УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И ПОДАЧИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В КАМЕРУ СГОРАНИЯ

Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
Полезная модель относится к устройствам для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинных установок и двигателей, работающих на жидком и газообразном топливе. Известно устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания в виде коаксиально расположенных завихрителей и струйных форсунок.  Г.Битлингер, Н.Брем Испытания при высоких давлениях модулей с бедной предварительно перемешанной смесью в кольцевой камере сгорания со смещением зон на
М. кл.6: F23 R 3/34 многосекторном стенде.G. Bitlinger, N.Bremn High pressure
combustion test of lean premixed prevaporized (LPP) modules in the axially staged combustor using a multisector rig. ISABE paper 99-7008 (A99-34009)
Устройство обеспечивает низкие выбросы окислов азота NOx и окиси углерода СО на основных режимах работы камеры сгорания.
К недостаткам такого устройства относится то, что оно не может работать на режимах запуска и переходных режимах. Для этих целей в камеру вводиться второе фронтовое устройство, обеспечивающее работу на этих режимах. Это так называемые двухзонные камеры сгорания. Наличие второй зоны сильно усложняет конструкцию камеры и топливной системы и увеличивает выбросы окислов азота NOx и углерода СО.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки, содержащее коаксиально размещенные в одном корпусе центральную топливную форсунку, воздушный канал с осевым завихрителем и кольцевым козырьком на выходе, топливовоздушный канал с топливопитающим устройством в районе его входа и
2С№ Ш9
2
завихрителем и наружный канал с воздушным подводом(см. патент РФ №2143642 «Устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки, F23R3/34, опубликованный 27.12.99 г.).
В этом устройстве уже производится предварительное смешение топлива и воздуха в топливовоздушных каналах и в камеру сгорания из этого устройства поступает предварительно подготовленная топливовоздушная смесь.
При работе устройства топливная форсунка и завихритель воздушного канала создают на выходе из кольцевого козырька топливовоздушную смесь. В топливовоздушном канале с помощью осевого завихрителя на его входе и подачи газообразного топлива в этот канал в районе его завихрителя создаются условия для получения гомогенной топливовоздушной смеси. В наружном канале создается топливовоздушная смесь с параметрами, близкими к смеси, получаемой в топливовоздушном канале.
К недостаткам такого устройства следует отнести локальный подвод топлива в топливовоздушный канал, который не обеспечивает гомогенизацию топливовоздушной смеси, что приводит к повышенному выбросу окислов азота. Отсутствие кольцевого стабилизатора пламени не обеспечивает широкого диапазона устойчивой работы по
коэффициенту избытка воздуха а и не позволяет работать на обедненной смеси с минимально низкими выбросами NOx.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение содержания вредных выбросов Nox в продуктах сгорания без увеличения содержания в них окиси углерода за счет увеличения размеров зоны обратных токов и равномерности распределения капель топлива по «факелу в камере сгорания.
Поставленная задача решается тем, что устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, содержащее коаксиально размещенные в корпусе центральную топливную форсунку с топливоподводящим устройством, воздушный канал, сужающийся на выходе и завихритель в нем, а также наружный топливовоздушный канал с топливопитающим устройством на его входе и внешнийзавихрительснабженодополнительным
топливовоздушным сужающимся каналом, стенки которого являются продолжением стенок форсунки и имеют острые кромки на выходе, а на входе в дополнительный канал установлен дополнительный .завихритель, при этом под острым углом к стенкам воздушного канала установлена разделительная обечайка, а топливопитающее устройство представляетсобойраспылительтопливас равнорасположенными отверстиями и соединено с воздушным
и наружным каналами отверстиями, а на выходе наружного топливовоздушного канала расположен треугольный стабилизатор пламени, соединенный своей вершиной с разделительной обечайкой и повернутый внутрь топливовоздушного канала.
Устройство может быть снабжено каналом, образованным стенками наружного, воздушного каналов и разделительной обечайки с отверстиями для охлаждающего воздуха.
На входе в дополнительный канал устройства может быть установлен тангенциальный завихритель.
На стенках дополнительного канала может быть установлен коаксиальный завихритель или осевой завихритель.
Использование острой кромки дополнительного канала, дополнительного завихрителя и сужающихся каналов резко повышают эффективность дробления пелены топлива на мелкие капли, чем создают условия для образования гомогенной топливовоздушной.смеси.
Установка разделительной обечайки, образующая раструб на выходе и имеющая отверстия для воздуха,
позволяет образовать устойчивую зону обратных токов за ней и надёжно её охладить.
Снабдив наружный топливовоздушный канал на его входе топливопитающим устройством, мы используем и этот канал для смешения основной части топлива и воздуха и последующей подачи этой смеси в камеру сгорания. Это позволяет оптимально распределить топливо и воздух- по каналам данного устройства. Постановка кольцевого распылителя топлива с равнорасположенными отверстиями позволяет улучшить систему распыливания и распределения топлива в потоке воздуха, упростить систему подачи топлива в наружном топливовоздушном канале.
