UA5613U

UA5613U - Combustion chamber

Info

Publication number: UA5613U
Application number: UA20040705979U
Authority: UA
Inventors: Олександр Вячеславович Богуслаєв; Александр Вячеславович Богуслаев; Дмитро Анатолійович Долматов; Анатолій Іванович Долматов; Анатолий Иванович Долматов; Павло Дмитрович Жеманюк; Павел Дмитриевич Жеманюк
Original assignee: Відкрите Акціонерне Товариство "Мотор Січ"; Открытое акционерное общество "Мотор Сич"
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2005-03-15

Abstract

The combustion chamber has fire tube, outer housing and fuel nozzles. Additionally it has ionization chamber with metal heads placed in it.

Description

Корисна модель відноситься до галузі газотурбінних двигунів і може бути використана для встановлення на повітряно-реактивні двигуни літаків нового покоління і вдосконалення існуючих двигунів, а також у наземних газотурбінних установках.The utility model belongs to the field of gas turbine engines and can be used for installation on jet engines of new generation aircraft and improvement of existing engines, as well as in land-based gas turbine installations.

Камера згоряння є одним з основних вузлів газотурбінного двигуна (1, стор.12-14). У ній відтворюється згоряння палива при постійному тиску з підвищенням температури робочого тіла. Відома кільцева камера згоряння, яка містить зовнішній корпус, дифузор та жарову трубу, у котрій розташовані свічки запалювання для ініціювання хімічної реакції горіння (1, стор.58-61|Ї. Запалювання збагаченої паливом суміші відбувається за допомогою електричної іскри, що частково іонізує кисень і, таким чином, викликає початок реакції згоряння алканів. Недоліком відомої конструкції камери згоряння є потреба у постійному відборі теплоти від робочого тіла для подальшого протікання реакції горіння.The combustion chamber is one of the main components of a gas turbine engine (1, p. 12-14). It reproduces the combustion of fuel at constant pressure with an increase in the temperature of the working fluid. An annular combustion chamber is known, which contains an outer casing, a diffuser and a heat pipe in which spark plugs are located to initiate the chemical combustion reaction (1, p. 58-61|І. The ignition of the fuel-enriched mixture occurs with the help of an electric spark that partially ionizes oxygen and, thus, causes the beginning of the combustion reaction of alkanes. The disadvantage of the known design of the combustion chamber is the need for constant removal of heat from the working medium for the further progress of the combustion reaction.

Відома камера згоряння авіаційного двигуна, яку обрано як прототип, що містить зовнішній корпус, жарову трубу, дифузор та свічки запалювання (2, стор.81-95). Власне процес згоряння палива відбувається у жаровій трубі і викликає значне підвищення температури середовища.The combustion chamber of an aircraft engine is known, which was chosen as a prototype, containing an outer casing, a heat pipe, a diffuser and spark plugs (2, pp. 81-95). The actual process of fuel combustion takes place in the heat pipe and causes a significant increase in the temperature of the environment.

Недоліком відомої конструкції є те що для подальшого згоряння палива потрібна постійна дисоціація молекул кисню з розривом внутрішньомолекулярних зв'язків, тобто значний відбір енергії що утворюється у наслідку хімічних перетворень. Це призводить до зниження корисної енергії, яка утворюється при спалюванні палива, що в свою чергу призводить до зниження коефіцієнта корисної дії (к.к.д.) процесу горіння і відносно низької температури газу в цілому.The disadvantage of the known design is that the further combustion of fuel requires constant dissociation of oxygen molecules with the breaking of intramolecular bonds, that is, a significant withdrawal of energy generated as a result of chemical transformations. This leads to a decrease in the useful energy generated during fuel combustion, which in turn leads to a decrease in the efficiency of the combustion process and a relatively low gas temperature in general.

В основу корисної моделі поставлена задача значного підвищення корисної енергії, яка утворюється у наслідку спалювання палива у камері згоряння, без зростання кількості палива, яке використовується, або без зміни його початкового хімічного складу, внаслідок чого зростає к.к.д камери згоряння.The useful model is based on the task of significantly increasing the useful energy, which is generated as a result of burning fuel in the combustion chamber, without increasing the amount of fuel used or without changing its initial chemical composition, as a result of which the efficiency of the combustion chamber increases.

Поставлена задача вирішується тим, що камера згоряння, яка містить жарову трубу, зовнішній корпус та паливні форсунки, відповідно до корисної моделі, додатково містить камеру іонізації з розташованими у ній металевими головками.The task is solved by the fact that the combustion chamber, which contains a heat pipe, an external housing and fuel injectors, according to a useful model, additionally contains an ionization chamber with metal heads located in it.

Виконання в камері згоряння іонізаційної камери з розташованими в ній металевими головками, які спричиняють електричний струм в газі, викликає перетворення присутнього у газі кисню на озон, атомарний кисень та іони. У зоні запалювання палива жарової труби продукти хімічних перетворень та паливо вступають у взаємодію, викликаючи високотемпературне горіння, що призводить до підвищення корисної енергії, підвищення температури газів на виході з камери згоряння, зростання к.к.д. Це дозволяє значно знизити часову витрату палива за умов збереження умов польоту.Carrying out in the combustion chamber an ionization chamber with metal heads located in it, which cause an electric current in the gas, causes the transformation of the oxygen present in the gas into ozone, atomic oxygen and ions. In the fuel ignition zone of the heat pipe, the products of chemical transformations and the fuel interact, causing high-temperature combustion, which leads to an increase in useful energy, an increase in the temperature of gases at the exit from the combustion chamber, an increase in efficiency. This makes it possible to significantly reduce the time consumption of fuel under the conditions of preservation of flight conditions.

