RU2749434C1 - Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания - Google Patents
Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749434C1 RU2749434C1 RU2020128183A RU2020128183A RU2749434C1 RU 2749434 C1 RU2749434 C1 RU 2749434C1 RU 2020128183 A RU2020128183 A RU 2020128183A RU 2020128183 A RU2020128183 A RU 2020128183A RU 2749434 C1 RU2749434 C1 RU 2749434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- swirler
- tier
- fuel
- nozzle
- air
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Abstract
Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей. Топливовоздушная горелка содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а также двухъярусный завихритель, во внутреннем ярусе которого установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, перегородку, перекрывающую часть входного торца указанного лопаточного завихрителя, в наружном ярусе установлен лопаточный завихритель с выходным торцом. Перегородка в виде кольцевой шайбы устанавливается на носике форсунки, завихритель внутреннего яруса имеет сужающийся сопловой насадок с удлиненным цилиндрическим каналом, вокруг которого располагается завихритель наружного яруса, содержащий цилиндрический насадок, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу, и содержащий экран и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки с торцевыми пазами и срезом, соответствующим углу сужающегося соплового насадка завихрителя внутреннего яруса, формирующего канал подвода воздуха к лопаткам завихрителя наружного яруса, лопатки одного завихрителя расположены под противоположным углом относительно лопаток второго завихрителя. Изобретение позволяет обеспечить снижение токсичности продуктов сгорания с одновременным повышением надежности работы и увеличением полноты сгорания топлива. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и обеспечивает снижение токсичности продуктов сгорания с одновременным повышением надежности работы и увеличением полноты сгорания топлива.
Известна топливовоздушная горелка (RU 2 157 954 Заявка: 95115619/06, 05.09.1995), содержащая двухъярусный завихритель с установленными на них наружным и внутренним насадками с отверстиями в последнем, топливную форсунку, установленную на оси.
Недостатком такого устройства является ненадежная работа, связанная с самовоспламенением смеси до ее поступления в зону горения КС (из-за большого времени пребывания и наличия мест с малыми скоростями потока), что приводит к перегреву и обгару фронтового устройства.
Не обеспечивает равномерную по составу и скоростям топливовоздушную смесь в передней части жаровой трубы, что не обеспечивает полноту сгорания топлива и не позволяет снизить выбросы вредных веществ.
Известно фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя (полезная модель РФ №173301 F23R 3/16 опубл. 21.08.2017), содержащее корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка, и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток с выходными кромками.
Недостатком данного фронтового устройства является отсутствие его охлаждения.
Известна другая топливовоздушная горелка камеры сгорания [Патент РФ 2134839 (F 02 С 7/22), опубл. 20.08.1999 г.], содержащая топливную форсунку и двухъярусный осерадиальный завихритель с внутренним ярусом, состоящим из осевого лопаточного завихрителя с открытым входным и выходным торцом и радиального завихрителя. При этом между тыльной стороной корпуса форсунки и входным торцом расположен стабилизатор потока воздуха, закрепленный на головке форсунки. Внешний контур стабилизатора превышает поперечное сечение осевого завихрителя и образует щелевой канал с его входным торцом. Данная топливовоздушная горелка размещается во фронтовом устройстве, представляющем собой лобовую стенку камеры сгорания.
Недостатком данного устройства являются повышенные потери полного давления, вызванные втеканием воздуха через щель, образованную стабилизатором и входным торцом завихрителя с последующим разворотом потока. Кроме того, общим недостатком известных топливовоздушных горелок с завихрителем являются узкие области запуска и устойчивой работы.
Недостатком фронтового устройства является отсутствие элементов обеспечивающих его охлаждение.
Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно: известна Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №2199700, F 23 R 3/4, опубл. 27.02.2003 г.), содержащая двухъярусный завихритель, во внутреннем ярусе которого установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, на котором расположена перегородка, перекрывающая часть входного торца, выполненная, например, в виде кольца. Топливовоздушная горелка размещается в передней части жаровой трубы, представляющей собой фронтовое устройство.
Недостатком данной топливовоздушной горелки являются то, что кольцо приваривается к входному торцу и не имеет возможности его демонтажа или возможности оперативной замены на кольцо другого диаметра.
Недостатком данной топливовоздушной горелки являются большие значения выбросов вредных веществ из-за того, что топливо подается за осевым завихрителем и процесс смешения топлива с воздухом начинается на выходе из двухъярусного завихрителя и продолжается в рециркуляционной зоне жаровой трубы.
Недостатком данного фронтового устройства является отсутствие охлаждения.
Указанные выше недостатки в совокупности не позволяют реализовать цели, поставленные в заявленном решении, т.е.:
не обеспечивает надежную работу,
не обеспечивает равномерную по составу и скоростям топливовоздушную смесь,
не обеспечивает низких значений выбросов вредных веществ,
не обеспечивает пониженные потери полного давления,
не обеспечивает широкие области запуска и устойчивую работу,
не обеспечивается технологичность установки топливовоздушной горелки во фронтовое устройство камеры сгорания,
не обеспечивается охлаждение фронтового устройства.
