Применение многопламенного горения в камере сгорания для повышения эффективности сжигания газа

DOI: 10.34759/vst-2022-2-88-94

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 двух камер сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. Приведены результаты исследования двух камер сгорания различающихся конструкцией фронтового устройства. Во фронтовом устройстве одной камеры сгорания размещены 32 горелки, в другой — 136 форсунок, расположенных в два яруса. Дается теоретическое объяснение особенности организации горения в камере с фронтовым устройством, в котором горелки расположены в два яруса. Представлено оборудование, на котором проведены эксперименты. Приведены результаты исследований по измерению концентрации компонентов продуктов сгорания на выходе из двух камер сгорания. Определена полнота сгорания топлива, и сделан вывод о наиболее приемлемой конструкции фронтового устройства для обеспечения максимальной полноты сгорания и минимальной концентрации окислов углерода [1].

Ключевые слова:

камера сгорания газотурбинного двигателя, многопламенное горение топлива, полнота сгорания, выбросы вредных веществ

Библиографический список

1. 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: 1115/1.3239693
2. 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.
3. 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.
4. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей: конструкция, моделирование процессов и расчет: Учебное пособие. — Изд. 2-е, испр. — Казань: Изд-во Казанского гос. технического ун-та, 2006. — 219 c.
5. 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.
6. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. — Самара: СНЦ РАН, 2002. — 527 с.
7. Мингазов Б.Г., Бакланов А.В. Исследование стабилизации пламени в модельной камере сгорания ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 106-110.
8. Данильченко В.П., Ковылов Ю.Л., Постников А.М. и др. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. — 620 с.
9. 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.
10. 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: 1016/j.combustflame.2014.01.024
11. 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
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). Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001, 384 p.
13. 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
14. 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
15. 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), pp. 13-17. DOI: 10.2514/6.2014-0654
16. 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.
17. Бакланов А.В. Поэтапная доводка камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающей в условиях форсирования скорости воздуха на выходе из компрессора // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 3. С. 13-22.
18. 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.
19. 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.
20. 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