RU86281U1 - BURNER FOR BURNING FUELS WITH NORMAL OR INCREASED VISCOSITY IN THE COMBUSTION CAMERA OF A GAS TURBINE ENGINE - Google Patents

Abstract

1. Горелка для сжигания топлива с нормальной или повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащая систему подачи жидкого топлива, состоящую из вспомогательного и основного контуров, и сопряженных с ними воздушных каналов, где вспомогательный контур включает аксиальный топливный канал с магистралью подвода топлива на входе, завихрителем внутри и суживающимся соплом на выходе, и коаксиально размещенный относительно аксиального топливного канала, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе воздушный внутренний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри, а основной контур включает коаксиально расположенный над воздушным внутренним каналом, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе топливный внешний суживающийся канал с магистралью подвода топлива на входе и завихрителем внутри, а, кроме того, коаксиально расположенный над топливным внешним каналом, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внешний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри, ограниченный наружной стенкой с острой кромкой на выходе, причем закрутка завихрителей воздушных каналов и завихрителей топливных каналов направлена в одну сторону, отличающаяся тем, что лопаточные завихрители воздуха содержат, расположенные на выходных кромках лопаток, упругие стержневые элементы, причем выходная кромка каждой лопатки имеет продольный паз, а отдельный стержневой элемент жестко закреплен одним концом в последнем. ! 2. Горелка для сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что отдельный упругий стержневой элемент выполнен в виде плоской пластины �1. A burner for burning fuel with normal or high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a liquid fuel supply system consisting of auxiliary and main circuits and associated air channels, where the auxiliary circuit includes an axial fuel channel with an inlet fuel supply line , a swirl inside and a tapering nozzle at the exit, and coaxially placed relative to the axial fuel channel, mating with it through the wall with a sharp edge at the exit of the air the inner tapering channel with the blade vortex inside, and the main circuit includes a fuel external tapering channel, coaxially located above the air inner channel, coupled to it through the wall with a sharp edge at the outlet, with the fuel supply line at the inlet and the swirl inside, and, in addition, coaxially located above the fuel external channel, interfaced with it through the wall with a sharp edge at the outlet, an air external narrowing channel with a blade vortex inside, bounded by an external wall with a sharp edge at the exit, and the swirling of air channel swirls and fuel channel swirls is directed in one direction, characterized in that the blade air swirls contain elastic rod elements located at the output edges of the blades, and the output edge of each blade has a longitudinal groove, and a separate core element is rigidly fixed at one end in the last. ! 2. The burner for burning fuel according to claim 1, characterized in that the separate elastic rod element is made in the form of a flat plate

Description

Полезная модель относится к устройствам с непосредственным впрыскиванием жидкого углеводородного топлива нормальной или повышенной вязкости в капельном состоянии в камеру сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) и подготовкой топливовоздушной смеси (ТВС) для сжигания в зоне горения с помощью воздуха. Горелка может быть использована во многих типах теплоэнергетических установок.The utility model relates to devices with direct injection of liquid hydrocarbon fuel of normal or increased viscosity in a dropping state into the combustion chamber of a gas turbine engine (GTE) and the preparation of a fuel-air mixture (FA) for combustion in the combustion zone using air. The burner can be used in many types of heat power plants.

В настоящее время актуальной задачей является создание камер сгорания ГТД и наземных газотурбинных установок (ГТУ), которые могут работать на топливах с повышенной вязкостью при сохранении низкого уровня эмиссии вредных веществ. Это связано с замедлением темпов и удорожанием добычи нефти. В качестве альтернативы реактивным топливам могут рассматриваться топлива с повышенной вязкостью такие как, например, дизельные и судовые топлива, имеющие больший объем и меньшую стоимость производства, чем топлива для реактивных двигателей.Currently, the urgent task is to create gas turbine combustion chambers and ground gas turbine units (GTU), which can operate on fuels with high viscosity while maintaining a low level of emission of harmful substances. This is due to a slowdown and higher oil production. As an alternative to jet fuels, high viscosity fuels such as, for example, diesel and marine fuels having a larger volume and lower production cost than jet fuels can be considered.

Стандартное авиационное топливо (например, керосин марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 «Топлива для реактивных двигателей») имеет кинематическую вязкость при плюс 20°С от 1,25 до 1,30 мм²/с (сСт). Дизельное топливо по ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное» имеет кинематическую вязкость при плюс 20°С от 3,0 до 6,0 мм²/с (летнее) и от 1,8 до 5,0 мм²/с (зимнее). В этих стандартах указано повышенное содержание, практически в десять раз, наличия смол в дизельном топливе по сравнению с топливом для реактивных двигателей. Концентрация смол, мг на 100 см³ для топлива ТС-1 составляет от 3 до 5, а для дизельного топлива от 30 до 40. Чтобы топливо легко прокачивалось по системе питания, вязкость его при минус 40°С не должна превышать 16 сСт. В настоящее время также действует постановление Правительства РФ №118 от 27.02.2008 - технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Следовательно, необходимо обеспечить беспрепятствованную прокачиваемость топлива с повышенной вязкостью через систему питания двигателя в заданном температурном диапазоне.Standard aviation fuel (for example, TS-1 brand kerosene according to GOST 10227-86 “Fuel for jet engines”) has a kinematic viscosity at plus 20 ° C from 1.25 to 1.30 mm ² / s (cSt). Diesel fuel according to GOST 305-82 “Diesel fuel” has a kinematic viscosity at plus 20 ° C from 3.0 to 6.0 mm ² / s (summer) and from 1.8 to 5.0 mm ² / s (winter) . These standards indicate an increased content, almost ten times, of the presence of resins in diesel fuel compared with jet fuel. The concentration of resins, mg per 100 cm ³ for TS-1 fuel is from 3 to 5, and for diesel fuel from 30 to 40. For fuel to be easily pumped through the power supply system, its viscosity at minus 40 ° С should not exceed 16 cSt. Currently, the Government of the Russian Federation is also in effect No. 118 dated 02.27.2008 - the technical regulation “On requirements for automobile and aviation gasoline, diesel and marine fuel, jet engine fuel and heating oil”. Therefore, it is necessary to ensure unimpeded pumpability of fuel with high viscosity through the engine power system in a given temperature range.

