.2 shows the head of a multi-channel nozzle, (in this case, three-channel), which can be used in the inventive device;
-Фиг.З дан продольный разрез заявляемого фронтового устройства с форсункой, как это показано на Фиг.2. и тремя рядами закручивающих лопаток, размещенных ярусами в каждом ряду;-Fig.Z given a longitudinal section of the inventive front-end device with a nozzle, as shown in Figure 2. and three rows of twisting vanes placed in tiers in each row;
- Фиг. 4 представлено сечение А-А Фиг.З в месте расположения радиальных- FIG. 4 shows a section AA of FIG. 3 at the location of the radial
стенок для отвода тепла вокруг дежурной зоны горения.walls to remove heat around the duty zone of combustion.
Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом.The proposed technical solution is as follows.
Обратимся к Фиг. 1. Конструкция фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит размещенный за диффузором 1 компрессора (не показан) обтекатель 2, который охватывает полость 3 фронтового устройства. Полость 3 сообщена с воздушной полостью 4 за диффузором 1 через отверстия 5 в обтекателе 2. В полости 3 располагается смеситель 6.Turning to FIG. 1. The design of the front device of the combustion chamber of a gas turbine engine comprises a cowl 2 located behind the compressor diffuser 1 (not shown), which covers the cavity 3 of the front device. The cavity 3 is in communication with the air cavity 4 behind the diffuser 1 through the holes 5 in the fairing 2. In the cavity 3 is a mixer 6.
Корпус 7 смесителя 6 и его центральное тело 8 объединены между собой передним поясом с концентричными ярусами лопаток 9,10 и аналогичным задним поясом с концентричными ярусами лопаток 11,12 на выходе из корпуса 7.The housing 7 of the mixer 6 and its central body 8 are interconnected by a front belt with concentric tiers of the blades 9.10 and a similar rear belt with concentric tiers of the blades 11.12 at the outlet of the housing 7.
Лопатки наружного яруса 10,12 выполнены с различными углами установки, отличными (в том числе и противоположными), от углов установки лопаток внутреннего яруса 9,11. В практическом выполнении лопатки 11,12 заднего пояса иThe blades of the outer tier 10,12 are made with different installation angles that are different (including opposite) from the installation angles of the blades of the inner tier 9,11. In the practical implementation of the scapula 11,12 of the posterior zone and
выходное сопло 13 корпуса 7 смесителя 6 обеспечивают предпочтительно конфузорное течение рабочего тела от входа лопаток 11,12 на выход из сопла 13.the output nozzle 13 of the housing 7 of the mixer 6 preferably provides a confused flow of the working fluid from the entrance of the blades 11,12 to the exit of the nozzle 13.
Рассмотрим практическое воплощение заявляемого фронтового устройства с многоканальными форсунками в одном из частных случаев, а именно, с двухканаль-ной форсункой 14 (см. Фиг.1) для двух контуров подачи топливовоздушной смесиConsider the practical embodiment of the inventive front-end device with multi-channel nozzles in one of the special cases, namely, with a two-channel nozzle 14 (see Figure 1) for two air-fuel mixture supply circuits
В форсунке 14 выполнены первый топливный канал 15 и второй топливный канал 16. Первый канал 15 предназначен для подачи топлива через отверстия 17 в дежурную зону 18. Второй топливный канал 16 сообщен с отверстиями 19, 20, которые подведены для подачи топлива к переднему поясу расположенных в два яруса лопаток 9 и 10. Отверстия 19 на выходе размещены у входа в лопатки 10 наружного яруса, а отверстия 20 на выходе размещены у входа в лопатки 9 внутреннего яруса. При этом на входе каждый из ярусов лопаток 9 и 10 сообщен с воздушной полостью 3, окружающей смеситель 6. На выходе оба яруса первого переднего пояса лопаток 9 и 10 сообщены с полостью 21, окруженной корпусом 7 смесителя 6, а в осевом направлении - другим, вторым поясом двух ярусов лопаток 11,12.The first fuel channel 15 and the second fuel channel 16 are made in the nozzle 14. The first channel 15 is designed to supply fuel through the openings 17 to the stand-by zone 18. The second fuel channel 16 is in communication with the openings 19, 20, which are connected to supply the fuel to the front belt located in two tiers of blades 9 and 10. Holes 19 at the outlet are located at the entrance to the blades 10 of the outer tier, and openings 20 at the outlet are located at the entrance to the vanes 9 of the inner tier. In this case, at the entrance, each of the tiers of the blades 9 and 10 is in communication with the air cavity 3 surrounding the mixer 6. At the exit, both tiers of the first front belt of the blades 9 and 10 are in communication with the cavity 21, surrounded by the housing 7 of the mixer 6, and in the axial direction, the other, the second belt of two tiers of the blades 11,12.
