RU2511992C2 - Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber - Google Patents
Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511992C2 RU2511992C2 RU2012126892/06A RU2012126892A RU2511992C2 RU 2511992 C2 RU2511992 C2 RU 2511992C2 RU 2012126892/06 A RU2012126892/06 A RU 2012126892/06A RU 2012126892 A RU2012126892 A RU 2012126892A RU 2511992 C2 RU2511992 C2 RU 2511992C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- combustion chamber
- plate
- modules
- central
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в том числе к авиационным и стационарным газотурбинным двигателям ГТД, и может найти применение в авиастроении, судостроении, на газоперекачивающих станциях и для пиковых энергетических установок в качестве привода для электрогенератора, предназначенного для выработки электроэнергии.The invention relates to gas turbine engines, including aircraft and stationary gas turbine engines of gas turbine engines, and can find application in aircraft construction, shipbuilding, gas pumping stations and for peak power plants as a drive for an electric generator designed to generate electricity.
Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2375597, МПК F02C 7/22, опубл. 10.12.2009 г. Топливный коллектор камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую трубу для подачи топлива к форсункам, установленную внутри корпуса камеры, подводящий трубопровод и размещенный снаружи камеры входной штуцер, установленный в наружной втулке, прикрепленной к корпусу камеры с возможностью осевого перемещения, снабженный внутренней втулкой, выполненной в виде, по меньшей мере, одного звена, включающего два неподвижных кольца и подвижное кольцо, установленное между ними с возможностью поперечного перемещения. Неподвижные кольца соединены с наружной втулкой, а подвижное кольцо установлено с возможностью контактирования с входным штуцером. Устройство позволяет компенсировать термические напряжения, возникающие в наружной втулке и штуцере за счет различного термического расширения корпуса камеры сгорания и топливного коллектора в осевом и поперечном направлениях. Уменьшение диаметра поверхности до диаметра штуцера позволяет уменьшить утечки воздуха.Known combustion chamber of a gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2375597, IPC F02C 7/22, publ. 12/10/2009. The fuel manifold of the combustion chamber of a gas turbine engine contains an annular pipe for supplying fuel to the nozzles installed inside the chamber body, a supply pipe and an inlet fitting located outside the chamber, mounted in an outer sleeve attached to the chamber body with axial movement, provided with an internal a sleeve made in the form of at least one link, including two fixed rings and a movable ring installed between them with the possibility of transverse movement. The fixed rings are connected to the outer sleeve, and the movable ring is installed with the possibility of contacting with the inlet fitting. The device allows you to compensate for thermal stresses that occur in the outer sleeve and the fitting due to various thermal expansion of the housing of the combustion chamber and the fuel manifold in the axial and transverse directions. Reducing the diameter of the surface to the diameter of the fitting allows you to reduce air leakage.
Недостаток - большая неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания, обусловленная небольшим количеством форсунок.The disadvantage is the large unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber, due to the small number of nozzles.
Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №215888, МПК F23R 3/26, опубл. 10.11.2000 г. Фронтовое устройство камеры сгорания для высокотемпературного газотурбинного двигателя с подводом топлива в топливные коллекторы через неподвижные разделители потока содержит фронтовое устройство, выполненное в виде ряда профилированных пластин. Профилированные пластины установлены на входе в первичные каналы с возможностью перемещения относительно друг друга в окружном направлении при изменении площадей проходных сечений первичных каналов. Каждая из профилированных пластин состоит из неподвижной и подвижной частей, телескопически соединенных между собой. Неподвижные части телескопических пластин жестко закреплены на неподвижных разделителях потока. Ответные подвижные части пластин закреплены на подвижных разделителях потока. Топливные коллекторы с одного конца с помощью внутренних шаровых шарниров закреплены на неподвижных разделителях потока, а с другого конца шарнирно закреплены к поворотным тягам, вторые концы которых шарнирно крепятся к подвижным разделителям потока.Known combustion chamber according to the patent of the Russian Federation for invention No. 215888, IPC F23R 3/26, publ. November 10, 2000. The front device of the combustion chamber for a high-temperature gas turbine engine with fuel supply to the fuel collectors through fixed flow dividers contains a front device made in the form of a series of profiled plates. Profiled plates are installed at the entrance to the primary channels with the ability to move relative to each other in the circumferential direction when changing the areas of the passage sections of the primary channels. Each of the profiled plates consists of a fixed and a moving part, telescopically connected to each other. The fixed parts of the telescopic plates are rigidly fixed to the fixed flow dividers. The reciprocal movable parts of the plates are mounted on the movable flow dividers. Fuel collectors at one end with internal ball joints are fixed to fixed flow dividers, and at the other end are pivotally attached to rotary rods, the second ends of which are pivotally attached to movable flow dividers.