В то же время, ухудшение экологического состояния окружающей среды и ужесточение норм на вредные выбросы требуют разработки экологически «чистых» камер сгорания ГТД и ГТУ, что обязывает разработчиков совершенствовать процессы распыла жидкого топлива в камеры сгорания и процессы гомогенизации ТВС.At the same time, the deterioration of the ecological state of the environment and the tightening of standards for harmful emissions require the development of ecologically “clean” combustion chambers for gas turbine engines and gas turbines, which obliges developers to improve the processes of spraying liquid fuel into combustion chambers and the homogenization processes of fuel assemblies.

Кроме того при разработке камер сгорания, работающих на дизельном топливе важнейшими задачами являются надежность, воспламеняемость ТВС и обеспечение заданного ресурса при сохранении уровня эмиссии вредных веществ заданных для реактивных топлив. Основное внимание здесь уделяется снижению в продуктах сгорания оксидов азота (NO_x), монооксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (UHC) и снижению дымления (сажеобразования). Эмиссия этих веществ характерна для любой тепловой машины, работающей на природном топливе. При создании низкоэмисионных камер сгорания основной проблемой является достижение эффективного предварительного смешения топлива с воздухом и организация устойчивого горения бедных смесей. Например, генерация оксидов азота по основному, термическому механизму Зельдовича, сильно зависит от температуры в зоне горения Т_зг и при ее значении, меньшем 1730К становится практически несущественной. В этом диапазоне температур (Т_зг<1730К) индекс эмиссии оксидов азота очень слабо зависит от времени пребывания газа в камере сгорания.In addition, when developing combustion chambers operating on diesel fuel, the most important tasks are the reliability, flammability of fuel assemblies and providing a given resource while maintaining the level of emission of harmful substances specified for jet fuels. The main focus here is on reducing nitrogen oxides (NO _x ), carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC) in combustion products, and reducing smoke (soot formation). The emission of these substances is characteristic of any heat engine running on fossil fuels. When creating low-emission combustion chambers, the main problem is to achieve effective preliminary mixing of fuel with air and the organization of sustainable combustion of poor mixtures. For example, the generation of nitrogen oxides by the basic thermal mechanism of Zel'dovich strongly depends on the temperature in the combustion zone T _zg and with its value less than 1730 K becomes practically insignificant. In this temperature range (T _sr <1730K) NOx emission index is very weakly dependent on the residence time of gas in the combustion chamber.

Одним из путей снижения вредных выбросов, например, авиационными камерами сгорания является использование камер, в которых горение происходит в двух зонах: вспомогательной (пилотной) и основной. В первой организуется горение богатой топливовоздушной смеси, во второй - бедной гомогенной. Зоны могут располагаться относительно друг друга последовательно или параллельно.One of the ways to reduce harmful emissions, for example, by aviation combustion chambers, is to use chambers in which combustion occurs in two zones: auxiliary (pilot) and primary. In the first, the combustion of a rich air-fuel mixture is organized, in the second, a poor homogeneous one. Zones can be located relative to each other in series or in parallel.

Однако использование пилотной зоны, в которой горение происходит по диффузионному механизму, существенно увеличивает эмиссию оксидов азота. В камерах сгорания авиационных двигателей, где время пребывания газа мало (≈7 мс), избавится от пилотной, постоянно работающей диффузионной зоны горения, без ущерба для устойчивого воспламенения и горения ТВС в основной зоне, а также обеспечения полноты ее сгорания не удается.However, the use of the pilot zone, in which combustion occurs according to the diffusion mechanism, significantly increases the emission of nitrogen oxides. In the combustion chambers of aircraft engines, where the gas residence time is short (≈7 ms), it is not possible to get rid of the pilot, constantly operating diffusion combustion zone, without prejudice to the stable ignition and combustion of fuel assemblies in the main zone, and to ensure the completeness of its combustion.

Для камер сгорания наземных ГТУ указанные проблемы со стабилизацией и полнотой сгорания бедной топливовоздушной смеси можно решить за счет увеличения объема камеры сгорания и увеличения размера зоны стабилизации пламени в ней, уменьшения скорости течения смеси.For combustion chambers of ground-based gas turbines, the indicated problems with stabilization and completeness of combustion of a poor air-fuel mixture can be solved by increasing the volume of the combustion chamber and increasing the size of the flame stabilization zone in it, and reducing the flow rate of the mixture.

