RU204041U1

RU204041U1 - Dual-circuit nozzle

Info

Publication number: RU204041U1
Application number: RU2020128210U
Authority: RU
Inventors: Павел Марсович Тимофеев
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-05-04

Abstract

Полезная модель относится к камерам сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД), работающих преимущественно на газообразном топливе.Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении полноты сгорания топлива, обеспечении высокого качества смешения топлива с воздухом, обеспечении минимальной неравномерности температур на выходе из форсунки, снижении выбросов вредных загрязняющих веществ, повышении высокой надежности работы форсунки.В лаборатории было произведено газодинамическое испытание с положительными результатами опытного экземпляра и прототипа с одинаковыми входными характеристиками. Опытный экземпляр имел большую зону обратных токов и большую скорость выхода топливно-воздушной смеси из форсунки по сравнению с прототипом.При проведении испытания влияния струевыпрямителя на высокое качество смешения топлива с воздухом было выявлено, что двухконтурная форсунка имеет меньшее количество капель и меньший их диаметр в сравнении с прототипом. Испытание проводилось с одинаковым расходом топлива для прототипа и опытного экземпляра.Также было отмечено, что сами капли падают дальше и зона обратных токов у двухконтурной форсунки больше, чем у одноконтурной форсунки.Заявленное техническое решение позволяет повысить полноту сгорания топлива, обеспечить качественное смешения топлива с воздухом, повысить надежность работы форсунки, уменьшить вредные выбросы загрязняющих веществ, таких как азот.The utility model relates to combustion chambers (CC) of gas turbine engines (GTE) operating mainly on gaseous fuel. The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of fuel combustion, ensure high quality mixing of fuel with air, and ensure minimum unevenness of temperatures at the outlet from the nozzle, reducing emissions of harmful pollutants, increasing the high reliability of the nozzle. A gas-dynamic test was carried out in the laboratory with positive results for a prototype and a prototype with the same input characteristics. The prototype had a large area of reverse currents and a higher rate of exit of the fuel-air mixture from the nozzle compared to the prototype. When testing the effect of the flow straightener on the high quality of mixing fuel with air, it was found that the bypass nozzle has a smaller number of drops and a smaller diameter in comparison with a prototype. The test was carried out with the same fuel consumption for the prototype and the prototype. It was also noted that the droplets themselves fall further and the zone of return currents at the double-circuit nozzle is larger than that of the single-circuit nozzle. The claimed technical solution allows to increase the completeness of fuel combustion, to ensure high-quality mixing of fuel with air , improve the reliability of the injector, reduce harmful emissions of pollutants such as nitrogen.

Description

Известно изобретение (Патент РФ 2 692 443 F23R 3/14), известна форсунка, содержащая корпус завихрителя, включающего лопаточный завихритель с установленными под углом 45° лопатками, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным шнеком и дроссельной шайбой, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку, смесительную втулку - удлиненной цилиндрической формы с расширением на конце, на задней стенке корончатой гайки имеется отверстие, во внутренний канал корпуса форсунки установлен корпус распылителя с воздушным и топливным каналом, между корпусом форсунки и корпусом завихрителя установлен распылитель с радиальными отверстиями, лопатки завихрителя закручены по винтовой линии, шайба дросселирующая имеет полукруглые каналы. The invention is known (RF Patent 2 692 443 F23R 3/14), a nozzle is known containing a swirler body, including a vane swirler with blades installed at an angle of 45 °, a mixing sleeve, a nozzle body containing an internal channel with an installed auger and a throttle washer, sealing rings , throttling washer, castle nut, mixing sleeve - elongated cylindrical shape with expansion at the end, there is a hole on the rear wall of the castle nut, an atomizer body with an air and fuel channel is installed in the inner channel of the nozzle body, a sprayer with radial holes, the swirler blades are twisted along a helical line, the throttling washer has semicircular channels.