Недостатки этой камеры сгорания: эмиссия вредных веществ особенно на режиме «малого газа», неполное сгорание топлива, окружная и радиальная неравномерность поля температур на выходе их камеры сгорания.The disadvantages of this combustion chamber are: emission of harmful substances especially in the “low gas” mode, incomplete combustion of fuel, circumferential and radial unevenness of the temperature field at the outlet of their combustion chamber.
Известна камера сгорания и форсуночный модуль из книги Старцев Н.И. Конструкция и проектирование камеры сгорания ГТД. Самарский государственный аэрокосмический университет, 2007 г., прототип камеры сгорания и форсуночного модуля.Known combustion chamber and nozzle module from the book Startsev N.I. Design and engineering of the gas turbine engine combustion chamber. Samara State Aerospace University, 2007, prototype combustion chamber and nozzle module.
Эта камера сгорания содержит корпус, жаровую трубу, имеющую плиту кольцевой формы с установленными на ней в два ряда форсуночными модулями и основной топливный коллектор, установленный на плите, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешней и внутренний корпусы жаровой трубы.This combustion chamber contains a housing, a flame tube having a ring-shaped stove with nozzle modules mounted on it in two rows and a main fuel manifold mounted on the stove, the cavity of which is connected by the fuel channels to the nozzle modules, the outer and inner flame tube bodies.
Недостатки этой камеры сгорания: эмиссия вредных веществ особенно на режиме «малого газа», неполное сгорание топлива, окружная и радиальная неравномерность поля температур на выходе их камеры сгорания. Все эти недостатки обусловлены тем, что весь расход горючего на всех режимах проходит через все форсунки камеры сгорания. Кроме того, камера сгорания должна устойчиво работать в широком диапазоне режимов от «малого газа» до «максимального режима», т.е. в диапазоне десятикратного изменения расхода топлива. Если на «максимальном режиме» перепад давления на форсунках (форсуночных модулях) будет достаточным для качественного распыления топлива, то в режиме «малого газа» перепад давления на форсунках уменьшится в 100 раз, т.к. он изменяется пропорционально квадрату расхода топлива и окажется недостаточным для качественного распыления топлива.The disadvantages of this combustion chamber are: emission of harmful substances especially in the “low gas” mode, incomplete combustion of fuel, circumferential and radial unevenness of the temperature field at the outlet of their combustion chamber. All these disadvantages are due to the fact that all fuel consumption in all modes passes through all the nozzles of the combustion chamber. In addition, the combustion chamber must operate stably in a wide range of modes from “small gas” to “maximum mode”, i.e. in the range of a tenfold change in fuel consumption. If at the “maximum mode” the pressure drop across the nozzles (nozzle modules) is sufficient for high-quality atomization of fuel, then in the “low gas” mode the pressure drop across the nozzles will decrease by 100 times, because it changes in proportion to the square of the fuel consumption and will be insufficient for high-quality atomization of fuel.
