УСТРОЙСТВО ДОЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2000 года по МПК F02K3/10 F23R3/20 

В настоящее время уже известно, например, из патента Франции, опубликованного под N 2709342, устройство дожигания топлива или форсажа для двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащее внешний кольцевой кожух, практически обладающий осью вращения, кожух выхлопа, располагающийся внутри внешнего кожуха и содержащий внешнюю кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, каждая из которых имеет ту же ось вращения, что и внешний кожух, и ограничивающий вместе с ним первый проход, предназначенный для протекания вторичного воздуха, причем внешняя кольцевая стенка и внутренняя кольцевая стенка ограничивают между собой второй проход, предназначенный для протекания газообразных продуктов сгорания, причем данное устройство дожигания содержит также кольцевую стенку дожигания, имеющую ту же собственную ось вращения, что и внешний кожух, и располагающуюся внутри внешнего кожуха, будучи удаленной от него на определенное расстояние таким образом, чтобы образовать проход для охлаждающего воздуха, и ограничивающей камеру дожигания по потоку позади упомянутых первых и вторых проходов, кронштейны стабилизаторов пламени, проходящие в плоскостях, радиальных по отношению к оси вращения, по меньшей мере, внутри второго прохода, каждый из которых выполнен в виде двугранного угла, ограниченного двумя внешними пластинами, имеющими общее ребро соединения и образующими внешнее поперечное сечение V-образной формы, заостренная вершина которого ориентирована в направлении передней по потоку части камеры сгорания по отношению к общему осевому направлению протекания газообразных продуктов сгорания топлива, причем каждый стабилизатор пламени дополнительно содержит трубку вентиляции с многочисленными отверстиями, предназначенную для охлаждения внешних пластин при помощи охлаждающего воздуха, отбираемого в первом проходе, и по меньшей мере, один радиально расположенный канал подачи топлива, снабженный отверстиями инжекции этого топлива.

Трубка вентиляции, описанная в этом документе, имеет круглое поперечное сечение, располагается в непосредственной близости от ребра или вершины двугранного угла и содержит отверстия, предназначенные для охлаждения крыльев этого двугранного угла. Специальный экран, препятствующий тепловому излучению и имеющий полукруглое поперечное сечение, располагается по потоку позади канала подачи топлива между задними по потоку кромками двугранного угла и выполнен с боковыми осевыми щелями, предназначенными для протекания смеси топлива с воздухом в камере дожигания. Отверстия впрыскивания канала подачи топлива представляют собой отверстия, располагающиеся в строго радиальных плоскостях, направленных в сторону внутренних стенок упомянутого двугранного угла. Стабилизатор пламени подобного типа называют карбюрированным.

Заявка на патент Франции, опубликованная под номером 2696502, представляет радиальные стабилизаторы пламени, также образованные конструкциями в виде двугранного угла и содержащие трубку вентиляции, предназначенную для охлаждения упомянутого двугранного угла.

В этом последнем упомянутом источнике стабилизатор пламени не содержит ни канала подачи топлива, ни экрана, препятствующего тепловому излучению. В данном случае топливо впрыскивается по потоку спереди от этих стабилизаторов пламени при помощи каналов подачи топлива, располагающихся по бокам от соединительных кронштейнов, располагающихся попеременно между стабилизаторами пламени. Инжектируемое в камеру сгорания топливо растекается по внешним стенкам стабилизаторов пламени. Поперечное сечение трубки вентиляции в данном случае имеет величину, превышающую величину поперечного сечения цилиндрической трубки, упомянутой в источнике FR 2709342, что обеспечивает наилучшие условия охлаждения стенок упомянутого двугранного угла. Однако, в данном случае каналы подачи топлива подвергаются воздействию теплового потока, исходящего от газообразных продуктов сгорания топлива, что может повлечь за собой нарушение нормального функционирования каналов вследствие возникновения опасности закоксовывания или паровой пробки ("vapor-lock").