Основными недостатками данного технического решения указанной форсунки (горелки):The main disadvantages of this technical solution of the specified nozzle (burner):

- низкая полнота сгорания топлива, вследствие формирования слабо закрученной струи газа.- low completeness of fuel combustion, due to the formation of a weakly swirling gas jet.

- малая зона обратных токов для поддержания стабильного горения в камере сгорания.- a small zone of return currents to maintain a stable combustion in the combustion chamber.

- низкое качество перемешивания смеси топлива и воздуха.- poor mixing quality of the mixture of fuel and air.

Указанные выше недостатки можно интерпретировать следующим образом:The above disadvantages can be interpreted as follows:

- не обеспечивает возможность повышения полноты сгорания топлива,- does not provide the possibility of increasing the completeness of fuel combustion,

-не обеспечивается качество смешения топлива с воздухом,- the quality of mixing fuel with air is not ensured,

- не обеспечивает большую зону обратных токов для поддержания стабильного горения.- does not provide a large area of return currents to maintain a stable combustion.

Технической задачей заявленного изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков прототипа. Технический результат «обеспечение возможности повышения полноты сгорания топлива» и «обеспечение качества смешения топлива с воздухом» достигается за счет того, что во внутреннем контуре форсунки, расположены лопатки с углом крутки равным 52 градуса, в наружном контуре, расположены лопатки с противоположным углом крутки равным 52 градуса. Это обеспечивает большую закрученность струи и повышает полноту сгорания топлива. Также это обеспечивает лучшее перемешивания топлива и воздуха из-за взаимного проникновения закрученного потока одного контура в другой. На выходе из топливного канала установлен струевыпрямитель с отверстиями в виде сетки. Данное решение обеспечивает высокое качество смешения топлива с воздухом, за счет дробления топливной струи на более маленькие струйки. Выбор отверстия в виде сетки обеспечивает большое дробление топливной струи. Предложенное техническое решение находится на уровне изобретения, обладающего новизной и полезностью.The technical objective of the claimed invention is to eliminate the above disadvantages of the prototype. The technical result "ensuring the possibility of increasing the completeness of fuel combustion" and "ensuring the quality of mixing of fuel with air" is achieved due to the fact that blades with a twist angle equal to 52 degrees are located in the internal circuit of the nozzle, blades with an opposite twist angle equal to 52 degrees. This ensures a greater swirling of the jet and increases the completeness of fuel combustion. It also provides better mixing of fuel and air due to the mutual penetration of the swirling flow of one circuit into another. A stream straightener with mesh-like holes is installed at the outlet of the fuel channel. This solution provides a high quality mixing of fuel with air, due to the fragmentation of the fuel jet into smaller jets. The choice of a mesh hole provides a large crushing of the fuel jet. The proposed technical solution is at the level of an invention with novelty and usefulness.

Сущность изобретения поясняется примерами конструктивного выполнения, приведенными на фиг. 1. На фиг. 1 приведен продольный разрез двухконтурной форсунки.The essence of the invention is illustrated by the examples of the constructive implementation shown in FIG. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a two-circuit nozzle.

Двухконтурная форсунка содержит: The two-circuit nozzle contains:

внешний корпус (1); внутренний контур, в котором расположены лопатки с углом крутки, равным 52 градуса (3); наружный контур, в котором расположены лопатки с противоположной углом крутки равным 52 градуса (2); корпус форсунки (4); уплотнительные кольца (5); дросселирующая шайба с полукруглыми каналами (6); outer casing (1); the inner contour, in which the blades are located with a twist angle equal to 52 degrees (3); the outer contour, in which the blades are located with the opposite twist angle equal to 52 degrees (2); nozzle body (4); sealing rings (5); throttling washer with semicircular channels (6);

кольцевой разделитель, разделяющий первый и второй контур (7); распылитель с радиальными отверстиями (8); кольцевой разделитель, разделяющий первый контур и канал для подачи топлива (9); канал для подачи топлива (10); корпус распылителя (11); корончатая гайка (12). an annular spacer separating the first and second circuit (7); Radial Hole Sprayer (8); an annular divider separating the first circuit and the fuel supply channel (9); fuel supply channel (10); atomizer body (11); castellated nut (12).

