КАМЕРА СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована в газотурбинных установках и двигателях.
Известна камера сгорания с микрофакельным сжиганием топлива, Сударев А.В., Маев В.А., Камеры сгорания газотурбинных установок. Интенсификация горения. -Л.: Недра, 1990. -45 с. содержащая множество модульных горелочных устройств, каждое из которых включает устройства для подачи воздуха и топлива, турбулизатор, стабилизатор пламени. Стабилизаторы выполнены в виде волнистых пластин прижатых друг к другу внешними выступами волн боковой поверхности таким образом, что между ними по всей высоте в выходном сечении образована система отдельных отверстий - каналов для прохода воздуха или топливовоздушной смеси. Горелочный фронт камеры сгорания, охватывается большим завихрителем первичного воздуха. Для организации процесса достаточно полного выгорания топлива, в данной камере сгорания, требуется весьма высокий температурный уровень в зоне горения, что приводит к большим выбросам NOx.
Известна камера сгорания с горелочными устройствами регистровой конструкции, Сударев А.В., Маев В.А., Камеры сгорания газотурбинных установок. Интенсификация горения. -Л.: Недра, 1990. - 28 с. фронтовое устройство имеет несколько отдельных горелок, со своими завихрителями первичного воздуха, одна из которых - дежурная расположена в центре, а остальные (основные) по окружности. Малые завихрители первичного воздуха могут иметь как одноименную так и разноименные чередующиеся закрутки. Так же имеется завихритель вторичного воздуха установленный между фронтовым устройством и жаровой трубой, благодаря аэродинамическому воздействию которого происходит отклонение движения хвостовых зон пламени от прямолинейного, что обеспечивает некоторую интенсификацию горения. Серьезным недостатком данной камеры сгорания является диффузионное горение, которое приводит к большим выбросам NOx, кроме того наличие раннего подвода вторичного воздухаразбавителя увеличивает выбросы СО из-за снижения температуры в зоне реакции.
99WS4S3
Камера сгорания
МПК6 F23R3/24
большие по размеру горелки являются основными меньшие по размеру дежурными. Дежурные и основные горелки размещены равномерно по фронтовому устройству КС на определенном удалении друг от друга. При этом направления закручивания потоков, проходящих через горелки, одинаковы, благодаря этому в камере сгорания возникают два крупных потока, текущих в противоположных направлениях, а именно наружный поток протекающий между рядом горелок и наружной стенкой жаровой трубы и внутренний поток протекающий между рядом горелок и внутренней стенкой. Эти потоки переносят горячие газы из малых зон горения, образующихся за дежурными горелками, в большие более холодные, образующиеся за основными горелками, что уменьшает образование МОХ благодаря снижению температуры пламени, что так же называют замораживанием пламени. Но это является и недостатком так как замораживание пламени способствует увеличению количества СО в выхлопных газах. Также недостатком этой конструкции является неустойчивая работа камеры сгорания при обеднении топливовоздушной смеси. Так как используемые здесь конические горелки, при обеднении топливовоздушной смеси обладают неудовлетворительной устойчивостью к срыву пламени. В частности при сжигании пропано-воздушной смеси, при температуре воздуха  °C, срыв пламени наступает уже при ,2 ТН. Sattelmayer, M. P. Felchlin, J. Haumann, J. Hellat, D. Styner. Second Generation Low-Emission Combustors for ABB Gas Turbines: Burner Developmen and Tests at Atmospheric Pressure, 1989, в то время, как известно, что для данных условий можно добиться устойчивого горения однородной смеси вплоть до а  2,5. Очевидно, ранний срыв пламени наступает из-за того, что в при осевой зоне закрученной струи в целом и в зоне обратных токов, в частности, концентрация топлива меньше среднемассовой. Также при обеднении смеси, когда фронт пламени у стенок обладает малой устойчивостью, крупные потоки описанные выше, будут способствовать срыву фронта пламени, деформируя его в сторону течения. Кроме того, наличие большого количества горелок приводит к сложной схеме топливоподающей системы, что усложняет процесс эксплуатации и контроля.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является камера сгорания газотурбинной установки патент SU № 1809139, кл. F02C 3/22, 1990 г., имеющая зоны для сгорания и смешения, камера сгорания снабжена перегородкой, разделяющей зоны подвода воздуха для
09АГ4Ј 3
сгорания и для смешения, с установленными на ней штуцерами подвода воздуха для сгорания а вторая - к зоне подвода воздуха для смешения. В этой камере сгорания большая часть циклового воздуха подогревается в регенераторе за счет тепла выхлопных газов из-за турбины и подается в зону для смешения откуда поступает на смешение с продуктами сгорания снижая их температуру. Эта часть потока воздуха выполняет функцию воздуха-разбавителя. Остальная часть циклового воздуха не подвергаясь подогреву в регенераторе подается в зону для смешения затем через завихрители горелок в зону горения топлива. В этой камере сгорания раннее подмешивание воздуха-разбавителя создает условия приводящие к значительным выбросам СО из-за преждевременного снижения температуры реагирующего потока, а наличие недостаточной степени перемешанности топливовоздушной смеси приводит к большим выбросам МОХ.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение экологических характеристик и увеличение диапазона устойчивой работы камеры сгорания, за счет установки основных горелочных устройств с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси и двухканальной подачей топлива, дежурного горелочного устройства с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси и отверстиями для подачи дежурного топлива выполненных на втулке под углом к оси горелочного устройства, установки топливных коллекторов.