Для обеспечения снижения уровня эмиссии загрязняющих веществ в продуктах сгорания камер авиационных ГТД и наземных ГТУ основной проблемой оказывается достижение эффективного предварительного смешения топлива с воздухом перед сгоранием (гомогенизация ТВС).To ensure the reduction of the level of pollutant emissions in the combustion products of aircraft gas turbine engine chambers and ground gas turbine engines, the main problem is to achieve effective preliminary mixing of fuel with air before combustion (fuel assembly homogenization).

Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя (Авторское свидетельство СССР №1166568 A, F23R 3/24, 22.03.1984). Горелка содержит центральный воздушный канал с завихрителем воздуха и пусковой топливной форсункой, кольцевой воздушный канал с завихрителем воздуха и рабочую топливную форсунку с выходными отверстиями. Горелка снабжена вторым кольцевым каналом с камерой смешения, завхрителем и выходным соплом. Сопло расположено между центральным и первым кольцевыми каналами, а рабочая форсунка расположена на входе второго канала. Топливовоздушная горелка позволяет повысить полноту сгорания топлива, улучшить устойчивость горения и снизить выбросы токсичных веществ. Однако при такой конструкции горелки топливо повышенной вязкости, не успевшее смешаться с воздушными потоками в центральном и в кольцевом каналах, оседает на стенках каналов и в виде струй подается в камеру сгорания. Энергии воздушных потоков в камере сгорания не хватает, чтобы смешать топливо в струях с воздухом в достаточной мере.Known air-fuel burner of the combustion chamber of a gas turbine engine (USSR Author's Certificate No. 1166568 A, F23R 3/24, 03/22/1984). The burner contains a central air channel with a swirl of air and a starting fuel nozzle, an annular air channel with a swirl of air and a working fuel nozzle with outlet openings. The burner is equipped with a second annular channel with a mixing chamber, a sweeper and an outlet nozzle. The nozzle is located between the central and first annular channels, and the working nozzle is located at the inlet of the second channel. Air-fuel burner allows to increase the completeness of fuel combustion, improve combustion stability and reduce emissions of toxic substances. However, with this design of the burner, high viscosity fuel, which has not had time to mix with the air flows in the central and annular channels, settles on the walls of the channels and is supplied in the form of jets to the combustion chamber. The energy of the air flows in the combustion chamber is not enough to mix the fuel in the jets with air sufficiently.

Известен способ и устройство перемешивания топлива для уменьшения эмиссии вредных выбросов из камеры сгорания (Патент США №6,484,489 B1, F02C 7/26, Nov. 26.2002) фирмы General Electric Company (US). Камера сгорания устройства выполнена с высокой эффективностью горения, низкой эмиссией окиси углерода, окиси азота и дымления на всех режимах работы ГТД. Камера сгорания содержит смесительный узел состоящий из вспомогательного и основного смесителей. Вспомогательный смеситель имеет вспомогательную топливную форсунку, по меньшей мере, один завихритель и разделитель воздуха. Основной смеситель расположен вокруг вспомогательного смесителя. Каналы для подачи топлива и завихрители воздуха расположены перед отверстиями для впрыска топлива. При работе на режиме малого газа вспомогательный смеситель аэродинамически изолирован от основного смесителя и через основной смеситель подается только воздух. С увеличением мощности двигателя топливо подается в основной смеситель, а завихритель основного смесителя смешивает топливо с воздухом для обеспечения равномерного распределения по окружности и горения. ТВС равномерно распределяется внутри камеры сгорания, что способствует полному сгоранию топлива и снижению выброса окиси азота на максимальном режиме работы ГТД. Однако одноступенчатый распыл струй топлива повышенной вязкости через основной смеситель не способствует приготовлению однородной мелкораспыленной ТВС.A known method and device for mixing fuel to reduce the emission of harmful emissions from the combustion chamber (US Patent No. 6,484,489 B1, F02C 7/26, Nov. 26.2002) by General Electric Company (US). The combustion chamber of the device is made with high combustion efficiency, low emission of carbon monoxide, nitric oxide and smoke in all modes of operation of the gas turbine engine. The combustion chamber contains a mixing unit consisting of auxiliary and main mixers. The auxiliary mixer has an auxiliary fuel nozzle, at least one swirler and an air separator. The main mixer is located around the auxiliary mixer. Fuel channels and air swirls are located in front of the fuel injection holes. When operating in the low-gas mode, the auxiliary mixer is aerodynamically isolated from the main mixer and only air is supplied through the main mixer. With an increase in engine power, fuel is supplied to the main mixer, and the swirl of the main mixer mixes the fuel with air to ensure uniform distribution around the circumference and combustion. A fuel assembly is evenly distributed inside the combustion chamber, which contributes to the complete combustion of fuel and a decrease in the emission of nitric oxide at maximum GTE operation. However, a single-stage spray of high viscosity fuel jets through the main mixer does not contribute to the preparation of a homogeneous finely atomized fuel assembly.