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать устройство дожигания топлива, в котором используются стабилизаторы пламени карбюрированного типа, обладающие качествами двух упомянутых выше технических решений.

Задача, поставленная в предлагаемом изобретении, достигается путем оптимизации устройства аэродинамического охлаждения каждого стабилизатора пламени.

Для достижения поставленной задачи в соответствии с предлагаемым изобретением трубка вентиляции имеет в целом треугольное поперечное сечение и содержит две боковые поверхности строго параллельные внешним пластинам, и заднюю по потоку поверхность в виде радиального желоба, в котором располагается топливный трубопровод, причем множество дополнительных отверстий, направленных в сторону этого топливного трубопровода, выполнены в стенке желоба для того, чтобы обеспечить вентиляцию и охлаждение топливного трубопровода, который обеспечивает впрыскивание топлива в направлении по потоку.

Благодаря предложенному конструктивному решению проходное сечение вентиляционной трубки в данном случае оказывается больше круглого проходного сечения вентиляционной трубки, описанной в патенте Франции FR 2709342. За счет этого расход охлаждающего воздуха увеличивается и внешние пластины конструкции в виде двугранного угла охлаждаются ударами струек воздуха, истекающих из отверстий, выполненных на боковых сторонах вентиляционной трубки. Через отверстия в желобе охлаждающий воздух подается на поверхность топливного трубопровода во всех диапазонах функционирования данного турбореактивного двигателя, что предотвращает опасность закоксовывания и образования паровых пробок, а также способствует термической устойчивости топливного трубопровода и так называемом сухом режиме, то есть в случае отсутствия функционирования данной камеры дожигания или форсажной камеры. Расположение отверстий, а также форма поперечного сечения вентиляционной трубки стабилизатора пламени, наилучшим образом адаптированы для обеспечения надлежащей вентиляции стенок конструкции в виде двугранного угла и топливного трубопровода.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения топливный трубопровод оборудован топливными форсунками аэромеханического типа. Такое техническое решение позволяет обеспечить удовлетворительное качество распыления топлива и управление шириной конуса распространения капелек топлива с тем, чтобы исключить всякую опасность их столкновения с внешними пластинами упомянутой конструкции в виде двугранного угла данной системы дожигания.

Другие преимущества и характеристики предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе карбюрированного стабилизатора пламени в соответствии с существующим уровнем техники в данной области;
фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе некарбюрированного стабилизатора пламени в соответствии с существующим уровнем техники в данной области;
фиг. 3 представляет собой схематический вид в осевом разрезе половины части двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего устройство дожигания топлива в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 4 представляет собой схематический вид в разрезе по линии IV-IV, показанной на фиг. 3;
фиг. 5 представляет собой частичный схематический перспективный вид устройства стабилизатора пламени в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 6 представляет собой схематический перспективный вид топливного трубопровода.

На фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе стабилизатора пламени карбюрированного типа, подобного стабилизатору пламени, описанному в заявке на патент, опубликованной под номером FR 2709342. Этот стабилизатор пламени располагается радиально в потоке горячих газов, движущихся в канале данного турбореактивного двигателя в направлении, схематически показанном стрелкой G. Этот стабилизатор пламени содержит металлический лист, изогнутый в виде V-образного двугранного угла, и содержит две боковые пластины 2 и 3, связанные между собой закругленным ребром 4, располагающимся в передней по потоку части данного стабилизатора пламени по отношению к общему направлению течения горячих газов G, и дополнительно содержит трубку вентиляции 5, в которой выполнено множество сквозных отверстий, которая имеет круглое поперечное сечение и которая располагается между боковыми пластинами 2 и 3 конструкции в виде двугранного угла рядом с закругленным ребром или вершиной 4 этого двугранника, топливный трубопровод 6, располагающийся по потоку позади упомянутой вентиляционной трубки 5, и экран противодействия излучению 7, который имеет вогнутую поверхность, обращенную в направлении движения потока газов, и который связывает между собой задние по потоку кромки 8 и 9 боковых пластин 2 и 3 упомянутой двугранной конструкции, образуя при этом боковые щели 10 и 11, предназначенные для отвода образованной смеси топлива с воздухом.

