автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Моделирование и исследование вихревого запально-стабилизирующего модуля камер сгорания газотурбинных установок

На правах рукописи

005052562

ТОЛМАЧЕВ Валерий Вячеславович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ЗАПАЛЬНО-СТАБИЛИЗИРУЮЩЕГО МОДУЛЯ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.04.12 - Турбомашины и комбинированные турбоустат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о 4 окт гт

Санкт-Петербург - 2012

005052562

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)» на кафедре «Турбиностроение и средства автоматики»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор БОГОВ Игорь Александрович

ЛАПШИН Кирилл Леонидович доктор технических наук, профессор кафедры «Турбинные установки и двигатели», Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ)

АКУЛОВ Владимир Алексеевич кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Тепловые двигатели» г.Санкт-Петербург

ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ») г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «23» октября 2012 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д212.229.06 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, Гл. корп., ауд. 130.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат диссертации доступен на официальном сайте СПбГПУ (11Ц://\ууу\у. spbstu.ru/).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять но адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, Ученый Совет Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Автореферат разослан « (¿¿¿^^гу^2012 I

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Талалов Виктор Алексеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Режимы запусков газотурбинных (ГТУ) и паротурбинных установок (ПТУ) являются важнейшими динамическими характеристиками их маневренных свойств. При пуске энергетических турбоустановок широко используются факель-но-искровые системы розжига камер сгорания (КС) и топок котлов, в которых используются газовые запальные устройства (ЗУ). Одним из основных требований, предъявляемых к этим системам розжига, являегся обеспечение высокой эксплуатационной надежности их элементов и, в частности, запалыю-горелочных устройств. Отказы запальных устройств приводят к отсрочке запуска турбоустановок и, следовательно, несвоевременному вводу их в электросеть, недовыработке электроэнергии, потере топлива, снижению ресурсных показателей, а в ПТУ - к нарушению взрывопожаробезопасности котельных агрегатов.

Надежность розжига КС зависит как от ее конструктивного исполнения и оптимальной компоновки системы розжига с горелочным устройством, так и от тепловых и рабочих характеристик запального факела. В КС и котлах для расширения режимов горения применяются «дежурные» горелочные устройства. Повысить температуру факела запальпо-стабилизирующего горелочного устройства, его устойчивость к внешним потокам различной пространственной ориентации и расширить пределы горения позволяет реализация в их конструкции вихревого способа передачи пламени (ВСПП) в объем КС за счет предварительной закрутки горючей смеси на входе в вихревую трубу и полного предварительного смешения горючего газа с воздухом. В соответствии с принципом работы эти системы получили название вихревых запалыю-горелочных устройств (ВЗГУ) [4, 8]. Рассматривая КС ГТУ с позиций системного анализа, можно выделить в качестве самостоятельного системообразующего модуля запалыю-стабилизирующее горелочное устройство.

Широкое внедрение перспективных вихревых запалыю-стабилизирующих модулей (ВЗСМ) до недавнего времени сдерживалось отсутствием данных о влиянии геометрических параметров конструкции на их тепловые и рабочие характеристики, а также отсутствием методики их инженерно-проектировочного расчета. Поэтому исследование тепловых и рабочих характеристик ВЗСМ на физических моделях и разработка методики проектировочного расчета конструкции ВЗСМ является весьма актуальной задачей.

Цель настоящей работы заключается в совершенствовании системы розжига камер сгорания и топок котлов турбоустановок на основе теоретических и экспериментальных исследований аэродинамических, тепловых и рабочих характеристик вихревого запалыю-стабилизирующего модуля (ВЗСМ), а также разработке инженерно-проектировочного расчета его конструкции.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: - разработать лабораторный стенд для экспериментального исследования ВЗСМ, схемы измерений, оснастить его необходимыми датчиками и измерительной аппаратурой, а также разработать научно обоснованные физические модели ВЗСМ; ^

- выполнить экспериментальное исследование влияния геометрических параметров моделей ВЗСМ на аэродинамические характеристики потока в условиях продувки этих моделей потоком воздуха (без горения);

- выполнить экспериментальное исследование влияния геометрических параметров моделей ВЗСМ, коэффициента избытка воздуха на изменение температуры и длины факела;

- определить диапазон рабочего регулирования и характеристику устойчивости горения ВЗСМ;

- выполнить сравнительный анализ пределов рабочего регулирования, температур и длин запального факела ВЗСМ и запалыю-защитного устройства (ЗЗУ);

- разработать математическую модель работосопособной длины трубы ВЗСМ на основе аналитического обобщения результатов комплексных исследований его аэродинамических и тепловых характеристик;

- разработать методику инженерно-проектировочного расчета конструкции вихревого запально-стабилизирующего модуля с тепловой мощностью 0,5... 150 кВт;

- разработать практические рекомендации по использованию ВЗСМ в камерах сгорания и топках котлов турбоустановок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработан уникальный лабораторный стенд для экспериментального исследования рабочих характеристик ВЗСМ на физических моделях с длиной трубы от 0,15 до 3 м;

- разработаны научно-обоснованные физические модели ВЗСМ, применение которых в экспериментальных исследованиях позволяет осуществлять необходимый спектр экспериментальных исследований, с варьированием геометрических параметров этих моделей в достаточно широком диапазоне;

- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден вихревой способ передачи пламени (ВСПП) в ВЗСМ, использование которого позволяет улучшить рабочие характеристики запальных и дежурных горелочных устройств КС и котлов турбоустановок;

- получено аналитическое выражение зависимости интенсивности закрутки потока от конструктивного параметра закручивающего устройства (завихрителя) и разработана математическая модель изменения интенсивности закрутки потока вдоль трубы с учетом ее длины, шероховатости внутренней стенки и начальной интенсивности закрутки;

- впервые определены тепловые характеристики ВЗСМ на основных режимах горения н аналитическая зависимость длины факела от коэффициента избытка воздуха а =0,7... 1,5 и интенсивности закрутки потока на выходе из трубы Ф*вых =2,2.. .3,5;

- впервые получена характеристика устойчивости факела ВЗСМ и определен диапазон его рабочего регулирования по расходу газа;

- определены оптимальные параметры начальной интенсивности закрутки потока с учетом шероховатости внутренней стенки вихревой трубы, коэффициента избытка воздуха, величины относительного конфузорного сужения, давлений воздуха и газа, обеспечивающие высокую эксплуатационную надежность ВЗСМ;

- впервые разработана методика проектировочного расчета ВЗСМ и осуществлена ее компьютерная реализация, позволяющая оперативно осуществлять оптимизацию конструкции модуля с требуемой длиной свободного факела для заданных условий эксплуатации.

Достоверность полученных результатов обеспечивается выполненным значительным объёмом научно обоснованных экспериментальных исследований, корректностью методики обработки опытных данных, применением апробированных методов теории подобия, удовлетворительным совпадением экспериментальных данных и расчетных величин, полученных в программном комплексе «Fluent», а также удовлетворительным совпадением геометрических и режимных параметров конструкции ВЗСМ, выполненных по разработанной автором методике проектировочного расчета, с соответствующими параметрами конструкций ВЗГУ, созданных путем длительной их экспериментальной отработки.

Практическая значимость и внедрение:

- созданный при участии автора уникальный лабораторный стенд позволяет осуществлять экспериментальные исследования рабочих процессов и режимов горения факела в ВЗСМ, различающихся тепловой мощностью;

- теоретически обоснованный и экспериментально подтвержденный автором вихревой способ передачи пламени (ВСПП) в трубах ВЗСМ может быть реализован в различных технических устройствах, функционирование которых предполагает транспортировку пламени внутри трубы на значительное расстояние: запалыю-горелочных устройствах КС и котлов, вихревых пламеперебрасывающих патрубках (ВПП) камер сгорания, микрофакельных КС, а также в вихревых горелках нагрева (ВГН), используемых в технологических операциях при производстве монтажных и демонтажных работ турбомашин [4, 11];

- полученные тепловые характеристики ВЗСМ на основных режимах горения и аналитическая зависимость длины факела от коэффициента избытка воздуха а и интенсивности закрутки потока на выходе из трубы Ф*пых позволяют осуществлять оптимальную компоновку вихревого модуля с горелочными устройствами КС и топок котлов;

- полученные характеристики устойчивости факела и рабочего регулирования по расходу газа ВЗСМ позволяют в эксплуатационных условиях осуществлять выбор оптимального режима горения;

- определены оптимальные параметры следующих величин, учет которых позволяет обеспечить высокую эксплуатационную надежность ВЗСМ: начальной интенсивности закрутки потока с учетом шероховатости внутренней стенки вихревой трубы, коэффициента избытка воздуха, величины относительного конфузорного сужения, давлений воздуха и газа;

- разработанная методика инженерно-проектировочного расчета ВЗСМ и ее компьютерная реализация, позволяют сократить затраты времени и материальные средства на разработку эффективных вихревых модулей различных мощностей и назначения для заданных условий эксплуатации и длины свободного факела £ф/с/тр =0,5... 10;

- полученные результаты исследования могут быть использованы при проектировании новых и модернизации, находящихся в эксплуатации, конструкций ВЗГУ;

- ВЗГУ внедрены в КС ГТУ типа ГТ-100, ГТЭ-65 и ГТЭ-150, ЛМЗ, а также в котлах типа ТГМ и ПТВМ. Методика проектировочного расчета ВЗСМ принята к внедрению в ОАО «Силовые машины».