Технической задачей предлагаемой топливовоздушной горелки является устранение недостатков прототипа, а именно:
обеспечение надежной работы,
обеспечение равномерную по составу и скоростям топливовоздушную смесь,
обеспечение низких значений выбросов вредных веществ,
обеспечение пониженных потерь полного давления,
обеспечение широкой области запуска и устойчивую работу,
обеспечение технологичности установки топливовоздушной горелки во фронтовое устройство камеры сгорания.
Технической задачей предлагаемого фронтового устройства является обеспечение его охлаждения.
Сущностью заявленного технического решения является, что топливовоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания, содержащие топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а так же двухъярусный завихритель, во внутреннем ярусе которого установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, на котором расположена перегородка, перекрывающая часть входного торца, в наружном ярусе установлен лопаточный завихритель с выходным торцом.
Предложенная топливовоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания характеризуются некоторыми конструктивными особенностями: перегородка в виде кольцевой шайбы устанавливается на носике форсунки, завихритель внутреннего яруса имеет сужающийся сопловой насадок с удлиненным цилиндрическим каналом вокруг которого располагается завихритель наружного яруса содержащий цилиндрический насадок, размещенный в установочном корпусе имеющем резьбу и содержащий экран и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки с торцевыми пазами и срезом соответствующим углу сужающегося соплового насадка завихрителя внутреннего яруса формирующего канал подвода воздуха к лопаткам завихрителя наружного яруса, лопатки одного завихрителя расположены под противоположным углом относительно лопаток второго завихрителя, фронтовое устройство содержит перфорации вокруг каждого отверстия, охлаждающий козырек с отверстиями подвода воздуха.
Таким образом, поставленная задача для топливовоздушной горелки в целом достигается тем, что:
для обеспечения надежной работы завихритель внутреннего яруса имеет сужающийся сопловой насадок с удлиненным цилиндрическим каналом, что исключает самовоспламенение смеси до ее поступления в зону горения камеры сгорания;
для обеспечения равномерной по составу и скоростям топливовоздушную смесь лопатки одного завихрителя расположены под противоположным углом относительно лопаток второго завихрителя, что обеспечивает хорошее смешение топлива с воздухом;
для обеспечения низких значений выбросов вредных веществ коэффициент избытка воздуха на выходе из завихрителя составляет 1,8-2;
для обеспечения пониженных потерь полного давления оба завихрителя выполнены осевыми, резьбовая гайка со срезом, соответствующим углу сужающегося соплового насадка завихрителя внутреннего яруса, формирующего канал подвода воздуха к лопаткам завихрителя наружного яруса;
для обеспечения широкой области запуска и устойчивую работу перегородка в виде кольцевой шайбы устанавливается на носике форсунки;
для обеспечения технологичности установки топливовоздушной горелки во фронтовое устройство камеры сгорания двухъярусный завихритель устанавливается в установочный корпус размещенный в отверстии фронтового устройства и стянутый разьбовой гайкой.
Поставленная задача для фронтового устройства в целом достигается тем, что для обеспечения охлаждения фронтового устройства оно содержит перфорации вокруг каждого отверстия, охлаждающий козырек с отверстиями подвода воздуха.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом:
Фиг. 1 – общий вид, продольный разрез.
Заявленная топливовоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно: топливовоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания (фиг.1) содержат топливную форсунку 1 в виде корпуса 2 с отверстиями 3 подачи и распыла топлива, перегородка в виде кольцевой шайбы 4 устанавливается на носике 5 форсунки 1, а также двухъярусный завихритель 6, завихритель внутреннего яруса 7 имеет сужающийся сопловой насадок 8 с удлиненным цилиндрическим каналом 9, вокруг которого располагается завихритель наружного яруса 10, содержащий цилиндрический насадок 11, размещенный в установочном корпусе 12, имеющем резьбу 13, и содержащий экран 14 и находящийся в отверстии 15 фронтового устройства 16, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки 17 с торцевыми пазами 18 и срезом 19, соответствующим углу сужающегося соплового насадка 8 завихрителя внутреннего яруса 7, формирующего канал подвода воздуха 20 к лопаткам 21 завихрителя наружного яруса 10, лопатки 22 одного завихрителя расположены под противоположным углом относительно лопаток 21 второго завихрителя. Фронтовое устройство 16, представляющее переднюю часть жаровой трубы 26, содержит перфорации 23 вокруг каждого отверстия 15, охлаждающий козырек 24 с отверстиями подвода воздуха 25.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости на стандартном оборудовании в КНИТУ-КАИ с применением современных материалов и технологий.
Поток воздуха (Фиг.1.), пройдя через перегородку в виде кольцевой шайбы 4 и лопатки 22 завихрителя внутреннего яруса 7, закручивается и проходит в сужающийся сопловой насадок 8, в который через отверстия 3 в форсунке 1 поступает топливо, которое перемешивается с воздухом, и попадает удлиненным цилиндрический канал 9. Другая часть воздуха, пройдя канал подвода воздуха 20 между срезом 19 резьбовой гайки 17 и сужающегося соплового насадка 8, попадает на лопатки 21 завихрителя наружного яруса 10.