Что касается второго пояса, то на его выходе, а следовательно, на выходе лопаток 11,12 они сообщены с полостью 22, окружающей выходное сопло 13.As for the second belt, then at its exit, and therefore, at the exit of the blades 11,12, they are in communication with the cavity 22 surrounding the outlet nozzle 13.
Как уже указывалось, техническое решение включает в себя, как существенную часть, многоканальную форсунку. Выше приводился пример с двухканальной форсункой, что предполагает использование как одного вида топлива, так и двух разных.As already indicated, the technical solution includes, as an essential part, a multi-channel nozzle. The above is an example with a two-channel nozzle, which involves the use of both one type of fuel and two different ones.
Обратимся к Фиг.2, где показана трехканальная форсунка, как один из примеров практического воплощения существенной части заявляемого фронтового устройства. В ней вдоль штока 23 выполнены три топливных канала 15,16 и 16, сообщенные соответственно с кольцевыми аналогичными полостями 24, 25, 26, которые сообщены соответственно: канал 15 - через отверстия 17 , а каналы 16 и 16 - через отверстия 19,20.Refer to Figure 2, which shows a three-channel nozzle, as one example of a practical embodiment of a substantial part of the inventive front-end device. In it along the rod 23 there are three fuel channels 15,16 and 16, respectively communicated with similar annular cavities 24, 25, 26, which are respectively communicated: channel 15 through holes 17, and channels 16 and 16 through holes 19,20.
В обоих случаях практического воплощения центральное тело 8 смесителя 6 сочленено с форсункой 14. В них образована общая продольная сквозная полость 27. Полость 27 на входе 28 форсунки 16 сообщена с полостью 4 за диффузором 1 компрессора для получения воздуха. На выходе из общей продольнойIn both cases of a practical embodiment, the central body 8 of the mixer 6 is articulated with the nozzle 14. A common longitudinal through cavity 27 is formed in them. The cavity 27 at the inlet 28 of the nozzle 16 is connected with the cavity 4 behind the compressor diffuser 1 for receiving air. At the exit of the total longitudinal
полости 27 установлен завихритель 29 . В то же время он размещен у выхода из центрального тела 8 смесителя 6 перед дежурной зоной 18.cavity 27 mounted swirl 29. At the same time, it is located at the exit of the central body 8 of the mixer 6 in front of the duty zone 18.
Представленный на Фиг. 3 еще один пример практического воплощения заявляемого фронтового устройства с использованием многоканальной форсунки, как на Фиг.2, содержит более развитый смеситель, ограниченный наружной стенкой 30 .Presented in FIG. 3 is another example of a practical embodiment of the inventive front-end device using a multi-channel nozzle, as in FIG. 2, contains a more developed mixer, limited by the outer wall 30.
При этом стенка 30 смесителя окружает конструкцию, аналогичную смесителю 6 , как на Фиг. 1 , содержащую также два яруса переднего пояса закручивающих лопаток 9 и 10 . Они размещены за отверстиями 20 подачи топлива из канала 16 форсунки 14 .Moreover, the mixer wall 30 surrounds a structure similar to mixer 6, as in FIG. 1, which also contains two tiers of the front belt of the swirl vanes 9 and 10. They are placed behind the fuel supply holes 20 from the channel 16 of the nozzle 14.
