PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com С.А. Мубояджян, Ю.И. Головкин (ФГУП ВИАМ, г. Москва; e-mail: [email protected])

ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва; e-mail: [email protected])

О РАБОТАХ ОТДЕЛА КАМЕР СГОРАНИЯ ЦИАМ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КАМЕРАМ СГОРАНИЯ

С ПОНИЖЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ ДЛЯ НАЗЕМНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

- создание опережающего научно-технического задела по малоэмиссионным высокоресурсным камерам сгорания перспективных ГТУ;

- доработка авиационных камер сгорания для применения их в наземных ГТУ в рамках конверсионных - разработка новых и модификация существующих камер сгорания ГТУ с целью обеспечения экологических, ресурсных и других требований;

- разработка стендового оборудования и модернизация стендов для проведения испытаний камер сгорания - проведение экспертизы и сертификации разработанных другими предприятиями камер сгорания ГТУ.

В рамках ФЦП «Национальная технологическая база» в отделе разрабатывается современная технология создания малоэмиссионных камер сгорания для ГТД наземного применения нового поколения с повышенными термодинамическими параметрами (давлением до 35 кгс/см2 и температурой газов до 2000 К). К настоящему времени разработана технология создания фронтовых модулей с гомогенизацией горючей смеси (патент РФ № 38218), изготовлен и испытан образец такого модуля. Разработаны, изготовлены (совместно с ВИАМ) и испытаны образцы систем охлаждения жаровой трубы с ресурсом более 20000 ч. Разработана, изготовлена и испытана двухтопливная (газ + жидкость) форсунка.

В рамках программ с Министерством науки и технологии экспериментально подтверждены принципиальные схемы перспективных камер сгорания для ГТУ мощностью 10 и 20 МВт со степенью повышения давления = 10…15 и каталитической камеры сгорания для ГТУ мощность 50…100 кВт со степенью повышения давления В рамках проводимой в авиационной отрасли конверсии в отделе проведены следующие работы:

- разработаны и экспериментально отработаны мероприятия по применению авиационной камеры сгорания изделия 77 для ГТУ-4РМ (совместно с НПО «Сатурн», г. Рыбинск);

- разработан базовый вариант камеры сгорания для ГТУ-6РМ на основе малоэмиссионной камеры сгорания авиационного двигателя Д-30КУ-154, созданной совместно с НПО «Сатурн» (патент РФ № 39686 на фронтовой модуль, заявка № 2003132123 на патент камеры сгорания);

- разработаны мероприятия по доработке камеры сгорания ГТУ-20СТ, созданной на базе изделия (совместно с ТМКБ «Союз», г. Москва);

- спроектирован и изготовлен отсек и разрабатывается вариант камеры сгорания ГТЭ-20С, создаваемой на (в рамках утвержденной ММПП «Салют, ГУП ВИАМ, ЦИАМ программы).

В рамках создания малоэмиссионной камеры сгорания для ГТУ МЭС-60 (ММПП «Салют», г. Москва) в ЦИАМ проведены испытания базового варианта жаровой трубы и подготовлены предложения по ее доработке.

Применительно к ГТУ-180 (ОАО «ЛМЗ», г. С.-Петербург) в отделе совместно с ОАО «Авиадвигатель» (г.

Пермь) разработана система охлаждения создаваемой камеры сгорания. В настоящее время в отделе проводятся экспериментальные работы по оптимизации конструкции камеры сгорания ГТУ-2,5/4/6П для работы на газовом и дизельном топливах (совместно с ОАО «Авиадвигатель») и расчетно-проектные работы по созданию малоэмиссионного варианта камеры сгорания для ГТУ НК-14СТ (совместно с ОАО «СКБМ», г. Самара).

Для обеспечения испытаний камер сгорания при повышенных давлениях (до 40 кгс/см2) и температурах газов (до 2000 К) в отделе разработан и изготовлен (совместно с ОАО «Металлист-Самара») высокотемпературный дроссель (патент РФ № 26098), успешно прошедший испытания в указанных условиях на стенде Ц-16К НИЦ ЦИАМ. Для создаваемого в ОАО «ЛМЗ» стенда испытаний камеры сгорания ГТУ-180 в отделе была разработана и поставлена заказчику турель для измерения полей давления и температур за камерой.

В отделе проводится модернизация собственных стендов для испытаний форсунок (У-373), элементов камер сгорания (У-288 и У-315) и отсеков камер сгорания (Ц5-4). Активно осваиваются современные методы численного моделирования рабочего процесса и проектирования камер сгорания.

Сотрудниками отдела проведена экспертиза конструкций камер сгорания ГТУ-150, ГТУ-180 и ГТЭ-65 (ОАО «ЛМЗ»), ГТУ МЭС-60 (ММПП «Салют»), проведена сертификация ГТУ семейства АИ-336 с мощностью 6,3; 8 и 19 МВт (ЗМКБ «Прогресс», г. Запорожье). По инициативе и активном участии отдела разработан ГОСТ Р ИСО 11042–2001 «Установки газотурбинные. Методы определения выбросов вредных веществ» и другие нормативные документы.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com Е.В Коротич, В.Е. Спицын, Б.В. Исаков, В.В. Романов («Зоря-Машпроект», г. Николаев; e-mail: [email protected])

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАМЕР СГОРАНИЯ С ДИФФУЗИОННЫМ ГОРЕНИЕМ

степени повышения давления воздуха в компрессоре к и температуры газов перед турбиной t03.

Для двигателей ДТ71, ДГ90, Д049 снижение уровня NOx обеспечивается за счет более значительного обеднения топливовоздушной смеси в зоне горения и организации нескольких диффузионных факелов, что позволяет снизить температуру факела в первичной зоне и значительно уменьшить время пребывания газов в зоне высоких температур. Топливная система одноканальная.

СО < 300 мг/м для двигателей типа ДГ90 (Ne =16 МВт), ДТ71 (Ne =6 МВт) и Д049 (Ne =2,5 МВт).

Конструктивные особенности микрофакельной 3-горелочной камеры сгорания ДГ90:

• фронтовое устройство состоит из 3 завихрителей и охлаждаемой торцевой стенки;

• зоны горения по сравнению с исходной одногорелочной жаровой трубой сокращены в 3 раза;

• коэффициент избытка воздуха в зоне горения равен 1,5…1,6.