В данном случае вентиляционная трубка 5 содержит отверстия 12, предназначенные для вдувания чистого воздуха, поступающего от вентилятора данного двухконтурного турбореактивного двигателя в направлении упомянутых пластин 2 и 3, а также в направлении закругленного ребра 4.

Отверстия 13 топливного трубопровода 6 впрыскивают определенное количество топлива 14 по направлению к упомянутым боковым щелям 10 и 11.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе стабилизатора пламени 1' не карбюрированного типа, подобного стабилизатору пламени, описанному в заявке на патент Франции, опубликованной под номером 2696502.

Этот стабилизатор пламени 1' также выполнен в виде конструкции в форме двугранного угла, имеющей две боковые пластины 2' и 3', связанные между собой закругленным ребром или вершиной этого угла 4', ориентированным в направлении против потока по отношению к общему осевому направлению G течения горячих газов. Располагающаяся в осевом направлении вентиляционная трубка 5' проходит между боковыми пластинами 2' и 3'. Эта вентиляционная трубка 5' имеет в целом треугольное поперечное сечение, боковые стороны которого 15 и 16 располагаются параллельно и рядом с упомянутыми боковыми пластинами 2' и 3' и содержат специальные отверстия 12, которые обеспечивают вдувание чистого воздуха, отбираемого в канале вторичного воздуха, поступающего от вентилятора данного двухконтурного турбореактивного двигателя в головную часть вентиляционной трубки 5', в направлении внутренних поверхностей упомянутой двугранной конструкции. Задняя по потоку поверхность вентиляционной трубки 5' выполнена вогнутой и содержит отверстия 18, предназначенные для подачи чистого воздуха по потоку в камеру дожигания 19.

Двухконтурный турбореактивный двигатель и его камера дожигания, частично схематически представленные на фиг. 3, содержат внешний кольцевой кожух 20, представляющий собой тело вращения с осью вращения 21, кожух отведения 22 газообразных продуктов сгорания, сквозь который проходят направляющие лопатки данного турбореактивного двигателя и где происходит движение газового потока в направлении, схематически показанном стрелкой G, и камеру дожигания топлива 23, располагающуюся по потоку позади кожуха отведения 22 газообразных продуктов сгорания.

Кожух отведения или выхлопа 22 располагается внутри внешнего кожуха 20 и ограничивает вместе с ним первый проход 24, в котором протекает поток вторичного воздуха S, поступающего из вентилятора данного двухконтурного турбореактивного двигателя.

Кожух отведения или выхлопа 22 образован внешней кольцевой стенкой 25 с осью симметрии 21. Этот кожух отведения 22, внешняя стенка 25 и внутренняя стенка 26 связаны между собой при помощи радиальных соединительных рычагов, не показанных на приведенных в приложении фигурах.

Внешняя стенка 25 и внутренняя стенка 26 ограничивают между собой второй проход 27, предназначенный для протекания потока газообразных продуктов сгорания.

Кольцевая стенка 28 дожигания топлива, обладающая осью симметрии 21, которая в радиальном направлении больше удалена от оси 21, чем внешняя стенка 25, располагается в непосредственной близости от внешнего кожуха 20 и ограничивает вместе с внутренней стенкой 26 камеры дожигания топлива или форсажной камеры 23.

Упомянутые выше кронштейны стабилизаторов пламени 30, которые проходят наклонно в радиальном направлении в сторону камеры сгорания 20, располагаются на границе кожуха отведения или выхлопа 22 и камеры дожигания 23. Каждый кронштейн стабилизатора пламени 30 проходит строго в радиальной плоскости, содержащей ось симметрии 21 или проходящей через эту ось.