Далее, вокруг и на конце центрального тела 8 на входе в дежурную зону 22 размещены два яруса закручивающих лопаток 11 и 12 второго пояса . Ярусы на входе и выходе объединены стенкой 7. Как продолжение стенки 7 - стенка 31 ограничивает указанную дежурную зону 22 .Further, around and at the end of the central body 8 at the entrance to the on-duty zone 22 there are two tiers of twisting blades 11 and 12 of the second belt. The tiers at the inlet and outlet are joined by the wall 7. As a continuation of the wall 7, the wall 31 limits the indicated on-duty zone 22.
В свою очередь между стенкой 30 и стенкой 7 за отверстиями 19 подачи топлива из канала 16форсунки 14 размещены два дополнительных передних яруса закручивающих лопаток 9 и 10 , концентричных ярусам закручивающих лопаток 9 и 10 внутри стенки 7.In turn, between the wall 30 and the wall 7 behind the fuel supply openings 19 from the channel 16 of the nozzle 14, two additional front tiers of the twisting blades 9 and 10, concentric to the tiers of the twisting blades 9 and 10 inside the wall 7, are placed.
Далее, пространство по потоку от передних ярусов закручивающих лопаток 9 и 10 между стенкой 30 и стенкой 7 , переходящей в стенку 31 занимает наружная полость 21. Протяженность полости 21 больше протяженности полости 21 внутренних ярусов.Further, the space upstream from the front tiers of the spinning blades 9 and 10 between the wall 30 and the wall 7 passing into the wall 31 is occupied by the outer cavity 21. The length of the cavity 21 is greater than the length of the cavity 21 of the inner tiers.
На выходе из полости 21, размещен третий ряд из двух концентричных ярусов закручивающих лопаток 11 ,12 с выходом в полость жаровой трубы 32.At the exit of the cavity 21, a third row of two concentric tiers of twisting blades 11, 12 is placed with the exit to the cavity of the flame tube 32.
На части 31 суммарной стенки размещены продольные ребра 33 , например, по числу закручивающих лопаток 1Г внутреннего яруса третьего ряда. Ребра 33 способствуют отводу тепла от разделительной стенки в топливовоздушный поток, проходящий в наружной полости 21.On the part 31 of the total wall, longitudinal ribs 33 are placed, for example, according to the number of twisting blades 1G of the inner tier of the third row. The fins 33 contribute to the removal of heat from the separation wall into the air-fuel flow passing in the outer cavity 21.
Работа заявляемого фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.The operation of the inventive front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine is as follows.
Рассмотрим работу более упрощенного первого примера практического выполнения заявляемого устройства и далее более развитой конструкции.Consider the work of a more simplified first example of the practical implementation of the claimed device and further more developed design.
Первый канал 14 через отверстия 17 подает топливовоздушную смесь в дежурную зону 18 , в которой обеспечивается начальное воспламенение. Второй топливный канал 16 через отверстия 19, 20 подает топливо на вход расположенных в два яруса лопаток 9 и 10 переднего пояса.The first channel 14 through the openings 17 delivers the air-fuel mixture in the emergency zone 18, in which the initial ignition is provided. The second fuel channel 16 through the holes 19, 20 delivers fuel to the inlet of the front belt blades 9 and 10 located in two tiers.
В заявляемом устройстве форсунка может подавать через свои каналы подачи, как один вид топлива, так и разные его виды: жидкое и газообразное. В том числе через один из каналов может подаваться вода или совместно пар и вода в зависимости от требований и возможностей эксплуатации.In the inventive device, the nozzle can supply through its feed channels, as one type of fuel, and its different types: liquid and gaseous. In particular, water can be supplied through one of the channels, or steam and water together, depending on the requirements and operation possibilities.
