Автореферат (Метод подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом во фронтовом устройстве авиационной малоэмиссионной камеры сгорания), страница 5

Фронтовой модуль состоит из центрального топливовоздушного канала (1) и периферийного канала (2).? 1ентральный канал включает в себя тангенциальный завихритель (3), который соединяется резьбовым соединением с внутренней втулкой (5), имеющей два топливных отверстия (б) диаметра 0,3 мм, цилиндрический обтекатель (4) и выходное коническое сопло (11).

Втулка (5) имеет сварное соединение с наружной втулкой (7), при этом между двумя втулками образуется топливный канал (8). В свою очередь, наружная втулка (7) имеет четыре топливных отверстия (9) диаметром 0,3 мм. Подача топлива во фронтовое устройство осуществляется через топливный подвод (1О). Периферийный топливовоздушный канал (2) состоит из корпуса (12), 1-го канала радиального завихрителя (13), который одевается на наружную втулку, (7) и поджимающим соплом (14). Сопло (14) плотно прижимается к корпусу (12) по конической поверхности 2-го канала радиального завихрителя (15) и выходным топливовоздушным соплом (1б). $,::-"-' ~ 1.:1 Рисунок 13 - Поля давлений (цвет) и скорости (вектор) в продольном сечении фронтового модуля. Рисунок 14- Изолинии движения и закрутки потока воздуха через каналы воздушных завихрителей фронтового модуля КС. за а ь 1С 1ь ~а 1Ь ЬРв, кПв Рисунок 15- Расходная характеристика фронтового модуля по воздуху.

4 з,ь -+- Я4 -46- М 2 а ЬРт, кПа Рисунок 16 - График расходной характеристики фронтового модуля КС по топливу: Х2 — 2 центральные форсунки, Х4-4 внешних форсунок, 1М6 -2 центральные и 4 внешние форсунки. 20 25 и 2 3 О 1,5 0 20 40 80 80 100 ЛРв=1,5 кйа; ( т=1 г/с ЛРв=3,0 кПа; Ст=! г/с Л Рв=3,0 кПа; Ст=3,0 г/с ЛРв=10,0 кПа; Ст=1,0 г/с Рисунок 17 — Формирование топливовоздушного факела распыла за фронтовым модулем в открытом пространстве, и фотографии поперечного разреза в лазерном ноже при различном перепаде давления воздуха.

0~о(мкм) Взг(мкм) бО ьо ~о -7о -бо -и -4о -зо -то ло о ю м зо ~о .-о ьо то -70 -60 -50 -40 -30 -20 -1О 0 1О 20 30 40 «О У(мм) У(мм) С г'розт(10" 5) Щм/с) 40-- 20 -' 20 -20 -70 -60 -50 .40 -30 -20 -!О О 20 20 30 40 50 60 70 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -!О 0 20 20 30 40 50 60 70 3)'(мм) Ъ'(мм) — ИРвоз.=1.5 кПа, Ю=! гlс — + — 4!Рвозг 3 кПа, Сз=З г7с — Я вЂ” )2Рвоз.=З кПа, Сз=1 г/с — + — )2Рвоз.=10 кПа, с*2=1 г!с Рисунок 18 — Графики распределения среднего (В20) и среднезаутеровского (В32) диаметра, скорости ($3) и объемной концентрации (Сз) капель топлива по сечению факела распыла. Рисунок 19 - Фотография образования азрозоля (слева) и поперечного сечения в лазерном ноже за горелкой с пневмораспылом, и окружная неравномерность распределения топлива(справа).

020(52ка!) В32(мкм) 14 6 . .70 -69 00 -40 -26 -20 -16 9 16 26 Э) 40 90 40 -70 -66 -90 -46 16 -20 -19 6 19 26 39 М) 50 60 Ъ" (мм) 3)' (мм) С 'р (10.5) г.о Щм/с) зо го гз 1.» ».з -г -о га -ьо -и .ао -зо -го -г» о го го зо ьо зо ьо -г» .ь» -и -ьо -зо -го -го о го го з» ь»»а ьо У (мм) У (мм) — ЛРв=20 кПа, Св=23 г/с, Ст=0,3(Х4); -+ — ЛРв=20 кПа, Св=23 г/с, Ст=0,3(Х2); — й — ЛРв=20 кПа, Св=23 г/с, Ст=0,3(Х6) Рисунок 20 — Распределение среднего Вго и среднезаутеровского Озг диаметра частиц, осевой скорости воздуха по 5 мкм частицам и объемной концентрации топлива в факеле распыла.

