ТОПЛИВОВОЗДУШНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2000 года по МПК F23R3/00 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей.

Известны камеры сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД), в которых для уменьшения вредных веществ в продуктах сгорания содержатся две зоны смешения топлива с воздухом. Одна из них традиционная, т.е. с расположенной по оси воздушного завихрителя форсункой, служит для создания в КС дежурного пламени. Другая - с предварительной подачей топлива в поток воздуха для получения однородной смеси до поступления ее в зону горения КС. (П.М.Канило. Токсичность ГТД и перспективы применения водорода. Киев: Наукова думка, 1982, с. 94). Воспламенение такой смеси происходит от пламени дежурной зоны, а горение - с малым выделением вредных веществ (особенно оксидов азота - NO_x).

Недостатком такого устройства является ненадежная работа, связанная с самовоспламенением смеси до ее поступления в зону горения КС (из-за большого времени пребывания и наличия мест с малыми скоростями потока), что приводит к перегреву и выгоранию фронтового устройства.

Известно фронтовое устройство КС (пат. Франции N 2235274), содержащее топливовоздушные горелки, каждая из которых содержит двухъярусный лопаточный завихритель c сужающими насадками на каждом завихрителе. Топливо для лучшего его перемешивания с воздухом и получения однородной (гомогенной) смеси подается перед завихрителями. Преимущества и недостатки такого устройства такие же, как в вышеописанном устройстве.

Известно устройство головки КС (пат. США N 3570240 - прототип), в которой установлены горелки с двухъярусными завихрителями и насадками на них, причем внутренний - имеет конфузорную часть с внезапным расширением и поясом отверстий за ним, а торец насадка выполнен с дном. Топливная форсунка расположена по оси внутреннего завихрителя.

Предварительно подготовленная топливовоздушная смесь из внутреннего насадка через отверстия в его стенке поступает в поток за наружным завихрителем и далее в зону горения КС.

Такое устройство позволяет получить однородную (гомогенную) смесь топлива с воздухом. Для получения малого выделения вредных веществ эта смесь должна иметь избыток воздуха (α ≥ 2) для получения низкого уровня температуры пламени. Однако такая смесь обладает узким диапазоном устойчивого горения (при отсутствии рядом дежурного пламени), что ухудшает эксплуатационную надежность.

Дополнительно уменьшается надежность в таком устройстве из-за возможного самовоспламенения смеси во внутреннем насадке, что приводит к его перегреву и разрушению.

Целью изобретения является снижение токсичности продуктов: сгорания и повышение надежности работы.

Эта цель достигается выполнением во внутреннем конфузорном насадке внезапного сужения и пояса отверстий перед ним, а на торце форсунки - выступов, не менее одного.

Сущность изобретения поясняется примерами конструктивного выполнения, приведенными на фиг. 1, 2, 3.

На фиг. 1 изображен продольный разрез топливовоздушной горелки;
на фиг. 2 - вид по стрелке A на горелку;
на фиг. 3 - разрез по B-B.

Горелка содержит корпус 1, в котором по оси размещена топливная форсунка 2. На корпусе 1 размещен двухъярусный внутренний 3 и наружный 4 завихрители соответственно с сужающимися насадками 5, 6, которые заканчиваются соплами 7, 8. На внутреннем насадке 5 выполнен пояс отверстий 9, за которым выполнено внезапное сужение образующее уступ 10. На торце форсунки 1 выполнены выступы 11 (не менее одного), которые расположены относительно торца форсунки на расстоянии "h". Работает топливовоздушная горелка следующим образом.

Воздух одновременно поступает в завихрители 3, 4 при этом часть воздуха, проходящего через внутренний завихритель 3, поступает через отверстия 9 в канал образованный насадками 5, 6 и далее выходит вместе с воздухом, прошедшим через завихритель 4, через сопло 8, а остальной воздух выходит через сопло 7. Топливо из форсунки 2 выходит в виде конуса, при этом часть его отражается от выступов 11, изменяет направление движения на осевое и выходит вместе с воздухом через сопло 7 в зону горения КС. (Высота выступа "h" выбирается из условия попадания на него конуса распыла топлива). Остальное топливо конуса вместе с воздухом, встречая уступ 10, уносится через отверстия 9 в канал образованный насадками 5, 6 и далее через сопло 8 поступает в зону горения КС.

Состав смеси, выходящей через сопло 7, определяется расходом воздуха, проходящего через завихритель 3 (без учета ушедшего через отверстия 9) и сектором конуса распила, занятого выступами 11, и подбирается из условия получения состава смеси с небольшим избытком воздуха (α ≈ 1...1,2). Состав смеси, выходящей через сопло 8, определяется расходом воздуха, проходящего через него, и топлива с воздухом, поступающим через отверстия 9, и подбирается из условия получения смеси с большим избытком воздуха (α ≈ 2,0). Более "богатая" топливом смесь, выходящая из сопла 7, поджигается посторонним источником (свечой и т.п.), образуя устойчиво горящую дежурную зону, а смесь, выходящая из сопла 8, поджигается и в последующем поддерживается от дежурной зоны, образуя две отдельно существующие зоны горения.

Более "бедная" смесь, выходящая из сопла 8, сгорает при более низкой температуре пламени (из-за большого избытка воздуха), тем самым предотвращает образование вредных (особенно NO_x) веществ.

Таким образом, применение предложенного устройства топливовоздушной горелки позволит повысить надежность работы и снизить токсичность продуктов сгорания.

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и обеспечивает снижение токсичности продуктов сгорания с одновременным повышением надежности работы. Топливовоздушная горелка содержит двухъярусный завихритель с установленными на них наружным и внутренним насадками с отверстиями в последнем, топливную форсунку, установленную по их оси, на торце которой выполнен по меньшей мере один выступ, а во внутреннем конфузорном насадке выполнен встречный уступ, образующий внезапное сужение канала, перед которым в стенке насадка выполнен пояс отверстий. 3 ил.

Топливовоздушная горелка, содержащая двухъярусный завихритель с установленными на них наружным и внутренним насадками с отверстиями в последнем, топливную форсунку, установленную на оси, отличающаяся тем, что на торце форсунки выполнены выступы, не менее одного, а во внутреннем конфузорном насадке выполнен встречный уступ, образующий внезапное сужение канала, перед которым в стенке насадка выполнен пояс отверстий.