Влияние способа подачи топлива в камеру сгорания на качество смешения и образование оксида углерода
Автор: Бакланов А.В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3 т.21, 2020 года.
Бесплатный доступ
Сжигание топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя сопровождается образованием токсичных веществ. Особую опасность среди них представляют окислы углерода, оказывающие вредное воздействие на человека и окружающую среду. В связи с этим в статье решается актуальная задача по определению оптимального способа подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД для обеспечения низкого выброса СО. В работе представлены особенности конструкции форсунок, которые работают с раздельной подачей воздуха и топлива. В качестве топлива используется природный газ. Одна из рассмотренных форсунок обеспечивает струйную подачу топлива при помощи перфорированного распылителя, а другая - закрученную подачу топлива при помощи завихрителя, встроенного в топливный канал. Также приведены основные геометрические параметры форсунок, такие как размеры завихрителя, количество лопаток, диаметр выходного сопла. Произведено определение качества подготовки топливовоздушной смеси в закрученной струе на выходе из горелок с двумя типами форсунок. Установлено, что наилучшее качество смешения обеспечивает форсунка со струйным распылом топлива. Рассмотрена конструкция имитатора жаровой трубы, в который помещается испытываемая форсунка. Представлена конструкция стендовой установки, предназначенной для испытания форсунок в имитаторе жаровой трубы, а также режимы, при которых данные испытания проводились. Получены результаты в имитаторе жаровой трубы с установленными струйными форсунками и форсунками с подачей закрученной топливной струи. Проведен анализ, по результатам которого сделаны выводы об эффективности применения струйных форсунок. В соответствии с проведенными исследованиями параметры форсунки с подачей закрученной топливной струи характеризуются наличием высоких значений уровня СО в продуктах сгорания, что объясняется крайне низким качеством перемешивания топлива с воздухом и, следовательно, низкой эффективностью сжигания топлива. Форсунка со струйной подачей топлива имеет низкие значения СО, что свидетельствует о хорошем качестве смешения топлива с воздухом и высокой эффективности организации горения. В результате получены рекомендации о постановке выбранного типа форсунок в полноразмерную камеру сгорания.
Камера сгорания гтд, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка, смешение
Короткий адрес: https://sciup.org/148321984
IDR: 148321984 | DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-356-363
Список литературы Влияние способа подачи топлива в камеру сгорания на качество смешения и образование оксида углерода
- Matveev S. S., Zubrilin I. A., Orlov M. Yu., Mat-veev S. G., Chechet I. V. Investigation of fuel distribution in partially premixed swirled burner with pilot flame. Proceedings of the ASME Turbo Expo Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Cep. "ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2016" 2016.
- Baklanov A. V., Neumoin S. P. [A technique of gaseous fuel and air mixture quality identification behind the swirl burner of gas turbine engine combustion chamber]. Russian Aeronautics. 2017, Vol. 60, P. 90-96 (In Russ.).
- Gritsenko E. A., Danilchenko V. P., Lukachev S. V. Konvertirovanie aviatsionnykh GTD v gazoturbinnye ustanovki nazemnogo primeneniya [Conversion of aviation gas turbine engines to land-based gas turbines]. Samara, SNTs RAN Publ., 2004, 266 p.
- Mingazov B. G. Kamery sgoraniya gazoturbinnykh dvigateley [The combustion chamber of gas turbine engines]. Kazan, Izd-vo Kazan. gos. tekhn. un-ta Publ., 2004, 220 p. (In Russ.).
- Baklanov A. V. [Controlling fuel combustion process by burner design change in gas turbine engine combustion chamber]. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. 2018, Vol. 25, No. 2, P. 73-85 (In Russ.).
- Markushin A. N., Baklanov A. V. [Testing stands for researching the processes and maturation of low emission combusters]. Vestnik of the Samara State Aerospace University. 2013, No. 3(41), P. 131-138 (In Russ.).
- Lefebvre A. H., Ballal D. R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. Third Edition. CRC Press, 2010, 560 p.
- Lefebvre A. H. Fuel effects on gas turbine combustion-ignition, stability, and combustion efficiency. Am. Soc. Mech. Eng. (Pap.); (United States). 1984, Vol. 84, No. C0NF-840611.
- Gritsenko E. A., Danilchenko V. P., Lukachev S. V. et al. Nekotorye voprosy proektirovaniya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Some issues of designing aircraft gas turbine engines]. Samara, SNTs RAN Publ., 2002, 527 p.
- Gokulakrishnan P., Fuller C. C., Klassen M. S., Joklik R. G., Kochar Y. N., Vaden S. N., Seitzman J. M. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation. Combustion and Flame. 2014, Vol. 161, No. 8, P. 2038-2053.
- Yi T., Gutmark E. J. Real-time prediction of incipient lean blowout in gas turbine combustors. AIAA journal. 2007, Vol. 45, No. 7, P. 1734-1739.
- Moses C., Roets P. Properties, Characteristics and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel. ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009, Vol. 131, No. 4, P. 041502-041502-17.
- Canilo P. M., Podgornyy A. N., Khristich V. A.
- Energeticheskie i ekologicheskie kharakteristiki GTD pri ispol'zovanii uglevodorodnykh topliv i vodoroda [Energy and environmental characteristics of gas turbine engines when using hydrocarbon fuels and hydrogen]. Kiev, Nauk. Dumka Publ., 1987, P. 224.
- Dubovkin N. F. Spravochnik po teplofizicheskim svoystvam uglevodorodnykh topliv i ikh produktam sgo-raniya [Handbook of the thermophysical properties of hydrocarbon fuels and their combustion products]. Moscow - Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1962, 288 p.
- Isserlin A. S. Osnovy szhiganiya gazovogo topliva [Basics of burning gas fuel]. Leningrad, Nedra Publ., 1987, 336 p.
