СПОСОБ СЖИГАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПОДГОТОВЛЕННОЙ "БЕДНОЙ" ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ДВУХКОНТУРНОЙ МАЛОЭМИССИОННОЙ ГОРЕЛКЕ С РЕГУЛИРОВКОЙ РАСХОДА ПИЛОТНОГО ТОПЛИВА

1. Способ сжигания предварительно подготовленной «бедной» топливовоздушной смеси в малоэмиссионной горелке, включающей открытую с обоих концов кольцевую внешнюю втулку, проницаемый элемент с заданными значениями пористости и дисперсности, выполненный из металла, аксиально-лопаточный завихритель турбинного типа, расположенный за проницаемым элементом, и центральное тело, выполненное в виде центральной втулки, которая на выходе из малоэмиссионной горелки завершается полым коническим стабилизатором, центральное тело имеет такую длину, при которой полый конический стабилизатор располагается за аксиально-лопаточным завихрителем, центральное тело имеет сквозное осевое отверстие и разделяет малоэмиссионную горелку на два соосных контура: внешний и внутренний, причем внешний контур охватывает внутренний контур, внешний контур образует проточную часть малоэмиссионной горелки, каждая втулка (внешняя и центральная) содержит кольцевой топливный ресивер, каждый из которых расположен вблизи входа в горелку, внешняя втулка содержит, кроме того, подводящий топливный патрубок, полый конический стабилизатор представляет собой круговой усеченный конус, мнимая вершина которого направлена против потока, со стороны входа в горелку стабилизатор закрыт днищем, в котором выполнено сквозное осевое отверстие, а со стороны выхода из горелки стабилизатор открыт, в стабилизаторе, кроме того, выполнены перепускные отверстия вблизи днища равномерно по окружности, топливо разделяют на основное и пилотное, в качестве основного и пилотного топлив используют преимущественно газообразное топливо, в потоке воздуха перед проницаемым элементом между внешней и центральной втулками расположена полая кольцевая обечайка, соединенная с ними с помощью полых радиальных лопаток, количество лопаток, соединяющих обечайку с центральной втулкой ограничено возможностью их размещения на центральной втулке, количество лопаток, соединяющих обечайку с внешней втулкой, может быть больше, чем количество таких лопаток, соединяющих обечайку с центральной втулкой, профиль обечайки и профили радиальных лопаток в соответствующих перпендикулярных сечениях выполнены в форме аэродинамически совершенного симметричного профиля, обечайка делит проточную часть внешнего контура на периферийную и центральную, причем отношение расходов воздуха, идущих через периферийную и центральную проточную части внешнего контура, примерно равно отношению их периметров, внутренняя полость обечайки, внутренние полости радиальных лопаток и внутренние полости центрального и внешнего топливных ресиверов образуют единую топливную полость, все элементы которой имеют дозирующую перфорацию, выполненную в конце магистрали подачи основного топлива, диаметры отверстий для подачи основного топлива изменяют пропорционально изменению глубины канала, в котором движется воздух, если значение отношения глубины канала к диаметру этого отверстия меньше 20, в противном случае диаметр отверстий для подачи основного топлива сохраняют одним и тем же независимо от изменения глубины канала, относительный шаг между отверстиями перфорации для подачи основного топлива выполнен не меньше 2.5-3.0, за полым коническим стабилизатором установлен соосно с ним и на некотором осевом расстоянии от него по потоку полый усеченный конус с мнимой вершиной, направленной против потока, так, что между внутренней поверхностью стабилизатора и внешней поверхностью полого конуса образуется сужающаяся к выходу коническая кольцевая щель, соединенная с проточной частью горелки с помощью системы отверстий, выполненных в передней части конического стабилизатора равномерно по окружности, передний конец полого конуса закрыт днищем, а его задний конец открыт, днище полого конуса содержит дозирующую перфорацию, причем основание полого конуса смещено в осевом направлении против потока относительно основания конического стабилизатора на расстояние, соответствующее 15-20 калибрам минимальной кольцевой щели, так, что часть внутренней конической поверхности стабилизатора, примыкающая к его основанию, и его задний торец остаются открытыми, в соответствии с которым весь воздух подают только во внешний контур под давлением, основное топливо и воздух предварительно смешивают путем подачи топлива в сносящий поток воздуха под избыточным давлением через подводящий топливный патрубок и отверстия дозирующей перфорации топливных коллекторов, обечайки и радиальных лопаток с целью сокращения пути смешения и повышения однородности смеси, причем струи основного топлива подают под спутными углами 30°-60° к сносящему воздушному потоку, далее поток образовавшейся «бедной» топливовоздушной смеси пропускают через проницаемый элемент, где происходит основное смешение компонентов с образованием однородной топливовоздушной смеси, максимальную действительную скорость движения «бедной» топливовоздушной смеси на входе в проницаемый элемент поддерживают не больше (40-60) м/с за счет соответствующего выбора размера площади поверхности проницаемого элемента, затем поток ускоряют и закручивают с целью образования основной циркуляционной зоны за малоэмиссионной горелкой путем пропускания потока «бедной» смеси через аксиально-лопаточный завихритель, за стабилизатором, как за плохообтекаемым телом, формируют дополнительную циркуляционную зону существенно меньших размеров, чем основная циркуляционная зона, путем подачи потока «бедной» топливовоздушной смеси на этот стабилизатор, пилотное топливо подают по отверстию центральной втулки, далее его распределяют в виде системы одиночных струй путем его пропускания через отверстия дозирующей перфорации полого конуса, а затем подают под избыточным давлением в дополнительную циркуляционную зону стабилизатора, где происходит диффузионное смешение этого топлива с находящейся в ней «бедной» топливовоздушной смесью, расход пилотного топлива регулируют на всех возможных режимах работы малоэмиссионной горелки независимо от расхода основного топлива, «бедную» топливовоздушную смесь подают также через перепускные отверстия, выполненные в коническом стабилизаторе, далее эту смесь подают по сужающейся к выходу конической кольцевой щели, а затем в виде пристеночной струи подают вдоль открытой внутренней конической поверхности стабилизатора под действием перепада давлений, возникающего между проточной частью внешнего контура горелки и дополнительной циркуляционной зоной при обтекании конического стабилизатора «бедной» топливовоздушной смесью, отличающийся тем, что относительный расход пилотного топлива регулируют на всех возможных режимах работы малоэмиссионной горелки независимо от расхода основного топлива из условия получения минимальной концентрации оксидов азота при сохранении устойчивости горения топливовоздушной смеси в дополнительной циркуляционной зоне.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что относительный расход пилотного топлива, определяемый как отношение расхода пилотного топлива к сумме расходов пилотного и основного топлива, уменьшают с увеличением температуры воздуха и температуры «бедной» топливовоздушной смеси при сохранении устойчивости горения топливовоздушной смеси в дополнительной циркуляционной зоне.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в основании полого конуса устанавливают перфорированную пластину, суммарная площадь отверстий которой больше суммарной площади отверстий дозирующей перфорации полого конуса, пилотное топливо вначале пропускают через отверстия дозирующей перфорации полого конуса, а затем - через отверстия в пластине.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что суммарную площадь отверстий перфорированной пластины, установленной в основании полого конуса, выбирают такой, что при заданном расходе пилотного топлива его максимальная скорость на выходе из этой пластины не превышает (5-10) м/с.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют конический стабилизатор с углом при вершине, близким к 30°.