Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя

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

Приводятся особенности конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) НК-16СТ. Рассмотрены стендовое оборудование и особенности проведения экспериментов. Представлены результаты исследований по определению пропускной способности горелки, огневым испытаниям и измерению полей концентраций углекислого газа в закрученной струе на выходе из горелок с различным конструктивным исполнением. Изучена структура пламени и определен объем зоны обратных токов. Произведен выбор горелки, показавшей минимальное значение концентрации оксидов азота и оксидов углерода в отбираемых пробах. Исследовано температурное поле на выходе из камеры с базовой горелкой и горелкой, выбранной по результатам эксперимента. Представлены результаты по определению выбросов вредных загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателя, в составе которого размещались камеры сгорания с горелками различного конструктивного исполнения.

Ключевые слова

камера сгорания ГТД, конструкция жаровой трубы, модернизация, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка

Библиографический список

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

2. Rogero J-M., Rubini P.A. Optimisation of Combustor Wall Heat Transfer and Pollutant Emissions for Preliminary DesignUsing Evolutionary Techniques // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2003. Vol. 217. No A6, pp. 605-614.

3. Агульник А.Б, Онищик И.И, Хтай Т.М. Полуэмпирические модели полнотных и срывных характеристик камеры сгорания ГТД // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 6. С. 74-81.

4. Ninomiya H., Kobayashi M., Kinoshita Y., Kimura H., Hyogo A. The Development of LPP Low NOx Emissions Combustor Under the ESPR Programme in Japan. ISABE-2001-1180.

5. Shiotani H., Takagi T., Okamoto T., Kinoshita S., Teraoka H. Construction of Low NOx and High Stability Flames Aiming at Micro Gas Turbine Combustion // ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea, and Air. Vol. 1, pp. 731-737. DOI:10.1115/GT2002-30463

6. Maughan J.R., Luts A., Bautista P.J. A Dry Low NOx, Combustor for the MS3002 Regenerative Gas Turbine // ASME 1994 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition. Vol. 3, pp. V003T06A010, 8 p. DOI: 10.1115/94-GT-252

7. Jochen R.K., Sattelmayer T. Lean Blowout Limit and NOx-Production of a Premixed SUB-ppm NOx Burner With Periodic Flue Gas Recirculation // ASME Turbo Expo 2004: Power for Land, Sea, and Air. Vol. 1, pp. 261-270. DOI: 10.1115/GT2004-53410

8. Rizk N.K., Chin J.S. Modeling of NOx formation in diffusion flame combustors // 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. DOI: 10.2514/6.2002-3713.

9. Schlüter J., Schönfeld T., Poinsot T., Krebs W., Hoffmann S. Characterization of confined swirl flows using large eddy simulations // ASME Turbo Expo 2001: Power for Land, Sea, and Air (New Orleans, Louisiana, USA, June 4-7, 2001). 2001. Vol. 2, pp. V002T02A027. DOI: 10.1115/2001-GT-0060

10. Kutsenko Yu.G. A combined turbulent combustion model in studying a lean flameout process // Russian Aeronautics. 2009. Vol. 52. No. 2, pp. 208-213. DOI: 10.3103/S1068799809020123

11. Данильченко В.П., Лукачев С.В., Ковылов Ю.Л., Постников А.М., Федорченко Д.Г., Цыбизов Ю.И. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. – 620 с.

12. Koutsenko I.G., Onegin S.F. Application of CFD-based analysis tool to the PS-90A/A2 combustors to achieve low NO emission level // 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit (Fort Lauderdaly, Florida, July 11-14, 2004). Paper AIAA-2004-3878, 8 p. DOI: 10.2514/6.2004-3878

13. Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2013. № 3-1(41). С. 131-138. DOI: 10.18287/1998-6629-2013-0-3-1(41)-131-138

14. Бакланов А.В., Маркушин А.Н. Влияние формы насадка горелки на образование оксидов азота и оксидов углерода // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2017. Т. 73. № 2. С. 12-17.

15. Feitelberg A.S., Starkey M.D., Schiefer R.B., Pavri R.E., Bender M., Booth J.L., Schmidt G.R. Performance of a Reduced NO_x Diffusion Flame Combustor for the MS5002 Gas Turbine // ASME 1999 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition (Indianapolis, Indiana, USA, June 7-10, 1999). Vol. 2. No 2, pp. 301-306. DOI: 10.1115/99-GT-058

16. Ланский А.М., Лукачев С.В., Коломзаров О.В. Тенденции изменения геометрических размеров и интегральных параметров камер сгорания малоразмерных газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 47-57.

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. Маркушин А.Н., Бакланов А.В., Цыганов Н.Е. Влияние конструкции горелочного устройства на характеристики камеры сгорания ГТУ, работающей на газообразном топливе // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2011. № 3-1(27). С. 35-38.

20. ГОСТ 28775-90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2005. – 12 с.

Скачать статью