Известна форсунка с очищающим коллектором (Патент США №6073436, F02C 7/26, 13.06.2000) фирмы Rolls-Royce plc, London (GB). Форсунка состоит из двух завихрителей, окружающих основное топливное сопло и пилотное топливное сопло. Основное топливо дробится и смешивается с закрученным воздухом на выходе из цилиндрического канала. При этом внешний воздушный завихритель лишь предотвращает вылет полидисперсных капель за границу факела и не участвует в интенсивном перемешивании из-за своей удаленности от кромки распыливания топлива. Пилотное топливо дробится и смешивается с закрученным воздушным потоком внутри цилиндрического канала. Такое расположение точки впрыска пилотного топлива может повысить коэффициент перемешивания смеси, но с другой стороны повышает риск нагарообразования более вязкого топлива на внутренней поверхности цилиндрического канала и создает опасность проскока пламени по оси и поверхностям форсунки.Known nozzle with a cleaning manifold (US Patent No. 6073436, F02C 7/26, 06/13/2000) company Rolls-Royce plc, London (GB). The nozzle consists of two swirlers surrounding the main fuel nozzle and the pilot fuel nozzle. The main fuel is crushed and mixed with swirling air at the outlet of the cylindrical channel. In this case, the external air swirl only prevents the dispersion of polydispersed droplets beyond the border of the torch and does not participate in intensive mixing due to its distance from the edge of the atomization of fuel. Pilot fuel is crushed and mixed with swirling air flow inside a cylindrical channel. Such an arrangement of the injection point of the pilot fuel can increase the mixing coefficient of the mixture, but on the other hand increases the risk of carbon formation of a more viscous fuel on the inner surface of the cylindrical channel and creates a danger of flame leakage along the axis and surfaces of the nozzle.

Наиболее близким аналогом по назначению и конструкции, что и заявляемое техническое решение является двухканальная по топливу горелка с двумя подводами воздуха (Патент США №6715292, F02С 7/22, 06.04.2004). Горелка для сжигания топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя содержит систему подачи жидкого топлива, состоящую из вспомогательного и основного контуров, и сопряженных с ними воздушных каналов. Вспомогательный контур включает аксиальный топливный канал с магистралью подвода топлива на входе, завихрителем внутри и суживающимся соплом на выходе. Относительно аксиального топливного канала коаксиально размещен, связанный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внутренний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри. Основной контур включает коаксиально расположенный над воздушным внутренним каналом, связанный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, топливный внешний суживающийся канал с магистралью подвода топлива на входе и завихрителем внутри. Кроме того, над топливным внешним каналом коаксиально расположен, связанный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внешний суживающийся канал. Воздушный внешний канал снабжен лопаточным завихрителем внутри и ограничен наружной стенкой с острой кромкой на выходе. Закрутка завихрителей воздушных каналов и завихрителей топливных каналов направлена в одну сторону. Топливовоздушная горелка позволяет повысить полноту сгорания топлива, улучшить устойчивость горения и снизить выбросы токсичных веществ. Однако при такой конструкции горелки, для топлива повышенной вязкости, энергии воздушных потоков, которые подают в камеру сгорания через горелку недостаточно, чтобы распылить топливо до удовлетворительной мелкости капель и смешать капли топлива с воздухом в достаточной мере.The closest analogue in purpose and design to the claimed technical solution is a dual-channel fuel burner with two air supplies (US Patent No. 6715292, F02C 7/22, 04/06/2004). The burner for burning fuel in the combustion chamber of a gas turbine engine contains a liquid fuel supply system consisting of auxiliary and main circuits, and associated air channels. The auxiliary circuit includes an axial fuel channel with a fuel supply line at the inlet, a swirl inside and a tapering nozzle at the exit. A relatively axial fuel channel is coaxially placed, connected through it through a wall with a sharp edge at the outlet, an air inner tapering channel with a blade vortex inside. The main circuit includes a coaxial located above the air inner channel, connected to it through the wall with a sharp edge at the exit, the fuel outer narrowing channel with the fuel supply line at the inlet and the swirl inside. In addition, an air external tapering channel is coaxially located above the fuel external channel, connected with it through a wall with a sharp edge at the outlet. The external air channel is equipped with a blade swirl inside and is limited by the outer wall with a sharp edge at the outlet. The swirling of air channel swirls and fuel channel swirls is directed in one direction. Air-fuel burner allows to increase the completeness of fuel combustion, improve combustion stability and reduce emissions of toxic substances. However, with this design of the burner, for fuel of high viscosity, the energy of the air flows that are supplied to the combustion chamber through the burner is not enough to spray the fuel to a satisfactory fineness of the droplets and mix the fuel droplets with air sufficiently.

В основу полезной модели положено решение следующих задач для авиационных ГТД и наземных ГТУ:The utility model is based on solving the following problems for aviation gas turbine engines and ground gas turbines:

- разработка конструкции горелки, работающей на топливах нормальной и повышенной вязкости, например реактивном или дизельном, которая обеспечивает основные показатели и характеристики камер сгорания не ниже показателей камер сгорания работающих на топливах для реактивных двигателей;- development of the design of a burner operating on fuels of normal and high viscosity, for example jet or diesel, which provides the basic indicators and characteristics of combustion chambers not lower than those of combustion chambers operating on fuels for jet engines;

- обеспечения эмиссии вредных веществ (NO_x, CO, UHC, сажи) в продуктах сгорания топлив с повышенной вязкостью на уровне эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания известных топлив для реактивных двигателей.- ensuring the emission of harmful substances (NO _x , CO, UHC, soot) in the products of combustion of fuels with high viscosity at the level of emission of harmful substances in the products of combustion of known fuels for jet engines.

Это достигается путем подготовки, бедной предварительно перемешенной и частично испаренной, топливовоздушной смеси к сжиганию без ущерба для топливной экономичности двигателя и ресурса работы его горячих частей. Основной проблемой здесь остается достижение эффективного предварительного смешения топлива повышенной вязкости с воздухом (гомогенизация топливовоздушной смеси).This is achieved by preparing a lean pre-mixed and partially vaporized air-fuel mixture for combustion without compromising the fuel economy of the engine and the life of its hot parts. The main problem here remains the achievement of effective preliminary mixing of high viscosity fuel with air (homogenization of the air-fuel mixture).

Поставленные задачи решаются тем, что горелка для сжигания топлива с повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя содержит систему подачи жидкого топлива, состоящую из вспомогательного и основного контуров, и сопряженных с ними воздушных каналов. Вспомогательный контур включает аксиальный топливный канал с магистралью подвода топлива на входе, завихрителем внутри и суживающимся соплом на выходе. Относительно аксиального топливного канала коаксиально размещен, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внутренний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри. Основной контур включает коаксиально расположенный над воздушным внутренним каналом, связанный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, топливный внешний суживающийся канал. Топливный внешний канал содержит магистраль подвода топлива на входе и завихритель внутри. Кроме того, над топливным внешним каналом, коаксиально расположен, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внешний суживающийся канал. Воздушный внешний канал содержит лопаточный завихритель внутри и ограничен наружной стенкой с острой кромкой на выходе. Закрутка завихрителей воздушных каналов и завихрителей топливных каналов направлена в одну сторону. Это, при уменьшенной длине камеры сгорания, позволяет обеспечить необходимое время контакта для смешения закрученной топливной пелены и сопряженных с ней закрученных воздушных потоков вспомогательного и основного контуров горелки.The tasks are solved in that the burner for burning fuel with high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine contains a liquid fuel supply system consisting of auxiliary and main circuits, and associated air channels. The auxiliary circuit includes an axial fuel channel with a fuel supply line at the inlet, a swirl inside and a tapering nozzle at the exit. With respect to the axial fuel channel, an air inner tapering channel with a scapular swirler inside is coaxially placed, paired with it through a wall with a sharp edge at the outlet. The main circuit includes a fuel external tapering channel, coaxially located above the air inner channel, connected to it through a wall with a sharp edge at the outlet. The external fuel channel contains a fuel supply line at the inlet and a swirl inside. In addition, above the fuel external channel, an air external tapering channel, coaxially located, connected with it through a wall with a sharp edge at the exit, is coaxially located. The external air channel contains a blade vortex inside and is limited by an outer wall with a sharp edge at the outlet. The swirling of air channel swirls and fuel channel swirls is directed in one direction. This, with a reduced length of the combustion chamber, allows us to provide the necessary contact time for mixing the swirling fuel sheet and the swirling air flows of the auxiliary and main contours of the burner associated with it.

Новым в горелке является то, что лопаточные завихрители воздуха содержат, расположенные на выходных кромках лопаток, упругие стержневые элементы. Причем выходная кромка каждой лопатки имеет продольный паз, а отдельный стержневой элемент жестко закреплен одним концом в последнем.New in the burner is that the blade air swirls contain, located on the outlet edges of the blades, elastic rod elements. Moreover, the output edge of each blade has a longitudinal groove, and a separate rod element is rigidly fixed at one end in the last.

Жесткое закрепление на выходных кромках лопаток завихрителей воздуха упругих стержневых элементов позволяет надежно организовать в воздушных каналах горелки закрученные потоки воздуха с высокой интенсивностью турбулентности. Энергии этих потоков воздуха достаточно, чтобы сформировать в пространстве сгорания камеры мелкодисперсную хорошо перемешанную ТВС из топлива нормальной или повышенной вязкости. Это обеспечивает высокую полноту сгорания приготовленной ТВС и позволяет снизить эмиссию вредных веществ в продуктах сгорания топлив повышенной вязкости до требуемых современными стандартами уровней.Rigid fastening of elastic rod elements on the outlet edges of the air swirl blades allows reliable organization of swirling air flows with high turbulence intensity in the air channels of the burner. The energy of these air flows is enough to form in the combustion chamber of the chamber a finely dispersed well mixed fuel assembly from fuel of normal or high viscosity. This ensures a high completeness of combustion of the prepared fuel assembly and reduces the emission of harmful substances in the combustion products of high viscosity fuels to the levels required by modern standards.

Существенные признаки полезной модели могут иметь развитие и уточнение.The essential features of a utility model may have development and refinement.

Отдельный упругий стержневой элемент может быть выполнен в виде плоской пластины или проволоки из материала с высоким модулем упругости. При этом упругие стержневые элементы колеблются под действием закрученного в межлопаточных каналах завихрителей воздушного потока и не требуют дополнительного подвода энергии. Характер работы отдельного упругого элемента будет определяться упругими свойствами материала последнего. Высокая интенсивность турбулентности закрученного потока за упругими стержневыми элементами позволяет сформировать мелкодисперсный и хорошо перемешанный аэрозоль в зоне горения камеры сгорания. Завихрители топливных каналов могут быть выполнены в виде шнеков со сквозными винтовыми канавками на наружных поверхностях, что определяется производственными возможностями.A separate elastic core element can be made in the form of a flat plate or wire from a material with a high modulus of elasticity. In this case, the elastic rod elements oscillate under the action of swirling air flow swirls in the interscapular channels and do not require additional energy supply. The nature of the operation of an individual elastic element will be determined by the elastic properties of the material of the latter. The high turbulence of the swirling flow behind the elastic rod elements allows the formation of a finely dispersed and well-mixed aerosol in the combustion zone of the combustion chamber. The swirls of the fuel channels can be made in the form of screws with through screw grooves on the outer surfaces, which is determined by production capabilities.