Использование стабилизатора пламени увеличивает размеры зоны обратных токов, создаваемой за разделительной обечайкой, позволяет поддерживать непрерывный процесс горения и тем самым расширяет диапазон устойчивой работы камеры сгорания.
На фиг. 1- показан продольный разрез устройства,
на фиг. 2- показан продольный разрез устройства, у которого на торце стабилизатора имеется кольцевая проточка.
Устройство для подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания содержит коаксиально размещенные
центральную топливную форсунку 1, с топливоподводящим устройством 2, воздушный канал 3 с завихрителем 4.
Воздушный канал 3 выполнен сужающимся на выходе. Устройство снабжено дополнительным топливовоздушным сужающимся каналом 5. Стенки канала 5 являются продолжением стенок форсунки 1 и имеют острые кромки 6 на выходе из канала 5. На входе в дополнительный канал 5 установлен дополнительный завихритель 7. Возможна установка тангенциального или осевого завихрителя 7. На стенках дополнительного канала 5 установлен завихритель 4 воздушного канала 3. Возможна установка, например, коаксиального завихрителя 4. К стенкам воздушного канала 3 под острым углом к ним выполнена разделительная обечайка 9, которая образует на выходе из канала 3 раструб. Обечайка 9 имеет отверстия 10 для охлаждения воздухом. Устройство содержит наружный топливовоздушный канал 11. На входе в канал 11 установлено топливопитающее устройство 12. Канал 11 имеет внешний завихритель 13. Топливопитающее устройство 12 представляет собой распылитель 14 топлива с равнорасположенными отверстиями для распыливания топлива. Возможна установка, например, кольцевого распылителя 14 топлива. Топливопитающее устройство 12 соединено с воздушным каналом 3 и наружным каналом 11
73&03Ш
отверстиями 15. На выходе наружного канала 11 расположен треугольный стабилизатор 16 пламени. Стабилизатор, 16 соединен своей вершиной с разделительной обечайкой 9 и повернут внутрь топливовоздушного канала 11.
Устройство может быть снабжено каналом, образованным стенкой 8 наружного канала 11, стенкой воздушного канала 3 и разделительной обечайки 9.
Возможно выполнение кольцевой проточки 17 на торце стабилизатора 16 пламени.
Устройство работает следующим образом.
При работе камеры сгорания струи топлива через топливоподводящее устройство 2 из центральной топливной форсунки 1 попадают на стенку дополнительного канала 5 и образуют пелену, которая стекая с острой кромки 6, дробится закрученными потоками воздуха из воздушного канала 3 и дополнительного канала 5. В процессе дробления и внедрения капель в закрученный поток воздуха образуется гомогенная топливовоздушная смесь. Топливопитающее устройство 12 подводит топливо и производит его впрыск во внешний завихритель 13 через кольцевой распылитель топлива 14 с равнорасположенными воздушными отверстиями для пневматического распыливания 15, где струи топлива распиливаются сначала потоком воздуха, проходящим через воздушные отверстия 15, а затем в наружном
топливовоздушном канале 11 подхватываются закрученным потоком воздуха внешнего завихрителя 13. В наружном топливовоздушном канале капли топлива испаряются и перемешиваются с воздухом завихрителя 13 и в виде частично испаренной и перемешанной топливовоздушной смеси выносятся в объем жаровой трубы. За раструбом разделительной обечайки 9 образуется зона обратных токов, где создаются благоприятные условия для горения топлива на режимах запуска и бедных составах смеси. Топливо в зону обратных токов попадает, в основном, из центральной топливной форсунки 1. Процесс горения в зоне обратных токов поддерживается на всех режимах. Предварительное смешение топлива с воздухом обеспечивает эффективное горение смеси и низкие выбросы окислов углерода СО при бедных коэффициентах избытка воздуха а. При переходе на основные режимы включается топливопитающее устройство 12 с внешним завихрителем 13. Гомогенная топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания из наружного топливовоздушного канала 11 и воспламеняется от стабилизатора пламени 6, куда поступают горячие газы из зоны обратных токов, поддерживающие непрерывный процесс горения. Предварительная подготовка смеси во внешнем
9
завихрителе 13 приводит к горению однородной смеси в камере сгорания, что и при выборе оптимального состава смеси ведет к высокой эффективности горения топлива (низкие выбросы СО) и низким выбросам NOx.
Предлагаемое, устройство для подготовки  и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания уменьшает содержание вредных выбросов в продуктах сгорания без увеличения содержания в них окиси углеродане вызывает
изменения экологического состояния окружающей среды.