Автор защищает:

1. Методику инженерно-проектировочного расчета вихревых запально-стабилизирующих горелочных модулей.

2. Аналитические зависимости:

- интенсивности закрутки потока на входе в трубу от конструктивного параметра закручивающего устройства тангенциального типа, реализующего две зоны рециркуляции;

- диаметра приосевого обратного тока на входе в трубу от интенсивности закрутки с учетом конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства.

3. Математическую модель ВЗСМ, определяющую интенсивность закрутки потока в произвольном поперечном сечении вихревой трубы и ее рабочую длину в зависимости от относительной шероховатости внутренней стенки и начальной интенсивности закрутки.

4. Тепловые характеристики ВЗСМ, полученные в стендовых условиях на физических моделях и, содержащие, следующие зависимости:

- температуры факела от коэффициента избытка воздуха на режимах горения;

- длины свободного факела от коэффициента избытка воздуха и интенсивности закрутки на выходе из трубы.

5. Характеристики устойчивости факела и пределов рабочего регулирования по расходу газа вихревых запально-стабилизирующих модулей различной тепловой мощности.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на X Всероссийской научно-технической конференции «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели» (Москва, 1996г.); на XL.IV научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (Москва, 1997г.); на НТС ПИМаш с участием представителей базовых предприятий и организаций (Санкт-Петербург, 1997, 1998, 1999 и 2000г.); Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, 2002г.) и на Международной научной конференции «Современное турбостроение» (Санкт-Петербург, 2004г.); НТС кафедры «Турбиносгроение и средства автоматики» ПИМаш (Март 2012г.); НТС кафедры «Турбинные установки и двигатели» СПбГПУ (май 2012г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи — в рецензируемых изданиях по списку ВАК.

Личный вклад автора заключается: в разработке экспериментального стенда и физических моделей ВЗСМ, схемы измерений и оснастки стенда; подготовке и проведении экспериментальных исследований; обработке и анализе экспериментальных данных, разработке аналитических зависимостей и математической модели ВЗСМ; разработке методики проектировочного расчета ВЗСМ и ее компьютерной реализации; выполнении комплекса проектировочных расчетов ВЗСМ и сравнение их харак-

теристик с опытно-промышленными образцами ВЗГУ; разработке рекомендаций по применению ВЗСМ в КС ГТУ и котлах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка литературы, иллюстраций и 13 приложений. Работа изложена на 170 листах машинописного текста, содержит 6 таблиц и 35 рисунков. Общий объем диссертации составляет 216 листов формата A4. Список литературы включаег 96 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель диссертационной работы, определен предмет исследований и представлена общая характеристика работы.

В первой главе приведен анализ способов зажигания топливовоздушной смеси в КС ГТУ, топках котлов и обзор публикаций, посвященных разработке конструктивных схем запальных устройств (ЗУ), расчетным методикам и методам исследования внутренних закрученных потоков.

Исследования и разработка конструкций ЗУ проводились во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ), в Центральном котлотурбшшом институте (ЦКТИ), на Невском заводе (H3JI), Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ), в Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ), Николаевском кораблестроительном институте (НКИ), на заводе «Ильмарине» (Эстония) и других.

Выбор рациональной конструктивной схемы ЗУ для разработки методики проектировочного расчета производится с учетом различных факторов: надежности запуска ГТУ, тепловых характеристик и устойчивости факела к внешним возмущениям, конструктивной надежности элементов и систем, технологичности, условий эксплуатации и других. Указанным системным принципам в значительной мере удовлетворяет конструкция ВЗГУ, разработанного в Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ) и ОАО «ЛМЗ».

Проведенный анализ конструктивной схемы ВЗГУ и публикаций, посвященных исследованию внутренних закрученных потоков, позволяет установить, что устойчивость и длина факела при фиксированных расходах воздуха и газа зависят ог относительной длины трубы Lmp jdmp , при которой сохраняется приосевой возвратный ток

в вязком газе, интенсивности закрутки потока на выходе трубы Ф*вых, коэффициента избытка воздуха а и конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства ¡•коп = Fmp jFK. В свою очередь величина Ф*вых зависит от

геометрических параметров завихрителя, которые определяют интенсивность закрутки на входе в нее Ф*вх, а также от относительной длины трубы Lmpjdmp и гидравлической шероховатости ее внутренней стенки ~K = 2A/dmp .

Для физического моделирования процессов в ВЗГУ принимается системный вихревой запалыю-стабилизирующий модуль (ВЗСМ), на котором проводится весь

комплекс исследований. В качестве критерия, связывающего геометрические параметры закручивающего устройства на входе в трубу ВЗСМ, принимается следующий комплекс, называемый конструктивным параметром завихрителя:

(1)

рс Як

где.Рк - площадь поперечного сечения камеры завихрителя; Гс - площадь поперечного сечения тангенциального входа; Ьвх - плечо закрутки; Кк - радиус камеры; Рк - конструктивный угол закрутки, принятый равным 90°.

Во второй главе приведено описание экспериментального стенда, схем измерения, измерительной аппаратуры и приборов, конструкций ВЗСМ и геометрические характеристики исследуемых моделей.

Структура и аэродинамические характеристики закрученного потока в проточной части изучались на препарированных физических моделях ВЗСМ, которые представлены на рис. 1. Указанные модели продувались воздухом, подаваемым в тангенциальный вход 5. Конструкции закручивающего устройства в моделях отличались от типовых схем расположением тангенциального подвода воздуха (смеси) 5 на расстоянии Ьт К ЮК =0,75... 1,5 от герметичной торцевой стенки 3 камеры закручивающего устройства 7 (см. рис.1).

В соответствии с конструктивным параметром (1) закручивающего устройства ВЗСМ в качестве варьирующих параметров принимались следующие безразмерные комплексы: =6,8... 18,4 - отношение площади сечения вихревой камеры закру-

чивающего устройства к площади наименьшего сечения тангенциального входа и Ьвх/Як =0,62...0,87 - отношение плеча закрутки потока к внутреннему радиусу вихревой камеры. В зависимости от задачи исследований в качестве варьирующих параметров моделей принимались: длина трубы 10...70, шероховатость ее

внутренней стенки А = 2ДД/(;;/7 =0,0012. ..0,0044 и величина конфузорного сужения

выходного сечения камеры закручивающего устройства Ь'кон = Рш/) /Гк =0,25... 1,0.

Для исследования влияния относительной величины конфузорного сужения ^кон (У^а сужения конфузора 2у) выходного поперечного сечения камеры закручивающего устройства на кинематику потока и его аэродинамические характеристики, а также работоспособность модуля в условиях с горением разработаны геометрически подобные модели ВЗСМ, конструктивная схема которого представлена на рис.1, б.

На моделях ВЗСМ определяется зависимость относительного диаметра приосевого возвратного тока с!0 т = ^„./«ДА»/) от интегрального параметра закрутки потока на входе в трубу Ф*вх и величины относительного конфузорного сужения Рко„ .

Одна из физических моделей ВЗСМ используется для проведения расчетно-теоре-тических исследований параметров потока в газодинамическом программном комплексе «Fluent» для количественного сравнения экспериментальных данных составляющих скорости в периферийной и осевой области трубы с результатами расчета и подтверждения результатов измерений в приосевой области с малыми скоростями.

// Л ' / 9S3J Рис.1. Конструктивные схемы физиче-

\ 2 } ? •0; ских моделей вихревого занально-стаби-• * ;! G лизирующего модуля (ВЗСМ): а - без конфузора в выходном сечении закручи-

......стру

ч. ■■ : * i В' н 1

Ч

1/

г 3 ■! 5 879

Гм 1т« ГтГ I 1« веющего устройства (завихрителя,

„X 1га.....J з) ^кон ~ I Рк=\)\ б-с конфузором

в выходном сечении камеры завихрителя ( РКон <'): 1 _ направляющие трубки для

¡^чМччМрр^^ радиального ввода датчика измерения д. ........ь..................ш давлений и зонда угломера; 2 - свеча за-

Ц?...1,я„ J l,Lsvj жигания; 3 - торцевая стенка камеры за-

вихрителя; 4 полузамкнутая часть ка-

U...........X........................I:

меры завихрителя; 5 - тангенциальный вход для подвода воздуха (газовоздушной смеси); 6 - проточная часть камеры завихрителя; 7 - камера завихрителя; 8 - вихревая труба; 9 - конфузор в выходном сечении камеры завихрителя; IV.. .XXI - номера контрольных сечений

Наиболее важной задачей исследований является определение совместного количественного влияния интегрального параметра закрутки на входе Ф*вх в трубу, ее длины

^тр/^тр и шероховатости внутренней стенки Д = 2А/с/тр на интенсивность снижения закрутки потока вдоль трубы Ф*,■ = Ф*) / Ф*вх. Для решения данной задачи принимались модели, различающиеся конструктивным параметром завихрителя Ф*вх к и соответственно начальной интенсивностью закрутки потока на входе в трубу, длиной трубы и шероховатостью ее внутренней стенки, формой поперечного сечения тангенциального входа и величиной конфузорного сужения.