При этом к лопаткам 9 внутреннего яруса переднего пояса, топливо подается через отверстия 20, а к лопаткам 10 наружного яруса - через отверстия 19. Воздух из окружающей смеситель 6 полости 3 подается на вход в лопатки 9, 10 через отверстия 5. За счет разных углов установки лопаток каждого яруса на выходе воздух, подхватывающий топливо, имеет разную окружную и осевую скорости. Это способствует интенсивному смешению подаваемого топлива с воздухом в полости 21. После смешения топливовоздушная смесь из полости 21 продвигается на вход расположенных в два яруса, лопаток 11,12 второго пояса , на выходе из которых в зону 22 горения , за счет их разных углов установки, топливовоздушная смесь приобретает разную окружную и осевую скорость.In this case, to the blades 9 of the inner tier of the front belt, fuel is supplied through the openings 20, and to the blades 10 of the outer tier - through the openings 19. Air from the surrounding mixer 6 of the cavity 3 is supplied to the entrance to the blades 9, 10 through the openings 5. Due to different angles the installation of the blades of each tier at the outlet, the air picking up the fuel has different peripheral and axial speeds. This contributes to intensive mixing of the supplied fuel with air in the cavity 21. After mixing, the air-fuel mixture from the cavity 21 is advanced to the entrance of the second-tier blades 11,12 located in two tiers, at the outlet of which into the combustion zone 22, due to their different installation angles, air-fuel mixture acquires different peripheral and axial speeds.
Этим в полости зоны горения 22 достигается интенсивное смешение топливовоздушной смеси с высокотемпературными продуктами дежурной зоны горения 18, и осуществляется быстрый равномерный поджиг указанной рабочей топливовоздушной смеси с дальнейшим её эффективным горением на всех предусмотренных режимах работы. При розжиге камеры сгорания с помощью известного запального устройства (не показано) пламя направляют в зону 18 полости 22 жаровой трубы , поджигая подводимую топливовоздушную смесь.This in the cavity of the combustion zone 22, intensive mixing of the air-fuel mixture with the high-temperature products of the standby combustion zone 18 is achieved, and the specified working air-fuel mixture is quickly uniformly ignited with its further effective burning in all the prescribed operating modes. When firing up the combustion chamber using a known ignition device (not shown), the flame is directed into the zone 18 of the cavity 22 of the flame tube, igniting the supplied air-fuel mixture.
Как уже указывалось, техническое решение включает в себя, как существенную часть, многоканальную форсунку. Выше приводился пример с двухканальной форсункой, что предполагает использование как одного вида топлива, так и двух разных.As already indicated, the technical solution includes, as an essential part, a multi-channel nozzle. The above is an example with a two-channel nozzle, which involves the use of both one type of fuel and two different ones.
Рассмотрим случай работы предлагаемого устройства , когда необходимо использование форсунки по Фиг.2 и далее устройства по Фиг.З.Consider the case of the proposed device, when it is necessary to use the nozzle of FIG. 2 and then the device of FIG.
каналы 15,16, и также 16 топливной форсунки 14. Из канала 15 топливо через отверстия 17 попадает во внутреннюю полость 27, где смешивается с проходящим по полости 28 воздухом. Воздух в полость 28 попадает из полости 4 за компрессором. Далее, пройдя завихритель 29, топливовоздушная смесь поджигается от пламени дежурной зоны 18. Процесс непрерывно повторяется, чем стабильно поддерживается горение в дежурной зоне 18 по режимам работы двигателя.channels 15.16, and also 16 of the fuel injector 14. From channel 15, fuel through holes 17 enters the internal cavity 27, where it mixes with the air passing through the cavity 28. Air enters cavity 28 from cavity 4 behind the compressor. Then, having passed through the swirl 29, the air-fuel mixture is ignited from the flame of the stand-by zone 18. The process is continuously repeated, which ensures stable combustion in the stand-by zone 18 according to the engine operating modes.
Из каналов 16,16 топливо через отверстия 19, 20 попадает на вход, расположенных ярусами лопаток 9,10 по первому примеру и дополнительно в ярусы 9, 10 по второму. Одновременно также воздух из полости 3 подается на вход в лопаток 9, 10 как и 9, 10, где за счет разных углов установки лопаток на выходе имеет разную окружную и осевую скорость. За счет этого в полости 21 и 21 происходит интенсивное смешение подаваемого топлива с воздухом..From the channels 16.16, the fuel through the openings 19, 20 enters the entrance, located in tiers of the blades 9.10 in the first example and additionally in the tiers 9, 10 in the second. At the same time, air from the cavity 3 is also supplied to the entrance to the blades 9, 10 as well as 9, 10, where, due to different angles of installation of the blades, the outlet has different peripheral and axial speeds. Due to this, intensive mixing of the supplied fuel with air takes place in the cavities 21 and 21 ..
