RU2568031C2 - Turbojet afterburning process 2 - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: combustion chamber houses two or three rows of nozzles. Stoichiometric fuel combustion occurs in the first and/or extra row of said nozzles. "Atmofuel" is forced to the second row of nozzles in the amount sufficient for cooling of gas downstream of the first row to the level acceptable for turbine. Thereafter, evaporated fuel is burnt in afterburner chamber in the mix with air of the engine second stage. Extra amount of fuel is injected into "atmofuel" nozzles and/or afterburner chamber nozzles to be combusted completely in the mix with the turbine second stage air.

EFFECT: higher thrust, expanded adjustment range.

3 cl

Description

Изобретение относится к двухконтурным турбореактивным двигателям.The invention relates to dual-circuit turbojet engines.

Известен способ форсажа турбореактивного двигателя, преимущественно - двухконтурного, заключающийся в том, что в камере сгорания находится два последовательных ряда форсунок. В первом ряду происходит стехиометрическое сгорание топлива (то есть - полное использование кислорода, находящегося в поступающем воздухе), и получается максимальная температура. А чтобы турбина мгновенно не расплавилась, во второй ряд форсунок подается любое топливо (тот же керосин, или лучше - сжиженный метан) в таком количестве, чтобы своим испарением охладить температуру газов после первого ряда форсунок до приемлемого для турбины уровня.A known method of afterburning a turbojet engine, mainly double-circuit, consisting in the fact that in the combustion chamber there are two consecutive rows of nozzles. In the first row, stoichiometric combustion of the fuel occurs (that is, the full use of oxygen in the incoming air), and the maximum temperature is obtained. And so that the turbine does not instantly melt, any fuel (the same kerosene, or better, liquefied methane) is supplied to the second row of nozzles in such an amount that with its vapor to cool the temperature of the gases after the first row of nozzles to a level acceptable for the turbine.

При этом топливо, поданное во второй ряд форсунок, не пропадает даром. После турбины газы с большим количеством испарившегося и претерпевшего термическое разложение на углерод и водород топлива смешиваются со сжатым воздухом второго контура и сгорают, выделяя большое количество тепла и создавая при этом в реактивном сопле большую тягу. См. мой пат. №2474718.In this case, the fuel supplied to the second row of nozzles does not disappear in vain. After the turbine, gases with a large amount of evaporated and thermally decomposed into carbon and hydrogen fuels mix with the secondary air and burn out, generating a large amount of heat and creating a large draft in the jet nozzle. See my pat. No. 2474718.

При этом даже предусмотрено оригинальное регулирование этого, казалось бы, нерегулируемого режима - в первый ряд форсунок подается БОЛЬШЕ топлива, чем нужно, и при этом происходит неполное сгорание топлива до окиси углерода. При этом тепловыделение составит всего 73,62% от максимального (примерно в 1,36 раза меньше). Естественно, гораздо меньше топлива при этом потребуется на охлаждение газов. То есть во второй ряд форсунок подается гораздо меньше топлива, а может быть, даже не подается совсем (зависит от рабочей температуры турбины). То есть, в пределах 73,62% от максимального форсажа можно уменьшать этот форсажный режим. Получившаяся после неполного горения окись углерода тоже не пропадает даром - она также догорает в форсажной камере в смеси с воздухом второго контура.At the same time, original regulation of this seemingly unregulated mode is even provided - MORE fuel than necessary is supplied to the first row of nozzles, and at the same time, incomplete combustion of the fuel to carbon monoxide occurs. In this case, the heat release will be only 73.62% of the maximum (approximately 1.36 times less). Naturally, much less fuel will be required to cool the gases. That is, much less fuel is supplied to the second row of nozzles, and maybe not even delivered at all (depending on the operating temperature of the turbine). That is, within 73.62% of the maximum afterburner, you can reduce this afterburner mode. The carbon monoxide obtained after incomplete combustion also does not disappear in vain - it also burns out in the afterburner in a mixture with secondary air.

Этот режим получил название «атмофорсаж» (от греческого «атмос» - испарение). Топливо, которое впрыскивается во второй ряд форсунок и предназначено в первую очередь для испарения, получило название «атмотопливо», а топливо, подаваемое в первый ряд форсунок или в дополнительный ряд форсунок (перед первым) и предназначенное для достижения стехиометрического состава, получило название «стехиотопливо».This mode is called “atmosphere” (from the Greek “atmosphere” - evaporation). The fuel that is injected into the second row of nozzles and intended primarily for evaporation is called “fuel”, and the fuel supplied to the first row of nozzles or into an additional row of nozzles (before the first) and designed to achieve stoichiometric composition is called “stoichiofuel ".

Понятно, что степень двухконтурности такого двигателя желательно выбрать такой, чтобы количество воздуха во втором контуре было достаточным для полного сжигания всего атмотоплива или хотя бы для сжигания получившегося из него водорода. Но если по каким-то причинам получить такую степень двухконтурности не удастся, то предусмотрен еще один способ регулирования режима атмофорсажа этого двигателя - впрыскивание в форсажную камеру или в воздух второго контура дополнительного количества окислителя, например, раствора пятиокиси азота в азотной кислоте. Это на короткое время еще больше увеличит тягу.It is clear that it is advisable to choose the bypass ratio of such an engine so that the amount of air in the second circuit is sufficient to completely burn all the fuel or at least to burn the hydrogen produced from it. But if for some reason it is not possible to obtain such a bypass ratio, another way to regulate the atmospheric mode of this engine is provided by injecting an additional amount of an oxidizing agent, for example, a solution of nitrogen pentoxide in nitric acid, into the afterburner. This will increase traction for a short time.