Для экспериментального определения предела реализации ВСПП, минимального значения интенсивности закрутки факела Ф*вых т{п на выходе из вихревой трубы ВЗСМ, при котором обеспечивается устойчивое его горение, а также рабочей длины зрубы для данных условий, в конструкции вихревой грубы предусмотрена возможность изменения ее длины (рис.1, поз.8) посредством изменения числа цилиндрических колец, соединяющихся по проточке. Экспериментальные исследования на моделях ВЗСМ проводились при числах Маха М<0,3 и критерии подобия Рейнольдса =(1,5.. .7,5)104.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований и анализа структуры закрученного потока в изотермических условиях, а также тепловых и рабочих характеристик ВЗСМ. По результатам измерений угла подъема потока по спирали полного и статического давлений на моделях получены градиенты составляющих скорости - осевой и вращательной, которые представлены на рис.2. Из анализа градиентов осевой

скорости в поперечных сечениях моделей следует, что в нриосевой области по обе стороны от тангенциального входа (см. рис. 1, сеч. №УП) располагаются зоны обратных токов.

•0.5

■ 1 0,5

Н'- II',яах

1

0,5

Щ

0;5

У

\ т У

У

r/R

;Ж.

.:...., '*'••<•......

ж? 0,5

i

i r '¿r-

......^..............0 r/R

Рис.2. Результаты сравнения экспериментальных значений скорости с расчетными значениями, полученными в стандартном газодинамическом программном комплексе «Fluent»: а - осевой скорости и; б - окружной скорости w:

эксперимент (х =0,4; сечение №5); - + -+- - расчет; эксперимент (х =2,3; сечение №7); -Ж-ж- - расчет; эксперимент (х =6,0; сечение №13); - —- —- - расчет

В приосевой области, в которой имеют место относительно малые скорости потока, чувствительность зондов, используемых для измерения давления, снижается. Поэтому наряду с указанными экспериментальными исследованиями проводились расчетно-теоретические исследования структуры закрученного потока в ВЗСМ посредством газодинамического программного комплекса «Fluent» с использованием усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса численным моделированием сжимаемого, вязкого и турбулентного потока. Расчеты выполнялись с использованием граничных условий, разработанных на основе полученных экспериментальных данных.

Вопрос об адекватности моделирования решался сопоставлением экспериментальных данных с результатами тестовых расчетов (см. рис.2), полученных на типовой модели ВЗСМ. Проведенные вычисления подтвердили общую структуру закрученного потока и уровень скорости в приосевой области. Наиболее высокая сходимость имеет место в пристеночной области, где разница расчетных и экспериментальных величин не превышала 2% и несколько хуже в нриосевой области - 5%.

Рис.3. Зависимость интегрального параметра закрутки потока Ф*вх на входе в трубу от конструктивного параметра завихрителя Ф*вх к ■ * по экспериментальным данным для о ,п <•, 1-, л* ,е■+>. завихрителей ВЗСМ с одним

I с ^ ь» i v 9 10 11 12 ¡о 14 1

тангенциальным входом, расположенным посередине вихревой камеры при LmK /DK = 1,5; О - по данным других авторов для типовых тангенциальных завихрителей с различным числом входов расположенных вплотную к торцу камеры; - - аппроксимация экспериментальных данных:

Ф„г = 0,63 Ф„

0,72 * * 0,72

к ;----- по данным Щукина В.К. и Халатова A.A.: Фвх = 0,84 Фвх к

По экспериментальным данным, путем усреднения значений скорости и угла подъема потока, получена графическая зависимость интегрального параметра закрутки Ф*вх на входе в трубу (при х=3) от конструктивного параметра закручивающего устройства Ф*вх.к> представленная на рис.3. На графике пунктирной линией нанесена аналогичная зависимость для типовой конструкции завихрителя, в которой тангенциальный вход расположен вплотную к торцевой стенке камеры. Сравнение этих зависимостей показывает, что при одном и том же значении конструктивного параметра завихрителя Ф*вх к величина интегрального параметра закрутки в модельном завихрителе в среднем меньше на 25%, чем в геометрически подобном типовом завихрителе. Следовательно, известные эмпирические зависимости не могут использоваться для построения математической модели ВЗСМ и соответствующей методики проектировочного расчета модуля.

Для модельного завихрителя ВЗСМ путем аппроксимации получена эмпирическая зависимость интегрального параметра закрутки от конструктивного параметра:

Ф*вх = 0,63• (2)

Полученная степенная зависимость, как одна из основополагающих, используется в методике проектирования ВЗСМ для расчета интенсивности закрутки потока на входе в трубу. По результатам воздушных продувок моделей для методики проектировочного расчета ВЗСМ разработана математическая модель изменения интенсивности закрутки потока вдоль оси трубы:

Ф*

Ф*1 =-=-—--, (3)

"*0 ■^■П-К»-" Ме^-А + 1 '

где Ф*вх - интенсивность закрутки потока на входе в трубу, Мвх - усредненный относительный момент количества движения (МКД) на входе в трубу, Квх - усредненное относительное количество движения (КД) на входе в трубу, Ц - текущая относительная длина трубы, к() = 2- коэффициент пропорциональности, равный относительной гидравлической шероховатости внутренней стенки трубы.

Адекватность математической модели (3) с удовлетворительной степенью достоверности подтверждается результатами экспериментальных данных, представленными на рис.4я, по снижению интегрального параметра закрутки потока вдоль трубы под действием сил вязкого трения, а также характеристикой интенсивности снижения закрутки потока вдоль трубы Ф*;/Ф*ел- , представленной на рис.4,б. Анализ интенсивности изменения начальной закрутки потока вдоль трубы (см. рис.4,б) показывает, что затухание закрутки потока происходит тем интенсивнее, чем больше величины относительной шероховатости 2Д/с/тр и интенсивности закрутки потока Ф*вх на входе в вихревую трубу.

Фи " Mi K'i фы ф*пх

4,2 s....... ;

3,2 2,2 1.2 0.2

0.8 0,6

^«SSääb^SRiaAs-.....к

- - 0,4

10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70

а X'dmp о х/атр

.....:......

V.

Рис.4. Изменение параметров закрутки потока воздуха вдоль трубы моделей ВЗСМ: а - интегрального параметра закрутки Ф*/; б - интенсивности снижения закрутки ф*;/ф*вх :

_ Ф*вх =4,l , FKOH= 0,59 , Д =0,035 мм, Д =0,0012, N взсм =70кВт, LTp/dтр =70; ~а~а— - Ф*вх =3,8 , FKOH= 0,44 , А =0,035 мм, А =0,0029, Nвзсм = 10кВт, LTPjdmp =50; к к - Ф*ех=3,2 , FKOH = 0,69 , Д =0,035 мм, Д =0,0014, Nвзсм =50кВт, LTpjdmp =70; -О-О- - ф*вх= 2,9, FKOH=0,54, Д =0,063 мм, Д =0,0016, N ВЗСМ =Ю0кВт, LTp/dmp = 60: -ж-*-- ф*вх=2,7, FKOH=l,00, Д=0,100мм, Д =0,0044, WÖ3CM =30кВт, LTP/dmp= 40

--Ф*ех =2,5 , FKO„ = 1,00 , Д =0,050 мм, Д =0,0020, Nвзсм =40кВт, LTp/dmp =70

ф- - Ф*ех=2,1 , Fkoh=0,81 , Д =0,040 мм, Д =0,0025, NB3CM = 25кВт, LTP/dmp=60 ----- по данным работы Щукина В.К. и Халатова A.A. (Ф*вхК =2,034 , Ф*вх = 1,4, FK0H=1)

На физических моделях ВЗСМ определялись максимальные рабочие длины труб, обеспечивающие устойчивое развитие факела. При этом варьировались геометрические параметры моделей ВЗСМ, а также длины вихревых труб с заданной шероховатостью, которые изменялись посредством последовательного снятия колец с трубы ВЗСМ специальной наборной конструкции. Указанные рабочие длины труб ВЗСМ, обеспечивающие устойчивое развитие факела, определялись с учетом минимального значения интенсивности закрутки потока на выходе из трубы Ф*выхт\п =1>3 полученного с помощью математической модели (3). При значениях Ф*вых mjn <1,3 не обеспечивается устойчивое горение в ВЗСМ при любых рабочих параметрах. Под действием сил трения происходит снижение закрутки потока и вырождение в приосевой области возвратного тока, что приводит к ухудшению устойчивости горения и ограничению рабочей длины трубы ВЗСМ, максимальное значение которой для данных условий определяется следующей математической моделью, полученной на основе модели (3):