Поставленная задача достигается тем, что в камере сгорания, состоящей из корпуса, жаровой трубы, фронтового устройства, в отличии от прототипа установлены основные горелочные устройства с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси и двухканальной подачей топлива, дежурное горелочное устройство с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси, состоящее из кожуха, втулки выполненной соосно с кожухом, аксиального лопаточного завихрителя, расположенного между кожухом и втулкой, пилонов установленных перед аксиальным лопаточным завихрителем и имеющих отверстия вне привтулочной зоны горелочного устройства, пилонов установленных за аксиальным лопаточным завихрителем и имеющих отверстия в привтулочной зоне горелочного устройства, отверстий, расположенных на втулке вблизи концевого
сечения горелочного устройства, выполненных под углом к оси горелочного устройства, установлены топливные коллекторы.
Существо конструкции поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема заявляемой камеры сгорания.
На фиг. 2 изображена схема дежурного горелочного устройства
Заявляемая камера сгорания содержит корпус 1 (фиг. 1), топливные коллекторы 2, 3 расположенные вне камеры сгорания, жаровую трубу 4, расположенную внутри корпуса соосно с ним, которые образуют кольцевой канал 5 для прохода воздуха, фронтовое устройство 6, установленное на торце жаровой трубы, равномерно по окружности во фронтовом устройстве установлены горелочные устройства с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси и двухканальной подачей топлива 7, в центре фронтового устройства установлено дежурное горелочное устройство 8. Дежурное горелочное устройство 8 состоит из кожуха 9 (фиг. 2), втулки 10, установленной соосно с кожухом 9, аксиального лопаточного завихрителя 11, установленного между кожухом 9 и втулкой 10, перед аксиальным лопаточным завихрителем 11 по окружности втулки установлены пилоны 12 имеющие отверстия 13 размещенные вне привтулочной зоны горелочного устройства, за аксиальным лопаточным завихрителем по окружности втулки установлены пилоны 14, имеющие отверстия 15, размещенные в привтулочной зоне горелочного устройства, вблизи концевого сечения втулки расположены отверстия 16 выполненные под некоторым углом а 15-е-90° к оси горелочного устройства.
Работа камеры сгорания осуществляется следующим образом, основное топливо из коллектора 2 подается в горелочные устройства с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси и двухканальной подачей топлива 7, и дежурное горелочное устройство 8 (фиг. 1) в дежурном горелочном устройстве 9 основное топливо поступает в пилоны 12 (фиг. 2) и через отверстия 13 подается в первичную зону смешения, дежурное топливо из коллектора 3 подается в горелочные устройства с предварительным смешением топлива и двухканальной подачей 7, и дежурное горелочное устройство 8 (фиг. 1) для поддержания горения на переходных режимах и режимах запуска, в дежурном горелочном устройстве 8, часть дежурного топлива через отверстия 16 (фиг. 2) поступает во вторичную зону
смешения обеспечивая локальную концентрацию топлива необходимую для поддержания стабильного горения, а остальная часть дежурного топлива через отверстия 15 в зону первичного смешения. Воздух подается в камеру сгорания и проходя по кольцевому каналу между корпусом камеры сгорания 1 и жаровой трубой 4 (фиг. 1), при этом охлаждая жаровую трубу 4, поступает к горелочным устройствам подготовкой топливовоздушной смеси и двухканальной подачей топлива 7, и дежурному горелочному устройству 8. В дежурном горелочном устройстве 8, воздух, проходя между внешним цилиндрическим кожухом 9 (фиг. 2) и втулкой 10, поступает в первичную зону смешения, затем, проходя через аксиальный лопаточный завихритель 11, поступает во вторичную зону смешения и далее топливовоздушная смесь поступает в зону горения. При изменении расхода воздуха при постоянном расходе дежурного топлива глубина проникновения струй из отверстий 16 изменяется, что приводит к локальному изменению концентрации топлива в топливовоздушной смеси и позволяет поддерживать горение на переходных режимах и режимах запуска, благодаря чему, достигается улучшение экологических характеристик и увеличение диапазона устойчивой работы камеры сгорания.
99 ttЈW 5