RU38218U1 - Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания - Google Patents

Description

Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Полезная модель относится к устройствам для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинных установок и двигателей, работающих на жидком и газообразном топливе. Известно устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания в виде коаксиально расположенных завихрителей и струйных форсунок. Г.Битлингер, Н.Брем Испытания при высоких давлениях модулей с бедной предварительно перемешанной смесью в кольцевой камере сгорания со смещением зон на

М. кл.6: F23 R 3/34 многосекторном стенде.G. Bitlinger, N.Bremn High pressure

combustion test of lean premixed prevaporized (LPP) modules in the axially staged combustor using a multisector rig. ISABE paper 99-7008 (A99-34009)

Устройство обеспечивает низкие выбросы окислов азота NOx и окиси углерода СО на основных режимах работы камеры сгорания.

К недостаткам такого устройства относится то, что оно не может работать на режимах запуска и переходных режимах. Для этих целей в камеру вводиться второе фронтовое устройство, обеспечивающее работу на этих режимах. Это так называемые двухзонные камеры сгорания. Наличие второй зоны сильно усложняет конструкцию камеры и топливной системы и увеличивает выбросы окислов азота NOx и углерода СО.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки, содержащее коаксиально размещенные в одном корпусе центральную топливную форсунку, воздушный канал с осевым завихрителем и кольцевым козырьком на выходе, топливовоздушный канал с топливопитающим устройством в районе его входа и

2С№ Ш9

2

завихрителем и наружный канал с воздушным подводом(см. патент РФ №2143642 «Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки, F23R3/34, опубликованный 27.12.99 г.).

В этом устройстве уже производится предварительное смешение топлива и воздуха в топливовоздушных каналах и в камеру сгорания из этого устройства поступает предварительно подготовленная топливовоздушная смесь.

При работе устройства топливная форсунка и завихритель воздушного канала создают на выходе из кольцевого козырька топливовоздушную смесь. В топливовоздушном канале с помощью осевого завихрителя на его входе и подачи газообразного топлива в этот канал в районе его завихрителя создаются условия для получения гомогенной топливовоздушной смеси. В наружном канале создается топливовоздушная смесь с параметрами, близкими к смеси, получаемой в топливовоздушном канале.

К недостаткам такого устройства следует отнести локальный подвод топлива в топливовоздушный канал, который не обеспечивает гомогенизацию топливовоздушной смеси, что приводит к повышенному выбросу окислов азота. Отсутствие кольцевого стабилизатора пламени не обеспечивает широкого диапазона устойчивой работы по

коэффициенту избытка воздуха а и не позволяет работать на обедненной смеси с минимально низкими выбросами NOx.

Задачей настоящей полезной модели является уменьшение содержания вредных выбросов Nox в продуктах сгорания без увеличения содержания в них окиси углерода за счет увеличения размеров зоны обратных токов и равномерности распределения капель топлива по «факелу в камере сгорания.

Поставленная задача решается тем, что устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, содержащее коаксиально размещенные в корпусе центральную топливную форсунку с топливоподводящим устройством, воздушный канал, сужающийся на выходе и завихритель в нем, а также наружный топливовоздушный канал с топливопитающим устройством на его входе и внешнийзавихрительснабженодополнительным

топливовоздушным сужающимся каналом, стенки которого являются продолжением стенок форсунки и имеют острые кромки на выходе, а на входе в дополнительный канал установлен дополнительный .завихритель, при этом под острым углом к стенкам воздушного канала установлена разделительная обечайка, а топливопитающее устройство представляетсобойраспылительтопливас равнорасположенными отверстиями и соединено с воздушным

и наружным каналами отверстиями, а на выходе наружного топливовоздушного канала расположен треугольный стабилизатор пламени, соединенный своей вершиной с разделительной обечайкой и повернутый внутрь топливовоздушного канала.

Устройство может быть снабжено каналом, образованным стенками наружного, воздушного каналов и разделительной обечайки с отверстиями для охлаждающего воздуха.

На входе в дополнительный канал устройства может быть установлен тангенциальный завихритель.

На стенках дополнительного канала может быть установлен коаксиальный завихритель или осевой завихритель.

Использование острой кромки дополнительного канала, дополнительного завихрителя и сужающихся каналов резко повышают эффективность дробления пелены топлива на мелкие капли, чем создают условия для образования гомогенной топливовоздушной.смеси.

Установка разделительной обечайки, образующая раструб на выходе и имеющая отверстия для воздуха,

позволяет образовать устойчивую зону обратных токов за ней и надёжно её охладить.

Снабдив наружный топливовоздушный канал на его входе топливопитающим устройством, мы используем и этот канал для смешения основной части топлива и воздуха и последующей подачи этой смеси в камеру сгорания. Это позволяет оптимально распределить топливо и воздух- по каналам данного устройства. Постановка кольцевого распылителя топлива с равнорасположенными отверстиями позволяет улучшить систему распыливания и распределения топлива в потоке воздуха, упростить систему подачи топлива в наружном топливовоздушном канале.

Использование стабилизатора пламени увеличивает размеры зоны обратных токов, создаваемой за разделительной обечайкой, позволяет поддерживать непрерывный процесс горения и тем самым расширяет диапазон устойчивой работы камеры сгорания.

На фиг. 1- показан продольный разрез устройства,

на фиг. 2- показан продольный разрез устройства, у которого на торце стабилизатора имеется кольцевая проточка.