-kl .^L.Z|Pmax +¿0-(мвх)-LTPmax +1- в*«* =0. (4) К-вх ^вь/xmin

При определении на моделях ВЗСМ рабочих режимов горения установлено, что местное конфузорное сужение выходного сечения камеры завихрителя оказывает в определенных пределах положительное влияние на устойчивость горения. На рис.5 показано влияние величины относительного конфузорного сужения камеры на градиенты основных

составляющих скорости потока воздуха. Из анализа этих графиков (см. рис.5) следует, что несимметричность потока относительно оси, вызванная одним тангенциальным входом закручивающего устройства, практически исчезает за конфузором. Максимумы осевой и окружной составляющих скорости на входе в конфузор находятся соответственно на среднем радиусе и в периферийной области, а на выходе из него смещаются в приосевую область при всех значениях /\.он<1. Диаметр возвратного приосевого тока в моделях ВЗСМ с конфузорным сужением Ркон<\ уменьшается. При этом, чем меньше величина сужения Ркон, тем значительней уменьшается диаметр возвратного тока. В результате обобщения экспериментальных данных приведенных на рис.5, получено следующее эмпирическое выражение зависимости относительного диаметра приосевого возвратного тока от интегрального параметра закрутки потока на входе в трубу Ф*вх и сужения выходного сечения камеры завихрителя (Ркон < 1):

Рис.5. Влияние конфузорного сужения Ркин выходного сечения завихрителя моделей ВЗСМ

на распределение по радиусу: а - осевой, б - окружной скорости: —+--х =1,5 сечение №7

камеры завихрителя, проходящее через ось тангенциального входа; ч>ч> - х =2,3 сечение №9 на входе в конфузор; -Ж-Ж- - х = 3,1 сечение№11 без конфузора (Ткон = 1); -¿¡^ - х = 3,1 сечение №11 на выходе из конфузора при ГКОН=0,563; —о--х= 3,1 сечение №11 на выходе

конфузора при Ркон =0,439; -ОЧЬ- х =3,1 сечение №11 на выходе конфузора при ТКОН=0,25

Эмпирическая зависимость (5) используется в методике расчета ВЗСМ для ограничения минимального параметра закрутки на входе и величины местного сужения камеры закручивающего устройства, а также при расчете длины факела в трубе.

Из анализа результатов экспериментальных исследований на физических моделях ВЗСМ в условиях с горением следует, что при значениях относительного конфузорного сужения Ркон<0,ЛА режимы горения неустойчивые и характеризуются низкочастотными пульсациями факела при любых рабочих параметрах. В случае, если относительная величина сужения Ркон > 0,44 обеспечивается высокая устойчивость факела с выходом его из вихревой трубы ВЗСМ без задержек и срывов. Использование конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства позволяет не только увеличить длину факела в со-

(5)

2

ответствии с теоретическим обоснованием ВСПП, но и уменьшить разность температур на входе и выходе трубы ВЗСМ и, тем самым, уменьшить вероятность возбуждения неустойчивости горения, обусловленного термическим механизмом.

1300 1100 900

"Ж, ■Ъ*......¿уА

Рис.6. Изменение среднего значения температуры вдоль оси факела ВЗСМ -о^э- - «=0,7; ♦ » - <2 = 1,0

-- <2=1,5 иЗЗУ: ---й----а =0,7

г---« = 1,0; &..... - а = 1,5

хМп

0 2 4 6 8 л'атр По результатам измерений мас-

сового расхода воздуха и газа в ВЗСМ на основных режимах горения, а также длины запального факела и температуры вдоль него, определены основные тепловые характеристики вихревого модуля. На рис.6 приведены для сравнения характеристики изменения температуры факела вдоль оси ВЗСМ и запально-защитного устройства (ЗЗУ) в зависимости от коэффициента избытка воздуха. Температура факела ВЗСМ в сходственных точках выше, чем в ЗЗУ. Наибольшие, средние по поперечному сечению, значения температуры факела ВЗСМ составляют 1200... 1300°С и соответствуют режимам горения при коэффициентах избытка воздуха а =0,7... 1,05. При разработке методики расчета ВЗСМ этот диапазон изменения а принят в качестве рабочего.

/фФар 10

ч

0,5

1,5

2,5

3 3,5

• Фввых

Рис.7. Изменение длины факела при увеличении расхода природного газа и постоянном расходе воздуха: - ЗЗУ; • ♦ - модель ВЗСМ (Ф*выд- = 1,3); ** - модель ВЗСМ при постоянном а = 1 и изменении интенсивности закрутки на выходе из трубы Ф*вых

Ог,кг 0,0016

Рис.8. Характеристика устойчивости факела моделей ВЗСМ: I - модели с тепловой мощностью до 20 кВт; 2 - модели с мощностью от 20 до 60 кВт; 3 - модели с мощностью свыше 60 кВт; I - выход факела из трубы; II - частичный отрыв факела от устья трубы

Полученные значения рабочей длины запального факела ВЗСМ и характеристика рабочего регулирования по расходу газа позволяют определять устойчивые режимы горения при компоновке ВЗСМ с различными горелочными устройствами. Влияние коэффициента избытка воздуха и интенсивности закрутки потока на длину свободного факела ВЗСМ представлено на рис.7. С помощью аппроксимации данной характеристики получена эмпирическая за-

висимость длины факела ВЗСМ от интенсивности закрутки потока на выходе трубы и коэффициента избытка воздуха:

5,2-Ф"0'78

ф.св - то»'

Р 0,1367-е'

Из анализа результатов экспериментальных исследований следует, что длина запального факела ВЗСМ составляет Ьф=2..Л при обогащенном составе смеси и коэффициенте

избытка воздуха а =0,7... 1,05. Обеднение смеси до а = 2 существенно сокращает длину факела в моделях ВЗСМ. Экспериментальным путем получена характеристика диапазона регулирования ВЗСМ по расходу газа, который составляет 1:5. Характеристики устойчивости факела для моделей ВЗСМ, полученные автором впервые, представлены на рис.8.

В четвертой главе приводится разработанная автором методика проектировочного расчета ВЗСМ на основе проведенных исследований, а также результаты сравнения геометрических параметров конструкций ВЗГУ, находящихся в эксплуатации, с геометрическими параметрами этих ВЗГУ, полученных расчетом по предлагаемой методике. Для применения ВЗСМ в КС и котлах разработаны рекомендации по выбору геометрических параметров и режимных характеристик.

Алгоритмы методики расчета позволяют проводить проектировочный расчет ВЗСМ с учетом конкретных эксплуатационных условий. Предлагаемый проектировочный алгоритм включает тепловой и конструктивный расчеты ВЗСМ основанные на известных методиках проектирования вихревых горелочных устройств, а также расчет длины и температуры факела на основных режимах горения с учетом представленных выше зависимостей (1)...(6).

В отличие от традиционных методик, разработанный алгоритм позволяет последовательными приближениями определять оптимальные геометрические параметры ВЗСМ, относительную длину факела и его среднюю температуру для обеспечения надежного розжига горелочного устройства заданной тепловой мощности. В методике предусмотрена, при необходимости, возможность изменения относительной длины факела ВЗСМ как в сторону ее увеличения, так и уменьшения, за счет внесения соответствующих корректировок начальной интенсивности закрутки и коэффициента избытка воздуха.

В методике проектировочного расчета ВЗСМ заложены значения предельной тепловой мощности и длины вихревой трубы, ограниченные диапазоном экспериментальных исследований, а также предельный диаметр трубы с учетом максимальной среднемассовой скорости горючей смеси и условий компоновки вихревого модуля с основной горелкой. Оптимальные длины труб ВЗСМ при шероховатости А =0,12...0,44% и конструктивном параметре закручивающего устройства Ф*вх к =4,2... 14,2 составляют Ьтр!с1тр =10...50.

При проведении общего теплового расчета определяются основные технические характеристики и физико-химические свойства топлива, смеси топлива с воздухом

заданного состава и продуктов сгорания, а также средняя температура факела в зависимости от принятого коэффициента избытка воздуха. В соответствии с тепловой теорией зажигания мощность ВЗСМ принимается: для розжига равной 1%, от мощности основной горелки, а для стабилизации - З...Ю%. Для заданных величин тепловой мощности ВЗСМ и теплоты сгорания горючего газа определяется требуемый его массовый расход. Для принятого коэффициента избытка воздуха а=1 рассчитывается массовый расход воздуха. Среднее значение эффективной температуры факела уточняется последовательными приближениями. Геометрические параметры ВЗСМ определяются по найденным расходным и тепловым характеристикам. Достоверность разработанной методики подтверждается удовлетворительным согласованием расчетных геометрических параметров и средней температуры в факеле с экспериментальными характеристиками моделей ВЗСМ, а также действующими конструкциями ВЗГУ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Создан уникальный лабораторный стенд для экспериментального исследования рабочих характеристик ВЗСМ, оснащенный необходимыми датчиками и измерительной аппаратурой, позволяющий осуществлять отработку новых перспективных конструкций вихревых модулей различного назначения с длиной трубы от 0,15 до 3 м.

2. Разработаны научно-обоснованные физические модели ВЗСМ, применение которых позволяет осуществлять необходимый спектр экспериментальных исследований с варьированием геометрических параметров этих моделей в достаточно широком диапазоне, что важно для инженерной практики (Ф*вхк =4,2... 14,2; =10...50).

3. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден вихревой способ передачи пламени (ВСПП) в трубах ВЗСМ, использование которого не только позволяет улучшить рабочие характеристики запальных и дежурных горелочных устройств камер сгорания (КС) и топок котлов турбоустановок, но также открывает широкие возможности использования его в практической инженерной деятельности при создании высокоэффективных технических устройств различного назначения.

4. Получено аналитическое выражение зависимости интенсивности закрутки потока Ф*вх=1,6...3,8 от конструктивного параметра закручивающего устройства Ф*вхж с расположением тангенциального входа посередине его вихревой камеры, которое является важным не только для создания методики расчета ВЗСМ, но и для решения практически важной задачи разработки пламеперебрасыващих патрубков КС.

5. На основании обобщения экспериментальных данных получена важная для практики аналитическая зависимость, позволяющая определять относительный диаметр приосево-го возвратного тока с/„ т =0,15.. .0,5 в трубе ВЗСМ, с учетом местного сужения выходного сечения завихрителя Ркон =0,25... 1 и начальной интенсивности закрутки потока Ф*вх.

6. Разработанная математическая модель изменения интенсивности закрутки потока вдоль трубы с учетом ее длины, шероховатости внутренней стенки и начальной

интенсивности закрутки позволяет определять расчетным путем в инженерной практике интегральные характеристики закрученного потока в произвольных сечениях вихревых модулей, используемых в различных теплообменных устройствах.

7. Определены, важные для практического использования, тепловые характеристики ВЗСМ на основных режимах горения: аналитическая зависимость длины факела от коэффициента избытка воздуха а =0,7... 1,05 и интенсивности закрутки потока на выходе из вихревой трубы Ф*вых = 1,3...3,Я; характеристика устойчивости факела ВЗСМ и диапазон его рабочего регулирования по расходу газа, составляющий 1:5.

8. Определены оптимальные параметры начальной интенсивности закрутки потока с учетом шероховатости внутренней стенки вихревой трубы, коэффициента избытка воздуха, величины относительного конфузорного сужения, давлений воздуха и газа, обеспечивающие высокую надежность ВЗСМ, которая подтверждена длительной их эксплуатацией в составе газотурбинных установок типа ГТ-100, ГТЭ-150 и ГТЭ-65, а также на котлах типа ТГМ и ПТВМ.

9. Разработана математическая модель работоспособной длины трубы ВЗСМ на основе аналитического обобщения результатов комплексных исследований его аэродинамических и тепловых характеристик, что является важным для выполнения проектировочных расчетов ВЗСМ.

10. Впервые разработана методика инженерно-проектировочного расчета ВЗСМ и осуществлена ее компьютерная реализация, позволяющая оперативно осуществлять оптимизацию конструкции вихревого модуля с требуемой длиной свободного факела для заданных условий эксплуатации на этапе проектирования турбоустановок.

11. Разработаны рекомендации по использованию ВЗСМ в камерах сгорания и топках котлов турбоустановок для инженерной практики.

Основные положения исследований отражены в следующих публикациях:

в рецензируемых журналах, входящих в реестр ВАК РФ:

1. Толмачев В.В., Богов И.А. Экспериментальные исследования вихревого запально-стабилизирующего горелочного модуля для турбоустановок//Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - Т. 1. - №2. - с.85-94.

2. Толмачев В.В., Богов И.А., Вохмянин С.М. Методика проектировочного расчета вихревого запалыю-стабшшзирующего модуля турбоустановок//Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - Т.2. - №2. - с. 176-180.

в других изданиях:

3. Тол. мачев В.В., Смирнов A.A., Безухое А.П. Совершенствование устройств воспламенения топлива в энергоустановках//Тезисы докладов X Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели. - М.: Изд-во ГПНТБ. - 1996. - с. 135-136.

4. ¡Ценников К.А., Толмачев В.В., Глушанов В.К. Вихревая горелка для технологического нагрева (ВГН) крепежных элементов и ступиц муфт при ремонте и модер-

низации энергетического оборудования//Современное энергомашиностроение. Респ. межвед. науч.-техн. сб. - СПб.: Изд-во «Инструмент». - 1997. - с.51-54.

5. Асосков В.А., Денежкин Л.М., Смирнов A.A., Толмачев В.В. Разработка конструкций малотоксичных камер сгорания для энергетических ГТУ/ЛГезисы докладов XLIV научно-технической сессии по проблемам газовых турбин.-М.: Изд-во РАН.-1997. - с.43-45.

6. Толмачев В.В. Сравнительный анализ газовых запальных устройств конструкции JIM3 и ПИМаш. Современное машиностроение: Сб. тр. мол. учен. - Вып. 1 (Под общ. ред. М.А. Мартынова). - Санкт-Петербургский институт машиностроения. - 1999. - с. 189-195.

7. Елизаров B.C., Толмачев В.В. Тарировочные характеристики пневмометри-ческого датчика измерения полного и статического давления закрученного потока воздуха в физической модели вихревого запально-горелочного устройства (ВЗГУ)/Современное машиностроение: Сб. науч. тр. - Вып. 1. - СПб.: Изд. Санкт-Петербургского института машиностроения. - 2000. - с.42-51.

8. Щенников К.А., Богов И.А., Толмачев В.В. Электроискровые газовые запальные устройства. Современное турбостроение: Сб. науч. тр. Вып.З/ Под общ. ред. И.А. Бого-ва - СПб.: МАН ВШ Санкт-Петербургское отделение. Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ). - 2000. - с.68-85.

9. Смирнов А..А., Толмачев В.В. Способы стабилизации процесса горения предварительно подготовленной обедненной топливовоздушной смеси в КС ГТУ. Современное турбостроение: Сб. науч. тр. Вып.З/ Под общ. ред. И.А. Богова. - СПб.: МАН ВШ Санкт-Петербургское отделение. Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ). - 2000. - с.68-85.

10. Толмачев В.В. Вихревой способ передачи и стабилизации фронта пламени для совершенствования электроискровых запальных устройств энергетических установок/Аэрокосмическая техника и высокие технологии. Материалы Всероссийской научно-технической конференции/Под ред. Ю.В. Соколкина и др. - Пермь: ПГТУ, 2002, с. 263.

11. Толмачев В.В., Бодров И.С. Кинематика потока в газовых запальных устройствах вихревого типа с тангенциальным генератором закрутки/Современное турбостроение: Материалы международной науч.-практ. конф./Под общ. ред. И.А. Богова. - СПб.: МАН ВШ Санкт-Петербургское отд-ние. Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ). - 2004. - с.74-76.

12. Толмачев В.В., Смирнов A.A., Бодров И.С. Влияние сужения выходного сечения вихревой камеры тангенциального генератора закрутки на кинематику потока в запальных устройствах вихревого типа / Современное турбостроение: Материалы международной науч. - практ. конф./Под общ. редак. И.А. Богова. - СПб.: МАН ВШ. Санкт-Петербургское отд-ние. Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ). - 2004. - с.77-79.

13. Богов И.А., Бодров КС., Толмачев В.В., Щенников К.А. Экспериментальное исследование влияния системных факторов на надежность воспламенения факела электроискровых газовых запальных устройств энергетических турбоустановок//Энергетические машины и установки. - 2008. - №4. - с. 15-22.

Подписано в печать 12.09.2012. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 9648Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Список сокращений и основных обозначений.

Введение.

1. Анализ способов розжига камер сгорания газотурбинных установок и методов исследования вихревых течений.

1.1. Способы зажигания горючих смесей в камерах сгорания и топках котлов турбоустановок.

1.1.1. Накальный способ зажигания.

1.1.2. Плазменный способ зажигания.

1.1.3. Электроискровой способ зажигания.

1.1.4. Факельно-искровой способ зажигания.

1.2. Анализ конструктивных решений запальных устройств и надежности систем розжига камер сгорания и топок котлов турбоустановок.

1.3. Экспериментальные и теоретические методы исследования вихревых течений в каналах и их основных характеристик.

1.4. Методы проектирования запальных устройств турбоустановок

Энергообеспечение нашей страны в виде электрической и тепловой энергии в настоящее время осуществляется приблизительно на 70% посредством паротурбинных (ПТУ), газотурбинных (ГТУ) и парогазовых установок (ПТУ), использующих в качестве первичного источника теплоты органическое топливо. В обозримой перспективе эта ситуация сохранится, несмотря на оправданное развитие атомной и гидроэнергетики, а также расширение использования различных возобновляемых источников энергии. Опыт эксплуатации ГТУ в энергетике показал их эффективность как для покрытия пиковых электрических нагрузок в условиях роста суточной неравномерности потребления электроэнергии и повышения требований к надежности энергоснабжения, так и в качестве составного элемента различных схем ПГУ, обладающих более высокими показателями экономичности, мощности, маневренности, надежности и экологичности [30].

