Влияние конструкции горелки на температурное состояние стенок жаровой трубы

DOI: 10.34759/vst-2022-3-136-142

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

Решается проблема снижения температуры стенок жаровой трубы в зоне горения. Рассмотрены два варианта горелок, различающихся конструкцией соплового насадка, при этом геометрия завихрителя и распылителя остается неизменной. Представлены результаты исследований огневых испытаний двух горелок с различными сопловыми насадками. Произведено сравнение структуры пламени. Выполнено препарирование стенок камеры сгорания и произведено испытание камеры сгорания в составе газотурбинного двигателя. Представлены результаты определения температуры стенок жаровой трубы на нескольких режимах работы газотурбинной установки в камерах сгорания с двумя типами горелок.

По результатам проведенных работ сделаны выводы о наиболее приемлемом для использования на двигателе варианте горелки, обеспечивающем снижение температуры стенок.

Ключевые слова:

камера сгорания, диффузионное горение, горелка, температура стенки жаровой трубы

Библиографический список

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

2. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. – 3rd ed. – CRC Press, 2010. – 558 p.

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. DOI: 10.18287/2541-7533-2016- 15-3-81-89

4. 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.

5. Бакланов А.В. Влияние геометрии горелки на характеристики камеры сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 1. С. 86-95. DOI: 10.34759/vst-2021-1-86-95

6. 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.

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. Richerson D.W. Ceramics for Turbine Engines // Mechanical Engineering. 1997. Vol. 119. No. 9, pp. 80–83.

9. Бакланов А.В. Экспериментальное исследование температурного состояния стенок жаровой трубы многофорсуночной камеры сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 116-125.

10. Gritsch M., Schulz Α., Wittig S. Adiabatic Wall Effectiveness Measurements of Film-Cooling Holes with Expanded Exits // Journal of Turbomachinery. 1998. Vol. 120. No. 3, pp. 549-556. DOI: 10.1115/1.2841752

11. Burrus D.L., Charour C.Α., Foltz H.L. at al. Energy Efficient Engine Combustor Test Hardware Detailed Design Report. – NASA CR-168301, 1984. – 497 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19900019238/downloads/19900019238.pdf

12. Rosen R., Facey J.R. Civil Propulsion Technology for the Next Twenty-Five Years // Eighth International Symposium on Air Breathing Engines (14-19 June 1987, Cincinnati, Ohio). Paper No. 87-7000.

13. Dodds W.J., Ekstedt E.E. Broad Specification Fuel Combustion Technology Program. Phase 2. – NASA-CR-168179, 1984. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19840007215/downloads/19840007215.pdf

14. Lefebvre A.H. Influence of Fuel Properties on Gas Turbine Combustion Performance. – AFWAL-TR-84-2104, 1985. West Lafayette, Indiana.

15. Dodds W.J., Bahr D.W, Combustion System Design // Mellor A.M. (ed.) Design of Modern Gas Turbine Combustors. – New York: Academic Press, 1990, pp. 343–476.

16. Ильинков А.В., Габдрахманов Р.Р., Такмовцев В.В., Щукин А.В. Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 39-48.

17. Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I. et al. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed on it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 94, pp. 426-448. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2015.11.002

18. Ahn J., Choi H., Lee J.S. Large Eddy Simulation of Flow and Heat Transfer in a Channel Roughened by Square or Semicircle Ribs // Journal of Turbomachinery. 2005. Vol. 127. No. 2, pp. 263-269. DOI: 10.1115/1.1811098
19. Mochizuki S., Kiml R., Murata A. Heat Transfer Enhancement Mechanism in Rectangular Channels with V- and A shaped Ribs // Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Series B. 1999. Vol. 65. No. 631, pp. 1032-1039. DOI: 10.1299/kikaib.65.1032

20. Dutta P., Cowell L.H., Yee D.K., Dalla Betta R.Α. Design and Evaluation of a Single-Can Full Scale Catalytic Combustion System for Ultra-Low Emissions Industrial Gas Turbines. – Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. ASME Paper No. 97-GT-292, 1997. DOI: 10.1115/97-GT-292