Способ подачи топлива в форсунки многофорсуночной камеры сгорания газотурбинного двигателя с основной и вспомогательной зонами горения

 

Использование: управление подачей топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: на режимах малый газ - 0,4 номинала количество топлива через форсунку вспомогательной зоны к количеству топлива через форсунку основной зоны горения в многофорсуночной камере сгорания поддерживают в диапазоне от 1,6 до 3,6. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и используется в области регулирования газотурбинных двигателей (ГТД), а именно регулирует подачу топлива в форсунки многофорсуночной камеры сгорания, имеющей две зоны горения вспомогательную и основную.

Известен способ регулирования состава смеси в камерах сгорания, содержащих две зоны горения вспомогательную и основную. Согласно этому способу подача топлива во вспомогательную и основную группы форсунок производится пропорционально расходу воздуха, который определяется из выражения W_A= A где А выходная площадь за компрессором; К постоянный коэффициент; ΔР Р₃-Р₁ разность давлений за и перед компрессором.

Недостатком способа подачи топлива в многофорсуночную камеру сгорания, содержащую две группы форсунок в двух зонах горения, является низкая полнота сгорания η_г≈77-95% на режимах малый газ 0,4 номинальной тяги при коэффициенте избытка воздуха в камере α 10-5,5. Применение в ГТД с многофорсуночной камерой сгорания традиционных законов подачи топлива, в которых не осуществляется регулирование местного состава смеси за форсунками дает не только низкую полноту сгорания, но и высокий уровень эмиссии загрязняющих атмосферу веществ: окиси углерода СО и несгоревших углеводородов C_nH_m. Величина коэффициента полноты сгорания в экспериментах при регулировании подачи топлива в соответствии с законами, приведенными в известных источниках, получена равной 91-93% что совершенно недостаточно для выполнения требований ГОСТа 17.2.2.04-86 и норм ИКАО на эмиссию загрязняющих веществ, таких как окись углерода и несгоревшие углеводороды. Для выполнения требований ГОСТа и стандарта ИКАО требуется полнота сгорания более 99% Причиной низкой полноты сгорания в многофорсуночных камерах с двумя группами форсунок является неоптимальность состава смеси по коэффициенту избытка воздуха в одной из групп форсунок, а конкретно в основной.

Неоптимальность заключается в величине α_мест > 1,7. Полнота сгорания достигается > 99% в диапазоне α_мест 1-1,6. Неоптимальность составов смеси в зонах горения является следствием управления подачей топлива в каждую зону пропорционально разности давлений Р Р₃-Р₁ и расходным характеристикам форсунок. Достижение полноты сгорания η_г > 99% в многофорсуночной двухзонной камере сгорания требует регулирования местного состава смеси в зоне горения за каждой форсункой в пределах, где полнота сгорания максимальная (η_г > 99% ).

Целью изобретения является получение большой полноты сгорания η_г ≥ 99% на режиме малого газа и снижение уровня выбросов окиси углерода СО и несгоревших углеводородов C_nH_m.

Цель достигается регулированием состава смеси за форсунками вспомогательной и основной зон в диапазоне α_мест 1-1,6 на режимах от малого газа до 0,4 номинального. Исследования, проведенные авторами, показали, что в многофорсуночных камерах сгорания количество топлива, подаваемого в форсунки вспомогательной и основной зон, должно находиться в пределах 1,6.3,6 где G_т.всп расход топлива через форсунки вспомогательной зоны; G_т.осн расход топлива через форсунки основной зоны; Z_всп число форсунок вспомогательной зоны; Z_осн число форсунок основной зоны.

На фиг.1 приведена зависимость полноты сгорания топливо-воздушной смеси (ТВС) от местного состава смеси за форсунками; на фиг.2 схема многофорсуночной камеры сгорания ГТД, содержащей вспомогательную и основную зоны горения; на фиг.3 зависимость коэффициента полноты сгорания на режиме малого газа от отношения
Форсунки 1 являются форсунками вспомогательной зоны, форсунки 2 основной. На режиме малого газа топливо подается в камеру сгорания соответственно предложенному способу, а на режимах от 0,4 номинала до взлетного полнота сгорания не зависит от распределения топлива по зонам, так как местный состав смеси при суммарном коэффициенте избытка воздуха α_Σ 5-2,8 находится в пределах α_мест 1,1-1,6, т.е. в пределах, где топливо-воздушная смесь горит с η_г > 99%
Способ подачи топлива во вспомогательную и основную зоны горения многофорсуночной камеры сгорания по сравнению с известными способами, где топливо регулируется пропорционально давлению (расход) воздуха за компрессором, имеет следующие преимущества:
повышается полнота сгорания на режиме малого газа на 6-8% что дает экономию топлива за полет, равную 1-1,5%
уменьшается выброс загрязняющих атмосферу веществ: окиси углерода и несгоревших углеводородов в 2 и 4 раза соответственно.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ФОРСУНКИ МНОГОФОРСУНОЧНОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ОСНОВНОЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ЗОНАМИ ГОРЕНИЯ путем регулирования суммарного расхода топлива пропорционально давлению воздуха за компрессором, отличающийся тем, что, с целью повышения полноты сгорания и уменьшения выбросов загрязняющих атмосферу веществ, на режимах от малого газа до 0,4 номинала количества топлива через форсунку вспомогательной зоны к количеству топлива через форсунку основной зоны поддерживают в диапазоне 1,6 3,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3