Камера сгорания двигателя ДТ71 состоит из десяти трехгорелочных жаровых труб, каждая горелка состоит = 1,2…1,3. Как и в двигателе ДГ90, коэффициент избытка воздуха в зоне горения жаровой трубы Камера сгорания двигателя Д049 состоит из двух пятигорелочных жаровых труб, конструкция горелки аналогична конструкции горелки двигателя ДТ71.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.И. Фурлетов, В.П. Ляшенко, Г.К. Ведешкин (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва; e-mail: [email protected], [email protected])

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ

В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ГТУ НА МОДЕЛИ

Доклад посвящен физическому и математическому моделированию этого процесса.

1. Критерий приближенного моделирования вибрационного горения получен из условия самовозбуждения колебаний g d, где g и d – соответственно коэффициенты генерации и диссипации звуковой энергии. При вычислении коэффициента g используется математическое выражение для критерия Релея и вводится ряд упрощающих предположений относительно переменной и средней скорости тепловыделения. При вычислении коэффициента d предполагается, что единственным источником потерь является вынос энергии из камеры сгорания через фронтовое устройство. Примером такой камеры сгорания является малоэмиссионная камера ГТУ GTХ-100.

Из (1) следует, что при моделировании вибрационного горения нужно выдерживать соотношение между генерацией и диссипацией энергии колебаний. Параметрами, характеризующими генерацию звуковой энергии, являются степень подогрева q и показатель взаимодействия N(), который для химико-кинетического механизма обратной связи является функцией q, порядка химической реакции и показателя экспоненты Eact/RTb (Eact – энергия активации, Tb – температура продуктов сгорания). Показатель взаимодействия N() слабо зависит от частоты и не зависит от величины среднего давления газа в камере. Параметрами, характеризующими затухание звуковой энергии, в (1) являются вещественная часть акустической проводимости и ее модуль, также независящие от среднего давления газа в камере.

Полученный результат означает, что исследование вибрационного горения следует проводить на том же топливе и в том же диапазоне составов смеси, на которых работает натурная камера.

Зона горения в состоянии поддерживать колебания газа в широком диапазоне частот практически при любом механизме обратной связи, поэтому один и тот же механизм вибрационного горения может оказаться ведущим в камерах сгорания разной размерности. Зависимость от частоты, а следовательно, от геометрических свойств f L/c, где L – характерный размер камеры, с – скорость звука), проявляется, в основном, через изменение в затухании колебаний; в данном случае через зависимость акустической проводимости от частоты.

Акустическая проводимость фронтовой плиты зависит от ее проницаемости, акустической проводимости на входе в канал (она зависит от акустических свойств подводящего тракта), отношения длины канала смешения горелки к длине звуковой волны в ней, коэффициентов гидравлического сопротивления на входе в горелку и на Отсюда следует, что основные закономерности вибрационного горения могут быть изучены на полноразмерной камере сгорания при пониженных значениях давления. Величина давления при этом должна оставаться достаточно высокой, чтобы сохранить характер течения газа на выходе из камеры. Течение газа должно оставаться критическим с теми же числами Маха на входе в сопло, что и в натурной камере.

2. При уменьшении геометрических размеров и формы камеры сгорания можно говорить только о приближенном моделировании вибрационного горения. При этом следует иметь в виду, что уменьшение размеров горелки может затронуть генерирующие свойства пламени и изменить эффективность различных механизмов обратной связи. Поэтому при проектировании модельной камеры сгорания требуется сохранять в модели натурные горелки и основные габаритные размеры кольцевого канала (его высоту, расстояние между горелками, длину и изменение площади проходного сечения по длине). Это обеспечивает наилучшее моделирование самовозбуждения объемных, продольных, радиальных и комбинированных продольнорадиальных колебаний.

Наибольшую трудность представляет моделирование тангенциальных колебаний. Согласно проведенным расчетам причина заключается в том, что распределение давления в объеме камеры сгорания существенным образом зависит от радиусов ее обечаек. Чем они меньше (а также, чем выше номер тангенциальной моды), тем сильнее амплитуда колебаний давления изменяется по высоте и по окружности кольцевой камеры сгорания. В натурной камере большого размера поперечное распределение амплитуды колебаний давления близко к распределению в плоском прямоугольном канале. Распределение амплитуды колебаний давления существенным образом влияет на генерацию энергии в зоне горения и на ее "вынос" (благодаря излучению и вихреобразованию) через горелки. Поэтому модели с размером меньшим, чем натурная камера, не дают возможности исследовать все моды тангенциальных колебаний и прежде всего низшие моды этих колебаний.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com Необходима трехмерная нестационарная программа расчета, позволяющая учесть реальное распределение средних параметров течения (прежде всего температуры) внутри камеры сгорания и ее геометрию.

3. Такая программа была разработана и применена к оценке устойчивости рабочего процесса в модельной камере сгорания. Численное исследование проводилось на основе решения полной нелинейной системы уравнений, описывающей турбулентное горение газовой смеси. Система уравнений включает уравнения Рейнольдса для сжимаемого газа, нестационарные уравнения k- модели турбулентности и уравнения феноменологической модели горения. По предположению колебания скорости тепловыделения зависят от колебаний давления газа. При слабых колебаниях принятая зависимость от давления аналогична модели горения Крокко с показателем взаимодействия n. При увеличении n происходит самовозбуждение колебаний на частоте, близкой к частоте собственных колебаний газа в полости модельной камеры. Чем меньшим оказывается это граничное значение n, тем выше неустойчивость процесса горения.

Согласно расчетам процесс горения оказался наиболее неустойчивым к первой тангенциальной моде колебаний. Этот вывод был подтвержден экспериментально. Эксперимент подтвердил также вывод о влиянии длины каналов на устойчивость процесса горения.

4. После этого было проведено численное исследование устойчивости натурной камеры сгорания, число горелок в которой было в 3 раза больше. И в этом случае испытания подтвердили вывод, что камера сгорания натурной установки при заданных параметрах течения неустойчива к низкочастотным объемным (100 Гц) и, несмотря на большой ее поперечный размер, к поперечным колебаниям, имеющим очень высокую частоту ( и 2590 Гц). Эти высокочастотные колебания относятся к 10 и 16 тангенциальным модам.