Таким образом, решены поставленные в полезной модели задачи:Thus, the tasks set in the utility model are solved:

- разработана конструкции горелки, работающей на топливах нормальной и повышенной вязкости, например реактивном или дизельном, которая обеспечивает основные показатели и характеристики камер сгорания не ниже показателей камер сгорания работающих на топливах для реактивных двигателей;- a burner design has been developed that works on normal and high viscosity fuels, such as jet or diesel, which provides the basic indicators and characteristics of combustion chambers not lower than those of combustion chambers operating on fuels for jet engines;

- обеспечена эмиссия вредных веществ (NO_x, CO, UHC, сажи) в продуктах сгорания топлив с повышенной вязкостью, например дизельном, на уровне эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания известных топлив для реактивных двигателей- the emission of harmful substances (NO _x , CO, UHC, soot) in the combustion products of fuels with high viscosity, such as diesel, is ensured at the level of emission of harmful substances in the combustion products of known fuels for jet engines

Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием конструкции горелки для сжигания топлива с нормальной или повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя и ее работы со ссылкой на иллюстрации представленные на фиг.1-6, где:This utility model is illustrated by the following detailed description of the construction of a burner for burning fuel with normal or high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine and its operation with reference to the illustrations presented in figures 1-6, where:

на фиг.1 изображен продольный разрез камеры сгорания газотурбинного двигателя с горелкой;figure 1 shows a longitudinal section of the combustion chamber of a gas turbine engine with a burner;

на фиг.2 - элемент I на фиг.1;figure 2 - element I in figure 1;

на фиг.3 - вид А на фиг.2;figure 3 is a view a in figure 2;

на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3 цилиндрической поверхностью, развертываемой в плоскость, по лопаткам завихрителя воздушного внешнего канала;figure 4 is a section bB in figure 3 of a cylindrical surface deployed in a plane along the blades of the swirl of the air external channel;

на фиг.5 - вид В на фиг.4 на лопатку завихрителя воздушного канала, где упругие элементы выполнены в виде плоских пластин;figure 5 is a view In figure 4 on the blade of the swirl of the air channel, where the elastic elements are made in the form of flat plates;

на фиг.6 - вид В на фиг.4 на лопатку завихрителя воздушного канала, где упругие элементы выполнены в виде проволоки.in Fig.6 is a view In Fig.4 on the blade of the swirl of the air channel, where the elastic elements are made in the form of a wire.

Горелка для сжигания топлива с повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя содержит (см. фиг.1 и 2) систему подачи жидкого топлива, состоящую из вспомогательного и основного контуров, и сопряженных с ними воздушных каналов. Вспомогательный контур включает аксиальный внутренний топливный канал 1 с магистралью 2 подвода топлива на входе, завихрителем 3 внутри, камерой 4 закручивания топлива, суживающимся участком 5 и соплом 6 на выходе. Относительно аксиального топливного канала 1, коаксиально размещен, связанный с ним через стенку 7 с кромкой 8 на выходе, воздушный внутренний суживающийся канал 9 с лопаточным завихрителем 10 внутри. Основной контур включает коаксиально расположенный над воздушным внутренним каналом 9, связанный с ним через стенку 11 с острой кромкой 12 на выходе, топливный внешний суживающийся канал 13 с магистралью 14 подвода топлива на входе и завихрителем 15 внутри. Кроме того, над топливным внешним каналом 13 коаксиально расположен, связанный с ним через стенку 16 с острой кромкой 17 на выходе, воздушный внешний суживающийся канал 18 с лопаточным завихрителем 19 внутри, ограниченный наружной стенкой 20. Закрутка завихрителей 10 и 19 воздушных каналов 9 и 18 и завихрителей 3 и 15 топливных каналов 1 и 13 направлена в одну сторону. Лопаточные завихрители 10 и 19 воздуха содержит (см. фиг.2, 4, 5 и 6) жестко закрепленные на выходных кромках 21 лопаток 22, упругие стержневые элементы 23.The burner for burning fuel with high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine contains (see FIGS. 1 and 2) a liquid fuel supply system consisting of auxiliary and main circuits and associated air channels. The auxiliary circuit includes an axial internal fuel channel 1 with a fuel supply line 2 at the inlet, a swirler 3 inside, a fuel swirling chamber 4, a tapering section 5 and a nozzle 6 at the outlet. Regarding the axial fuel channel 1, coaxially placed associated with it through the wall 7 with the edge 8 at the exit, the air inner tapering channel 9 with a blade swirler 10 inside. The main circuit includes a coaxially located above the inner air channel 9, connected with it through the wall 11 with a sharp edge 12 at the exit, the fuel outer narrowing channel 13 with the fuel supply line 14 at the inlet and the swirler 15 inside. In addition, above the fuel external channel 13 is coaxially located, connected with it through the wall 16 with a sharp edge 17 at the exit, an air external tapering channel 18 with a scapular swirler 19 inside, limited by the outer wall 20. The swirling swirls 10 and 19 of the air channels 9 and 18 and swirlers 3 and 15 of the fuel channels 1 and 13 is directed in the same direction. Blade swirls 10 and 19 of the air contains (see figure 2, 4, 5 and 6) rigidly fixed on the output edges 21 of the blades 22, the elastic rod elements 23.