Каждый кронштейн стабилизатора пламени 30 содержит головную часть 31, которая пересекает первый проход 24, уже упомянутый выше, и которая удерживает в своей задней по потоку части кольцевую форсажную камеру сгорания 32 с осью симметрии 21, связанную при помощи топливного трубопровода 33 с магистралью подачи топлива 33a, и главный корпус 34, который проходит внутри второго прохода 27 и который является объектом предлагаемого изобретения.

Таким образом, как это можно видеть на фиг. 4, 5 и 6, главный корпус 34 выполнен в виде двугранного угла, имеющего V-образное поперечное сечение, причем вершина этого двугранного угла ориентирована против направления движения потока газов, а его ветви ориентированы по потоку G этих горячих газов. Эта конструкция в виде двугранного угла содержит две внешние пластины 35 и 36, имеющие общее объединяющее их ребро 37 закругленной формы.

Вентиляционная трубка 38 проходит по всей высоте этого главного корпуса 34. Эта вентиляционная трубка 38 является открытой на своем конце, удаленном от оси симметрии 21 для того, чтобы обеспечить возможность отбора определенного количества охлаждающего воздуха R в первом проходе 24, и закрыта на своем нижнем конце. Эта вентиляционная трубка содержит по всей своей длине множество отверстий, предназначенных для выведения отобранного воздуха за пределы трубки 38.

Вентиляционная трубка 38 в целом имеет треугольное поперечное сечение и содержит две боковые стенки 39, 40, строго параллельные внешним пластинам 35, 36, располагающимся на небольшом расстоянии от этих боковых стенок с тем, чтобы обеспечить возможность интенсивного охлаждения внешних пластин 39, 40 воздухом, истекающим из отверстий 41. Задняя по потоку поверхность 42 вентиляционной трубки, которая направлена в сторону внутренней части камеры дожигания или форсажной камеры 23, имеет выпуклую форму и содержит желоб 43 U-образного поперечного сечения, в котором располагаются два радиальных топливных трубопровода 44 и 45, запитываемых топливом. В стенке, ограничивающей желоб 42, выполнены отверстия 46, через которые охлаждающий воздух выходит в направлении упомянутых выше топливных трубопроводов 44 и 45.

Топливные трубопроводы 44, 45 содержат топливные форсунки 47 аэромеханического типа, которые впрыскивают топливо в направлении по потоку горячих газов в камеру дожигания или форсажную камеру 23. Эти топливные форсунки аэромеханического типа 47 позволяют обеспечить удовлетворительное качество распыления топлива и надежно управлять шириной конуса распространения капелек топлива с тем, чтобы исключить всякую опасность их столкновения с конструкцией стабилизатора пламени 30, выполненной в виде двугранного угла.

Вентиляционная трубка 38 стабилизатора пламени 30 выполняет функцию конструктивного сердечника и канала подачи определенного количества воздуха R, поступающего от вентилятора данного двухконтурного турбореактивного двигателя. Подача чистого воздуха R осуществляется во всем диапазоне функционирования данного двухконтурного турбореактивного двигателя для того, чтобы предотвратить опасность закоксовывания и возникновения паровых пробок как в режиме форсажа, так и в режиме сухого функционирования.

Форма вентиляционной трубки 38, а также расположение отверстий 41 и 46, наилучшим образом адаптированы для того, чтобы обеспечить термическую целостность топливных форсунок.

Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет также обеспечить термическую целостность стенок конструкции в виде двугранного угла и системы карбюрирования как в режиме сухого функционирования, так и в режиме форсажа. Предлагаемое устройство позволяет также отказаться от использования органов впрыскивания, установленных в первичном потоке, в случае использования стабилизаторов пламени не карбюрированного типа, что обеспечивает более высокую надежность функционирования в результате предотвращения опасности возврата пламени. Предлагаемое техническое решение позволяет также использовать композиционные материалы для реализации упомянутой конструкции в виде двугранного угла, что обеспечивает определенный выигрыш в весе упомянутой конструкции.

