Камера згоряння

Реферат: Камера згоряння містить кожух, встановлений в кожух фронтовий пристрій, за яким встановлена жарова труба з отворами підведення вторинного повітря та змішувач. Інтервал відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1, що складає S0/S1=0,004-0,01. UA 106386 U (12) UA 106386 U UA 106386 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергомашинобудування, а саме до газотурбобудування, і може використовуватися в камерах згоряння газотурбінних установок, що працюють на газоподібному паливі. Одним із шляхів зниження кількості оксидів азоту у відхідних газах газотурбінних двигунів є використання низькоемісійних камер згоряння, які мають зону часткового попереднього перемішування палива з повітрям. Ця технологія спалювання палива реалізована в ряді конструкцій камер згоряння газотурбінних двигунів. Аналогом винаходу є патент Сполучених штатів Америки US 2014/0137556 А1, F23R 3/286 (2013.01), дата публікації 22.05.2014. Камера згоряння складається з кожуху, камери попереднього змішування, блоку подачі палива, жарової труби та змішувача жарової труби. Недоліком існуючих камер згоряння такого типу є нестійкий і пульсаційний характер горіння, акустичні коливання та зривні явища в проточній частині двигуна. Ці явища супроводжуються різким збільшенням шуму, зривами полум'я, деформуванням елементів конструкції камер згоряння, прогарами і руйнуваннями елементів її конструкції, а також окремих вузлів і агрегатів газотурбінних установок, виникненням аварійних ситуацій з вимушеними зупинками двигунів. Одним із способів боротьби з пульсаційним горінням є підвищення швидкості витікання повітря з фронтового пристрою. Це здійснюється за рахунок перерозподілу частини повітря, що подається в змішувач жарової труби, до фронтового пристрою. Прототипом корисної моделі є камера згоряння з частковим попереднім перемішуванням палива з повітрям (патент України № 68446 F23R 3/34, дата публікації, 16.08.2004). Камера згоряння містить: кожух, встановлений в кожух фронтовий пристрій для утворення паливо-повітряної суміші, за фронтовим пристроєм встановлена жарова труба з отворами підведення вторинного повітря, призначена для перемішування палива з повітрям та спалювання паливо-повітряної суміші, та змішувача жарової труби для перемішування продуктів згоряння з повітрям до необхідної температури. Недоліками камери згоряння прототипу є підвищений середньоквадратичний рівень пульсацій з амплітудою більше 6 кПа в міжтрубному просторі в перерізі підводу вторинного повітря. Задачею корисної моделі є підвищення стійкості процесу горіння в камері згоряння газотурбінного двигуна, що працює на газоподібному паливі. Поставлена задача вирішується шляхом встановлення діапазону співвідношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря до площі поперечного перерізу змішувача жарової труби в місці підведення вторинного повітря. Для вирішення поставленої задачі: Камера згоряння відрізняється тим, що в неї інтервал відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1, складає S0/S1=0,004-0,01. Таке конструктивне виконання дозволяє підвищити швидкість витікання повітря з фронтового пристрою, за рахунок перерозподілу частини повітря, що подається в змішувач жарової труби. Аналіз пульсаційних процесів запропонованої камері згоряння газотурбінного двигуна проведено за допомогою сучасних інструментів обчислювальної гідродинаміки. Дослідження показують, що в запропонованій камері амплітуда середньоквадратичного рівня пульсацій в міжтрубному просторі в перерізі підводу вторинного повітря не перевищує 3-5,6 кПа в інтервалі відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1, S0/S1=0,004-0,01. У запропонованої камері згоряння зберігаються конструкції кожуху, фронтового пристрою та габаритні розміри жарової труби вже існуючої камери згоряння. На кресленні зображена загальна схема камери згоряння. Камера згоряння складається з кожуху 1, фронтового пристрою 2, жарової труби 3 з отворами підведення вторинного повітря 4 та змішувача 5. Рекомендованим інтервалом відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1 є S0/S1=0,004-0,01 (Фіг.). Камера згоряння працює таким чином. Через встановлений в кожусі 1 фронтовий пристрій 2 надходять повітря та паливний газ, які утворюють паливо-повітряну суміш. За фронтовим пристроєм 2 встановлена жарова труба 3, призначена для забезпечення перемішування палива з повітрям та горіння паливо-повітряної суміші. Продукти згоряння в змішувачі 5 перемішуються з повітрям до необхідної температури. Підвищення швидкості витікання повітря з фронтового пристрою за рахунок перерозподілу частини повітря, що подається в зону змішування через 1 UA 106386 U 5 10 15 отвори підведення вторинного повітря 4 приводить до зниження рівня пульсацій тиску в жаровій трубі і міжтрубному просторі. Спостерігається зниження середньоквадратичного рівня пульсацій тиску в міжтрубному просторі в перерізі підводу вторинного повітря до 3-5,6 кПа, в інтервалі відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1, S0/S1=0,004-0,01 відповідно, у порівнянні із базовою конструкцією камери згоряння. Не рекомендовано зменшення відношення площин S0/S1 нижче 0,004 у зв'язку з тим, що кількість вторинного повітря, що подається в зону змішування, буде недостатньою для зниження температури продуктів згоряння перед турбіною, а кількість первинного повітря, яка формує горючу суміш, збільшиться, що призведе до зростання коефіцієнту надлишку повітря в зоні горіння до критичних значень і зриву полум'я. В свою чергу, не рекомендовано перевищення відношення площин S0/S1 більше 0,01 у зв'язку з тим, що це призведе до наближення коефіцієнту надлишку повітря в зоні горіння до стехіометричних значень, збільшенню температури горіння і різкому підвищенню викидів токсичних оксидів азоту, що суперечить вимогам до низькоемісійних камер згоряння. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Камера згоряння, яка містить кожух, встановлений в кожух фронтовий пристрій, за яким встановлена жарова труба з отворами підведення вторинного повітря та змішувач, яка відрізняється тим, що інтервал відношення площі поперечного перерізу отворів підведення вторинного повітря S0 до площі поперечного перерізу жарової труби в місці підведення вторинного повітря S1, що складає S0/S1=0,004-0,01. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2