РЕГУЛЯТОР ПОВОРОТА ЛОПАТОК ЗАВИХРИТЕЛЯ ФРОНТОВОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1995 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к устройствам для регулирования завихрителя фронтового устройства камеры сгорания.

Известно фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащее блок лопаток завихрителя, закрепленных между внутренним и наружным кольцами, во внутреннем кольце размещена форсунка, а наружное кольцо подвижно соединено с фланцем вкладыша жаровой трубы камеры сгорания и через шарнир соединено с рычагом поворотного механизма, за лопатками к фланцу жестко закреплены профилированные пластины, между которыми образован канал, являющийся продолжением межлопаточного канала завихрителя [1].

Недостатком известного устройства является недостаточная точность управления, обусловленная дискретным изменением угла поворота потока и величины проходного сечения (имеет три дискретных положения) и косвенным управлением углом поворота потока по режимам работы камеры сгорания (поворот блока лопаток осуществляется внешним приводом). Это приводит к несоответствию количества воздуха, проходящего через межлопаточный канал, и угла его отклонения режимам работы камеры сгорания между фиксированными положениями угла поворота потока.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регулирования завихрителя фронтового устройства камеры сгорания, содержащее установленное коаксиально топливной форсунке поворотное кольцо и приводной механизм, выполненный в виде гильзы, установленной между кольцом и форсункой и образующей с последней кольцевую полость, и размещенного в ней подпружиненного поршня, установленных между пружиной и поршнем и жестко связанных между собой упорного кольца с продольными пазами на наружной поверхности и цилиндрической втулки, сопряженной с последней посредством червячной передачи гайки с радиальными рычагами, пропущенными через стенку гильзы и имеющими на концах отверстия, и пальцев, размещенных в упомянутых отверстиях и жестко закрепленных на поворотном кольце, причем на внутренней поверхности гильзы выполнены ответные пазам упорного кольца продольные выступы, а полость со стороны поршня, противоположной пружине, сообщена с топливным каналом форсунки [2].

Недостатком данного устройства является то, что оно регулирует углы установки лопаток и площадь проходного сечения завихрителя только на установившихся режимах. Это снижает точность регулирования площади проходного сечения на переходных режимах в момент увеличения (уменьшения) давления топлива в каналах форсунки. В этот момент необходимо резкое увеличение (уменьшение) площади проходного сечения завихрителя для подачи первичного воздуха, так как топлива в камеру сгорания подано много (мало), а в первоначальный момент из-за инерционности ротора ГТД воздуха не хватает (или избыток) в первичной зоне камеры сгорания. Это приводит к снижению устойчивости процесса горения на переходных режимах работы камеры сгорания из-за переобогащения (обеднения) топливо-воздушной смеси.

Цель изобретения - повышение устойчивости горения на переходных режимах.

Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования завихрителя фронтового устройства камеры сгорания, содержащее установленное коаксиально топливной форсунке кольцо и приводной механизм, выполненный в виде гильзы, имеющей радиальные рычаги, пропущенные через пазы в последней, и установленной между кольцом и форсункой, образующей с последней кольцевую полость с размещенными в ней подпружиненным упорным кольцом, втулкой, поршнем, расположенными с образованием дополнительной полости, а полость со стороны поршня, противоположной пружине, сообщена с топливным каналом форсунки и радиальные рычаги соединены с поводками лопаток завихрителя, дополнительно снабжено подпружиненным с двух сторон кольцевым поршнем, установленным в дополнительной полости, переходными звеньями, шарнирно соединенными с кольцом и поводками лопаток завихрителя, жиклером, причем поршень, втулка и упорное кольцо выполнено зацело, радиальные рычаги одним концом закреплены на его наружной поверхности, а другим - с кольцом, при этом переходные звенья и поводки соединены между собой под углом менее 180^о, а в корпусе форсунки и втулке выполнены отверстия, сообщающие дополнительную полость с топливным каналом, а жиклер установлен в одном из отверстий корпуса форсунки.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются:
1. В дополнительной полости установлен подпружиненный с двух сторон кольцевой поршень.

2. Переходные звенья шарнирно соединены с поводками лопаток завихрителя.

3. Переходные звенья и поводки соединены между собой под углом менее 180^о.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных технических решениях не обнаружены.