Изобретение касается устройства дожигания топлива, использующего стабилизатор пламени карбюрированного типа, обладающего оптимизированной системой охлаждения. Этот стабилизатор пламени содержит корпус (34), который проходит в радиальном направлении в первичном потоке газов и представляет собой конструкцию в виде V-образного двугранного угла, содержащего две боковые пластины (35, 36), имеющие одно общее объединяющее их закругленное ребро (37), вентиляционную трубку (38), располагающуюся между двумя боковыми пластинами (35, 36), и, по меньшей мере, один топливный трубопровод (44, 45), располагающийся в ребре вентиляционной трубки (38). Вентиляционная трубка (38) имеет в целом треугольное поперечное сечение и содержит на своей задней по потоку поверхности желоб (42), в котором располагаются топливные трубопроводы (44, 45). Вентиляционная трубка (38) также содержит отверстия (41, 46), предназначенные для интенсивного охлаждения боковых пластин (35, 36) конструкции в виде двугранного угла и топливных трубопроводов (44, 45). Такое выполнение устройства дожигания топлива приводит к улучшению охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство дожигания топлива, предназначенное для двухконтурного турбореактивного двигателя и содержащее внешний кольцевой кожух (20), обладающий осью вращения (21), кожух отведения или выхлопа (22), располагающийся внутри внешнего кожуха (20) и содержащий внешнюю кольцевую стенку (25) и внутреннюю кольцевую стенку (26), каждая из которых имеет ту же самую ось вращения или ось симметрии, что и внешний кожух (20), и ограничивающий вместе с этим внешним кожухом первый проход (24), предназначенный для протекания вторичного воздуха, причем внешняя кольцевая стенка (25) и внутренняя кольцевая стенка (26) ограничивают между собой второй проход (27), предназначенный для протекания газообразных продуктов сгорания, причем данное устройство дожигания топлива содержит также кольцевую стенку дожигания (28), обладающую той же осью вращения или симметрии, что и внешний кожух (20), и располагающуюся внутри внешнего кожуха, которая отстоит от него на определенное расстояние таким образом, чтобы определить проход для охлаждающего воздуха, и ограничивающую камеру дожигания или форсажную камеру (23) по потоку позади от первого (24) и второго (27) проходов, причем кронштейны стабилизаторов пламени (30) проходят в радиальных плоскостях по отношению к оси симметрии (21), по меньшей мере, внутри второго прохода (27) и каждый из этих кронштейнов представляет собой конструкцию в виде двугранного угла, ограниченного двумя внешними пластинами (35, 36), соединенными между собой общим ребром (37), и имеющую поперечное сечение У-образной формы, вершина которой ориентирована в направлении против потока горячих газов по отношению к общему направлению (G) течения газообразных продуктов сгорания, причем каждый стабилизатор пламени (30) дополнительно содержит вентиляционную трубку (38), содержащую множество сквозных отверстий и предназначенную для охлаждения внешних пластин (35, 36) при помощи струек охлаждающего воздуха, отобранного в первом проходе (24), и охлаждения, по меньшей мере, одного радиального топливного трубопровода (44, 45), снабженного отверстиями впрыскивания топлива, отличающееся тем, что вентиляционная трубка (38) имеет по существу треугольное поперечное сечение и содержит две боковые поверхности (39), (40), строго параллельные внешним пластинам (35, 36), и заднюю по потоку поверхность (42), которая представляет собой радиальный желоб (43), в котором расположен топливный трубопровод (44, 45), причем множество дополнительных отверстий (46), ориентированных в сторону топливного трубопровода, выполнены в стенке (42) желоба (43) для того, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию топливного трубопровода, который обеспечивает впрыскивание топлива в направлении по потоку течения горячих газов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что топливный трубопровод (44, 45) оборудован топливными форсунками аэромеханического типа (46). 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что каждый из стабилизаторов пламени (30) содержит два топливных трубопровода (44, 45).