Важнейшей динамической характеристикой ГТУ и ПТУ, определяющей их маневренные свойства, является режим запуска. При запуске турбоустановок широко используется факельно-искровой способ розжига камеры сгорания (КС) или топки котла, реализуемый газовыми запальными устройствами (ЗУ). Эффективная и надежная совместная работа запального устройства с элементами КС или топки котла, системой топливоподачи в значительной мере определяют надежность запуска ГТУ и ПТУ, их маневренные свойства и эксплуатационные показатели надежности, такие как коэффициент готовности и безотказности пуска, что особенно актуально для пиковых турбоустановок. Показатель безотказности работы ЗУ при розжиге топки парового котла в условиях сокращения времени запуска ПТУ в значительной мере определяет взрыво-пожаробезопасность котельного агрегата.

Многолетний опыт эксплуатации ГТУ показывает, что при их запуске имеют место отказы зажигания топлива в КС [2, 6, 28, 31, 35, 39-41, 46, 50]. Анализ причин отказов запуска пиковой ГТУ типа ГТ-100 показывает, что они обусловлены отказами и повреждениями элементов ЗУ, КС и топливоподачи [39, 40].

Невысокие тепловые характеристики и устойчивость запального факела к потокам в КС, узкий диапазон регулирования по коэффициенту избытка воздуха, а также низкая надежность конструкции ЗУ являются наиболее частыми причинами отказов запуска ГТУ, снижающими их эксплуатационные показатели надежности. Отказы запуска ГТУ приводят к большим экономическим потерям от недовыработки электроэнергии [39, 50]. Это потребовало повышения тепловых характеристик запального факела, его устойчивости к возмущениям, надежности конструкции ЗУ и расширения рабочего режима горения в условиях автоматического запуска ГТУ, когда зажигание приходится осуществлять при непрерывно возрастающем давлении и скорости потока воздуха в КС.

Перспективным направлением по повышению эффективности и надежности ЗУ является реализация в их конструкции аэродинамического способа стабилизации горения на основе предварительной закрутки горючей смеси и полного предварительного смешения газа и воздуха на входе в низконапорную вихревую трубу. В соответствии с принципом работы ЗУ этого типа получили название вихревых за-пально-горелочных устройств (ВЗГУ) [72, 90].

Предварительная закрутка горючей смеси на входе в вихревую трубу позволяет существенно увеличить длину фронта пламени с выходом его из трубы, реализуя вихревой способ передачи пламени (ВСПП) в оптимальную для розжига прикорневую область горелочного устройства КС или топки котла [47, 90]. Наличие двух зон рециркуляции в закрученной газовоздушной смеси обеспечивают высокую надежность ее зажигания, стабилизацию и расширяют эффективные границы горения вследствие интенсивного турбулентного тепло- и массооб-мена зоны смешения в закручивающем устройстве с активной зоной горения -запальным факелом на выходе из трубы. Интенсификация тепло- и массообмен-ных процессов в трубе ВЗГУ на основе закрутки приводит к увеличению скорости химических реакций и повышению температурной характеристики факела. Фронт пламени расположенный в полости вихревой трубы обеспечивает высокую устойчивость запального факела на выходе трубы, предотвращая его погасание динамическими и акустическими возмущениями в КС. Эти преимущества ВЗГУ позволяют использовать его в качестве «дежурной» горелки для стабилизации фронта пламени КС на пусковых и переменных режимах работы ГТУ.

Реализация однопоточной схемы течения в ВЗГУ за счет закрутки горючей смеси на входе в вихревую трубу с помощью компактного тангенциального закручивающего устройства позволяет исключить элементы с ограниченным ресурсом, существенно упростить конструкцию ЗУ и повысить ее надежность.

Рассматривая КС турбоустановки с позиций системного анализа можно выделить в качестве самостоятельного системообразующего модуля - запально-стаби-лизирующее горел очное устройство. Широкое внедрение в турбоустановках перспективных вихревых запально-стабилизирующих модулей (ВЗСМ) сдерживается отсутствием, достоверных экспериментальных данных о влиянии геометрических и режимных параметров на их аэродинамические, тепловые и рабочие характеристики, а также отсутствием методики их проектировочного расчета. В связи с этим, разработка методики инженерно-проектировочного расчета конструкции ВЗСМ и его тепловых характеристик на основе систематизированных теоретических и экспериментальных исследований является весьма актуальной задачей.

Цель работы заключается в разработки методики инженерно-проектировочного расчета конструкции вихревого запально-стабилизирующего горелоч-ного модуля (ВЗСМ) на основе обобщения результатов систематизированных теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на физических моделях ВЗСМ.

В первой главе приводится анализ способов зажигания топливовоздушной смеси в КС и топках котлов турбоустановок, обзор публикаций посвященных разработке конструкций запальных устройств (ЗУ), экспериментальным и теоретическим методам исследования внутренних закрученных потоков.

Экспериментальные исследования закрученных потоков и разработки конструкций ЗУ проводились на следующих предприятиях и в организациях: Всероссийском теплотехническом институте (ВТИ), Московском энергетическом институте (МЭИ), Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (СГТбГПУ), Центральном котлотурбинном институте имени Ползунова (ЦКТИ), Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ), Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ), Невском машиностроительном заводе (НЗЛ), Киевском политехническом институте (КПИ), Самарском аэрокосмическом университете (СГАУ), Рыбинской государственной авиационной технологической академии (РГАТА) и других. Проведенный обзор публикаций, посвященных исследованию характеристик закрученных течений в изотермических и неизотермических условиях с горением, показывает, что закрутка потока оказывает крупномасштабное влияние на поле течения: расширение струи, размер, форму и устойчивость пламени, а также интенсивность горения. Анализ работ [2, 6, 10, 14, 19, 29, 31, 35-41, 46, 53, 58, 71, 77, 81, 91-96] позволяет выявить проблемы конструктивных решений ЗУ.

Выбор рациональной конструктивной схемы ЗУ производился с учетом различных факторов: надежности запуска ГТУ, тепловых характеристик и устойчивости факела к возмущениям в КС, конструктивной надежности элементов и систем, технологичности, условий эксплуатации и других. Указанным системным принципам в значительной мере удовлетворяет конструкция вихревого запально-горелочного устройства (ВЗГУ), разработанного в Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ) и ОАО «ЛМЗ» [72, 90].

Проведенный анализ конструкции ВЗГУ и публикаций [4-20, 31-38, 42-92], посвященных исследованию внутренних закрученных потоков показал, что устойчивость и длина факела при фиксированных расходах воздуха и газа зависят от относительной длины вихревой трубы Ьтр /с1тр , интенсивности закрутки потока на выходе из нее Ф*вых, коэффициента избытка воздуха а и относительного кон» фузорного сужения ¥тр /Гк выходного сечения камеры закручивающего устройства. В свою очередь интенсивность закрутки на выходе трубы Ф*вых зависит от геометрических параметров закручивающего устройства, которые определяют интенсивность закрутки на входе в трубу Ф*вх, а также от относительных длины Ьтр IЛтр и гидравлической шероховатости внутренней стенки трубы 2 Л/йЦр .

Для закрутки газовоздушной смеси в ВЗГУ используется закручивающее устройство тангенциального типа с одним входом потока цилиндрической или эллипсоидной формы в поперечном сечении, который расположен при конструктивном угле закрутки /?к=90° на середине длины камеры закручивающего устройства (Ьк/Ок =1,5.3), что является его конструктивной особенностью. Это позволяет получить две зоны рециркуляции в полости ВЗГУ по обе стороны от тангенциального входа. Малые осевые скорости в области электродов свечи обеспечивают устойчивое зажигание и развитие факела. Геометрические параметры закручивающего устройства и форма поперечного сечения тангенциального входа позволяют варьировать в широком диапазоне интенсивностью закрутки Ф*вх на входе в трубу, которая определяет при фиксированных расходах воздуха и газа форму и длину свободного факела, а закручивающее устройство создает удобства для подвода рабочих тел и является наиболее технологичным.

Для физического моделирования процессов в ВЗГУ используется системный вихревой запально-стабилизирующий модуль (ВЗСМ), на котором проводится весь комплекс исследований. В качестве критерия связывающего геометрические характеристики генератора закрутки потока ВЗСМ принимается конструктивный параметр Ф* закручивающего устройства. В главе приводится обосвх.к нование проведения комплексных экспериментально-теоретических исследований на физических моделях ВЗСМ аэродинамических характеристик закрученного потока воздуха и в неизотермических условиях изменение температуры и длины факела от коэффициента избытка воздуха, а также пределов рабочего регулирования по расходу газа и устойчивости запального факела.

Во второй главе приводятся описание экспериментального стенда, схемы измерения, конструкций и геометрические характеристики моделей ВЗСМ.