Например, если перепад давления на форсунках на «максимальном режиме» составляет 10 кгс/см2, то на режиме «малого газа» - всего 0,1 кгс/см2. Это приводит к неполному сгоранию топлива, эмиссии вредных веществ и неравномерному полю температур на выходе из камеры сгорания. Последнее приведет к прогару сопловых и рабочих лопаток турбины.For example, if the pressure drop across the nozzles at the “maximum mode” is 10 kgf / cm 2 , then at the “low gas” mode - only 0.1 kgf / cm 2 . This leads to incomplete combustion of the fuel, emission of harmful substances and an uneven temperature field at the outlet of the combustion chamber. The latter will lead to burnout of the nozzle and working blades of the turbine.
Форсуночный модуль содержит корпус, центральное тело, камеру в форме усеченного конуса, центральный топливный канал и несколько наклонных к оси форсуночного модуля выходных каналов и завихрители воздуха, выполненные между корпусом и центральным телом в виде наклонно установленных лопастей.The nozzle module comprises a housing, a central body, a truncated cone-shaped chamber, a central fuel channel and several output channels inclined to the axis of the nozzle module and air swirls made between the housing and the central body in the form of obliquely mounted vanes.
Недостатки - те же самые, они обусловлены осевым расположением форсуночного канала.The disadvantages are the same, they are due to the axial location of the nozzle channel.
Задачи создания изобретения - увеличение полноты сгорания топлива на всех режимах, снижение эмиссии вредных веществ и обеспечение равномерного температурного поля на выходе из камеры сгорания по окружности на всех режимах.The objectives of the invention are to increase the completeness of fuel combustion in all modes, reduce the emission of harmful substances and ensure a uniform temperature field at the outlet of the combustion chamber around the circumference in all modes.
Решение указанных задач достигнуто в форсуночном блоке камеры сгорания ГТД, содержащем плиту кольцевой формы с установленными на ней в несколько рядов форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, тем, что согласно изобретению форсуночные модули установлены установочными выступами в несквозные отверстия, выполненные в плите и имеющие камеры смешения в форме усеченного конуса, при этом все форсуночные модули имеют центральный топливный канал, завихрители воздуха, выполненные между корпусом и центральным телом в виде наклонно установленных лопастей, а центральный топливный канал выполнен несквозным и в него выведены тангенциальные отверстия. Форсуночные модули в рядах могут быть установлены на плите в шахматном порядке.The solution of these problems was achieved in the nozzle block of the gas turbine combustion chamber, containing a ring-shaped plate with nozzle modules mounted on it in several rows and a main fuel manifold connected to the stove, the cavity of which is connected by fuel channels to the nozzle modules, in that the nozzle modules are installed according to the invention installation ledges into non-through openings made in the plate and having mixing chambers in the form of a truncated cone, while all nozzle modules have central fuel th channel air swirlers provided between the housing and the central body in the form of slanted blades, and the central fuel passage formed therein and a non-through tangential openings withdrawn. The nozzle modules in rows can be staggered on the stove.
Решение указанных задач достигнуто в форсуночном модуле, содержащем камеру смешения в форме усеченного конуса, центральное тело, центральный топливный канал, завихрители воздуха, выполненные между корпусом и центральным телом в виде наклонно установленных лопастей, а центральный топливный канал, выполненный несквозным с выведенными в него тангенциальные отверстиями, тем, что согласно изобретению высота центрального тела выбрана из соотношения:The solution of these problems was achieved in the nozzle module containing a mixing chamber in the form of a truncated cone, a central body, a central fuel channel, air swirls made between the body and the central body in the form of obliquely mounted blades, and a central fuel channel made through and through tangential holes, the fact that according to the invention the height of the Central body is selected from the ratio:
h=(0,1…0,5)H,h = (0.1 ... 0.5) H,
где h - выступание центрального тела внутрь камеры смешения,where h is the protrusion of the Central body inside the mixing chamber,
H - высота камеры смешения.H is the height of the mixing chamber.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…5, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 5, where:
на фиг.1 приведена схема камеры сгорания ГТД,figure 1 shows a diagram of a combustion chamber of a gas turbine engine,
на фиг.2 приведен форсуночный модуль,figure 2 shows the nozzle module,
на фиг.3 приведено сечение A-A,figure 3 shows a section A-A,
на фиг.4 приведена плита с коллекторами, выполненными в виде единого узла,figure 4 shows a plate with collectors made in the form of a single node,
на фиг.5 приведена плита с форсуночными модулями, установленными в шахматном порядке.figure 5 shows a plate with nozzle modules installed in a checkerboard pattern.