Также воздух попадает в перфорации 23 фронтового устройства 16, выходя струйками на экран 14, формируя конвективное охлаждение, а также поступает в отверстия подвода воздуха 25 фронтового устройства 16, выходящего в охлаждающий козырек 24, формируя воздушную пленку.
Claims (2)
1. Топливовоздушная горелка, содержащая топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а также двухъярусный завихритель, во внутреннем ярусе которого установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, перегородку, перекрывающую часть входного торца указанного лопаточного завихрителя, в наружном ярусе установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, отличающаяся тем, что перегородка в виде кольцевой шайбы устанавливается на носике форсунки, завихритель внутреннего яруса имеет сужающийся сопловой насадок с удлиненным цилиндрическим каналом, вокруг которого располагается завихритель наружного яруса, содержащий цилиндрический насадок, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу, и содержащий экран и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки с торцевыми пазами и срезом, соответствующим углу сужающегося соплового насадка завихрителя внутреннего яруса, формирующего канал подвода воздуха к лопаткам завихрителя наружного яруса, лопатки одного завихрителя расположены под противоположным углом относительно лопаток второго завихрителя.
2. Фронтовое устройство, включающее топливовоздушную горелку по п. 1, представляющее переднюю часть жаровой трубы, отличающееся тем, что дополнительно содержит перфорации вокруг отверстия, охлаждающий козырек с отверстиями подвода воздуха.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128183A RU2749434C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128183A RU2749434C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749434C1 true RU2749434C1 (ru) | 2021-06-10 |
Family
ID=76301614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020128183A RU2749434C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749434C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116202105A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-06-02 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种优化燃烧性能的旋流燃烧室头部结构 |
RU2802903C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4198815A (en) * | 1975-12-24 | 1980-04-22 | General Electric Company | Central injection fuel carburetor |
RU2157954C2 (ru) * | 1995-09-05 | 2000-10-20 | Открытое акционерное общество "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д.Кузнецова" | Топливовоздушная горелка |
RU2199700C2 (ru) * | 2000-07-05 | 2003-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя |
RU2273798C2 (ru) * | 2004-05-31 | 2006-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Камера сгорания газотурбинного двигателя |
-
2020
- 2020-08-25 RU RU2020128183A patent/RU2749434C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4198815A (en) * | 1975-12-24 | 1980-04-22 | General Electric Company | Central injection fuel carburetor |
RU2157954C2 (ru) * | 1995-09-05 | 2000-10-20 | Открытое акционерное общество "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д.Кузнецова" | Топливовоздушная горелка |
RU2199700C2 (ru) * | 2000-07-05 | 2003-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя |
RU2273798C2 (ru) * | 2004-05-31 | 2006-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Камера сгорания газотурбинного двигателя |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116202105A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-06-02 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种优化燃烧性能的旋流燃烧室头部结构 |
CN116202105B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-05-03 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种优化燃烧性能的旋流燃烧室头部结构 |
RU2802903C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания |
RU2823422C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-07-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Противоточный горелочный модуль |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3283502A (en) | Fuel injection system for gas turbine engines | |
US4271674A (en) | Premix combustor assembly | |
CN106461219B (zh) | 燃烧装置的燃烧器布置 | |
JP2011232023A (ja) | ポケット付き空気/燃料混合管 | |
JP2002195563A (ja) | 燃焼器エミッションを減少させるための方法及び装置 | |
RU2439430C1 (ru) | Форсуночный модуль камеры сгорания гтд | |
CN108592084B (zh) | 一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部 | |
JPH1144426A (ja) | 複数の空気噴流液体燃料噴霧器を備えた二重燃料噴射装置およびその方法 | |
JP3590594B2 (ja) | ガスタービンエンジン用の液体燃料焚き低nox燃焼器 | |
CN111306577B (zh) | 一种应用于加力燃烧室凹腔结构的直射式扇形喷嘴 | |
RU2749434C1 (ru) | Топливновоздушная горелка и фронтовое устройство камеры сгорания | |
RU2456510C1 (ru) | Камера сгорания непрерывного действия | |
US5146741A (en) | Gaseous fuel injector | |
RU2578785C1 (ru) | Форсунка двухтопливная "газ плюс жидкое топливо" | |
JP2666117B2 (ja) | 予蒸発予混合燃焼器 | |
CN209782713U (zh) | 一种燃气轮机的燃烧室及燃气轮机 | |
RU170359U1 (ru) | Форсуночный модуль малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
JP3712947B2 (ja) | ガスタービンエンジン用の液体燃料焚き低nox燃焼器 | |
RU2374561C1 (ru) | Центробежно-пневматическая форсунка | |
RU2770093C1 (ru) | Топливовоздушный модуль фронтового устройства малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
RU2347144C1 (ru) | Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ ее работы | |
JP3371467B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
JP3456274B2 (ja) | 予蒸発予混合燃焼装置 | |
RU196965U1 (ru) | Топливная форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
RU2267710C1 (ru) | Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя |