Влияние изменения конструкции двухканальной горелки на выбросы загрязняющих веществ

Авторы

Бакланов А. В.

Казанское моторостроительное производственное объединение, ул. Дементьева, 1, Казань, 420036, Россия

e-mail: andreybaklanov@bk.ru

Аннотация

Рассмотрена конструкция двухканальной горелки малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. Приведены результаты исследования двух горелок различных конструктивных исполнений. Базовая горелка содержит корпус, завихритель с соплом и полыми лопатками, имеющими отверстия для выхода струек топлива. Завихритель содержит расширяющееся центральное тело, в котором установлена форсунка с каналами подвода топлива. Модернизированная горелка содержит конфузорный насадок на выходе из сопла и центральное тело цилиндрической формы, которое вдвое короче, чем у базовой горелки.
Представлено стендовое оборудование и описаны особенности проведения экспериментального исследования. Представлены результаты исследований по измерению концентрации компонентов конечной газовой смеси таких, как оксиды углерода CO, оксиды азота NO и несгоревшие углеводороды СН. 
Представлены результаты расчетов полей течения газа за рассматриваемыми горелками. Произведен выбор горелки, показавшей минимальное значение концентрации токсичных веществ в продуктах сгорания.

Ключевые слова:

двухканальная горелка, малоэмиссионная камера сгорания, полнота сгорания, выбросы вредных веществ

Список источников

1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. 3rd ed. CRC Press, 2010. 560 p.
2.  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
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: 041502. DOI: 10.1115/1.3028234
5.  Маркушин А.Н., Меркушин В.К., Бышин В.М., 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.  Lee S., Speight J.G., Loyalka S.K. Handbook of Alternative Fuel Technologies. 2nd ed. CRC Press, 2018. 712 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. Камеры сгорания газотурбинных двигателей: конструкция, моделирование процессов и расчет: Учеб. пособие. Казань: Изд-во КГТУ, 2006. - 220 с.
9.  Бакланов А.В., Неумоин С.П. Методика определения качества смешения газообразного топлива и воздуха за вихревой горелкой камеры сгорания ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2017. № 1. С. 87-92.
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., et al. 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
14.  Zheng H., Zhang Z., Li Y., LiZ. Feature-Parameter-Criterion for Predicting Lean Blowout Limit of Gas Turbine Combustor and Bluff Body Burner. Mathematical Problems in Engineering. 2013. Vol. 2013. No. 16, pp. 1-17. DOI:10.1155/2013/939234
15.  Roy G.D., Frolov S.M., Netzer D.W., Borisov A.A. High-speed deflagration and detonation: Fundamentals a. control. International Colloquium on Control and Detonation Processes Held (July 04-07, 2000; Moscow, Russia). Moscow: ELEX-KM, 2001. XXVI, 357 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 // 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. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines. Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA, Reston, VA, 2005. Vol. 210, 659 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 (13-17 January 2014; National Harbor, Maryland). 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.  Канило П.М., Подгорный А.Н., Христич В.А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. Киев: Наукова думка, 1987. 221 с.
22.  Волков Д.В., Зайцев С.А., Гольцев В.Ф. Параметрическое исследование образования оксидов азота при горении однородной метановоздушной смеси // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35. № 2. С. 9-15.
23.  Свердлов Е.Д. Разработка принципов организации рабочего процесса и облика низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ на природном газе: Дисс. ... д.т.н. М., 2010. 334 с.