Форсуночный блок камеры сгорания ГТД (фиг.1…5) содержит плиту 1 с коллектором 2, имеющим полость 3. На плите 1 установлены форсуночные модули 4, размещенные в несколько концентричных рядов 5. В плите 1 выполнены несквозные отверстия 6, которые заканчиваются цилиндрическими камерами 7, и топливные каналы 8 для подвода топлива к форсуночным модулям 4.The nozzle block of the gas turbine combustion chamber (Figs. 1 ... 5) contains a
Форсуночные модули 4 в рядах 5 могут быть установлены в шахматном порядке (фиг.5), что предпочтительнее, т.к. позволит разместить большее количество форсуночных модулей 4. Форсуночные модули 4 содержат корпус 9 цилиндрической формы, центральное тело 10, выполненное внутри корпуса 9, уступ для крепления 11, выполненный на одном торце корпуса 9, камеру смешения 12 - на другом торце и несквозной топливный канал 13, выполненные в центральном теле 9 и уступе для крепления 11. Камера смешения 12 выполнена в форме усеченного конуса. Несквозной топливный канал 13 сообщается с тангенциальными отверстиями 14. Центральное тело 10 и корпус 9 соединены лопатками 15, установленными наклонно, между которыми выполнены воздушные каналы 16 (фиг.2). В плите 1 против воздушных каналов 16 выполнены воздушные каналы 17 (от 3-х до 6-ти), разделенные перемычками 18 обтекаемой формы (фиг.1).The
Оптимальные размеры форсуночных модулей:Optimum sizes of nozzle modules:
h=(0,1…0,5)H,h = (0.1 ... 0.5) H,
где h - выступание центрального тела внутрь камеры смешения,where h is the protrusion of the Central body inside the mixing chamber,
H - высота камеры смешения.H is the height of the mixing chamber.
Для обеспечения работы камеры сгорания она имеет трубопровод 19 (фиг.1).To ensure the operation of the combustion chamber, it has a pipe 19 (figure 1).
Коллектор 2 может быть выполнен с обтекателем 20, который присоединен к нему сваркой 21.The
При работе камеры сгорания топливо подается по трубопроводу 19 в полость 3 коллектора 2, потом по топливным каналам 8 в цилиндрические камеры 7 и далее по тангенциальным отверстиям 14 - в несквозные топливные каналы 13. Воздух подается через воздушные каналы 17 в воздушные каналы 16 и смешивается с топливом в камере смешения 12. Качественная топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорания.During the operation of the combustion chamber, fuel is supplied through a
Конструкция форсуночного модуля обеспечивает более качественное перемешивание топлива с воздухом.The design of the nozzle module provides better mixing of fuel with air.
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Обеспечить эффективное плавное регулирование расхода топлива в газотурбинном двигателе с сохранением практически постоянного перепада давления на всех режимах, особенно в режиме «малого газа».1. To provide effective smooth regulation of fuel consumption in a gas turbine engine while maintaining an almost constant pressure drop in all modes, especially in the "low gas" mode.
2. Обеспечить увеличение полноты сгорания на всех режимах за счет особенностей конструкции камеры сгорания и форсуночных модулей.2. To ensure an increase in the completeness of combustion in all modes due to the design features of the combustion chamber and nozzle modules.
3. Обеспечить низкую эмиссию вредных веществ за счет качественного перемешивания топливо-воздушной смеси и за счет перемешивая продуктов сгорания, в том числе воздухом, подаваемым в зону горения средствами для подачи и закрутки воздуха.3. To ensure low emissions of harmful substances due to high-quality mixing of the fuel-air mixture and due to mixing of the combustion products, including air supplied to the combustion zone by means for supplying and swirling air.