Выходная кромка 21 каждой лопатки 22 завихрителей 10 и 19 воздуха имеет (см. фиг.4) продольный паз 24. В одном варианте отдельный упругий стержневой элемент 23 (см. фиг.4 и 5) выполнен в виде полосы из материала с высоким модулем упругости, который жестко закреплен в пазу 24. Крепление полос 23 в пазу 24 можно выполнить, например, пайкой или обжимом кромки 21.The output edge 21 of each blade 22 of the air swirls 10 and 19 has (see FIG. 4) a longitudinal groove 24. In one embodiment, a separate elastic core element 23 (see FIGS. 4 and 5) is made in the form of a strip of material with a high modulus of elasticity , which is rigidly fixed in the groove 24. The fastening of the strips 23 in the groove 24 can be performed, for example, by soldering or crimping the edges 21.

В другом варианте (см. фиг.4 и 6) выходная кромка 21 каждой лопатки 22 завихрителей 10 и 19 воздуха тоже имеет продольный паз 24. Однако отдельный упругий стержневой элемент 23 может быть изготовлен в виде проволоки, закрепленной в пазу 24 лопаток 22 завихрителей 10 и 19 например обжимом кромки 21. Проволока также должна быть выполнена из материала с высоким модулем упругости.In another embodiment (see Figs. 4 and 6), the output edge 21 of each blade 22 of the air swirls 10 and 19 also has a longitudinal groove 24. However, a separate elastic core element 23 can be made in the form of a wire fixed in the groove 24 of the blades 22 of the swirls 10 and 19, for example, crimping the edges 21. The wire should also be made of a material with a high modulus of elasticity.

Завихрители 3 и 15 топливных каналов 1 и 13 (см. фиг.2) выполнены в виде шнеков со сквозными винтовыми канавками на наружных цилиндрических поверхностях.The swirlers 3 and 15 of the fuel channels 1 and 13 (see figure 2) are made in the form of screws with through screw grooves on the outer cylindrical surfaces.

Горелка для сжигания топлива с нормальной или повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом. При работе используют пневматические способы распыливания жидкого топлива, которые обеспечивают получение однородно перемешанной воздухом и равномерно распределенной в зоне сгорания камеры пелены топлива с обеспечением малых размеров жидких капель. Здесь также достигают дополнительный выигрыш в энергетике насосов за счет низких потребных давлений подачи топлива.A burner for burning fuel with normal or high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine operates as follows. During operation, pneumatic methods of atomizing liquid fuel are used, which provide uniformly mixed air and evenly distributed in the combustion zone chambers of fuel to ensure small sizes of liquid droplets. There is also an additional gain in pump power due to the low required fuel supply pressures.

В начальный момент времени (на режиме запуска двигателя) через горелку (см. фиг.1 и фиг.2) подают небольшой, но достаточный для работы камеры сгорания поток воздуха. В горелке воздух проходит воздушный внутренний канал 9 с завихрителем 10 и внешний канал 18 с завихрителем 19, которые снабжены на выходных кромках 21 лопаток 22 завихрителей 10 и 19 стержневыми упругими элементами 23.At the initial moment of time (at the start of the engine) through the burner (see figure 1 and figure 2) serves a small, but sufficient for the operation of the combustion chamber air flow. In the burner, air passes through an internal air channel 9 with a swirler 10 and an external channel 18 with a swirler 19, which are provided on the outlet edges 21 of the blades 22 of the swirlers 10 and 19 with rod elastic elements 23.

На режиме запуска топливо через магистраль 2 подают только в аксиальный канал 1. В канале 1 топливо закручивают винтовыми канавками шнекового завихрителя 3 и через камеру закручивания 4, а затем суживающуюся часть 5 и сопло 6 подают в зону горения камеры сгорания. На выходе сопла 6 поток топлива раскрывается в коническую пелену, которая распадается на капли под действием высокотурбулизированных потоков воздуха прошедших каналы 9 и 18 со стержневыми упругими элементами 23. Начальный розжиг подготовленной ТВС осуществляют с помощью воспламенителей 25.In the start-up mode, fuel is fed through the line 2 only to the axial channel 1. In the channel 1, the fuel is twisted by the screw grooves of the screw swirler 3 and through the twisting chamber 4, and then the tapering part 5 and the nozzle 6 are fed into the combustion zone of the combustion chamber. At the exit of the nozzle 6, the fuel flow opens into a conical veil, which breaks up into droplets under the action of highly turbulent air flows passing through channels 9 and 18 with rod elastic elements 23. The initial ignition of the prepared fuel assembly is carried out using igniters 25.