Применение всех новых признаков позволяет повысить устойчивость процесса горения на переходных режимах работы камеры сгорания за счет обеспечения наибольшей (наименьшей) площади проходного сечения данного завихрителя путем поворота лопаток при резком увеличении (уменьшении) давления топлива в топливных каналах форсунки в первоначальный момент, когда из-за инерции ротора ГТД воздуха в первичной зоне камеры сгорания недостаточно (или избыток), с дальнейшим обеспечением соответствия расхода воздуха через завихритель расходу топлива в течение всего переходного процесса путем регулирования угла установки лопаток завихрителя по давлению топлива в каналах форсунки.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - то же (вид по потоку воздуха); на фиг.3 - то же, вид сверху.

Устройство для регулирования завихрителя фронтового устройства камеры сгорания содержит топливную форсунку 1, кольцо 2 и приводной механизм, выполненный в виде гильзы 3, имеющей радиальные рычаги 4, пропущенные через пазы 5 в последней, и установленной между кольцом 2 и форсункой 1, образующей в последней кольцевую полость 6 и размещенным в ней подпружиненным упорным кольцом 7, втулкой 8, поршнем 9 расположенными с образованием дополнительной полости 10, а полость 6 со стороны поршня 9, противоположной пружине 11 сообщена с топливным каналом 12 форсунки 1. Радиальные рычаги 4 соединены с поводками 13 лопаток завихрителя 14. Устройство снабжено подпружиненным с двух сторон кольцевым поршнем 15, установленным в дополнительной полости 10, переходными звеньями 16, шарнирно соединенными с кольцом 2, и поводками 13 лопаток 14 завихрителя, жиклером 17. Поршень 9, втулка 8 и упорное кольцо 7 выполнено зацело. Радиальные рычаги 4 одним кольцом закреплены на наружной поверхности поршня 15, а другим - с кольцом 2, при этом переходные звенья 16 и поводки 13 соединены между собой под углом менее 180^о. В корпусе форсунки 1 и втулке 8 выполнены отверстия, 18, 19, 20, 21, сообщающие дополнительную полость 10 с топливным каналом 12. Жиклер 17 установлен в отверстии 18 корпуса форсунки 1.

Устройство для регулирования завихрителя фронтового устройства работает следующим образом.

При неработающем двигателе, когда топливо и воздух в камеру сгорания не подводятся, элементы устройства находятся в исходном положении.

Лопатки 14 завихрителя установлены на наибольший угол с минимальным проходным сечением в межлопаточных каналах, а выполненные зацело поршень 9, втулка 8 и упорное кольцо 7, под действием пружины 11, находятся в крайнем исходном положении на упоре.

При запуске двигателя, когда в камеру сгорания через вспомогательный топливный канал 12 форсунки 1 начинает поступать топливо и с определенного давления топлива (розжиг камеры сгорания произведен) поршень 9, втулка 8 и упорное кольцо 7 начинают перемещаться от исходного положения, сжимая пружину 11, одновременно перемещается от равновесного положения и поршень 15 (влево по схеме фиг.1), сжимая и разжимая соответствующие пружины в дополнительной полости 10. С поршнем 15 перемещаются радиальные рычаги 4, которые перемещают соответствующим образом кольцо 2. Кольцо 2 через рычаги 4, переходные звенья 16 и поводки 13 синхронно поворачивает лопатки 14 завихрителя и устанавливает их на меньший угол установки. Перемещение поршня 9, втулки 8, упорного кольца 7 и поршня 15 будет осуществляться до тех пор, пока сила давления топлива в полостях 6, 10 не уравновесится силой сжатия пружины 11 и пружины слева от поршня 15. При наступлении равновесия вышеуказанных сил в полости 10 начнет возрастать давление топлива пропорционально пропускной способности жиклера 17. Когда давление топлива в дополнительной полости 10 справа и слева от поршня 15 станет одинаковым, поршень 15 сместится в равновесное положение и через радиальные рычаги 4, кольцо 2, промежуточные звенья 16 и поводки 13 перемещает лопатки 14 завихрителя в обратном направлении до нового положения, соответствующего заданному режиму работы камеры сгорания по давлению топлива.