После смешения топливовоздушная смесь из полости 21, 21 подается на вход, расположенных в два яруса, лопаток 11,12 и И ,121 . Здесь, за счет разных углов установки лопаток 11,12, и 11,12 на выходе и, в некоторой степени, за счет отводящих излишнее тепло продольных ребер 33, топливовоздушная смесь приобретает и сохраняет разную окружную и осевую скорость Этим в полости зон горения 22, 32 достигается интенсивное смешение топливовоздушной смеси с высокотемпературными продуктами горения зон 18, 22,32 и осуществляется быстрый равномерный поджиг указанной топливовоздушной смеси с эффективным ее сжиганием. При розжиге камеры сгорания с помощью известного запального устройства (не показано) пламя направляют в зону 18 полости 32 жаровой трубы, поджигая подводимую топливовоздушную смесь. Подача топлива по каналам 16 может быть отключена, в результате чего все топливо поступает в каналы 15 и 16 и соответственно получается более низкое отношение воздуха к топливу в зонах 18 и 22.After mixing, the air-fuel mixture from the cavity 21, 21 is fed to the inlet, located in two tiers, blades 11,12 and I, 121. Here, due to the different angles of installation of the blades 11,12, and 11,12 at the outlet and, to some extent, due to the removal of excess heat from the longitudinal ribs 33, the air-fuel mixture acquires and maintains different peripheral and axial speeds. 32, intensive mixing of the air-fuel mixture with the high-temperature combustion products of zones 18, 22, 32 is achieved and a quick uniform ignition of the specified air-fuel mixture with its effective combustion is carried out. When the combustion chamber is ignited using a known ignition device (not shown), the flame is directed into zone 18 of the cavity 32 of the flame tube, igniting the supplied air-fuel mixture. The fuel supply through the channels 16 can be turned off, as a result of which all the fuel enters the channels 15 and 16 and, accordingly, a lower air to fuel ratio in the zones 18 and 22 is obtained.
Тем самым на указанных малых режимах повышается температура в зоне горения и создаются более благоприятные условия для сжигания топливовоздушной смеси с высокой полнотой сгорания и малыми выбросами окиси азота (Nox) и углерода (СО).Thus, in the indicated small regimes, the temperature in the combustion zone rises and more favorable conditions are created for the combustion of the air-fuel mixture with high completeness of combustion and low emissions of nitric oxide (Nox) and carbon (CO).
перевод с английского, Москва, изд.МИР, 1986 г.), подача топлива по каналам 16 будет включена, чем будет достигнуто более высокое отношение расхода воздуха к топливу в зоне 22 и 32.translation from English, Moscow, ed.MIR, 1986), the fuel supply through channels 16 will be turned on, which will achieve a higher ratio of air flow to fuel in zones 22 and 32.
Таким образом и на высоких режимах обеспечивается снижение температуры в зоне 22 и создаются более благоприятные условия для сжигания топливовоздушной смеси в зонах 22,32 с высокой полнотой сгорания и малыми выбросами окиси азота (Мох) и углерода (СО).Thus, at high conditions, the temperature in zone 22 is reduced and more favorable conditions are created for the combustion of the air-fuel mixture in zones 22.32 with high completeness of combustion and low emissions of nitric oxide (Moss) and carbon (CO).
Далее горение и стабилизация пламени поддерживаются за счет поступления новых порций топливовоздушной смеси .Further, combustion and stabilization of the flame are supported by the arrival of new portions of the air-fuel mixture.
Анализ работы опытного образца заявляемого решения показал, как каждый из заявляемых новых признаков наряду с известными способствует достижению искомого комплексного технического результата.Analysis of the work of the prototype of the proposed solution showed how each of the claimed new features along with the known ones contributes to the achievement of the desired comprehensive technical result.
Предлагаемое техническое решение дало возможность поддерживать оптимальный состав смеси по режимам работы двигателя.The proposed technical solution made it possible to maintain the optimal composition of the mixture according to engine operating conditions.