5. Полученные результаты позволяют:

• использовать критерии моделирования для проектирования модельных камер сгорания с целью исследования влияния на устойчивость горения режимных параметров и проверки эффективности мероприятий • использовать найденные методы повышения устойчивости (за счет пилотного газа и длины горелок) для доводки натурных камер сгорания ГТУ;

• использовать нестационарную программу расчета аэродинамических характеристик камеры сгорания для определения параметров наиболее опасной моды колебаний (ее частоты и распределения амплитуды в полости PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com Ю.Г. Куценко, Н.А. Андрюков (ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь; e-mail: [email protected])

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ

ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДА АЗОТА И

ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При моделировании физико-химических процессов в камере сгорания особое внимание уделяется точному описанию процесса образования оксида азота. Анализ результатов расчетов показывает, что наибольший вклад в суммарный выход оксида азота дает термальный механизм Зельдовича. Предсказание уровня эмиссии оксида азота сильно зависит от методов расчета концентрации атомарного кислорода и осреднения скорости реакции с использованием -функции плотности распределения вероятности.

С использованием пакета CFX-TASCflow проведены газодинамические расчеты нескольких вариантов конструкций камеры сгорания промышленного ГТД. Данные варианты конструкций отличались между собой распределением вторичного воздуха по жаровой трубе (расположением основных отверстий). При проведении анализа результатов численного эксперимента выявлено, что основным критерием, определяющим уровень эмиссии оксида азота, является время пребывания продуктов сгорания в высокотемпературных зонах.

Результаты проведенной серии параметрических расчетов позволили выбрать конструкцию камеры сгорания, характеризующуюся минимальным уровнем эмиссии оксида азота.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com П.А. Бухштаб, В.М. Захаров, Р.С. Кашапов, А.Б. Лебедев, Д.А. Любимов, А.Н. Секундов, А.М. Старик, Н.С. Титова, С.А. Щепин, К.Я. Якубовский e-mail: [email protected], [email protected])

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДЕТАЛЬНОЙ КИНЕТИКИ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГТУ

Протестированы возможности предсказания концентраций CO, NOx, CnHm на выходе указанных камер с применением современных детальных кинетических схем окисления метана: Bowman-Miller (52 компоненты, 250 реакций), Gas Research Institute (48 компонент, 279 реакций) и две схемы группы А.М. Старика ( компонент, 385 реакций). Результаты расчетов сопоставлены с опытными данными.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com А.А. Диденко, С.О. Некрасова (СГАУ им. С.П. Королева, г. Самара; e-mail: [email protected])

АНАЛИЗ ХИМИКО-КИНЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА NOх

В УСЛОВИЯХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН

Изучается вклад в образование NOх отдельных и групп реакций различных механизмов на начальной, срединной и конечной стадии протекания общей реакции окисления горючего, а также на послепламенных участках с высоким значением температуры газа.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com А.А. Диденко, С.В. Лукачев (СГАУ им. С.П. Королева, г. Самара; e-mail: [email protected], [email protected])

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН: СРАВНЕНИЕ

УРОВНЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ «ТЕРМИЧЕСКИХ» ОКСИДОВ АЗОТА NO, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ

СГОРАНИИ ВОДОРОДА

И АВИАКЕРОСИНА В УСЛОВИЯХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН

NO. Расчеты были выполнены для условий, характерных для камер сгорания современных и перспективных ГТД и ГТУ: температура и давление воздуха ТК = 800 К, рК = 25 атм, коэффициент избытка воздуха = 0,5...2,5, время пребывания газа в зоне горения = 0,1...30 мс.

Для всего диапазона значений и индексы эмиссии NO при сгорании Н2 получаются в 2...2,5 раза большими, чем при окислении керосина. Однако, если сравнивать по абсолютным массовым единицам и при достижении одинаковых температур в камере сгорания, то более опасными по концентрации NO оказываются продукты сгорания керосина. В работе приводятся подробные результаты сравнения.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com С.В. Лукачев, С.Г. Матвеев, И.В. Чечет (СГАУ им. С.П. Королева, г. Самара; e-mail: [email protected], [email protected], [email protected])

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ

ОБРАЗОВАНИЯ КАНЦЕРОГЕННЫХ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ

УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ НА ОСНОВЕ ДЕТАЛЬНОЙ

ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

Отражается многообразие представлений данных различными авторами. Проанализированы и сведены к универсальному виду формы представления коэффициентов полиномов для расчета энтальпии, энтропии и удельной теплоемкости веществ, а также констант скоростей химических реакций. Создан программный продукт, позволяющий хранить, пополнять и конвертировать данные в различные форматы, производить необходимые сортировки и выборки по любому признаку. С его помощью сформирована детальная кинетическая схема горения углеводородных топлив, отражающая пути образования и расходования совокупности вредных веществ (состоящих из атомов C, H, N, O), в частности, канцерогенных ПАУ. Проведены сравнения данных, полученных путем тестовых расчетов на основе созданной кинетической схемы, с результатами расчетов и экспериментов других авторов, что позволяет в дальнейшем выявить пути образования бенз(а)пирена и других ПАУ.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.И. Антоновский, А.П. Пеков, С.М. Хайрулин (Филиал ОАО «Силовые машины» ОАО «ЛМЗ», г. Санкт-Петербург;

e-mail: [email protected])

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАМЕНИ

В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Предложена методика расчета теплового излучения пламени в камерах сгорания газотурбинных установок.

Приводится сравнение результатов расчета температуры стенки жаровой трубы камеры сгорания энергетической ГТУ с использованием предложенной методики с результатами натурных испытаний.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва; e-mail: [email protected], [email protected])

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕНОК

ЖАРОВЫХ ТРУБ

ДЛЯ МАЛОЭМИССИОННЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГТУ

В этой работе рассмотрен способ интенсификации конвективного охлаждения с помощью поперечных и продольных ребер и с помощью ударных струй. На основании результатов экспериментов показано, что с помощью поперечных ребер трудно получить увеличение теплоотдачи от стенки в 1,5 раза при разумных потерях давления.

С помощью ударных струй можно получить значительное увеличение теплоотдачи, но на коротком участке канала. На длинном участке канала использование ударных струй возможно при значительном конструктивном усложнении канала конвективного охлаждения.