3,5 М 2 ьо 1,5 1,5 а горелок Рисунок 21 — Зависимость выхода оксидов азота от ц горелок при Рк=0,5МПа, Тк=680К. Из приведенного расчета видно, что при сжигании равномерной смеси пропан/воздух уровень образования эмиссии ХОх имеет экспоненциальную зависимость от коэффициента избытка воздуха и лежит несколько ниже Для апробации разработанного метода подготовки топливовоздушной смеси и работоспособности фронтового модуля с пиевмораспылом топлива были проведены огневые испытания на стенде ЦИАМ в модельном 3-х горелочном отсеке КС (т .6.=34мс) при повышенных давлениях среды.

Целью испытаний являлось определение диапазона устойчивости горения и исследование эмиссионных характеристик. Оценка полученного уровня эмиссии ХОх представлена на рисунке 21, на котором приведено сравнение с расчетной кривой образования оксидов азота при сжигании гомогенной смеси пропан-воздух в зависимости от коэффициента избытка воздуха в горелках при Рк=0,5МПа, Тк=680К. полученных результатов по данным испытаний 3-х модульного отсека. Следует отметить, что максимальное значение экспериментально полученного индекса эмиссии ХОх превышает примерно в 4 раза по сравнению с расчетной кривой выгорания смеси пропан!воздух. Данный факт еще раз подтверждает, что разработанный метод подготовки смеси жидкого топлива с воздухом и формируемый за фронтовым модулем аэрозоль обладает высокой степенью гомогенизации, близкой к состоянию «идеальной» смеси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Разработан метод подготовки равномерной смеси жидкого (в том числе альтернативного) топлива с воздухом во фронтовом устройстве авиационной малоэмиссионной камеры сгорания ГТД. Метод получения равномерной смеси жидкого топлива с воздухом заключается в формировании интенсивного однонаправленного закрученного под углом 60' к оси фронтового устройства потока воздуха и скоростным распылом-дроблением кольцевой топливной пленки с поверхности распылителя„ находящегося под влиянием дополнительного давления воздуха, оказываемого от профилированного сопла, обеспечивающее минимальную толщину распыливающей пленки жидкости. 2. Разработан пневматический фронтовой модуль КС, формирующий на выходе из сопла равномерную смесь жидкого топлива с воздухом.

Экспериментально установлено„что равномерность распределения капель топлива за горелкой в окружном сечении формируемого факела распыла более 90%. Средний Заутеровский диаметром частиц топлива по факелу на режиме запуска составляет 39 мкм и на малом газе 21 мкм. На расстоянии 30 мм от среза сопла на оси аэрозоля организованна интенсивная зона стабилизации диаметром =20 мм. 3. Разработана общая классификации воздушных завихрителей по типу закрутки потока, используемые во фронтовых устройствах камер сгорания при проектировании устройств с пневматическим распыливанием жидких топлив. 4.

Получены экспериментальные данные по влиянию физических свойств жидких альтернативных топлив на характеристики аэрозоля при различных способах распыла, на основе которых выведена зависимость влияния параметров жидкости на средний Заутеровский диаметр образующихся капель топлива при пневматическом способе распыла. Так, например, пневматическое распыливание сильновязких топлив позволяет получить топливовоздушный факел, с дисперсностью аэрозоля сравнимой с керосином ТС-1, и может применяться в основной системе топливоподачи для основных камер сгорания ГТД работающих как на нефтяных, так и на биотопливах. 5. Результаты огневых испытаний 3-х горелочного отсека КС с разработанными фронтовыми модулями доказали работоспособность метода, в пределах устойчивого горения на режиме малого газа а„,=4,5.

