Влияние способа подачи газообразного топлива в камеру сгорания на образование оксидов углерода в продуктах сгорания газотурбинного двигателя

Авторы

Бакланов А. В.

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

e-mail: andreybaklanov@bk.ru

Аннотация

Рассматривается проблема завышенной концентрации оксида углерода в продуктах сгорания газотурбинно­го двигателя – ГТД НК-16СТ. Данную проблему можно отнести к возникающему недожогу топлива. Если при­нять, что выброс СН определяют те же факторы, что и выброс СО, то проблема снижения СН решается теми же способами.

В работе сделано предположение, что наиболее приемлемой для улучшения процесса горения является струйная подача топлива, в связи с чем выполнен расчет и определено оптимальное количество топливных отверстий в форсунке, а также их диаметры. Дальнейшая работа заключалась в исследовании двух типов форсунок: с закру­ченной топливной струей и струйной подачей топлива.

Проведены исследования по определению качества смешения топлива, огневые испытания горелок с двумя типами форсунок. Проведены испытания отсеков с данными форсунками, где определена полнота сгорания. Проведены испытания камер с двумя типами форсунок в составе двигателей.

По результатам проведенных работ подтверждено предположение, что организация струйной подачи топли­ва наиболее эффективно позволяет сжигать газообразное топливо и снижать концентрацию оксида углерода в продуктах сгорания.

Ключевые слова

камера сгорания ГТД, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка, смешение

Библиографический список

1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. – Third Edition. – CRC Press, 2010. – 560 p.

2. Lefebvre A.H. Fuel effects on gas turbine combustion- ignition, stability, and combustion efficiency // Engineering for Gas Turbines and Power. 1984. Vol. 107. No. 1, 14 p. DOI: 10.1115/1.3239693

3. Гриценко E.A., Данильченко В.П., Лукачев C.B., Резник B.E., Цыбизов Ю.И. Конвертирование авиаци­онных ГТД в газотурбинные установки наземного применения: Учебное пособие. – Самара: СНЦ РАН, 2004. – 266 с.

4. Маркушин A.H., Меркушин В.К., Вышин В.М., Бакланов A.B. Организация низкоэмиссионного горения в кольцевой камере сгорания ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2009. № 3. С. 70-72.

5. Маркушин A.H., Меркушин B.K., Бышин B.M., Бакланов А.В. Усовершенствование конструкции камер сгорания традиционных схем в целях улучшения экологических показателей ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2010. № 1. С. 41-44.

6. Горбунов М.Г. Выбор параметров и расчет основных камер сгорания ГТД. – М.: Изд-во МАИ, 1972. – 231 с.

7. Бакланов А.В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 73-85.

8. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных дви­гателей. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. – 220 с.

9. Иванов Ю.В. Экспериментальное исследование струй, развивающихся в потоке // Теория и расчет вентиляционных струй: Сб. трудов. – Л.: Ленингр. правд. науч.-техн. о-ва строит. индустрии СССР. Секция теплоснабжения, отопления и вентиляции. ВЦСПС. Всесоюз. науч.-исслед. ин-т охраны труда в г. Ленинграде, 1965. С. 249–257.

10. Бакланов А.В. Малоэмиссионная камера сгорания диффузионного типа с микропламенным горением для конвертированного авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 57-68.

11. Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низко­эмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2013. № 3-1(41). С. 131-138. DOI: 10.18287/1998-6629-2013-0-3- 1(41)-131-138

12. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: СНЦ РАН, 2002. – 527 с.

13. Sadiki A., Repp S, Schneider C, Dreizler A., Janicka J. Numerical and experimental investigations of confinedswirling combusting flows // Progress in Computational Fluid Dynamics. 2003. Vol. 3. № 2-4, pp. 78-88. DOI: 10.1504/PCFD.2003.003778

14. Zheng H, Zhang Z, Li Y, Li Z. Feature-Parameter- Criterion for Predicting Lean Blowout Limit of Gas Turbine Combustor and Bluff Body Burner // Mathematical Problems in Engineering. 2013. Vol. 2013, 17 p. DOI: 10.1155/2013/939234

15. Roy G.D., Frolov S.M., Netzer D.W., Borisov A.A. HighSpeed Deflagation and Detonation: Fundamentals and Control // International Colloquium on Control and Detonation Processes Held (Moscow, July 4-7 2000).Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001. – 384 p.

16. Kiesewetter F, Konle M, Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flame Flashback in a Premix Burner With Cylindrical Mixing Zone // Engineering for Gas Turbines and Power. 2007. Vol. 129. No. 4, pp. 929–936. DOI:10.1115/1.2747259

17. Lieuwen T.C., Yang V. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling. – AIAA (American Institute of Aeronautics & Ast), 2005. 657 p.

18. Acharya V.S., Lieuwen T.C. Role of Azimuthal Flow Fluctuations on Flow Dynamics and Global Flame Response of Axisymmetric Swirling Flames // 52nd Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech Forum (13-17 January 2014, National Harbor, Maryland), 15 p. DOI: 10.2514/6.2014-0654

19. Durbin M.D., Vangsness M.D., Ballal D.R., Katta V.R. Study of Flame Stability in a Step Swirl Combustor // ASME 1995 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition (Houston, Texas, USA, June 5–8 1995). Vol. 3, 10 p. DOI:10.1115/95-GT-111

20. Gokulakrishnan P., Fuller C.C., Klassen M.S., Joklik R.G., Kochar Y.N., Vaden S.N., Lieuwen T.C., Seitzman J.M. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation // Combustion and Flame. 2014. Vol. 161. No. 8, pp. 2038-2053. DOI: 10.1016/j.combustflame.2014.01.024

21. Канило П.М., Подгорный А.Н., Христич В.А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. – Киев: Наукова думка, 1987. – 224 с.

22. ГОСТ 28775-90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические ус­ловия. – М.: Стандартинформ, 2005. – 12 с.

Скачать статью