Тем самым газотурбинные двигатели с заявляемым устройством являются в высокой степени экологически безопасными и могут быть использованы, в частности для получения электроэнергии, как в зонах насыщенного проживания людей, так и в иных местах с высокими требованиями к чистоте окружающей среды.Thus, gas turbine engines with the inventive device are highly environmentally friendly and can be used, in particular, to produce electricity, both in areas of saturated residence of people and in other places with high requirements for a clean environment.
Руководитель пре, Генеральный конHead of Pre, General Con
Начальник бюро патентных исследованийHead of Patent Research Bureau
Ф.М. МуравченкоF.M. Muravchenko
И.А. Анашкина (0612) 65-81-90I.A. Anashkina (0612) 65-81-90
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2003087724 | 2003-08-14 | ||
| UA2003087724 | 2003-08-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU36724U1 true RU36724U1 (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=36296961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003132978/20U RU36724U1 (en) | 2003-08-14 | 2003-11-13 | FRONT DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU36724U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535901C2 (en) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, method for prevention of backfire of burner at least with one swirler, and burner |
| RU2544400C1 (en) * | 2011-04-18 | 2015-03-20 | Ман Дизель Унд Турбо Се | Combustion chamber housing and gas turbine featuring it |
| RU2757248C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-10-12 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Front device of the annular combustion chamber of a gas turbine installation and the method for its operation |
-
2003
- 2003-11-13 RU RU2003132978/20U patent/RU36724U1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535901C2 (en) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, method for prevention of backfire of burner at least with one swirler, and burner |
| RU2544400C1 (en) * | 2011-04-18 | 2015-03-20 | Ман Дизель Унд Турбо Се | Combustion chamber housing and gas turbine featuring it |
| RU2757248C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-10-12 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Front device of the annular combustion chamber of a gas turbine installation and the method for its operation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6446439B1 (en) | Pre-mix nozzle and full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor | |
| US6282904B1 (en) | Full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor | |
| JP4771624B2 (en) | Multi-ring swirler | |
| US3982392A (en) | Combustion apparatus | |
| CN100557317C (en) | A kind of aerial engine lean premixed preevaporated low contamination combustion chamber | |
| US5341645A (en) | Fuel/oxidizer premixing combustion chamber | |
| US9599343B2 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
| RU2062408C1 (en) | Ring combustion chamber of gas turbine and method of using same | |
| EP1172610A1 (en) | Fuel nozzle for premix turbine combustor | |
| US4067190A (en) | Catalytic gas turbine combustor with a fuel-air premix chamber | |
| JP4997018B2 (en) | Pilot mixer for a gas turbine engine combustor mixer assembly having a primary fuel injector and a plurality of secondary fuel injection ports | |
| RU2715129C1 (en) | Swirler, combustion chamber unit and gas turbine with improved fuel/air mixing | |
| RU2690598C2 (en) | Swirler, burner and combustion system for gas turbine engine | |
| US5398509A (en) | Gas turbine engine combustor | |
| IL37737A (en) | Annular slot combustor | |
| RU2076276C1 (en) | Tubular combustion chamber of gas-turbine engine and diffusion adjustable nozzle for preliminary preparation of mixture | |
| US4365477A (en) | Combustion apparatus for gas turbine engines | |
| RU2002134603A (en) | THE IMPROVED COMBINATION OF THE PRELIMINARY MIXING CHAMBER AND THE COMBUSTION CHAMBER WITH A SMALL EMISSION OF EMISSIONS FOR GAS TURBINES OPERATING LIQUID AND LIQUID-LIQUID | |
| RU2349840C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine | |
| JPH06229553A (en) | Gas-turbine engine | |
| US8413446B2 (en) | Fuel injector arrangement having porous premixing chamber | |
| US5146741A (en) | Gaseous fuel injector | |
| RU36724U1 (en) | FRONT DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE | |
| CN115307177B (en) | Bifurcated pilot premixer for a main micromixer array in a gas turbine engine | |
| US5297390A (en) | Fuel injection nozzle having tip cooling |