Получено значимое снижение индекса эмиссии ХОх, при изменении "альфа" смеси от 3,7 до 2,8 значение Е1ХОх изменяется всего в приделах от 0,68 до 3,6 г1кг т., при этом полнота сгорания топлива для всех измеренных точек ~ 99%. 6. Полученный результат соответствует самым перспективным требованиям ИКАО с большим запасом, и заведомо обеспечивают снижение эмиссии МОх на 35...45% на демонстрационной КС, и может быть получен только при сжигании равномерной топливовоздушной смеси. Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях: Публикации в журналах и изданиях, рекомендованных ВАКг 1.

Васильев А.Ю., Челебян О.Г., Блюмкин П.И. Разработка пусковых форсунок пневматического типа для полноразмерной малоэмиссионной камеры сгорания // Вестник СГАУ вЂ” 2013 - №3-2(41). С.51-56. 2. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., Ягодкин В.И. Разработка и исследование пневматической форсунки применительно к малоэмиссионной камере сгорания перспективного ГТД // Вестник СГАУ вЂ” 2011 - №5(29) — С.65-71. 3. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., Медведев Р.С. Особенности применения биотопливной смеси в камерах сгорания современных газотурбинных двигателей // Вестник СГАУ вЂ” 2013 - №3-2(41). С.57-62. 4.

Челебян О.Г., Силуянова М.В. Применение альтернативных топлив в авиационных газотурбинных двигателях [Электронный ресурс1. - Труды МАИ. 2016. №87. (Ж1: Ьйр://жъ я .пза1. гц/ас1епсе/ггцс1у/рцЫ(зЬец.рЬр? П)=69695. 5. Челебян О.Г., Силуянова М.В., Пневматический способ подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом в камере сгорания ГТД, // «Вестник МАИ» 2016. Т.23. №4..

С. 86-94. 6. Челебян О.Г., Силуянова М.В., Применение метода теневой анемометрии частиц для исследования характеристик аэрозоля за фронтовыми устройствами малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей, // «Вестник МАИ» 2017. Т.24. №1.. С. 75-82. Авторские свидетельства, патенты РФ: 7. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., и др. Жаровая труба с направленным вдувом воздуха.

Патент РФ на полезную модель. №118029 от 10.07.2012. Бюл. №19. 8. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., и др. Форсуночный модуль камеры сгорания ГТД. Патент РФ на изобретение №2439430 от 10.01.2012. Бюл. №1. 9. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., и др. Устройство для распыливания топлив различной вязкости в камере сгорания. Патент РФ на полезную модель. №147688 от 20.11.2014. Бюл. №32. Публикации в зарубенсных изданиях: 10.

Аппа Ма1ого~а, А1е1гаапцг Чая|1'е~ апг( Одапеа СЬе1еЬуап, "В1о(це1а Б1а1цз ай) Регзресгп е", ЬооЕ ецйег1 Ьу Ктхузгто(' В1егпа1, 1БВХ 978-953-51-2177-0, РцЫ1айец: Бер1ещЬег 30, 2015. рр. 329-347. 11. Б1гоЫп У.Х., Тойа11е~ Р.Р., СЬе1еЬуап 0.6. ТЬе це~е1орптеп1 о('111е аппца1 1ож еппзиоп сопзЬцз1ог жй11 пзц1йро|п1 гце1 1щес11оп, 6 Ецгореап Соп(егепсе о1' а Аегопац11ся апд Брасе Бс1епсеа, 29 1цпе - 3 1ц1у, КтаЕож, Ро1апд 2015.

Р. 4. Публикации в других изданиях; 12. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., и др. Анализ современных распыливаюгцих устройств камер сгорания // Камеры сгорания авиационных ГТД, раздел юбилейного сборника трудов ЦИАМ, М., ЦИАМ 2012. С.882. 13. Челебян О.Г.„Васильев А.Ю., Влияние профиля лопатки воздушного завихрителя на поле течения за фронтовым устройством малоэмиссионной камеры сгорания д Сб.

тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Новые решения и технологии в газо-турбостроении" ЦИАМ, г. Москва, 2010. С. 2. 14. А.Ю. Васильев., А.Г Голубев., А.А Свириденков., О.Г Челебян., В.И.Ягодкин, Применение флуоресцентного метода для анализа дисперсных характеристик аэрозолей Оптические методы исследования потоков: Труды .