Но если степень двухконтурности такого двигателя удастся получить большую, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то появляется еще одна возможность.But if the bypass ratio of such an engine can be obtained more than is necessary for the complete combustion of fuel oil, then there is one more possibility.

Задача и технический результат изобретения - повышение тяги двигателя и расширение пределов ее регулирования.The objective and technical result of the invention is to increase engine thrust and expand the limits of its regulation.

Если степень двухконтурности двигателя будет больше, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то в форсунки для атмотоплива, и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура двигателя.If the bypass ratio of the engine is greater than necessary for the complete combustion of the fuel, then additional fuel is injected into the nozzles for the fuel and / or the nozzles of the afterburner with the possibility of its complete combustion in the mixture with the air of the second engine circuit.

Однако можно получить тягу, еще большую - даже если степень двухконтурности двигателя будет больше, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то в форсажную камеру и/или в воздух второго контура двигателя впрыскивается дополнительное количество окислителя, а в форсунки для атмотоплива и/или в топливные форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура и с дополнительным окислителем.However, it is possible to obtain a thrust even greater - even if the bypass ratio of the engine is greater than necessary for the complete combustion of the fuel, an additional amount of oxidizer is injected into the afterburner and / or into the air of the second circuit of the engine, and into the nozzles for the fuel and / or fuel afterburner nozzles inject an additional amount of fuel with the possibility of its complete combustion in a mixture with secondary air and with an additional oxidizing agent.

Так как при этом охлаждение газов после первого ряда форсунок, то есть после подачи стехиотоплива, становится лучше, то можно подать в район первого ряда форсунок дополнительное количество топлива и соответствующее ему (не больше) дополнительное количество окислителя, до достижения в камере сгорания допустимой для турбины температуры.Since in this case the cooling of gases after the first row of nozzles, that is, after the supply of stoichiofuel, becomes better, it is possible to supply an additional amount of fuel and the corresponding amount of oxidizer to the region of the first row of nozzles (no more) until the turbine reaches the permissible value for the turbine temperature.

Осуществляется способ, например, так: в форсунки для атмотоплива впрыскивается топливо (желательно, метана - в нем большее содержание связанного водорода) больше, чем нужно для охлаждения газов после сгорания «стехиотоплива». Это топливо испаряется, проходит турбину, смешивается с воздухом второго контура двигателя и полностью сгорает в форсажной камере. Если при этом в воздух второго контура или в форсажную камеру подавался дополнительный окислитель, то топлива подается еще больше.A method is implemented, for example, as follows: fuel is injected into the nozzles for fuel oil (preferably methane - it contains a higher content of bound hydrogen) more than is necessary for cooling gases after the combustion of "stoichiofuel". This fuel evaporates, passes the turbine, mixes with the air of the second engine circuit and burns completely in the afterburner. If at the same time an additional oxidizing agent was supplied to the air of the secondary circuit or to the afterburner, then more fuel is supplied.

Claims (3)

1. Способ форсажа турбодвигателя, заключающийся в том, что в камере сгорания находится два или три последовательных ряда форсунок, в первом и/или дополнительном ряду которых происходит стехиометрическое сгорание топлива, а во второй ряд форсунок подается «атмотопливо» в таком количестве, чтобы охладить температуру газов после первого ряда форсунок до приемлемого для турбины уровня, после чего испарившееся топливо сгорает в форсажной камере в смеси с воздухом второго контура двигателя, отличающийся тем, что при степени двухконтурности двигателя больше, чем нужно для полного сжигания «атмотоплива», в форсунки для «атмотоплива» и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура двигателя.1. The method of afterburner of a turbo engine, which consists in the fact that in the combustion chamber there are two or three consecutive rows of nozzles, in the first and / or additional row of which stoichiometric combustion of fuel occurs, and the “second fuel” is supplied to the second row of nozzles in such an amount as to cool the temperature of the gases after the first row of nozzles to a level acceptable for the turbine, after which the evaporated fuel burns in the afterburner in a mixture with the air of the second circuit of the engine, characterized in that when the bypass ratio is d igatelya more than necessary for complete combustion "atmotopliva" a nozzle "atmotopliva" and / or the afterburner nozzle injected additional fuel with the possibility of complete combustion in admixture with a second air circuit of the engine. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в форсажную камеру и/или в воздух второго контура двигателя впрыскивается дополнительное количество окислителя, а в форсунки для «атмотоплива» и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура и с дополнительным окислителем.2. The method according to p. 1, characterized in that an additional amount of oxidant is injected into the afterburner and / or into the air of the second engine circuit, and an additional amount of fuel is injected into the injectors for “fuel oil” and / or into the afterburner nozzles with the possibility of its complete combustion in a mixture with secondary air and with an additional oxidizing agent. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в район первого ряда форсунок подается дополнительное количество топлива и соответствующее ему, но не больше, дополнительное количество окислителя, до достижения в камере сгорания допустимой для турбины температуры. 3. The method according to p. 2, characterized in that an additional amount of fuel and an appropriate amount of oxidizing agent corresponding to it, but not more, are supplied to the area of the first row of nozzles until the temperature in the combustion chamber is reached that is acceptable for the turbine.