Применение продольных ребер является наиболее эффективным средством интенсификации теплоотдачи при малых потерях давления, особенно, в случае изготовления ребер из меди с последующей их пайкой к основному материалу стенки жаровой трубы.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова», г. Самара; e-mail: [email protected])

О МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ТУРБУЛЕНТНОГО СМЕШЕНИЯ

НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ ДВИГАТЕЛЕЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО И

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

В ходе доводки на СНТК КС двигателей различного назначения получены зависимости характеристик высокочастотной (ВЧ) и низкочастотной (НЧ) неустойчивости горения от газодинамической структуры потока на выходе из фронтовых устройств (ФУ) КС, от дальнобойности струй форсунок и факелов, образованных на этих струях [1...3], отражающих интенсивность процесса турбулентного смешения в КС.

В основу разработанной автоколебательной системы положены условия обратной связи, основанные на Гиневским А.С., Власовым В.Е., Фурлетовым В.И., в частности, на воздействии возникающих акустических пульсаций давления в турбулентных струях на их прикорневую часть, которое сопровождается образованием вихревых структур, распространяющихся вдоль потока струи.

При интенcификации процесса турбулентного смешения в КС происходит увеличение углового расширения факелов форсунок [1] или горелок [2, 3] при повышении степени их турбулизации и амплитуды акустических пульсаций давления во фронте пламени, а, следовательно, усиление акустического воздействия на прикорневую часть факелов, вызывающего усиление образования вихревых структур, поступающих во фронт пламени, и возникновение неустойчивости горения.

При интенсификации кинетического горения в КС за счёт изменения состава смеси или за счёт повышения химической активности компонентов топлива усиливаются акустические пульсации давления во фронте пламени и их воздействие на прикорневую часть струй форсунок и возникновение неустойчивости горения.

Эти влияния представлены в виде автоколебательной системы, учитывающей время запаздывания, зависящее от скорости истечения смеси в КС, длины факелов форсунок, начальной неравномерности подачи компонентов топлива в КС, интенсификации и растягивания выгорания смеси вдоль КС, усилительных свойств зоны горения, изменения акустического поля в КС [1] и т.д.

На базе исследованных закономерностей повышение эффективности горения достигалось за счёт применения многофорсуночных КС, а устойчивости горения – за счёт повышения дальнобойности струй форсунок. Обобщение влияния указанных факторов позволило разработать полуэмпирическую методологию оптимизации эффективности, устойчивости горения и эмиссии вредных веществ и реализовать в конструкции КС двигателей семейства «НК». Этот опыт целесообразно использовать при создании современных высокоэффективных и надёжных двигателей аэрокосмического и энергетического назначения.

1. С а в ч е н к о В. П. Обобщение опыта организации турбулентного горения в камерах сгорания аэрокосмического и энергетического назначения // Тез. докладов международн. научн.-техн. конф. памяти В.Е. Дорошенко. – г. Самара, 2. С а в ч е н к о В.П. Повышение эффективности и устойчивости горения в камерах с выносными жаровыми трубами двигателей ГТУ.// Труды V Всеросс. научно-техн.конф. «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей».

– г. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2004. – Вып. 5. – С. 166–174.

проектирования и доводки камер сгорания // Труды V Всеросс. науч-технич. конф. «Процессы горения теплообмена и экологии тепловых двигателей» – г. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2004. – Вып. 5. – С. 174–178.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ФГУП «НПП Мотор», г. Уфа; e-mail: [email protected])

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОЗОННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ПРИ

И «БОГАТО-БЕДНОЙ» СХЕМАХ СЖИГАНИЯ

ТОПЛИВНОГО ГАЗА

• первая, сжигание основной массы предварительно перемешенного топлива в смеси «бедного» состава фу = 1,8–2,0 и оставшейся небольшой части в дежурном факеле с ф 1,0;

• вторая, сжигание предварительно перемешенного топлива в смеси «богатого» состава (фу = 0,7–0,8) с ее быстрым разбавлением и переводом на «бедное» горение до з.г. = 1,6–1,8 и гашением начальной температуры При конвертировании камеры сгорания (КС) газотурбинного привода энергоустановки ГТЭ-10/95, создаваемого на базе авиационного двигателя Р13-300, проведен комплекс экспериментальных исследований обеих схем сжигания топливного газа в составе одногорелочного отсека КС с последующей проверкой в составе По результатам исследований первой схемы получена обобщенная зависимость СNOx = (СCO, фу, см) и выявлены следующие особенности генерации NOх при горении предварительно перемешанной бедной ТВС [1]:

• забеднение фу с 1,3 до 1,7 без предварительного перемешивания (см = 0,2 мс) не снижает генерацию NOx из-за относительно большого объема зон горения с ~1,0;

• забеднение предварительно перемешенной ТВС (см = 2 мс) с фу = 1,3 до 1,7 снижает уровень NOx в 2 раза;

• предварительное перемешивание ТВС (см = 2 мс) при фу 1,3 не снижает NOx, т.к. не устраняет относительно большего объема зон горения с 1, Полученные в составе отсека результаты показали принципиальную возможность достижения минимума концентрации сNOх 50 мг/м3 в конструкции смесительной головки (СГ), обеспечивающей увеличение времени на предварительное перемешивание ТВС с 0,2 до 2 мс и ее забеднение до фу = 1,7 (кс = 4,0). Однако, в силу жестких требований по запасу устойчивости горения, в камере сгорания ГТП удалось реализовать только компромиссный вариант с фу = 1,4 и см = 0,2 мс с подачей в центр СГ 10 % не перемешенного газа и получить в результате на режиме 10 МВт концентрации NOx и СО соответственно 85–90 мг/м3 и 40–50 мг/м3.

Основной этап исследований «богато-бедной» (R-Q-L) схемы выполнен в формате серийной трубчатокольцевой камеры сгорания для двух схем фронтового устройства с составом смеси фу = 0,7–0,8:

- с радиальным завихрителем с предварительным смешением ТВС и ее подачей в зону горения через смесительный модуль;

- с серийным периферийным завихрителем с подачей топливного газа в зону горения без предварительного Исследования обоих вариантов Ф.У. проводились параллельно, их направленность имела целью реализацию максимума объема зоны горения с завершением горения «богатой» ТВС на возможно короткой длине и выбором места зоны гашения за счет оптимизации закона подвода воздуха по тракту жаровой трубы.

