Совершенствование процесса смесеобразования в ГТД Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

УДК 621.436.038

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ГТД.

А. А. Калашников, А. Г. Кучкин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Произведен расчет параметров топливовоздушной смеси, образованной пневматической форсункой. По результатам расчета можно сделать вывод о возможности использования таких форсунок в современных авиационных газотурбинных двигателях.

Ключевые слова: смесеобразование, распылитель, авиационный газотурбинный двигатель, пневматические форсунки.

WAYS TO REDUCE EMISSIONS TURBINE ENGINES

А. A. Kalashnikov, A. G. Kuchkin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The calculation of the parameters of the air-fuel mixture formed by a pneumatic nozzle. As a result of the calculation can be concluded about the possibility of the use of such nozzles in modern aircraft gas turbine engines.

Keywords: premixing, sprayer, aircraft gas turbine engines , pneumatic nozzles .

Ухудшение экологического состояния окружающей среды и ужесточение норм на вредные выбросы требуют разработки путей по совершенствованию газотурбинных двигателей, направленных на снижение эмиссии. Основное внимание здесь уделяется снижению в продуктах сгорания оксидов азота (NOx), монооксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (HC). Уровень выброса вредных веществ зависит от качества подготовки смеси во фронтовом устройстве. Одним из признанных в мировой практике методов снижения выбросов вредных веществ является применение устройств с пневматическим распыливанием топлива.

Для авиационных ГТД выбросы вредных веществ (ВВ) нормируются в виде параметра эмиссии, равного общей массе ВВ в течение стандартного цикла «взлет-посадка», отнесенного к взлетной тяге. Благодаря такому подходу к нормированию этот параметр пропорционален индексу эмиссии, т. е. отражает качество рабочего процесса камеры сгорания (КС) - с одной стороны, а также совершенство как двигателя, так и самолета - с другой [1].

В связи с вышеизложенным задача данного исследования сформулирована следующим образом: произвести теоретическую оценку качества смесеобразования, использую пневматическую форсунку.

В результате поиска необходимой информации был найден расчет пневматической форсунки, произведенный для двух компонентов вода-воздух [2]. Работа заключалась в пересчете данной форсунки для компонентов воздух - авиационный керосин.

Используя соотношение (1) был получен медианный диаметр капли топлива распыленного через такую форсунку.

Vй7

= 2,53 • A-°'2t • ReЖ0'41-

m

^ • dc, (1)

V mr J

A D • dc -n

A =-c-—- • cos a, (2)

4 • n•a—

где А - геометрическая характеристика форсунки; D - диаметр камеры закручивания; a - сторона квадрата сечения канала; a - угол наклона завихрителя к горизонту.

Секция «Промышленная безопасность »

=

4 • -Рж

П-dc -Цж

(3)

йс - диаметр жидкостного сопла; Gж, рж, Цж - соответственно объемный расзод, плотность и вязкость жидкости.

/ п л! г 1П8 „ л„ „ „. „

d„ -Рг -®отн = Ск

®отн • ПЖ

108-Рг

1/10

ж /

тж -Рж -аж -Пг

m.„

(4)

Зная медианный диаметр капли по формуле (4) построили график зависимости медианного диаметра капель от относительной скорости воздуха в выходном канале форсунки (см. рисунок).

зоо

200

100

40 20

б

100

200

300

Woth, м/с

Зависимость медианного диаметра капель ём от относительной скорости юотн в выходном канале форсунки: а - для воды; б - для авиационного керосина

Главной особенностью таких форсунок является то, что мелкость капель распыленного топлива, обеспечиваемая данным устройством, достигает 20-40 мкм уже на режиме малого газа, что позволяет достичь минимальных значений выбросов вредных веществ [3-4]. Также при применении пневматических форсунок снижается нагрузка на топливный насос регулятор. Обусловлено это тем, что дробление жидкости происходит за счет совместной работы давления топлива и воздуха [5]. За счет обеспечения необходимого расхода топлива и воздуха с увеличением или снижением давления последнего, происходит образование качественной топливовоздушной смеси что на режиме малого газа, что на крейсерском.

Таким образом, можно сделать вывод, что переход на пневматические форсунки возможен. Используя такие форсунки, как способ распыла топлива мы обеспечиваем снижение уровня эмиссии по основным показателям, которые нормируются ИКАО, такие как оксид азота (КОх), монооксид углерода (СО) и несгоревшие углеводороды (НС), продлеваем долговечность топливных насосов и улучшаем показатели распыла топлива.

Библиографические ссылки

1. Калашников А. А., Никитевич Н. В., Турчанов А. М. Расчет эмиссии авиационных двигателей // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 0014. Т. 1. С. 019-000.

0. Пажи Д. Г., Корягин А. А., Ламм Э. Л. Распыливающие устройства в химической промышленности // М. : Химия, 1975. 000 с.

3. Лефевр А. Н. Процессы в камерах сгорания ГТД : пер. с англ. М. : Мир, 1986. 566 с.

4. Кутыш Д. И. Оптимизация геометрических и газодинамических параметров устройства двухступенчатого смешения топлива и воздуха малоэмиссионной камеры сгорания конвертированного авиационного двигателя : дис. ... кан. тех. наук: 05.07.05. М., 0004. 015 с.

5. Резников М. Е. Авиационные топлива и смазочные материалы. 0004. 303 с.

© Калашников А. А., Кучкин А. Г., 0016