Суть корисної моделі пояснюється кресленням на якому зображений поздовжній переріз камери згоряння, що заявляється.The essence of the useful model is explained by a drawing showing a longitudinal section of the claimed combustion chamber.

Камера згоряння містить зовнішній корпус 1, до переднього фланця якого кріпиться зовнішній корпус камери іонізації 2, виконаний з діелектричного матеріалу. У корпусі 2 розміщені отвори 3, через які до середини камери іонізації проведено металеві головки 4. Внутрішній корпус 5 так само виконано з діелектрика і має отвори 6 з встановленими у них металевими головками 7. Жарова труба 8 містить паливні форсунки 9, через які до середини камери згоряння поступає паливо. Головки 4 та 7 з'єднані з клемами генератора електричного струму (на кресленні не показано).The combustion chamber contains an external housing 1, to the front flange of which is attached the external housing of the ionization chamber 2, made of dielectric material. In the body 2 there are holes 3, through which metal heads 4 are passed to the middle of the ionization chamber. The inner body 5 is also made of dielectric and has holes 6 with metal heads 7 installed in them. The heat pipe 8 contains fuel nozzles 9, through which to the middle fuel enters the combustion chamber. Heads 4 and 7 are connected to the terminals of the electric current generator (not shown in the drawing).

У процесі роботи двигуна на головки постійно подається різність потенціалів, яка викликає електричний струм у газі, що поступає в камеру іонізації з останньої ступені компресора. Цей електричний струм викликає перетворення присутнього у газі кисню на озон, атомарний кисень та іони, причому енергія, потрібна для вищезгаданих перетворень значно менше енергії, потрібної для здійснення тих самих перетворень тепловим шляхом. Струм у газі може мати вигляд іскрового, дугового або тліючого розряду у залежності від напруги, що подається, відстані між голівками та тиску газу. Після камери іонізації газ поступає у дифузор, де відбувається стабілізація потоку, а потім - у жарову трубу та зовнішню порожнину камери згоряння. У жаровій трубі встановлені паливні форсунки, через які поступає паливо. Продукти перетворення кисню вступають в хімічну реакцію з паливом, при цьому виділяється значно більша, ніж підчас реакції з киснем, енергія. У зоні запалювання палива жарової труби продукти хімічних перетворень та паливо вступають у взаємодію, викликаючи високотемпературне горіння. У зонах основного горіння та догоряння відбувається змішування потоків внутрішнього та зовнішнього контурів камери згоряння, стабілізація температурного поля та догоряння палива.During the operation of the engine, a potential difference is constantly applied to the heads, which causes an electric current in the gas entering the ionization chamber from the last stage of the compressor. This electric current causes the transformation of the oxygen present in the gas into ozone, atomic oxygen, and ions, and the energy required for the above-mentioned transformations is significantly less than the energy needed to carry out the same transformations thermally. The current in the gas can take the form of a spark, arc or glow discharge depending on the applied voltage, the distance between the heads and the gas pressure. After the ionization chamber, the gas enters the diffuser, where the flow is stabilized, and then - into the heat pipe and the external cavity of the combustion chamber. Fuel nozzles are installed in the heat pipe, through which fuel is supplied. The products of oxygen transformation enter into a chemical reaction with the fuel, while much more energy is released than during the reaction with oxygen. In the fuel ignition zone of the heat pipe, the products of chemical transformations and the fuel interact, causing high-temperature combustion. In the zones of the main combustion and afterburning, mixing of the flows of the internal and external circuits of the combustion chamber, stabilization of the temperature field and afterburning of the fuel takes place.

Використання електричної енергії для іонізації кисню та перетворення його на озон та атомарний кисень дозволяє значно збільшити температуру газу на виході з камери згоряння. Крім того, підвищення енергії, що отримується при спалюванні одного кілограму палива, дозволяє зменшити часову витрату палива, що підвищує економічність двигуна та зменшує потрібне паливне навантаження.The use of electrical energy to ionize oxygen and convert it into ozone and atomic oxygen makes it possible to significantly increase the gas temperature at the exit from the combustion chamber. In addition, the increase in energy obtained when burning one kilogram of fuel allows to reduce the time consumption of fuel, which increases the economy of the engine and reduces the required fuel load.

Джерела інформації 1. Скубачевский С.Г. Теория и расчет авиационньх двигателей - М., «Наука», 1978. 2. Конструкция турбовального газотурбинного двигателя Д-136: учебное пособие - Кировское военное авиационно-техническое училище, Киров 1989, под ред. Чигрина В.С. 2 ЗА 1 пиши йSources of information 1. Skubachevskii S.G. Theory and calculation of aviation engines - M., "Nauka", 1978. 2. Construction of a turboshaft gas turbine engine D-136: textbook - Kirov military aviation technical school, Kirov 1989, editor. Chygryna V.S. 2 FOR 1 write and

І | Ії і о - о т ві о. зі в/ вроAnd | Ii i o - o t vi o. from in / vro

Claims

A combustion chamber containing a heat pipe, an outer casing and fuel injectors, which is characterized by the fact that it additionally contains an ionization chamber with metal heads located therein.