В варианте с периферийным завихрителем получен требуемый уровень традиционных характеристик – г (h = 0,6–0,7), кс бедн. ср. 30 и снижение генерации NOх с 170 мг/м у серийной КС до менее 50 кг/м3 [2]. В варианте с радиальным завихрителем и смесительным модулем уровня параметров КС с периферийным завихрителем достичь не удалось, особенно по неравномерности ТПГ, максимальную величину которой не удалось получить ниже 1,301,35 для всех исследованных вариантов.

Результаты исследований показали, что для камер сгорания умеренного уровня параметров цикла ( к =573 * решение двуединой задачи обеспечения высокоэффективного горения в требуемом для ГТЭ диапазоне устойчивой работы кс к с низкой концентрацией NOx может быть реализовано и в рамках отработанных газодинамических и прочностных схем базовых авиационных КС организацией процесса горения по «богатобедной» схеме. При этом фазовое состояние топливного газа и богатый состав смеси на начальном участке горения не требуют предварительного перемешивания.

Обоснованность этих положений базируется на результатах отработки по «богато-бедной» схеме горения ГТУ-4П и ГТЭ-10/95, практически одинаковых по параметрам цикла, но отличающихся уровнем скоростей на входе в камеру сгорания к = 0,28 и к = 0,41 соответственно, в которых при существенно разных законах подвода воздуха по длине КС получены требуемые характеристики при уровне концентрации оксидов азота NOx PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com М.Н. Гутник, В.Д. Васильев, Л.А. Булысова (ОАО «ВТИ», г. Москва; e-mail: [email protected])

РАСЧЁТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОТОКСИЧНЫХ КАМЕР

СГОРАНИЯ

ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ГТУ

Основной проблемой при создании таких малотоксичных камер сгорания со сжиганием гомогенных смесей является обеспечение устойчивого горения без срывов, проскоков и низкочастотных пульсаций факела.

Разработанные и испытанные на полноразмерном стенде ВТИ малотоксичные камеры сгорания различаются конструкцией дежурной горелки, способом предварительного перемешивания топлива с воздухом, соотношения между зонами по воздуху и топливу и способом охлаждения пламенной трубы.

В настоящем докладе рассмотрены результаты стендовой отработки этих камер сгорания. Проведённые экспериментальные исследования рабочего процесса показали, что на рабочих режимах (tr = 1100–1200 °С) при достижении пр = 1,9–2,2 и минимальной подаче топлива на центральную горелку Вдиф = 5 % концентрация NOx для всех испытанных камер сгорания составляет 8–15 мг/м3 (при 15 % O2), (ркс = 0,12 МПа), а полнота выгорания на рабочих режимах 99,9 %. При подаче топлива только в зону предварительного перемешивания горение происходит только в очень узком диапазоне и может возникнуть срыв пламени или вибрационное горение. Наличие дежурной (диффузионной) горелки, устойчиво работающей при малых расходах топлива через неё, позволяет устойчиво работать в широком диапазоне нагрузок без срывов и вибраций факела с минимальными выбросами вредных веществ.

При испытаниях этих камер сгорания большое внимание уделялось снижению концентрации оксидов углерода на переменных режимах. Разработали мероприятия, снижающие СО на переменных режимах до С помощью программного обеспечения проведены расчётные исследования на первых этапах конструирования малотоксичной камеры сгорания, были выбраны геометрические параметры, определены поля скорости для оценки процессов массообмена, проведены численные исследования процессов перемешивания и выгорания природного газа в топочном объеме камеры сгорания, получены температурные поля при горении предварительно перемешанной топливовоздушной смеси, определены оптимальные соотношения топлива для пилотной и основной горелки, получены поля концентрации оксидов азота при сжигании гомогенных смесей.

Проведенные исследования разработанных горелочных устройств с предварительным смесеобразованием продемонстрировали перспективность использования двухзонной «бедно-бедной» схемы при создании малотоксичных камер сгорания. Намечены пути дальнейшего совершенствования конструкции камер сгорания.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com Е.Ю. Марчуков, В.В. Куприк, М.М. Гойхенберг, С.А. Федоров, В.Г. Гончаров (НТЦ им. А. Люльки – ОАО «НПО Сатурн», г. Москва)

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ НИЗКОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЫ

СГОРАНИЯ

В докладе рассмотрены следующие проблемы и задачи:

- выбор конструктивной схемы многомодульной камеры сгорания ГТУ, создаваемой на базе авиационного - доводка экологических и других рабочих характеристик базового элемента камеры сгорания – модулягомогенизатора на модельной установке;

- экспериментальные исследования основных рабочих характеристик (по запуску, устойчивости горения, полям температур и др.) на полноразмерной камере сгорания;

- экспериментальные испытания низкоэмиссионной камеры сгорания в составе ГТУ АЛ-31СТ и отработка - опыт внедрения низкоэмиссионной камеры сгорания в промышленную эксплуатацию.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.А. Асосков, Н.С. Шестаков, М.В. Барашков, А.А. Николаев (ОАО «НПО ЦКТИ», г. Санкт-Петербург)

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ

ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ

ПРИ РАЗРАБОТКЕ И СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАЛОТОКСИЧНЫХ

КАМЕР СГОРАНИЯ С ДИФФУЗИОННЫМ И КИНЕТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ СЖИГАНИЯ

ТОПЛИВ

предварительное перемешивание или в объеме камеры сгорания, а также при балластировании зоны горения инертной средой (пар или инертный газ).

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ЗАО «ОРМА», г. Санкт-Петербург, e-mail: [email protected])

ОПЫТ СОЗДАНИЯ И ДОВОДКИ НИЗКОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

ГАЗОТУРБИННОГО ПРИВОДА ГПА

Показаны особенности течения и потокосмешения, влияние геометрии зоны предварительного смешения и выдува на эпюры скоростей и концентраций в первичной зоне.

Описана подготовка фронтового устройства к промышленным испытаниям, приведены результаты промышленного эксперимента и анализ полученных данных.