В качестве варьируемых геометрических параметров моделей ВЗСМ принимаются безразмерные комплексы: - отношение площади сечения камеры закручивающего устройства к площади наименьшего сечения тангенциального входа и Ьвх /Як - отношение плеча закрутки потока к внутреннему радиусу камеры закручивающего устройства. В зависимости от задачи исследования в качестве дополнительных варьируемых параметров моделей принимаются: относительная длина трубы Ьтр^тр, гидравлическая шероховатость ее внутренней стенки 2^!<Лтр и относительная величина конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства Ртр!Рк ■

На моделях ВЗСМ проводятся комплексное измерение локальных параметров потока - полного и статического давлений, а также угла подъема потока по спирали вдоль радиуса в диаметрально противоположных точках камеры закручивающего устройства на относительном расстоянии х/с1тр -2,1 от его тангенциального входа. Полученные данные позволяют установить эмпирическую зависимость интенсивности закрутки потока на входе в трубу Ф*вх от конструктивного параметра Ф*вх к закручивающего устройства.

Влияние относительной величины конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства Ртр /на структуру потока и его аэродинамические характеристики на входе в трубу, а также работоспособность в условиях с горением разработаны модели ВЗСМ при Ртр/Ек =0,25; 0,44; 0,563 и 1 или угла сужения конфузора 2 у =63, 45, 34° и без сужения). На этих моделях экспериментально определены зависимость относительного диаметра приосевого возвратного тока с10шГП^тр от интенсивности закрутки потока Ф*вх на входе в трубу и величины конфузорного сужения Ртр /выходного сечения камеры закручивающего устройства.

Весьма важной задачей исследований является определение совместного количественного влияния на интенсивность снижения закрутки потока вдоль трубы Ф*-/Ф*ех начальной интенсивности закрутки Ф*вх, относительной длины вихревой трубы Ьтр/с1тр и шероховатости ее внутренней стенки 2 к/<Лтр .

Для решения этой задачи модели вначале продувались воздухом и различались конструктивным параметром закручивающего устройства Ф*вх к и соответственно начальной интенсивностью закрутки потока на входе в трубу Ф*вх, ее относительной длиной и шероховатостью внутренней стенки, формой поперечного сечения тангенциального входа и величиной конфузорного сужения.

После воздушных продувок и определения аэродинамических характеристик потока на моделях исследовалось влияние геометрических параметров конструкции на режимы горения, коэффициента избытка воздуха на изменение длины и температуры запального факела, а также определялся диапазон рабочего регулирования. В конструкции трубы моделей ВЗСМ было предусмотрено изменение ее длины за счет соединяющихся по проточке цилиндрических колец длиной Это позволило в условиях с горением последовательным снятием колец определить рабочую длину трубы моделей ВЗСМ. В конце главы приводится теоретическое обоснование вихревого способа передачи пламени (ВСПП) по трубам ВЗСМ в объем КС или топки котла турбоустановок.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований и анализ структуры закрученного потока в изотермических условиях, а также тепловых и рабочих характеристик ВЗСМ в условиях с горением.

По результатам измерений угла подъема потока /Зп, полного и статического давлений на моделях получены градиенты осевой и окружной скорости. Анализ градиентов осевой скорости в поперечных сечениях моделей показал, что в приосевой области моделей ВЗСМ имеет место две зоны обратных токов, расположенных по обе стороны поперечного сечения трубы, проходящего через ось тангенциального входа.

Для подтверждения экспериментальных данных и построенных на их основе градиентов скорости в поперечном сечении камеры закручивающего устройства и трубы ВЗСМ, а также разработанной схемы течения потока в осевом направлении приводятся результаты расчетно-теоретических исследований аэродинамических характеристик закрученного потока в стандартном газодинамическом программном комплексе «Fluent». Расчеты проводились на основе усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса численным моделированием несжимаемого, вязкого и турбулентного потока. Вопрос об адекватности моделирования решался сопоставлением экспериментальных данных с результатами тестовых расчетов, полученных на ВЗСМ. Проведенные теоретические исследования подтвердили схему течения потока в осевом направлении и значения скорости в приосевой области. Наиболее высокая сходимость значений скорости имеет место в пристеночной области, где разница экспериментальных и расчетных величин не превышает 6% и несколько хуже в осевой области 10. 12%.

По экспериментальным данным, усреднением значений скорости и угла подъема потока получена графическая зависимость интенсивности его закрутки Ф*вх на входе в трубу ВЗСМ от конструктивного параметра Ф*вх к закручивающего устройства. В работе приведено сравнение полученной графической зависимости с аналогичной зависимостью для типового закручивающего устройства, в котором тангенциальный вход расположен вплотную к торцевой стенке камеры. Сравнение этих зависимостей показало, что при одном и том же значении конструктивного параметра закручивающего устройства Ф*вх к величина интенсивности закрутки в модельном закручивающем устройстве в среднем меньше на 25%, чем в геометрически подобном типовом. Поэтому известные эмпирические зависимости типового закручивающего устройства не могут использоваться для разработки математической модели определения рабочей длины трубы ВЗСМ и методики его проектировочного расчета.

Для модельного закручивающего устройства аппроксимацией получена эмпирическая зависимость интенсивности закрутки потока Ф* от конструктивного параметра закручивающего устройства Ф*вхж, которая как одна из основополагающих используется в методике проектировочного расчета конструкции ВЗСМ для расчета интенсивности закрутки потока на входе в трубу. По результатам продувок моделей, используя первую и вторую теоремы Эйлера, применительно к закрученным течениям для методики проектировочного расчета ВЗСМ разработана математическая модель изменения интенсивности закрутки потока вдоль трубы. Адекватность математической модели подтверждают полученные результаты экспериментальных данных изменения интенсивности закрутки вдоль трубы Ф*г- под действием сил вязкого трения для принятых граничных условий.

Анализ изменения интенсивности снижения закрутки Ф*- /Ф*вх вдоль трубы моделей показал, что ее величина снижается тем интенсивнее, чем больше относительная шероховатость 2 к/с1тр и закрутка потока Ф*вх на входе в вихревую трубу.

На физических моделях ВЗСМ в условиях с горением при коэффициентах избытка воздуха а =0,7. 1,05 последовательным снятием цилиндрических колец наборных труб с заданной шероховатостью для принятых геометрических параметров закручивающего устройства определены работоспособные длины труб моделей, которые обеспечивают устойчивое развитие факела. С помощью разработанной математической модели снижения интенсивности закрутки вдоль трубы и методики проектировочного расчета конструкции ВЗСМ, учитывающей изменение физических свойств среды, увеличение температуры и вязкости в условиях с горением определено значение интенсивности закрутки факела на выходе из работоспособных труб моделей, значение которых составило Ф*выхтт=1,3. При меньших значениях этой величины в ВЗСМ устойчивость факела существенно ухудшается при любых начальных параметрах. Это обусловлено тем, что под действием центробежных сил в свободном пространстве интенсивность закрутки потока резко снижается вдоль потока и при ее значениях меньше около 0,6 в приосевой области отсутствует возвратный ток, что приводит к снижению устойчивости горения и ограничению рабочей длины трубы ВЗСМ. Работоспособные длины труб моделей ВЗСМ составляют 0,2.4,0 м и зависят от геометрических параметров закручивающего устройства и относительной шероховатости стенки трубы.

При определении рабочих режимов горения в моделях ВЗСМ установлено, что местное конфузорное сужение выходного сечения камеры закручивающего устройства оказывает, в определенных пределах, положительное влияние на устойчивость горения. Анализ влияния величины конфузорного сужения выходного сечения камеры закручивающего устройства на градиенты основных составляющих скорости показывает, что несимметричность потока относительно оси, вызванная одним тангенциальным входом, за конфузором практически исчезает. Максимумы осевой и окружной составляющих скорости перед конфузором находятся соответственно на среднем радиусе и в периферийной области, а при выходе из кон-фузора смещаются в приосевую область при всех значениях Ртр!Рк <1. Диаметр возвратного приосевого тока в моделях с сужением Ртр / <1 уменьшается, и чем меньше величина сужения Ртр /, тем значительней уменьшается данный диаметр. Обобщением экспериментальных данных получено эмпирическое выражение относительного диаметра приосевого возвратного тока <^от1<йтр в зависимости от

Ф*вх и Ртр/Рк . Эта зависимость используется в методике расчета ВЗСМ для определения общей длины фронта пламени и для выбора интенсивности закрутки потока на входе в трубу. По результатам проведенных исследований на моделях в условиях с горением установлено, что при значениях конфузорного сужения меньше Рщр/Гк < 0,44 режимы горения являются неустойчивыми при любых рабочих параметрах. Относительная величина сужения Етр > 0,44 в моделях показала положительное влияние на режимы горения, обеспечивая высокую устойчивость факела с ускоренным выходом его из трубы. Конфузорное сужение выходного сечения камеры закручивающего устройства позволяет не только увеличить длину факела в трубе в соответствии с теоретическим обоснованием вихревого способа передачи пламени (ВСПП), но и уменьшить разность температур на входе и выходе трубы ВЗСМ и тем самым уменьшить вероятность возбуждения неустойчивости горения обусловленного термическим механизмом.

