Влияние геометрии горелки на характеристики камеры сгорания газотурбинного двигателя

DOI: 10.34759/vst-2021-1-86-95

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

Экспериментально решается проблема снижения выбросов вредных загрязняющих веществ на выходе из камеры сгорания. Представлено описание стендового оборудования. Рассмотрены три варианта горелок, различающихся конструкцией соплового насадка, при этом геометрия завихрителя и распылителя остается неизменной. Представлены результаты огневых испытаний трех горелок с различными сопловыми насадками. Произведено сравнение структуры пламени. Выполнена оценка параметров горелок, и выбрана горелка, имеющая минимальное значение концентрации оксидов азота и оксидов углерода в пробах продуктов сгорания. Исследовано температурное поле на выходе из отсека камеры сгорания с тремя видами горелок. Представлены результаты измерения выбросов вредных загрязняющих веществ на выходе из отсека с горелками различного конструктивного исполнения. Определена полнота сгорания. По результатам проведенных работ сделаны выводы о наиболее приемлемом для использования на двигателе варианте горелки.

Ключевые слова:

камера сгорания, диффузионное горение, эксперимент, форсунка, горелка, экология

Библиографический список

1. Мингазов Б.Г., Явкин В.Б., Сабирзянов А.Н., Бакланов А.В. Анализ применимости моделей горения для расчёта многофорсуночной камеры сгорания ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2011. № 5 (29). С. 208-214.

2. Сабирзянов А.Н., Явкин В.Б., Александров Ю.Б., Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Моделирование эмиссионных характеристик камер сгорания ГТД // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2014. № 2. С. 62-70.

3. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. Third Edition. — CRC Press. Taylor & Francis Group, LLC, 2010. — 557 p.

4. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2004. — 266 с.

5. 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.

6. Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Исследование рабочего процесса камер сгорания в составе ГТД // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 3. С. 81-89.

7. Орлов М.Ю., Анисимов В.М., Коломзаров О.В. Доводка конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя с тороидальной зоной рециркуляции // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 97-106.

8. Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1(41). С. 131-138.

9. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2002. — 527 с.

10. 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. 16, pp. 1-17. Article ID 939234. DOI: 10.1155/2013/939234

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

12. Roy G.D., Frolov S.M., Netzer D.W., Borisov A.A. High-Speed Deflagation and Detonation: Fundamentals and Control // International Colloquium on Control and Detonation Processes Held (4-7 July 2000; Moscow, Russia). ELEX-KM Publishers, 2001, 384 p. URL: http://hdl.handle.net/10945/63196

13. Kiesewetter F., Konle M., Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flashback in a Premix Burner with Cylindrical Mixing Zone // ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2007. Vol. 129. Issue 4, pp. 929–936. DOI: /10.1115/1.2747259

14. Lieuwen T.C., Yang V. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling // Astronautics and Aeronautics. 2005. Vol. 210, 657 p.

15. Acharya V., Lieuwen T. Role of azimuthal flow fluctuations on flow dynamics and global flame response of axisymmetric swirling flames // 52nd Aerospace Sciences Meeting (13-17 January 2014, National Harbor, Maryland). AIAA 2014-0654. DOI: 10.2514/6.2014-0654

16. Durbin M.D., Vangsness M.D., Ballal D.R., Katta V.R. Study of Flame Stability in a Step Swirl Combustor // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1996. Vol. 118. No. 2, pp. 308- 315. DOI: 10.1115/1.2816592

17. Lefebvre A.H. Fuel effects on gas turbine combustion-ignition, stability, and combustion efficiency // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1985. Vol. 107. No. 1, pp. 24-37. DOI: 10.1115/1.3239693

18. 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, pp. 2038-2053. DOI: 10.1016/j.combustflame.2014.01.024

19. Канило П.М. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. — Киев: Наукова думка, 1987. — 224 с.

20. Данильченко В.П., Лукачев С.В., Ковылов Ю.Л. и др. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. — 620 с.