Даны рекомендации по конструктивному совершенствованию, направленные на дальнейшее улучшение камеры сгорания.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com И.И. Кутыш, Д.И. Кутыш, И.Н. Гутник [ЗАО «ВЭКОНТ»; МАИ (ТУ), e-mail: [email protected]; ОАО «ВТИ»,

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЖИМОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО

РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРОНИЦАЕМОГО

ЭЛЕМЕНТА

Даны рекомендации по оптимальному проектированию устройства предварительной подготовки смеси жидкого или газообразного топлива и воздуха для малоэмиссионной камеры сгорания стационарной ГТУ.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.К. Верхоломов, Г.Ф. Маслов (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва)

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАСПЫЛИВАНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ В

МЕТАСТАБИЛЬНОМ СОСТОЯНИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КАМЕРАМ СГОРАНИЯ НАЗЕМНЫХ

В случаях тяжелых углеводородов предлагается их использовать в виде водотопливных эмульсий (ВТЭ) изза исключительно высокой способности воды к перегреву и взрывообразному вскипанию.

Введение воды в состав топлива будет также способствовать снижению эмиссии оксидов азота и окиси С помощью разработанного в ЦИАМ диспергирующего устройства отработана технология приготовления высокостабильных ВТЭ: средний диаметр капель воды в эмульсии составил~35мкм.

На стенде Ц-16В НИЦ ЦИАМ проведено экспериментальное исследование качества распыливания ВТЭ (дизельное топливо + вода) в метастабильном состоянии. Стенд оснащен лазерным измерителем дисперсности капель и телесъемкой факела распыливания с записью на видеомагнитофон.

Экспериментально подтверждено, что вода является основным «взрывообразующим» компонентом эмульсии, от содержания и температуры перегрева которой зависит качество распыливания ВТЭ.

Получено, что с увеличением содержания воды (qВ) качество распыливания ВТЭ в верхней области метастабильных состояний улучшается. Так, при значении приведенной температуры = ТФ/Ткр 0,85 с увеличением qВ с 33 до 39 % средний диаметр капель в факеле распыливания уменьшится с 11 до 8мкм, т.е. на PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.К. Верхоломов, Е.В. Суриков (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва)

ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ

В ВОДОТОПЛИВНЫХ ЭМУЛЬСИЯХ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫХ

В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ

ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СИНТЕЗ-ГАЗА

ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ ГТУ

Для оценки оптимального содержания воды в эмульсии, в качестве которой принято дизельное топливо (ДТ) + вода, проведены термодинамические расчеты. При этом содержание воды (qВ) изменялось от 0 до 60 %. В процессе термоокислительной конверсии рассмотренный диапазон для коэффициента избытка воздуха (a) составил a=0,050,6, а для температуры воздуха В = 2981700 К. В качестве критерия эффективности процесса газификации тяжелых углеводородов приняты абсолютная и относительная теплотворные способности образующегося синтез-газа НUгг и Н Uгг = Н Uгг / Н Uт, где Н Uт – теплотворная способность «сухого» топлива В результате расчетов установлено, что от 40 до 80 % воды, содержащейся в ВТЭ, участвует в термохимических процессах конверсии углеводородного топлива в синтез-газ, что в итоге приводит к повышению КПД газификации на 612 % (НUгг=0,890,95) в сравнении с «сухим» топливом (НUгг 0,84) и к снижению оптимального значения a (с 0,35 при qВ=0 до 0,25 при qВ=45 %).

Получены обобщенные энергетические характеристики синтез-газа в зависимости от содержания воды в топливе и подогрева воздуха. Оптимальное содержание воды в ВТЭ, при котором Н Uгг достигает максимума, зависит от температуры подогрева воздуха и с повышением В с 1100 до 1700 К уменьшается соответственно с С.И. Сучков, М.Н. Гутник, А.А. Сомов (ОАО «ВТИ», г. Москва; e-mail: [email protected])

ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА

В КАМЕРЕ ГОРЕНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

2. Простой метод ступенчатого сжигания генераторного газа обеспечивает выбросы NOх ниже нормативных для твердых топлив.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com Г.К. Ведешкин, В.И. Фурлетов, Е.Д. Свердлов, Д.А. Усенко (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва; e-mail: [email protected]; [email protected])

МЕТОДИКА ДОВОДКИ НИЗКОЭМИССИОННЫХ

КАМЕР СГОРАНИЯ

Рассмотрены следующие этапы исследований:

- исследование характеристик горения при атмосферном давлении;

- в одногорелочном отсеке при полном давлении;

- в кольцевой модели камеры сгорания при пониженном и полном давлении;

- в полноразмерной камере сгорания.

Приводится сравнение эмиссионных характеристик, границ устойчивости в зависимости от давления в камере сгорания для различных типов гомогенных камер сгорания. Показано также влияние давления на срывные характеристики.

Приводятся характеристики экспериментальных установок и стендов, разработанных и созданных для каждого вида испытаний.

Стенд высокого давления:

- температура воздуха на входе в камеру сгорания до 1000 К, Горючее: метан, водород, керосин, дизельное топливо, синтез-газ.

Стенд среднего давления:

Горючее: метан, дизельное топливо, керосин.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва; e-mail: [email protected])

РАСЧЕТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В ЦИАМ ГРЕБЕНОК ОТБОРА ПРОБ ГАЗА

И ГРЕБЕНОК ТЕРМОПАР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭМИССИИ

И ПОЛЯ ТЕМПЕРАТУР НА ВЫХОДЕ ИЗ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

- Большие погрешности показаний термопар.

- Недостаточная надежность термопар.

На основе опыта эксплуатации термопарных гребенок была разработана типовая конструкция водоохлаждаемой гребенки с индивидуальными каналами для зарядки термопар. Такой подход позволяет достаточно просто зарядить и разрядить каждую термопару в отдельности, не разбирая остальные, тем самым, позволяя легко заменить вышедшие из строя термопары в короткие промежутки времени между испытаниями.

Для термопар с открытым спаем выбрано компромиссное решение между надежностью термопары и точностью ее измерений и определены размеры выноса спая из гребенки.

В процессе эксплуатации могут изменяться параметры термопары, такие как чернота спая и ориентация его в потоке, которые влияют на величину систематической ошибки. В ОСТ 101134–86 изложена методика расчета систематической погрешности показаний термопар. Для точного определения исходных параметров расчета систематической погрешности в ЦИАМ разработана установка для тарировки термопар.

