Способ сжигания топлива

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов. Способ заключается в том, что создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляется в периферийном вихре, которое продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления. В зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения, которое создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси. Изобретение позволяет повысить надежность запуска и устойчивость работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха на входе в камеру сгорания, что значительно расширяет область их применения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Известен способ сжигания топлива, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, ее последующему воспламенению и сжиганию, движение топливовоздушной смеси формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, плотность топливовоздушной смеси, которую вводят в зону горения, увеличивается по мере удаления от сформировавшегося потока продуктов сгорания, фронт пламени проходит по границе раздела области движения топливовоздушной смеси и продуктов сгорания по всей длине жаровой трубы, в передней части которой фронт пламени образует тороидальный вихрь, центральная ось которого совпадает с центральной осью камеры сгорания (см. патент SU №1726917, 1992).

Из известных способов сжигания топлива наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в патенте RU №2196940, 2003. По этому способу создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей. Дополнительно потоку топливовоздушной смеси основной камеры создают поток топливовоздушной смеси в первичной камере сгорания, поджигают его, а выход продуктов сгорания направляют в начало формирования топливовоздушной смеси периферийного вихря по направлению его вращения, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом.

Известные способы сжигания не обеспечивают достаточно надежного запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, не позволяют интенсифицировать процесс сжигания топлива. Это значительно сужает область их применения.

Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышение надежности запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

Техническая задача решается тем, что способ сжигания топлива, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом, отличается тем, что в зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения. Циркуляционное течение создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.

Наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции, способствует повышению надежности запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность запуска и устойчивость работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом. Воздух от внешнего источника подают в камеру сгорания. В периферийной области камеры сгорания создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей. В зоне начала формирования топливовоздушной смеси дополнительно создают циркуляционное течение, формирующее тороидальный вихрь топливовоздушной смеси, которая поджигается внешним источником тепловой энергии. Поток продуктов сгорания зоны циркуляции, имеющий высокую температуру и насыщенный химически активными центрами, поджигает формирующуюся топливовоздушную смесь периферийного вихря, стабилизируя процесс горения, который продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления.

Изменение осевой составляющей скорости периферийного вихря приводит к изменению скорости вращения тороидального вихря без изменения места его расположения в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.

Таким образом, наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции периферийного вихря, независимо от изменения скоростного режима течения, улучшает пусковые и рабочие характеристики, стабилизируя рабочий процесс камеры сгорания в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива (фиг.1) содержит корпус 1, жаровую трубу 2, завихритель 3, канал 4 выхода продуктов сгорания, топливные форсунки 5, воспламеняющее устройство 6, рубашку 7 охлаждения с патрубком для ввода воздуха в рубашку 8 охлаждения (фиг.2). Завихритель 3 и канал 4 выхода продуктов сгорания расположены в одном сечении, перпендикулярном центральной оси корпуса 1. Завихритель 3 - тангенциального типа. Рубашка 7 охлаждения выполнена в виде кольцевого канала, внутренняя поверхность которого образована наружной поверхностью жаровой трубы 2, а наружная - внутренней поверхностью корпуса 1. Выход из рубашки 7 соединен с входом в завихритель 3 камеры сгорания 1. Воспламеняющее устройство 6, расположенное за плоскостью перепада внутренней поверхности жаровой трубы 2 в зоне ее большего диаметра, выполнено в виде горелочного устройства факельного типа с каналом 9 выхода факела продуктов сгорания (фиг.3), направленным тангенциально к боковой поверхности жаровой трубы 2, по направлению вращения потока, выходящего из завихрителя 3 (фиг.4). Топливные форсунки 5 расположены в сечении жаровой трубы, примыкающем к зоне перепада диаметра жаровой трубы 2. Патрубок 8 установлен по касательной к внутренней поверхности корпуса 1.

Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Воздух от внешнего источника через патрубок 8 поступает в рубашку 7 охлаждения камеры сгорания, пройдя которую, поступает в завихритель 3. Разогнанный в завихрителе 3 воздушный поток поступает в жаровую трубу 2.

В периферийной области жаровой трубы 2 создается сильно закрученный воздушный поток, в начало которого из форсунок 5 подают топливо. Подвод топлива ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению приосевого вихря продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и начало канала выхода продуктов сгорания 4 находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей.

Перемещаясь вдоль жаровой трубы, периферийный вихрь, в зоне перепада диаметров жаровой трубы - зоне срывного диффузорного течения, создает циркуляционное течение, формирующее тороидальный вихрь топливовоздушной смеси, которая поджигается воспламеняющим устройством 6 - источником тепловой энергии. Поток продуктов сгорания зоны циркуляции, имеющий высокую температуру и насыщенный химически активными центрами, поджигает формирующуюся топливовоздушную смесь периферийного вихря, стабилизируя процесс горения, который продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления.

При изменении осевой составляющей скорости периферийного вихря, что характерно для пускового режима и режима максимальной теплопроизводительности, изменяется скорость вращения тороидального вихря без изменения места его расположения в зоне циркуляции периферийного вихря. Таким образом, наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции периферийного вихря, независимо от изменения скоростного режима течения, улучшает пусковые и рабочие характеристики, стабилизируя рабочий процесс камеры сгорания в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

1. Способ сжигания, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом, отличающийся тем, что в зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения.

