Обеспечение эффективности сжигания топлива в малоэмиссионной камере сгорания газотурбинной установки при различных климатических условиях

DOI: 10.34759/vst-2022-1-144-155

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

Рассмотрена конструкция двухконтурного горелочного устройства малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя (ГТД), работающего на природном газе. Приведены результаты исследования двух горелочных устройств, отличающихся площадью проходного сечения завихрителя. Представлено стендовое оборудование, и описаны особенности проведения экспериментального исследования. Представлены результаты исследований по измерению концентрации компонентов конечной газовой смеси по длине факела двух горелок. Выполнена доработка жаровой трубы камеры сгорания, путем организации дополнительного подвода воздуха на стенках посредством выполнения дополнительного ряда отверстий. Определено температурное поле на выходе из серийной и модернизированной камеры сгорания. Определено влияние изменения климатических условий на параметры модернизированной камеры сгорания.

Ключевые слова:

двухконтурная горелка, малоэмиссионная камера сгорания, полнота сгорания, вредные выбросы

Библиографический список

1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. – 3rd Edition. – CRC Press, 2010. – 560 p.

2. Данильченко В.П., Ковылов Ю.Л., Постников А.М. и др. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. – 620 с.

3. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. – Самара: СНЦ РАН, 2004. – 266 с.

4. Moses C.A., Roets P.N. Properties, Characteristics and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009. Vol. 131. No. 4. DOI: 10.1115/1.3028234

5. 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

6. Lee S., Speight J.G., Loyalka S.K. Handbook of Alternative Fuel Technologies. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2007. –  525 p.

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

9. 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, pp. 90–96. DOI: 10.3103/S1068799817010135

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. Бакланов А.В., Маркушин А.Н., Цыганов Н.Е. Влияние формы насадка вихревой горелки на смешение в закрученной струе // Вестник Казанского технического университета им. А.Н. Туполева. 2014. № 3. С. 13-18.

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 // Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2003. Vol. 3. No. 2-4, pp. 78-88.

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. DOI: 10.1155/2013/939234

15. 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). Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001, 384 p.

16. Kiesewetter F., Konle M., Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flashback in a Premix Burner with Cylindrical Mixing Zone // Journal of 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. (eds) Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling. – AIAA, Reston, VA 20191-4344, USA. 2005. Vol. 210. – 657 p. DOI: 10.2514/4.866807

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 (13-17 January 2014; National Harbor, Maryland, USA). 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 // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1996. Vol. 118. No. 2, pp. 308- 315. DOI: 10.1115/1.2816592

20. Gokulakrishnan P., Fuller C.C., Klassen M.S. et al. 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. 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.