Отбор газовой пробы для анализа эмиссии из камеры сгорания отличается от отбора пробы за соплом в около атмосферных условиях. Согласно нормам ИКАО вопросы, связанные с характеристикой пробоотборного насадка, решаются по соглашению между заказчиком и исполнителем в каждом случае индивидуально. Во время эксплуатации гребенок газового отбора в ЦИАМ выявились следующие проблемы:

- Не соответствие составов анализируемой пробы и газа в месте отбора.

- Разная температура пробы на выходе из гребенки при изменении режима работы камеры.

- Быстрое засорение насадков.

Важной проблемой является правильное охлаждение пробы в пробоотборнике: чтобы на всех режимах работы камеры, когда производится отбор пробы в пробе, СО не доокислилось в СО2 и не образовывался конденсат. Для решения поставленной задачи насадки в ЦИАМ проектируются с использованием принципа аэродинамического замораживания. Такие насадки засоряются медленнее, чем трубчатые соответствующего Обычно охлаждение гребенок производится холодной водой, текущей по замкнутому контуру. Часто возникает ситуация, когда давление в камере выше, чем давление охлаждающей воды. В этой ситуации недостаток охлаждения приводит к мгновенному разрушению гребенки. Необходим тщательный контроль за тепловым состоянием гребенки во время испытания и очистка каналов охлаждения от накипи. При температуре газового потока свыше 1300 °С настоятельно рекомендуется корпус гребенки покрывать теплозащитным PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com А.С. Лебедев, А.П. Пеков, Н.Н. Пономарев (Филиал ОАО «Силовые машины» ОАО «ЛМЗ», г. Санкт-Петербург;

e-mail: [email protected], [email protected])

СТЕНДЫ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НИЗКОЭМИССИОННЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ

1. Стенд для испытания камер сгорания позволяет испытывать натурные жаровые трубы камер сгорания.

Подготовлены к испытаниям камеры сгорания ГТЭ-180 и ГТЭ-65. Испытания проводятся при расходе до 30 кг/с, давлении до 9 кгс/см2 и температуре на входе до 540 °С. Применение эжекторных систем позволило снизить энергозатраты на подогрев воздуха. Особенностью стенда является применение смесителя которое позволяет на разгонных режимах наряду с изменением давления моделировать и изменение температуры в реальном масштабе времени. Применена автоматизированная система управления, задающая программу изменения давления и температур воздуха перед камерой и давления топлива перед горелками по времени.

Выполнен блок подачи газообразного топлива, имитирующий работу системы газораспределения ГТУ и обеспечивающий быстрый переход с гомогенного на диффузионный режим горения. Для сбора информации используется автоматизированная измерительная система.

2. Стенд для холодных испытаний топливной аппаратуры предназначен для испытания форсунок. Стенд оборудован лазерной системой, установленной на основании с 4 степенями свободы.

3. Стенд для испытания единичных горелок. Исследования осуществляются на жидком или газообразном топливе при горении или дистиллированной воде при исследовании распыла. Стенд оборудован лазерной системой, позволяющей измерять дисперсность распыла, концентрацию и угол факела жидкости. При применении доплеровского насадка измеряются две составляющие скоростей.

4. Стенд для холодных продувок элементов камер сгорания. Стенд предназначен для определения аэродинамических характеристик и доводки элементов камер сгорания (пламенные трубы, завихрители, горелочные устройства, переходные патрубки, диффузоры).

5. Кроме этого в состав станции включен стенд для тепловых испытаний охлаждаемых лопаток турбины.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com В.А. Акулов, Г.А. Новаченко (ЗАО ППП «Промэнергомашреновация», г. Санкт-Петербург; e-mail: [email protected])

ОПЫТ СОЗДАНИЯ И ДОВОДКИ ИЗКОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДЛЯ

МИКРОТУРБИНЫ "NETZ"

- достижение низкого уровня эмиссий NOx и СО в максимально большом диапазоне нагрузок (NOx до 9 ppm, СО до IS ppm на 100 % нагрузке);

- работа камеры сгорания в составе ГТУ с рекуператором (температура на входе в КС до 578 °С).

Для реализации этих требований была разработана конструкция камеры сгорания в составе:

- семигорелочного фронтового устройства, обеспечивающего сжигание предварительно подготовленной бедной топливовоздушной смеси;

- тремя группами подключения горелок;

- двумя регулирующими топливными клапанами; системой регулирования проходных сечений отверстий После успешного проведения цикла стендовых испытаний, включающих в себя как испытания горелочного модуля, так и всей камеры сгорания, в конце 2003 года начались испытания двух головных ГТУ, оснащенных штатными камерами сгорания.

К настоящему моменту прошел первый цикл натурных испытаний камеры сгорания в составе ГТУ, который подтвердил правильность принятой концепции и позволил оптимизировать алгоритм работы системы управления ГТУ.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com А.В. Байков, Н.Ф. Дубовкин, В.К. Верхоломов (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва)

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РЕАКТОРЫ-КОНВЕКТОРЫ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ДЛЯ

НИЗКОЭМИССИОННЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ

В отличие от ранее рассматривавшихся реакторов-конвекторов, которые обеспечивали окисление углеводородного топлива до стадии образования синтез-газа, в перспективных реакторах-конвекторах предлагается использовать реакцию парциального окисления сверхбогатых смесей углеводородного топлива и атмосферного воздуха, которая сопровождается образованием легких, преимущественно непредельных углеводородных газов. В докладе приводятся оценки основных параметров реакторов-конвекторов нового типа и освещаются особенности их рабочего процесса. Показано, что разработанная в ЦИАМ методика подачи и распыливания тяжелого углеводородного топлива в виде водотопливных эмульсий в метастабильном состоянии расширяет возможности проведения реакций парциального окисления, что, с одной стороны, увеличивает диапазон рабочих параметров реактора-конвектора, а с другой стороны, делает возможным использование тяжелых углеводородных соединений в качестве топлива в ГТУ без ухудшения их экологических показателей.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (КГТУ им. Туполева, г. Казань; e-mail: [email protected])

О ТУРБУЛЕНТНОМ ГОРЕНИИ СМЕСИ В ПОТОКЕ

За основу принята модель поверхностного распространения пламени в потоке с развитой турбулентностью.