4. Обеспечить равномерное поле температур на выходе из камеры сгорания.4. Ensure a uniform temperature field at the outlet of the combustion chamber.
5. Уменьшить радиальную неравномерность поля температур на выходе из камеры сгорания на надежность работы сопловых и рабочих лопаток и исключить вредное влияние окружной неравномерности.5. To reduce the radial non-uniformity of the temperature field at the outlet of the combustion chamber on the reliability of the nozzle and rotor blades and to eliminate the harmful effect of circumferential unevenness.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012126892/06A RU2511992C2 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012126892/06A RU2511992C2 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012126892A RU2012126892A (en) | 2014-01-10 |
| RU2511992C2 true RU2511992C2 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=49884009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012126892/06A RU2511992C2 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2511992C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690598C2 (en) * | 2015-04-01 | 2019-06-04 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, burner and combustion system for gas turbine engine |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070006587A1 (en) * | 2004-03-03 | 2007-01-11 | Masataka Ohta | Combustor |
| RU2309329C2 (en) * | 2004-09-23 | 2007-10-27 | Снекма | Frothing aerodynamic system of injection of the air-fuel mixture into the combustion chamber of the turbomachine, the turbomachine combustion chamber and the turbomachine |
| RU2349840C1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Annular combustion chamber of gas-turbine engine |
| RU2414646C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-03-20 | Геннадий Александрович Глебов | Pulsating swinging-type furnace |
-
2012
- 2012-06-27 RU RU2012126892/06A patent/RU2511992C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070006587A1 (en) * | 2004-03-03 | 2007-01-11 | Masataka Ohta | Combustor |
| RU2309329C2 (en) * | 2004-09-23 | 2007-10-27 | Снекма | Frothing aerodynamic system of injection of the air-fuel mixture into the combustion chamber of the turbomachine, the turbomachine combustion chamber and the turbomachine |
| RU2349840C1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Annular combustion chamber of gas-turbine engine |
| RU2414646C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-03-20 | Геннадий Александрович Глебов | Pulsating swinging-type furnace |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690598C2 (en) * | 2015-04-01 | 2019-06-04 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, burner and combustion system for gas turbine engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012126892A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102622706B1 (en) | Torch igniter for a combustor | |
| US9222673B2 (en) | Fuel nozzle and method of assembling the same | |
| US8438851B1 (en) | Combustor assembly for use in a turbine engine and methods of assembling same | |
| CN1707080B (en) | Method and apparatus for low emission gas turbine energy generation | |
| US8943832B2 (en) | Fuel nozzle assembly for use in turbine engines and methods of assembling same | |
| US9651259B2 (en) | Multi-injector micromixing system | |
| RU2632073C2 (en) | Fuel injection unit and device, containing fuel injection unit | |
| US10731862B2 (en) | Systems and methods for a multi-fuel premixing nozzle with integral liquid injectors/evaporators | |
| US20140144142A1 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
| CN101514819A (en) | Air-cooled swirl nozzle tip | |
| KR102503916B1 (en) | Dual-fuel fuel nozzle with liquid fuel tip | |
| EP3102877B1 (en) | Combustor | |
| CN101802365A (en) | Trapped vortex combustion chamber | |
| US9625157B2 (en) | Combustor cap assembly | |
| RU2349840C1 (en) | Annular combustion chamber of gas-turbine engine | |
| JP2019049253A (en) | Nozzle assembly for dual-fuel nozzle | |
| US20130227928A1 (en) | Fuel nozzle assembly for use in turbine engines and method of assembling same | |
| RU2511992C2 (en) | Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber | |
| RU2493493C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber | |
| RU2511977C2 (en) | Injector unit of gas-turbine engine combustion chamber | |
| US20120198812A1 (en) | Apparatus for mixing fuel in a gas turbine | |
| RU2493494C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber | |
| RU2493492C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber and nozzle module | |
| RU2612231C1 (en) | Gte combustion chamber and nozzle unit | |
| RU2493495C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber |