ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F23D11/36 

Изобретение относится к двухканальным форсункам для инжекции жидкого топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащим средство для уменьшения перетекания топлива между торцами завихрителей и распылителей.

Известна двухканальная центробежная форсунка, содержащая корпус с каналами подачи жидкого топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними завихрители и распылители топлива.[1].

В известной форсунке завихрители и распылители прижимаются пружиной к внутреннему кольцевому выступу зажимной втулки. Это усложняет конструкцию форсунки и не исключает перетекания топлива между плоскостями стыка завихрителей и распылителей, т.к. у них площадь каналов при гидравлических пульсациях больше площади контакта с корпусом форсунки. При циклических нагревах пружины и релаксации напряжений в материале пружины, особенно при достижении установленного ресурса, наблюдались нерасчетные перетекания топлива из главного канала в пусковой, нарушения углов и траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания, повышенные расходы топлива.

Наиболее близкой к заявляемой является топливная форсунка ФР-30ДС, содержащая корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними переходник и распылители топлива.[2].

Недостатком известной форсунки, принятой за прототип, является возможность перетекания топлива между торцами распылителей и переходника, а также нерасчетные расходы и давления между каналами А (первой ступени) и Б (второй ступени), а вследствие этого, нарушение углов распыла топливных конусов и траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания, повышенные выбросы вредных веществ, повреждение лопаток турбины и пожары двигателя. Это объясняется уменьшением или исчезновением натяга между плоскостями стыка распылителей и завихрителей, который создавался усилием затяжки резьбовой втулки с корпусом форсунки. Исчезновение натяга и уплотнения между распылителями и завихрителями наблюдалось при прогреве двигателя, при достижении установленного ресурса работы и перегреве форсунок.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении экономичности и надежности газотурбинного двигателя за счет исключения перетекания топлива между торцами распылителей и переходника при нагреве резьбовой втулки, а также в обеспечении устойчивых траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания.

Сущность технического решения заключается в том, что в топливной форсунке для газотурбинного двигателя, содержащей корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними переходник и распылители топлива, согласно изобретению переходник телескопически соединен с корпусом и распылителями, при этом распылители размещены внутри переходника, а торцы последнего образуют с внутренним выступом резьбовой втулки и корпусом кольцевые щели.

Телескопическое соединение переходника с корпусом и распылителями, а также размещение распылителей внутри переходника позволяет последним под воздействием давления топлива перемещаться с возможностью скольжения до упора во внутренний кольцевой выступ резьбовой втулки, т.е. в сторону инжекции топлива. Это обеспечивает плотное герметичное соединение с возможностью скольжения пакета распылителей при термическом расширении и удлинении резьбовой втулки, т.е. при котором возможно появление зазоров между плоскостями стыка распылителей. Такое выполнение форсунки позволяет устранять перетекания топлива из канала Б (второй ступени) в канал А (первой ступени), а вследствие этого не нарушаются расчетные углы и траектории распыла топлива, исключаются: появление "длинных факелов", разрушение лопаток турбины и пожары двигателя.

Образование кольцевой щели между торцами корпуса форсунки и переходника увеличивает давление топлива на переходник вследствие увеличения площади, на которую воздействует вышеуказанное давление, что повышает надежность соединения распылителей с переходником.

Образование кольцевой щели между другим торцем переходника и внутренним выступом резьбовой втулки позволяет создать буферную теплоизолирующую полость для перемещения переходника при нагреве и остывании резьбовой втулки, а также уменьшает нагрев переходника и распылителей.

На фиг. 1 - изображен разрез верхней части камеры сгорания с топливной форсункой.

На фиг. 2 - элемент на фиг.1 (головка топливной форсунки).

Топливная форсунка для газотурбинного двигателя содержит корпус 1 с каналом А первой ступени и каналами Б второй ступени подачи жидкого топлива 2, соединенный с резьбовой втулкой 3, выполненной с внутренним кольцевым выступом 4 со стороны выхода 5 топливного канала А и выхода 6 топливных каналов Б. Топливные каналы Б сообщены между собой на входе в корпус 1 топливной форсунки (не показано). Между торцем 7 корпуса 1 форсунки и торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 размещен переходник 9, а внутри этого переходника размещены распылитель 10 топлива 2 канала А первой ступени и распылитель 11 топлива 2 каналов Б второй ступени. Переходник 9 телескопически соединен по цилиндрическому пояску Д с корпусом 1 форсунки, а с распылителями 10 и 11 соединен диаметром D1, при этом распылители 10 и 11 размещены внутри переходника 9, т.е. охватываются его стенкой 12, образующей этот диаметр D1. Торец 13 переходника 9 образует с торцем 7 корпуса 1 форсунки кольцевую щель К. Торец 14 переходника 9 образует с торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 кольцевую щель К1. Полость P заполнена топливом 2 и сообщена с каналами Б второй ступени, полость В - воздушная полость. Кроме того, на фиг. 2 поз. 15 показан кожух, соединенный резьбой с втулкой 3, поз. 16 - кольцо уплотнительное между торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 и распылителем 11, поз. 17 - уплотнительное кольцо между корпусом 1 и втулкой 3.

Топливная форсунка для газотурбинного двигателя работает следующим образом. Первая ступень форсунки через канал А инжектирует топливо 2 распылителем 10, начиная от запуска двигателя при давлении топлива 2, достаточном для получения хорошего качества распыла на всех режимах. Вторая ступень форсунки через каналы Б, сообщающиеся между собой на входе в форсунку, вступает в работу при достижении давления топлива в первой ступени через канал А 14 кгс/см² не менее, и далее инжектирует топливо 2 распылителем 11 одновременно с первой ступенью через канал А. При работе форсунки на первой ступени А распыла топлива давление топлива 2 действует на площадь круга Д переходника 9 и прижимает его и распылители 10 и 11 к торцу 8 кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3. При работе форсунки на второй ступени Б распыла топлива давление топлива 2 действует в щелевом канале К на поверхность переходника 9, определяемую полостью P, заполненной топливом 2, и также прижимает его и распылители 10 и 11 к торцу 8 кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3. При этом плотное герметичное соединение по торцам распылителей 10 и 11 между переходником 9 и корпусом форсунки 1, а также между переходником 9 и распылителем 10 сохраняется при заданных давлениях топлива в каналах А и Б и температурных деформациях, исключаются перетекания топлива между торцами распылителей и переходника.

Источники информации:
1. Зуев В. С. и др. Камеры сгорания воздушно-реактивных двигателей М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1958, с.158, фиг.97.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30. М.: Машиностроение, 1971, с.94, рис.106.

Изобретение относится к двухканальным форсункам для инжекции жидкого топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Изобретение позволяет повысить надежность и экономичность газотурбинного двигателя за счет исключения перетекания топлива между торцами распылителей и переходника при нагреве резьбовой втулки, а также обеспечить устойчивые траектории распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания. Топливная форсунка содержит корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними- переходник и распылители топлива. Переходник телескопически соединен с корпусом и распылителями, при этом распылители размещены внутри переходника, а торцы последнего образуют с внутренним выступом резьбовой втулки и корпусом кольцевые щели. 2 ил.

Топливная форсунка для газотурбинного двигателя, содержащая корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними - переходник и распылители топлива, отличающаяся тем, что переходник телескопически соединен с корпусом и распылителями, при этом распылители размещены внутри переходника, а торцы последнего образуют с внутренним выступом резьбовой втулки и корпусом кольцевые щели.