На фиг. 2 изображен:FIG. 2 shows:

Струевыпрямитель с отверстиями в виде сетки (13).Straightener with mesh openings (13).

Поток воздуха (Фиг. 1.) движется через лопатки завихрителя, расположенных во внутреннем контуре (3) и наружном контуре (2) и эжекционный канал корпуса распылителя (11), топливный газ поступает в отверстия корпуса форсунки и попадает в канал образованный корпусом форсунки (4) и корпусом распылителя (11), затем выходит через радиальные отверстия распылителя (8). Топливо, прошедшее через радиальные отверстия в распылителе (8), смешивается с воздухом, подаваемым через лопатки завихрителя во внутреннем контуре (3) и подается в канал во внутреннем контуре. Струя топлива, прошедшая через топливный канал (10), разбивается на маленькие струйки топлива, с помощью струевыпрямителя (13). Закрученный поток воздуха, прошедший внутренний контур (3) движется быстрее, чем в наружном контуре (2), в результате чего возникает эжекционный эффект и топливо-воздушная смесь увлекается эжекционной струей в зону горения формируя на выходе из форсунки бедную смесь с коэффициентом избытка воздуха больше 1. Закрученный в противоположную сторону поток в наружном контуре (2), обеспечивает лучшее перемешивания топлива и воздуха из-за взаимного проникновения закрученного потока одного контура в другой. The air flow (Fig. 1) moves through the swirler blades located in the internal circuit (3) and the external circuit (2) and the ejection channel of the nozzle body (11), the fuel gas enters the openings of the nozzle body and enters the channel formed by the nozzle body ( 4) and the nozzle body (11), then exits through the radial holes of the nozzle (8). The fuel that has passed through the radial holes in the atomizer (8) is mixed with the air supplied through the swirler blades in the internal circuit (3) and is fed into the channel in the internal circuit. The jet of fuel that has passed through the fuel channel (10) is broken up into small jets of fuel using a stream straightener (13). The swirling air flow passing through the internal circuit (3) moves faster than in the external circuit (2), as a result of which an ejection effect occurs and the fuel-air mixture is carried away by the ejection jet into the combustion zone, forming a lean mixture at the outlet of the nozzle with an excess air ratio greater 1. The flow swirled in the opposite direction in the outer loop (2) provides better mixing of fuel and air due to the mutual penetration of the swirling flow of one loop into the other.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости на стандартном оборудовании в КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ с применением современных материалов и технологий.The claimed technical solution meets the requirement of industrial applicability on standard equipment at KNRTU im. A.N. Tupolev-KAI with the use of modern materials and technologies.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из исследованного заявителем уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизны» и «изобретательский уровень».The analysis of known technical solutions, carried out according to scientific, technical and patent documentation, showed that the set of essential features of the proposed technical solution is not known from the prior art studied by the applicant, therefore, it meets the conditions of patentability of "novelty" and "inventive step".

Claims

A two-circuit nozzle containing an outer body, a nozzle body, O-rings, a throttling washer with semicircular channels, a spray gun with radial holes, a castellated nut, a nozzle body, characterized in that it additionally contains an annular divider separating the first and second circuits, an annular separator separating the first a contour and a channel for fuel supply, while the blades are re-profiled in the inner contour with a twist angle equal to 52 °, a second contour with a twist angle equal to 52 ° is additionally introduced, where the twist of the swirler blades is directed in the opposite direction of the swirler blades twist in the inner contour, the ratio of the two diameters of the outer and inner contour was selected to be 0.6, and a flow straightener in the form of a grid was added to the fuel supply channel.