Разработка двухтопливной камеры сгорания и расчет процессов на основе теории турбулентного горения
Автор: Бакланов А.В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 3 т.25, 2024 года.
Бесплатный доступ
В данной работе представлены этапы разработки двухтопливной камеры сгорания для двигателя НК-16-18СТ. Произведен расчет внутрикамерных процессов на основе теории турбулентного горения. Одним из конкурентных преимуществ стационарной газотурбинной установки является возможность работы на двух видах топлива: на дизельном и газообразном. Поэтому создание двухтопливной камеры сгорания является актуальным. Процесс проектирования двухтопливной камеры сгорания разбит на несколько этапов. На первом этапе разработана форсунка, которая оснащена двумя внутренними топливными каналами. Затем проектируется фронтовое устройство, в котором в два ряда размещаются форсунки. Данное устройство оснащено двумя раздельными топливными коллекторами и полостями для подвода топлива к двум каналам форсунок. Такое конструктивное решение позволяет выполнять переключение одного вида топлива на другой, не останавливая работу двигателя. В качестве прототипа для распределения воздуха по длине жаровой трубы взята камера сгорания двигателя НК-8-2У. Расчет внутрикамерных процессов выполнялся на основе теории турбулентного горения. В ходе расчета определяются такие параметры, как нормальная скорость горения, пульсационная скорость, коэффициент турбулентного обмена, масштаб турбулентности и интенсивность турбулентности. Сформировано уравнение теплового баланса для определения температуры в рассматриваемой области при сжигании природного газа и дизельного топлива. При этом учтено, что в одном случае затрачивается тепло, идущее на испарение жидкого топлива, в другом случае данная особенность не присутствует. Для расчета образования оксидов азота используется теория Я. Б. Зельдовича термического окисления азота кислородом. Выбросы окиси углерода определяются по эмпирической формуле. Из термагазодинамического расчета двигателя НК-16-18СТ известны параметры на входе в камеру сгорания на различных режимах работы при сжигании природного газа. Выполнен расчет для определения необходимого расхода дизельного топлива по режимам работы двигателя при сохранении температуры на выходе из камеры сгорания. По результатам расчета построен график эмиссии вредных веществ от режима работы двигателя при использовании различного топлива, а также построен сравнительный график зависимости полноты сгорания топлива от режима работы двигателя. Расчетные выбросы вредных веществ разработанной камеры сгорания в диапазоне работы двигателя по мощности от 0,7 до 1 Ne для жидкого топлива: NOx15%О2 не превышает 250 мг/м3, СO15%О2 не превышает 300 мг/м3; для газообразного топлива: NOx15%О2 не превышает 120 мг/м3, СO15%О2 не превышает 150 мг/м3.
Двухтопливная камера сгорания, газотурбинный двигатель, природный газ, дизельное топливо, теория турбулентного горения, оксиды азота, окислы углерода
Короткий адрес: https://sciup.org/148330566
IDR: 148330566 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-3-372-383
Список литературы Разработка двухтопливной камеры сгорания и расчет процессов на основе теории турбулентного горения
- Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев и др. Самара: СНЦ РАН, 2004. 266 с.
- Lefebvre A. H., Ballal D. R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. Third Edition. CRC Press, 2010. 560 p.
- Анализ применимости моделей горения для расчёта многофорсуночной камеры сгорания ГТД / Б. Г. Мингазов, В. Б. Явкин, А. Н. Сабирзянов, А. В. Бакланов // Вестник Самарского гос. аэрокосм. ун-та им. ак. С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2011. № 5 (29). С. 208–214.
- Ланский А. М. Рабочий процесс камер сгорания малоразмерных ГТД. Самара: Изд-во СнЦ РАН, 2009. 335 с.
- Бакланов А. В. Влияние особенностей конструкции камер сгорания двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ на содержание углекислого газа в продуктах сгорания // Сибирский аэрокосмический журнал. 2023. Т. 24, № 4. С. 697–705.
- Патент Российская Федерация, RU 2750402 С1. Двухтопливная форсунка / А. В. Бакланов. – № 2020128186; заявл. 25.08.2020; опубл. 28.06.2021.
- Данильченко В. П., Лукачев С. В., Ковылов Ю. Л. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Самара: СНЦ РАН, 2008. 620 с.
- Патент Российская Федерация, RU 2806420 C1. Фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания / А. В. Бакланов; заявл. 18.05.2023; опубл. 31.10.2023.
- Feature-Parameter-Criterion for Predicting Lean Blowout Limit of Gas Turbine Combustor and Bluff Body Burner / H. Zheng, Z. Zhang, Y. Li, Z. Li. // Mathematical Problems in Engineering. 2013. Vol. 16. Р. 1–17.
- High-Speed Deflagation and Detonation: Fundamentals and Control / G. D. Roy, S. M. Frolov, D. W. Netzer, A. A. Borisov. Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001. 384 p.
- 11 Мингазов Б. Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Казань: изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2006. 220 с.
- Мингазов Б. Г., Бакланов А. В. Влияние конструктивных изменений на выбросы оксидов азота в камере сгорания ГТД // Вестник Самарского гос. аэрокосм. ун-та им. ак. С. П. Королёва (нац. исслед. ун-та). 2013. № 3–1 (41). С. 177–182.
- Lefebvre A. H. Influence of Fuel Properties on Gas Turbine Combustion Performance. AFWAL-TR-84-2104, 1985.
- Программный комплекс «Камера»: cвид. 2006613901 Рос. Федерация: свид. об официал. рег. прогр. для ЭВМ / Мингазов Б. Г., Явкин В. Б., Токмовцев Ю. В.; заявитель и правообладатель Мингазов Б. Г. – № 2006613653; заявл. 31.10.06; опубл. 14.11.06, реестр прогр. для ЭВМ. 1 с.
- Бакланов А. В. Поэтапная доводка камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающей в условиях форсирования скорости воздуха на выходе из компрессора // Вестник Московского авиац. ин-та. 2017. Т. 24, № 3. С. 13–22.