Данная модель может быть использована при известных законах изменения локальных значений составов смеси, интенсивности турбулентности, степени испарения жидкого топлива по длине жаровой трубы.

Указанные закономерности получены на основе балансовых уравнений сохранения массы, тепла и движения.

Современное решение данных уравнений позволяет получить закономерности изменения локальных значений полноты сгорания, составе смеси, температуры продуктов сгорания, степени испарения жидкого На основе полученных данных и модели Зельдовича получены также закономерности выделения NOx в зоне Анализ обобщенных зависимостей выбросов NOx и CO, а также полноты сгорания от состава смеси в зоне горения позволяет оптимизировать режимные и конструктивные параметры камеры сгорания при их доводке.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com (ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова», г. Самара; e-mail: [email protected])

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МАЛОЭМИССИОННЫХ КАМЕР

СГОРАНИЯ ГТД И ГТУ

В ходе совместного использования натурного и численного экспериментов проводится согласование данных, которое дает исследователю основание для корректирования технологии испытаний, а также систем измерений.

В докладе предложены основные принципы совместного использования натурного и численного экспериментов, а также некоторые результаты работ в этом направлении применительно к малоэмиссионным КС, проведенных в ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова».

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com

КЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ И

ДЕТАЛЕЙ

Композиционный материал с керамической матрицей на основе SiC обладает низкой удельной массой (в 2– раза легче сталей); повышенной эрозионной, химической и коррозионной стойкостью в агрессивных средах; при эксплуатационных температурах – эффектом самозалечивания микродефектов и восстановления до 100 % исходных механических характеристик.

Отличительной особенностью керамического композиционного материала SiC-SiC ВИАМ является сверхвысокая стойкость (для керамики) при термоциклических нагрузках в продуктах сгорания топлива.

Сырьевые материалы для производства композиционного материала недефицитны и отличаются невысокой Основными технологическими процессами получения композита, оказывающими наибольшее влияние на структуру и свойства дисперсноупрочненного квазиизотропного углеродкерамического композиционного материала, является «теплое» формообразование и высокотемпературный синтез путем реакционного спекания.

Процесс реакционного спекания позволяет направленно управлять такими свойствами, как плотность, пористость, прочность при изгибе и др.

Таким образом, происходит направленное формирование в композите непрерывного каркаса, где исходные частицы включаются в непрерывную структуру, образующуюся за счет высокотемпературного синтеза из исходных компонентов.

ВИАМ ведет постоянную работу по совершенствованию эксплуатационных характеристик материала.

Возможные области применения: узлы и детали газотурбинных двигательных установок, применяемых в авиастроении, нефте- и газоперекачивающих системах, энергетике, судостроении, в конструкциях планеров самолетов, машиностроении. ВИАМ готов сотрудничать в разработках по расширению применения керамических композиционных материалов.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com С.С. Солнцев, Н.В. Исаева, Д.В. Гращенков

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ

УГЛЕРОДКЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Впервые в отечественной и мировой практике в ВИАМ разработаны высокотемпературные системы покрытий для защиты от окисления и деградации углеродкерамических композиционных материалов при температурах вплоть до 2000 °С.

Новизна защитных керамических окситермогенных систем состоит в том, что получение защитных слоев и их работоспособность в течение длительного времени при температурах до 2000 °С обеспечивается за счет химических процессов взаимодействия компонентов покрытия и кислорода окружающей среды. При этом кислород задерживается во внешних слоях покрытия, обеспечивающего многоуровневую защиту углеродного Регулирование процессов химических и фазовых превращений в покрытиях позволяет обеспечить заданный срок службы, рабочую температуру и придать такие функциональные свойства как эрозионная стойкость, излучательная способность, каталитичность и др.

Новые системы высокотемпературных покрытий ВИАМ открывают перспективу практического применения уникальных углеродкерамических композиционных материалов в окислительной среде вплоть до 2000 °С в энергетике, авиации, металлургии, машиностроении.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com С.С. Солнцев, Д.В. Гращенков, А.С. Наумова (ФГУП ВИАМ, г. Москва; e-mail: [email protected])

УГЛЕСТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ

ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ

И ДЕТАЛЕЙ

Композиционные материалы со стеклокерамической матрицей обладают низкой удельной массой (в 2–4 раза легче сталей и сплавов), относительно высокой температурой эксплуатации (на 300–400 °С выше, чем у полимерных КМ), относительно высокой вязкостью разрушения, химической инертностью, коррозионной стойкостью, высоким сопротивлением к зарождению и росту трещин, высокими удельными механическими характеристиками.

Сырьевые материалы для производства стеклокерамического композиционного материала недефицитны и отличаются невысокой стоимостью.

Основным технологическим процессом получения композита, оказывающим наибольшее влияние на его структуру и свойства, является «горячее» формование.

Гетерогенная система «стекломатрица – наполнитель», сочетая положительные свойства компонентов и обладая комплексом новых свойств, неприсущих ни одному из них в отдельности, позволяет кардинально повысить прочность и трещиностойкость хрупких стекломатериалов.

ВИАМ ведет постоянную работу по совершенствованию эксплуатационных характеристик материала. Для улучшения механических характеристик (увеличение прочности до 1000 МПа) работа продолжается в направлении создания структуры и состава композита, обеспечивающих максимальную реализацию прочностных характеристик наполнителя в КМ. ВИАМ готов сотрудничать в разработках по расширению применения и ассортимента стеклокерамических композиционных материалов.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com А.А Белоконь, Б.И.Брайнин, В.М.Захаров, О.Н.Фаворский, К.М.Хритов (НИЦ «ЭКОЛЭН», ФГУП ЦИАМ, г.Москва [email protected])

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ ПРИМЕНЕНИЯ

КАТАЛИЗАТОРОВ, РАЗРАБОТАННЫХ ИНСТИТУТОМ КАТАЛИЗА СО РАН, В КАМЕРАХ

СГОРАНИЯ МИНИ-ГТУ

Показаны реальные перспективы применения марганцевого катализатора ИКТв каталитических камерах сгорания ГТУ.

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version www.pdffactory.com