При переходе на режимы повышенной мощности топливо дополнительно через магистраль 14 подают в канал 13 с завихрителем 15 внутри. В канале 13 топливо закручивают винтовыми канавками шнекового завихрителя 15 и по описанному выше принципу направляют с распыливающей кромки 17 стенки 16 в виде второй пелены в камеру сгорания. Срываясь с острой кромки 17 стенки 16 топливная пленка дробиться на капли между двух закрученных высокотурбулизированных потоков воздуха прошедших каналы 9 и 18. Полученную в основном контуре ТВС подают в зону горения камеры, где она воспламеняется от продуктов сгорания топлива поступившего в камеру из аксиального канала 1 вспомогательного контура. Предварительная подготовка закрученных турбулизированных воздушных потоков в воздушных каналах 9 и 18 с упругими стержневыми элементами 23 и закрученных потоков жидкого топлива вспомогательного и основного контуров обеспечивает высокую эффективность распыла и смешения топлива нормальной или повышенной вязкости, например реактивного или дизельного, а вследствие этого и высокую эффективность горения. Выбор в качестве упругих колебательных элементов наборов ленточных полос или проволок определяется многими факторами: вязкостью топлива, скоростями и величиной закрутки потоков воздуха, режимами работы горелки, возможностями производства и т.д.When switching to higher power modes, fuel is additionally fed through line 14 to channel 13 with swirler 15 inside. In the channel 13, the fuel is screwed into the screw grooves of the screw swirler 15 and, according to the principle described above, is directed from the spraying edge 17 of the wall 16 in the form of a second shroud into the combustion chamber. Tearing off the sharp edge 17 of the wall 16, the fuel film is crushed into droplets between two swirling highly turbulent air flows passing channels 9 and 18. The fuel assembly obtained in the main circuit is fed into the combustion zone of the chamber, where it is ignited from the products of combustion of the auxiliary fuel received from the axial channel 1 contour. Preliminary preparation of swirling turbulized air flows in the air channels 9 and 18 with elastic rod elements 23 and swirling flows of liquid fuel of the auxiliary and main circuits provides high efficiency for spraying and mixing fuel of normal or high viscosity, such as jet or diesel, and, as a result, high combustion efficiency . The choice of sets of tape strips or wires as elastic oscillating elements is determined by many factors: viscosity of the fuel, speed and magnitude of swirling air flows, burner operating conditions, production capabilities, etc.

Горелка гарантирует достижение основных показателей и характеристик камер сгорания не ниже показателей и характеристик камер сгорания работающих на топливах для реактивных двигателей.The burner guarantees the achievement of the main indicators and characteristics of combustion chambers not lower than the indicators and characteristics of combustion chambers operating on fuels for jet engines.

Горелка позволяет сохранить эмиссию вредных веществ (NO_x, CO, UHC, сажи) в продуктах сгорания топлив с повышенной вязкостью на уровне эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания известных топлив для реактивных двигателей.The burner allows you to save the emission of harmful substances (NO _x , CO, UHC, soot) in the products of combustion of fuels with high viscosity at the level of emission of harmful substances in the products of combustion of known fuels for jet engines.

Claims (4)

1. Горелка для сжигания топлива с нормальной или повышенной вязкостью в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащая систему подачи жидкого топлива, состоящую из вспомогательного и основного контуров, и сопряженных с ними воздушных каналов, где вспомогательный контур включает аксиальный топливный канал с магистралью подвода топлива на входе, завихрителем внутри и суживающимся соплом на выходе, и коаксиально размещенный относительно аксиального топливного канала, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе воздушный внутренний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри, а основной контур включает коаксиально расположенный над воздушным внутренним каналом, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе топливный внешний суживающийся канал с магистралью подвода топлива на входе и завихрителем внутри, а, кроме того, коаксиально расположенный над топливным внешним каналом, сопряженный с ним через стенку с острой кромкой на выходе, воздушный внешний суживающийся канал с лопаточным завихрителем внутри, ограниченный наружной стенкой с острой кромкой на выходе, причем закрутка завихрителей воздушных каналов и завихрителей топливных каналов направлена в одну сторону, отличающаяся тем, что лопаточные завихрители воздуха содержат, расположенные на выходных кромках лопаток, упругие стержневые элементы, причем выходная кромка каждой лопатки имеет продольный паз, а отдельный стержневой элемент жестко закреплен одним концом в последнем.1. A burner for burning fuel with normal or high viscosity in the combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a liquid fuel supply system consisting of auxiliary and main circuits and associated air channels, where the auxiliary circuit includes an axial fuel channel with an inlet fuel supply line , a swirl inside and a tapering nozzle at the exit, and coaxially placed relative to the axial fuel channel, mating with it through the wall with a sharp edge at the exit of the air the inner tapering channel with the blade vortex inside, and the main circuit includes a fuel external tapering channel, coaxially located above the air inner channel, coupled to it through the wall with a sharp edge at the outlet, with the fuel supply line at the inlet and the swirl inside, and, in addition, coaxially located above the fuel external channel, interfaced with it through the wall with a sharp edge at the outlet, an air external narrowing channel with a blade vortex inside, bounded by an external wall with a sharp edge at the exit, and the swirling of air channel swirls and fuel channel swirls is directed in one direction, characterized in that the blade air swirls contain elastic rod elements located at the output edges of the blades, and the output edge of each blade has a longitudinal groove, and a separate core element is rigidly fixed at one end in the last. 2. Горелка для сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что отдельный упругий стержневой элемент выполнен в виде плоской пластины из материала с высоким модулем упругости.2. The burner for burning fuel according to claim 1, characterized in that the individual elastic core element is made in the form of a flat plate of a material with a high modulus of elasticity. 3. Горелка для сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что отдельный упругий стержневой элемент выполнен в виде проволоки из материала с высоким модулем упругости.3. The burner for burning fuel according to claim 1, characterized in that the individual elastic core element is made in the form of a wire from a material with a high modulus of elasticity. 4. Горелка для сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что завихрители топливных каналов выполнены в виде шнеков со сквозными винтовыми канавками на наружных поверхностях.

4. The burner for burning fuel according to claim 1, characterized in that the swirlers of the fuel channels are made in the form of screws with through screw grooves on the outer surfaces.