CC BY
43УДК 621.452.322.034
ПОИСК ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ ГАЗОТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕИ
А. А. Калашников, Е. Г. Калашникова, А. А. Корзунов, Т. С. Межекова, Г. Д. Коваленко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: kalashnikov.100@mail.ru
Важнейшей задачей создания всех без исключения тепловых машин, особенно при создании авиационных двигателей, является обеспечение требований сегодняшнего дня, которые кратко можно выразить в виде триады 3Э: «экология, экономика, эксплуатационная эффективность». Именно требование экологической безопасности стоит на первом месте при создании новых авиационных двигателей.
Ключевые слова: эмиссия, распылитель, авиационный газотурбинный двигатель, пневматические форсунки, техническое решение.
SEARCHING FOR A TECHNICAL SOLUTION TO REDUCE THE EMISSION OF TURBINE ENGINES
A. A. Kalashnikov, E. G. Kalashnikova, A. A. Korzunov, T. S. Mezhekova, G. D. Kovalenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: kalashnikov.100@mail.ru
Triads 3E such as "ecology, economy, and operational efficiency" are the most important objective to develop all heat engines, especially when designing aircraft engines it is significant to ensure the current requirements. It is the requirement of ecological safety that comes first when developing new aircraft engines.
Keywords: emission, diffuser, aircraft gas turbine engine, a pneumatic injector, a technical solution.
Для удовлетворения требованиям экологической безопасности, которые предъявляются новым авиационным двигателям, приходится применять разнообразные технические решения. Выбор того или иного технического решения при проектировании ГТД во многом зависит от его конструктивной схемы, эксплуатационных режимов и многих других факторов [1; 2].
При создании новых ГТД, для обеспечения соответствия экологическим нормам, в их конструкцию включают малоэмиссионную камеру сгорания (МКС). Техническое решение, обеспечивающее снижение эмиссионных показателей ГТД без увеличения его массы представлено в виде патента № 2285865. Особенностью данного технического решения является использование в конструкции МКС пневматических форсунок [3].
В последнее время все больше научно-исследовательских работ посвящается пневматическим форсункам и применению таких форсунок в конструкции малоэмиссионного газотурбинного двигателя (МГТД). Результатами этих работ являются выводы по достижению наилучшего качества топливовоздушной смеси и снижению выбросов основных загрязняющих веществ, таких как СН и СО в 3-5 раз, а МОх в 5-10 раз, и снижение расхода топлива на 15-20 % [4].
Основная проблема применения пневматических форсунок в устройстве авиационных ГТД заключается в обеспечении стабильного запуска и стабильной
работы ГТД на режимах малого газа. В данной статье предложен метод решения этой проблемы заключающийся в совместном использовании в конструкции двигателя пневматических и центробежных форсунок. В качестве примера такого решения данной проблемы можно привести авиационный двигатель Д-436ТП, устанавливаемый на самолет Бе-200ЧС [5].
Главной особенностью двигателя Д-436ТП является кольцевая камера сгорания, что в определенной степени упрощает задачу совместного использования центробежных и пневматических форсунок.
Применение подобного технического решения с совместным использованием пневматических и механических форсунок возможно и в других схемах КС. Например, для трубчато-кольцевой КС предложена следующая схема расположения пневматических и центробежных форсунок для двигателя прототипа ПС-90А, которая представлена на рис. 1.
Данная схема обеспечит стабильный запуск при любых условиях подобно стандартному двигателю ПС-90А, так как формально в таком случае и будет происходить запуск стандартного двигателя с его стандартными центробежными двухконтурными форсунками. Пневматические же форсунки в прототипе служат для улучшения его экологических и экономических параметров.
Для оценки эффективности применения данного технического решения, обеспечивающего снижение эмиссионных показателей авиационных двигателей,
Эксплуатация и надежность авиационной техники
был выполнен расчет выбросов загрязняющих веществ от двигателей воздушных судов гражданской авиации, разработанный «Государственным научно-исследовательским институтом гражданской авиа-
ции» совместно с «Центром экологической безопасности гражданской авиации» [6]. Результаты данного расчета в виде диаграммы представлены на рис. 2.
Рис. 1. Схема расположения форсунок в двигателе прототипе ПС - 90А: П - жаровая труба с пневматической форсункой; Ц - жаровая труба с центробежной форсункой; Ц+В - жаровая труба с центробежной форсункой и свечой зажигания (воспламенителем)
Вид загрязняющего вещества
Рис. 2. Диаграмма изменения эмиссии авиационного двигателя ПС - 90А
Библиографические ссылки
1. Расчет образования СО и МОХ в камерах сгорания ГТД [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / С. Г. Матвеев [и др.] ; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац.
исслед. ун-т). Электрон. текстовые и граф. дан. (1,07 Мбайт). Самара, 2012. 1 эл. опт. диск (CD-ROM). Расчет образования CO и NOX в камерах сгорания ГТД.
2. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД: пер. с англ. М. : Мир, 1986. 566 с., ил.
3. Патент РФ № 2285865 [Электронный ресурс] : МПК F23R3. URL: http://www.findpatent.ru/patent/228/ 2285865.html. Фронтовое устройство камеры сгорания и способ организации рабочего процесса в ней.
4. Калашников А. А., Кучкин А. Г. Совершенствование процесса смесеобразования в ГТД // Вестник СибГАУ, 2016. С. 286-287.
5. Руководство по летной эксплуатации самолета-амфибии Бе-200ЧС [Электронный ресурс] : Руководство по летной эксплуатации. URL: http://voennizdat. com/teh/avia/tehavia138.pdf. Самолет-амфибия Бе-200ЧС.
6. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ двигателями воздушных судов гражданской авиации. Согл. М-вом трансп. РФ, 2008. М., 2007.
References
1. Calculation of the formation of CO and NOX in combustion chambers turbine engines [Electronic resource]: electron. training. allowance / S. G. Matveev [et al.] ; Ministry of Education and Science of Russia, Samar. state. aerospace. un-t them. S.P. Koroleva (National Research University Un.). Electron. text and graph. Dan. (1,07 MB). Samara, 2012. 1 e. opt. disk
(CD-ROM), Calculation of the formation of CO and NOX in the combustion chambers of turbine engines.
2. Lefevre A. Processes in the combustion chambers turbine engines: [trans. from English.]. M. : Mir, 1986. 566 p., 1ll.
3. Patent of the Russian Federation No. 2285865 [Electronic resource]: IPC F23R3. Access mode: http:// www.findpatent.ru/patent/228/2285865.html. Frontovoye ustroystvo kamery sgoraniya i sposob organizatsii rabo-chego protsessa v ney.
4. Kalashnikov A. A., Kuchkin A. G. Perfection of the process of mixture formation in turbine engines // Bulletin of SibGAU, 2016. Pp. 286-287.
5. Manual on flight operation of amphibian aircraft Be-200C [Electronic resource]: Manual on flight operation. Access mode: http://voennizdat.com/teh/ avia/tehavia138. pdf.pdf. Amphibian aircraft Be-200Ch.
6. Methodology for calculation of pollutant emissions by engines of civil aircraft. Acc. the Russian Federation, 2008. M., 2007.
© Калашников А. А., Калашникова Е. Г., Корзунов А. А., Межекова Т. С., Коваленко Г. Д., 2017