При резком переходе на повышенные режимы работы (приемистости, когда давление топлива в топливных каналах в том числе и в канале 12 форсунки 1 резко возрастает, поршень 9, выполненный зацело с втулкой 8 и упорным кольцом 7, и поршень 15 резко перемещаются влево по схеме (фиг.1), сжимая соответственно пружину 11 и пружину слева от поршня 15. Перемещение поршня 9 с втулкой 8 и упорным кольцом 7 происходит до тех пор, пока сила давления топлива не уравновесится силой давления пружины 11. Перемещение поршня 15 происходит до тех пор, пока сила давления топлива и дополнительной полости 10 справа от поршня 15 не уравновесится силой давления пружины, находящейся слева от поршня 15. При этом через радиальные рычаги 4, кольцо 2, переходные звенья 16 и поводки 13 лопатки 14 завихрителя синхронно поворачиваются на минимальный угол установки, увеличивая проходные каналы завихрителя до максимально возможных размеров. Это позволяет резко увеличивать расход воздуха через первичную зону камеры сгорания в первоначальный момент, когда из-за инерционности ротора ГТД воздуха в первичной зоне камеры сгорания недостаточно. В дальнейшем по мере увеличения частоты вращения ротора двигателя, что соответствует пропорциональному росту расхода воздуха, лопатки 14 завихрителя будут "прикрываться", так как в дополнительной полости 10 слева от поршня 15 возрастает давление топлива пропорционально пропускной способности жиклера 17. Когда давление топлива в дополнительной полости 10 слева и справа от поршня 15 станет одинаковым, поршень 15 под действием пружин вернется в исходное равновесное положение, перемещая через радиальные рычаги 4, кольцо 2, переходные звенья 16 и поводки 13 на увеличение угла установки (прикрытие) лопаток 14 завихрителя до нового, заданного давлением топлива форсунке 1, положения, соответствующего данному режиму работы камеры сгорания.

Темп перемещения поршня 15 в исходное положение определяется пропускной способностью жиклера 17.

Таким образом, при резком переходе на повышенные режимы работы (приемистости) обеспечивается соответствие расхода воздуха через завихритель расходу топлива, поступающего в камеру сгорания, тем самым поддерживая коэффициент избытка воздуха примерно постоянным, обеспечивая устойчивость горения на переходных режимах. Кроме того, это приводит к повышению полноты сгорания топлива на всех, в том числе и на переходных, режимах и снижению, тем самым, образования окиси углерода и углеводорода 3.

При переходе с повышенных режимов работы на пониженные (дросселировании) устройство для регулирования завихрителя фронтового устройства камеры сгорания работает, соответственно, в обратном порядке аналогичным образом.

В зависимости от инерционности работы ГТД устанавливается жиклер такого диаметра, при котором переходные процессы будут оптимальными.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить устойчивость процесса горения на переходных режимах работы камеры сгорания.

Использование: в газотурбинных двигателях. Сущность изобретения: при переменных режимах работы в топливном канале 12 форсунки 1 возрастает давление топлива. Поршень 9 перемещается, сжимая пружину 11, одновременно перемещается и поршень 15, сжимая соответствующую пружину в камере 10. Перемещение поршней 9, 15 происходит до тех пор пока давление топлива не будет уравновешено силой давления пружин. Через радиальные рычаги 4 и кольцо 2 промежуточные звенья 16 и поводки 13 лопаток 14 завихрителя синхронно поворачиваются, увеличивая проходные каналы завихрителя. Когда давление топлива в камере 10 выравнится, поршень 15 под воздействием пружин вернется в исходное положение и через радиальные рычаги 4, кольцо 2, промежуточные звенья 16 и поводки 13 переместит лопатки 14 завихрителя. 3 ил.

РЕГУЛЯТОР ПОВОРОТА ЛОПАТОК ЗАВИХРИТЕЛЯ ФРОНТОВОГО УСТРОЙСТВА, имеющий форсунку с топливными каналами, камеры сгорания, содержащий цилиндрический корпус с пазами на боковой поверхности, установленный коаксиально топливным каналам форсунки с образованием кольцевой полости, кольцевой поршень, размещенный в кольцевой полости и подпружиненный со стороны одного из торцов, кольцо с радиальными отверстиями, расположенное на наружной поверхности корпуса, радиальные рычаги, пропущенные через пазы корпуса и отверстия кольца и соединенные с поводками лопаток, при этом полость, образованная вторым торцом поршня, обращенным к завихрителю, и корпусом сообщена с топливным каналом форсунки посредством радиальных отверстий в последней, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости процесса горения на переменных режимах, он снабжен подпружиненным с двух сторон дополнительным кольцевым поршнем, промежуточными звеньями, шарнирно соединенными с радиальными рычагами и поводками лопаток, и жиклером, при этом основной поршень выполнен с кольцевой проточкой на наружной боковой поверхности с образованием камеры, в которой расположен дополнительный поршень с закрепленными в нем концами радиальных рычагов, камера сообщена с одним из топливных каналов форсунки посредством радиальных отверстий на ее поверхности, в одном из радиальных отверстий установлен жиклер, а промежуточные звенья и поводки соединены между собой под углом меньше 180^o.