2. Способ сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что циркуляционное течение создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения и позволяет повысить надежность и технологичность конструкции.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при изготовлении охлаждаемых жаровых труб различных топочных устройств. .

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей для авиации и наземных энергоустановок. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для воспламенения и поддержания горения в камерах сгорания различных энергетических систем газотурбинных установок (ГТУ), газотурбинных двигателей (ГТД), печах, котлах и др.

Изобретение относится к камерам сгорания турбомашин, преимущественно наземных энергоустановок, работающих на природном газе с низкой токсичностью выхлопных газов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сжиганию углеводородных топлив и устройствам для осуществления этих процессов. .

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе с низкой токсичностью выхлопных газов, в основном NOx и CO.

Изобретение относится к способам и устройствам для воспламенения топлива и может быть использовано для зажигания скоростных потоков горючих смесей в различных технологических устройствах и энергетических установках, в частности в импульсно-детонационных двигателях летательных аппаратов

Изобретение относится к области энергетического, транспортного, химического машиностроения и может быть использовано в газотурбинных установках (ГТУ)

Изобретение относится к способам и устройствам, которые вызывают движение текучей среды. Устройство, выполненное с возможностью приводить в движение газ, содержащее: по меньшей мере, первый слой и второй слой, скомпонованные в стопку, и средство для нагрева и/или охлаждения первого и второго слоев для образования горячего слоя и холодного слоя, в котором холодный слой имеет более низкую температуру, чем горячий слой; и по меньшей мере, одно сквозное отверстие в стопке, в котором: поверхность каждого горячего слоя открыта внутрь сквозного отверстия; и поверхность каждого холодного слоя открыта внутрь сквозного отверстия; и в котором: общая длина сквозного отверстия составляет до 10-ти средних длин свободного пробега газа, в которое погружено устройство, и/или не больше, чем 1500 нм. Техническим результатом изобретения является энергетически эффективное создание разности давления газа с регулируемой скоростью потока. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 21 ил., 1 табл.

Изобретение относится к энергетике. Корпус камеры сгорания газовой турбины, содержащий жаровую трубу и обсадную трубу, которая охватывает жаровую трубу и которая в своей стенке имеет множество сквозных отверстий, через которые натекающий снаружи на обсадную трубу воздух может проникать радиально в образованное между обсадной трубой и жаровой трубой промежуточное пространство. При этом предусмотрено множество расположенных в промежуточном пространстве распределенных по окружности обеих труб направляющих ребер, которые простираются соответственно радиально между обсадной трубой и жаровой трубой, а также параллельно продольному направлению труб, так что промежуточное пространство разделено направляющими ребрами на несколько продольных каналов. Также представлена газовая турбина с корпусом согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить более равномерное распределение втекающего воздуха вокруг жаровой трубы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Жаровая труба камеры сгорания содержит кольцевую внутреннюю жаровую трубу, кольцевую наружную жаровую трубу, по меньшей мере, один резонатор, горловину и уплотнительное кольцо. Кольцевая наружная жаровая труба имеет множество расположенных на ней отверстий для воздуха и расположена по окружности вокруг внутренней жаровой трубы с образованием кольцевого охлаждающего пространства между внутренней жаровой трубой и наружной жаровой трубой. Резонатор присоединен к наружной жаровой трубе так, что основание резонатора отделено от наружной жаровой трубы с образованием зазора относительно внешней поверхности наружной жаровой трубы. Горловина проходит от основания резонатора сквозь внутреннюю и наружную жаровые трубы. Уплотнительное кольцо обеспечивает возможность относительного теплового расширения между внутренней и наружной жаровыми трубами вблизи горловины. Изобретение направлено на повышение надежности камеры сгорания. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ смешивания разбавляющего воздуха с горячим основным потоком в системе последовательного сгорания газовой турбины, при этом газовая турбина содержит компрессор, первую камеру сгорания, соединенную ниже по потоку с компрессором. Горячие газы из первой камеры сгорания впускают в одну промежуточную турбину или непосредственно во вторую камеру сгорания, при этом горячие газы из второй камеры сгорания впускают в дополнительную турбину или непосредственно в систему регенерации энергии. Способ включает в себя этап, на котором осуществляют соосное введение охлаждающего воздуха жаровой трубы первой камеры сгорания с охлаждающим воздухом жаровой трубы второй камеры сгорания. Также представлены смеситель разбавляющего воздуха, а также варианты камеры сгорания для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет увеличить эффективность работы газовой турбины. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетике. Последовательное сжигающее устройство (104), содержащее первую горелку (112), первую камеру (101) сгорания, смеситель для примешивания разбавляющего газа к горячим газам, выходящим из первой камеры (101) сгорания при работе, вторую горелку (113) и вторую камеру (102) сгорания, расположенную последовательно в соединении по потоку текучей среды. Смеситель содержит множество инжекционных трубок (115), направленных внутрь от боковых стенок смесителя для примешивания разбавляющего газа для охлаждения горячих топочных газов, выходящих из первой камеры (101) сгорания с низким перепадом давления. Изобретение дополнительно относится к способу работы газотурбинной установки (100) с таким сжигающим устройством (104). Изобретение позволяет обеспечить надлежащие условия потока на впуске для второй горелки. 2 н. и 13 з. п. ф-лы, 12 ил.
Наверх