Устройство для подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания содержит коаксиально размещенные

центральную топливную форсунку 1, с топливоподводящим устройством 2, воздушный канал 3 с завихрителем 4.

Воздушный канал 3 выполнен сужающимся на выходе. Устройство снабжено дополнительным топливовоздушным сужающимся каналом 5. Стенки канала 5 являются продолжением стенок форсунки 1 и имеют острые кромки 6 на выходе из канала 5. На входе в дополнительный канал 5 установлен дополнительный завихритель 7. Возможна установка тангенциального или осевого завихрителя 7. На стенках дополнительного канала 5 установлен завихритель 4 воздушного канала 3. Возможна установка, например, коаксиального завихрителя 4. К стенкам воздушного канала 3 под острым углом к ним выполнена разделительная обечайка 9, которая образует на выходе из канала 3 раструб. Обечайка 9 имеет отверстия 10 для охлаждения воздухом. Устройство содержит наружный топливовоздушный канал 11. На входе в канал 11 установлено топливопитающее устройство 12. Канал 11 имеет внешний завихритель 13. Топливопитающее устройство 12 представляет собой распылитель 14 топлива с равнорасположенными отверстиями для распыливания топлива. Возможна установка, например, кольцевого распылителя 14 топлива. Топливопитающее устройство 12 соединено с воздушным каналом 3 и наружным каналом 11

73&03Ш

отверстиями 15. На выходе наружного канала 11 расположен треугольный стабилизатор 16 пламени. Стабилизатор, 16 соединен своей вершиной с разделительной обечайкой 9 и повернут внутрь топливовоздушного канала 11.

Устройство может быть снабжено каналом, образованным стенкой 8 наружного канала 11, стенкой воздушного канала 3 и разделительной обечайки 9.

Возможно выполнение кольцевой проточки 17 на торце стабилизатора 16 пламени.

Устройство работает следующим образом.

При работе камеры сгорания струи топлива через топливоподводящее устройство 2 из центральной топливной форсунки 1 попадают на стенку дополнительного канала 5 и образуют пелену, которая стекая с острой кромки 6, дробится закрученными потоками воздуха из воздушного канала 3 и дополнительного канала 5. В процессе дробления и внедрения капель в закрученный поток воздуха образуется гомогенная топливовоздушная смесь. Топливопитающее устройство 12 подводит топливо и производит его впрыск во внешний завихритель 13 через кольцевой распылитель топлива 14 с равнорасположенными воздушными отверстиями для пневматического распыливания 15, где струи топлива распиливаются сначала потоком воздуха, проходящим через воздушные отверстия 15, а затем в наружном

топливовоздушном канале 11 подхватываются закрученным потоком воздуха внешнего завихрителя 13. В наружном топливовоздушном канале капли топлива испаряются и перемешиваются с воздухом завихрителя 13 и в виде частично испаренной и перемешанной топливовоздушной смеси выносятся в объем жаровой трубы. За раструбом разделительной обечайки 9 образуется зона обратных токов, где создаются благоприятные условия для горения топлива на режимах запуска и бедных составах смеси. Топливо в зону обратных токов попадает, в основном, из центральной топливной форсунки 1. Процесс горения в зоне обратных токов поддерживается на всех режимах. Предварительное смешение топлива с воздухом обеспечивает эффективное горение смеси и низкие выбросы окислов углерода СО при бедных коэффициентах избытка воздуха а. При переходе на основные режимы включается топливопитающее устройство 12 с внешним завихрителем 13. Гомогенная топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания из наружного топливовоздушного канала 11 и воспламеняется от стабилизатора пламени 6, куда поступают горячие газы из зоны обратных токов, поддерживающие непрерывный процесс горения. Предварительная подготовка смеси во внешнем

9

завихрителе 13 приводит к горению однородной смеси в камере сгорания, что и при выборе оптимального состава смеси ведет к высокой эффективности горения топлива (низкие выбросы СО) и низким выбросам NOx.

Предлагаемое, устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания уменьшает содержание вредных выбросов в продуктах сгорания без увеличения содержания в них окиси углеродане вызывает

изменения экологического состояния окружающей среды.

Claims (7)

1. Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, содержащее коаксиально размещенные в корпусе центральную топливную форсунку с топливоподводящим устройством, воздушный канал, сужающийся на выходе, и завихритель в нем, а также наружный топливовоздушный канал с топливопитающим устройством на его входе и внешний завихритель, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным топливовоздушным сужающимся каналом, стенки которого являются продолжением стенок форсунки и имеют острые кромки на выходе, а на входе в дополнительный канал установлен дополнительный завихритель, при этом под острым углом к стенкам воздушного канала установлена разделительная обечайка, а топливопитающее устройство представляет собой распылитель топлива с равнорасположенными отверстиями и соединено с воздушным и наружным каналами отверстиями, а на выходе наружного топливовоздушного канала расположен треугольный стабилизатор пламени, соединенный своей вершиной с разделительной обечайкой и повернутый внутрь топливовоздушного канала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено каналом, образованным стенками наружного, воздушного каналов и разделительной обечайки с отверстиями для охлаждающего воздуха.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на входе в дополнительный канал установлен тангенциальный завихритель.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на стенках дополнительного канала установлен коаксиальный завихритель.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на стенках дополнительного канала установлен осевой завихритель.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в топливопитающем устройстве установлен кольцевой распылитель топлива.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце стабилизатора пламени выполнена кольцевая проточка.