По результатам измерений массового расхода воздуха и газа на основных режимах горения, а также длины запального факела и температуры вдоль него определены основные тепловые характеристики моделей ВЗСМ. Для сравнения привлечены опубликованные тепловые характеристики распространенного в энергетике запально-защитного устройства (ЗЗУ) [10]. Температурная характеристика ВЗСМ превышает аналогичную характеристику ЗЗУ на 300.400°С. Наибольшие средние значения температуры в факеле ВЗСМ 1300. 1500°С соответствуют режимам горения при коэффициенте избытка воздуха а =0,7. .1,05.

Полученные характеристики изменения температуры и длины запального факела, а также диапазон рабочего регулирования и характеристика устойчивости имеют большое практическое значение, так как позволяют выбрать оптимальный диапазон режима горения в ВЗСМ при компоновке его с горелочным устройством КС. Экспериментальным путем установлено влияние коэффициента избытка воздуха и интенсивности закрутки потока на длину факела ВЗСМ. При обогащении горючей смеси (а =0,7) длина запального факела возрастает до 0,4 м, а при ее обеднении (а = 2) сокращается и составляет 0,1 м.

По результатам измерения массовых расходов воздуха и газа в моделях ВЗСМ с различными длинами труб и тепловой мощностью получена рабочая характеристика диапазона регулирования по расходу газа и устойчивости факела к отрыву и уходу его в трубу. Рабочий диапазон регулирования ВЗСМ по расходу газа составляет 1:5 и шире, чем рабочий диапазон ЗЗУ, который составляет 1:3.

В четвертой главе приводится методика проектировочного расчета ВЗСМ, разработанная на основе обобщения полученных результатов экспериментальных исследований, а также результаты сравнения расчетных геометрических параметров и тепловых характеристик ВЗСМ с внедренными в эксплуатацию конструкциями ВЗГУ. На основе математической модели снижения интенсивности закрутки вдоль трубы и разработанной методики проектировочного расчета ВЗСМ приводится номограмма для выбора их рабочих геометрических параметров конструкции для условий КС и топок котлов, а также рекомендации по практическому применению вихревых модулей в турбоустановках.

Алгоритмы методики расчета позволяют проводить проектировочный расчет ВЗСМ с учетом условий его эксплуатации. Предложенный проектировочный алгоритм включает тепловой и конструктивный расчеты ВЗСМ, а так же расчет длины и температуры факела на рабочих режимах горения. В соответствии с теорией зажигания тепловая мощность ВЗСМ принимается для розжига равной 1% и для стабилизации 10.20% от мощности горелки КС или топки. Тепловая мощность ВЗСМ, удельная теплота сгорания газа и коэффициент избытка воздуха определяют потребный массовый расход горючей смеси. Среднее значение эффективной температуры факела уточняется последовательными приближениями [47]. Найденные рабочие параметры определяют геометрические характеристики конструкции ВЗСМ. Разработанный алгоритм позволяет последовательными приближениями определить геометрические параметры закручивающего устройства ВЗСМ и для заданной относительной шероховатости внутренней стенки вихревой трубы ее рабочую длину, а также тепловые характеристики факела на рабочих режимах горения. В результате исследований на моделях установлено, что проектная тепловая мощность ВЗСМ составляет 2. 150 кВт и ограничивается среднемассовой скоростью и требованием компактности конструкции, а рабочие длины трубы ВЗСМ при гидравлической шероховатости А =0,12.0,44% и конструктивном параметре закручивающего устройства Ф*вх.к= 4,2.14,2 составляют Ьтр^тр = 10.50.

Достоверность результатов исследований и разработанной методики подтверждается проведением экспериментов с использованием методов теории подобия, удовлетворительным совпадением экспериментальных данных и расчетных величин, полученных в стандартном газодинамическом программном комплексе, а также удовлетворительным совпадением расчетных геометрических и тепловых характеристик ВЗСМ с внедренными в эксплуатацию конструкциями ВЗГУ.

Точность измерений и корректность методов их обработки соответствует общепринятым требованиям в области исследования закрученных течений и удовлетворительно согласуется с результатами полученными другими исследователями [5, 11-16, 18, 23, 24, 33-38, 47, 51, 54, 56, 67, 70, 75, 80, 92].

Практическая значимость и внедрение. Результаты, представленные в данной работе, являются научным обоснованием известных работ кафедры «Турбино-строение и средства автоматики» ПИМаш. На основе предварительной закрутки потока на входе в вихревую трубу разработаны конструкции вихревых запально-горелочных устройств (ВЗГУ) [72], вихревых пламеперебрасывающих патрубков (ВПП) для секционных КС [44], вихревых горелок нагрева (ВГН) [86], используемых при технологической сборке крупногабаритных элементов турбомашин, а также пакет вихревых модулей в качестве самостоятельной микрофакельной КС [3, 83].

Внедренная методика расчета ВЗСМ на ЛМЗ позволяет сократить затраты времени и материальных средств на разработку эффективных вихревых горелочных систем различного назначения. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых и модернизации действующих конструкций ВЗГУ, которые внедрены в энергетических установках типа ГТ-100, ГТЭ-150, ГТЭ-65, проектах ГТУ типа ГТЭ-180 ОАО «Силовые машины», а также в котлах типа ТГМ-94 и ПТВМ-100.

4.7. Основные выводы

1. На основе эмпирических и полуэмпирических выражений, обобщающих экспериментальные исследования, с использованием традиционных методов расчета горелочных устройств разработана методика проектировочного расчета геометрических параметров вихревого запально-стабилизирующего модуля (ВЗСМ) и его основных тепловых характеристик [60]. Расчет проводится без учета теплообмена с окружающей средой в одномерной постановке задачи, свойства рабочих тел подчиняются закономерностям совершенного газа, течение стационарное, среда несжимаемый и вязкий газ.

2. Разработанная методика расчета конструкции ВЗСМ справедлива в следующих границах геометрических параметров: конструктивного параметра тангенциального закручивающего устройства Ф*вхж= 4,2. 14,2; конфузорного сужения выходного сечения его камеры ^Он=0,44.1,0; длины трубы Ьтр/с1тр =10.50 с внутренним диаметром с1тр =0,02.0,08 м и относительной шероховатостью ее внутренней стенки кд= =0,12.0,44% (Д =0,035.0,1 мм).

Максимальная рабочая длина трубы ВЗСМ составляет около Ьтр тах = 4 м. По данным экспериментальных исследований установлено минимальное значение интенсивности закрутки потока на выход вихревой трубы, которое составляет Ф*вых.тт=При меньших значениях модели ВЗСМ распространение фронт пламени неустойчиво ввиду сравнительно быстрого затухания закрутки потока в свободном пространстве [60, 61].

3. Увеличение относительной шероховатости вихревой трубы на 17 % приводит к снижению интенсивности закрутки потока в среднем на 8,3% и сокращению относительной рабочей длины трубы на 13 % (на 9 калибров). В свою очередь уменьшение относительной шероховатости вихревой трубы на 12% приводит к повышению интенсивности закрутки в среднем на 8% и увеличению относительной рабочей длины вихревой трубы на 14 % (на 5 калибров). В результате, чем больше на входе в трубу ВЗСМ начальная интенсивность закрутки потока Ф*вх и чем меньше относительная шероховатость внутренней стенки трубы А = 2 А/с1тр , тем больше ее рабочая длина.

4. Достоверность предложенной методики проектировочного расчета вихревого запально-стабилизирующего модуля подтверждается удовлетворительным совпадением геометрических параметров закручивающего устройства проектируемых конструкций ВЗСМ с опытно-промышленными образцами вихревых за-пально-горелочных устройств (ВЗГУ) [90]. Кроме этого, удовлетворительным согласованием расчетной максимальной длины вихревой трубы конструкций ВЗСМ с рекомендуемыми диапазонами длин труб на заданные параметры закручивающего устройства, а также расчетных значений тепловых характеристик с экспериментальными данными [60].

5. При проектировании ВЗСМ необходимо учитывать длину камеры закручивающего устройства Ьк/Бк =1,5.3 и оптимальное расположение тангенциального входа на ее середине, что позволяет разделить ее на полузамкнутую часть и проточную. Каждая часть камеры выполняет особые функции в конструкции ВЗСМ. Полузамкнутый объем камеры выполняет функцию смесителя и позволяет создать благоприятные условия для надежного зажигания смеси и устойчивого развития начального фронта пламени без возмущений и пульсации. Проточная часть камеры при высоких значениях интенсивности закрутки потока и наличии зон рециркуляции позволяет стабилизировать горение с выходом факела в свободное пространство [88].

6. Разработаны рекомендации по применению конструкции ВЗСМ для камер сгорания газотурбинных установок и котлов в качестве запальных устройств и стабилизирующей дежурной горелки. Конструкция ВЗСМ может, использована при совершенствовании перебрасывающих пламя патрубков блоч-но-секционных камер сгорания [44].