ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для воспламенения топливовоздушных смесей, и может быть использовано в системе запуска газотурбинных двигателей.

Известен воспламенитель, состоящий из электрической свечи и источника вспомогательного топлива /форсунки/, заключенных в общий корпус. Топливовоздушная смесь, создаваемая в результате смешения распыленного топлива с поступающим воздухом, воспламеняется искрой электрической свечи, образовавшийся факел горящих капель, в свою очередь, воспламеняет распыленное основное топливо в камере сгорания /1/.

Недостатком указанного воспламенителя является неудовлетворительные пусковые характеристики, усугубляющиеся в высотных условиях запуска двигателя из-за разрежения атмосферы и возникающем при этом переобогащении толпивовоздушной смеси в воспламенителе.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий камеру с выходным соплом, электрическую свечу, дефлектор, замещенный эквидистантно относительно стенок камеры и выходного сопла с образованием пристеночного канала, и топливную форсунку с соплом, направленным в сторону дефлектора /2/.

В период запуска двигателя часть топлива попадает на стенку корпуса воспламенителя, конденсируется и в виде пленки стекает в пристеночный канал, не участвуя в процессе смесеобразования.

Недостатки указанного воспламенителя следующие.

1. Низкая надежность воспламенения топлива при разных условиях запуска, связанная с тем, что состав топливовоздушной смеси зависит не только от конструктивных параметров воспламенителя /угол наклона оси распылителя, конус расплавленного топлива/, но и от меняющихся неконструктивных параметров /температура и скорость циркуляционного воздуха, температура корпуса воспламенителя/. Так, при запуске горячего двигателя часть мелкораспыленного топлива, попадающая на горячую стенку корпуса воспламенителя, имеющую значительную массу, испаряется и участвует в процессе смесеобразования, изменяя концентрацию топливовоздушной смеси в сторону обогащения и тем самым ухудшая запуск двигателя.

2. Сложность изготовления воспламенителя, так как изменение количества конденсируемого топлива может быть достигнуто изменением положения конуса распыленного топлива, что влечет за собой необходимость изменения расположения свечи зажигания, требующая нового конструктивного решения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности запуска двигателя за счет обеспечения необходимого состава топливовоздушной смеси и исключения влияния меняющихся некоструктивных параметров на количество конденсируемого топлива в воспламенителе во всем требуемом диапазоне условий запуска, с минимумом доводочных работ при изготовлении воспламенителя.

Эта задача решается тем, что внутри корпуса воспламенителя, перпендикулярно оси распылителя установлен экран с вырезанным сектором и боковыми сегментами. Угол α сектора экрана определяется расчетным путем. Вырез сектора направлен в сторону свечи зажигания.

Благодаря этому решению, в процессе смесеобразования участвует только та часть распыленного топлива, которая проходит через открытый сектор экрана в зону воспламенения. Остальная часть топлива конденсируется на экране, стекает в виде струи через соответствующий сегмент экрана и на срезе трубки воспламенителя частично распыливается в камеру сгорания. Таким образом, исключается возможность переобогащения смеси.

На фиг. 1 изображен предлагаемый воспламенитель; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1.

Воспламенитель содержит корпус 1 с трубкой 2, создающие камеру воспламенителя, дефлектор 3, размещенный в камере с образованием пристеночного канала 4, свечу зажигания 5, распылитель 6 топливной форсунки 7 и экран 8, расположенный около распылителя 6 перпендикулярно его оси. Экран 8 имеет вырезанный сектор 9, угол a которого определяется расчетным путем, служащий для прохода части конуса распыленного топлива, и два сегмента 10 и 11 для слива струи конденсированного топлива. Сектор 9 экрана 8 направлен в сторону свечи зажигания 5. В стенке трубки 2 выполнены отверстия 12 для подвода воздуха в камеру воспламенителя. Экран 8 делит камеру воспламенителя на полость Б, в которой происходит циркуляционное движение воздуха, и полость В, в которой практически отсутствует циркуляционное движение воздуха.

Состав топливовоздушной смеси для запуска двигателя зависит:
от количества воздуха, поступающего через отверстия 12 трубки 2 воспламенителя и определяемого суммарной площадью этих отверстий,
от количества топлива, поступающего из форсунки 7 и проходящего через сектор 9, величина угла a которого определяется расчетным путем.

Воспламенитель камеры сгорания работает следующим образом.

Воздух из кольцевого канала камеры сгорания /не показана/ через отверстия 12 и по направляющему каналу 4 поступает в полость Б воспламенителя в виде закрученного потока, образующего циркуляционную зону.

При запуске холодного двигателя распыленное распылителем топливо поступает в полость В воспламенителя. Часть конуса распыленного топлива, ограниченная углом a открытого сектора 9 экрана 8, поступает в полость Б, перемешивается в циркуляционной зоне с воздухом и в виде топливовоздушной смеси воспламеняется свечой зажигания 5. Образованный в воспламенителе факел поджигает распыленное топливо в камере сгорания. Другая часть конуса распыленного топлива благодаря отсутствию циркуляции движения воздуха в полости В полностью падает на экран 8, конденсируется полностью, в виде струи топлива проходит через открытый сегмент 10 или 11 и сливается в камеру сгорания. На срезе 13 трубки 2 воспламенителя струя конденсированного топлива частично распыливается.

При запуске горячего двигателя благодаря малой толщине и массе экрана 8 и отсутствию циркуляции воздуха в полости В топливо полностью попадает на экран 8 и практически не испаряется, а конденсируется и стекает по стенке воспламенителя в виде струи, исключая переобогащение смеси.

Из изложеного следует, что во всех условиях запуска двигателя в смесеобразовании участвует практически только та часть топлива, которая поступает в полость Б воспламенителя через открытый сектор 9 экрана 8. Величина угла a открытого сектора 9 определяется расчетным путем. Таким образом, во всех условиях запуска двигателя сохраняется приемлемый состав топливовоздушной смеси, способствующий надежному воспламенению топлива в воспламенителе.

Использование: система запуска газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: экран 8 с вырезанным сектором 9, направленным в сторону свечи зажигания 5, и двумя боковыми сегментами 10 и 11 установлен внутри корпуса воспламенителя перпендикулярно оси распылителя 6. Величина угла α сектора 9 экрана 8 определяется расчетным путем. Сектор 9 экрана 8 направлен в сторону свечи зажигания. В результате такого решения, в процессе смесеобразования участвует только та часть топлива, которая проходит в зону воспламенения через открытый сектор 9 экрана 8. Остальная часть топлива конденсируется на экране 8, стекает через соответствующий сегмент 10 или 11 в виде струи и на срезе 13 трубки 2 воспламенителя частично распыливается в камеру сгорания. Количество воздуха, поступающего через отверстия 12 в стенке трубки 2 воспламенителя определяется суммарной площадью этих отверстий. Таким образом, величиной угла альфа открытого сектора 9 экрана 8 можно создать приемлемый для всего диапазона запуска двигателя состав топливовоздушной смеси в воспламенителе. 2 ил.

Воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий корпус, соединенный с трубкой воспламенителя, установленные внутри корпуса дефлектор, свечу зажигания, топливную форсунку с распылителем и экран, отличающийся тем, что экран выполнен с вырезанными сектором и боковыми сегментами и размещен перпендикулярно оси распылителя, причем открытый сектор экрана направлен в сторону свечи зажигания.