КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВОЗДУХА Российский патент 2001 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относится к камерам сгорания (к.с.) газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к к.с. с регулируемым распределением воздуха.

В связи с ужесточением требований по выбросам вредных веществ ГТД (окиси углерода - CO, несгоревших углеводородов - C_nH_m, оксидов азота - NO_x) возникает необходимость в разработке к.с. с малыми выбросами этих веществ. Среди других решений (подача пара или воды в к.с.) применяют перераспределение расхода воздуха по длине к.с. для обеспечения оптимальных условий горения во всем рабочем диапазоне режимов работы ГТД. При этом для предотвращения образования CO и C_nH_m на низких режимах и обеспечения нормального запуска к.с. уменьшают расход воздуха в первичную зону, а на высоких режимах для предотвращения образования NO_x увеличивают расход воздуха в первичную зону.

Известны устройства к.с., в которых осуществляют распределение воздуха по ее длине (например, патент N 4534166 США, в котором применен регулируемый завихритель во фронтовом устройстве к.с.; патент N 4050240, США, в котором на жаровой трубе размещен поворотный пояс, перекрывающий окна; патент N 4594848 США, в котором для перекрытия окон в жаровой трубе применены кольца, перемещаемые вдоль оси к.с.

Наиболее близкой к предложенной камере является камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха, содержащая жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемым и размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом (EP 0100135 A1, МПК 6 F 23 R 3/26, 1984).

Недостатком известных устройств является их низкая надежность, так как при нагреве стенок жаровой трубы поворотные и перемещаемые вдоль нее кольца, поясы или не обеспечивают герметичность (при закрытом положении), что не регламентирует оптимальное распределение воздуха по длине жаровой трубы или (при достаточной герметичности, т.е. при малых зазорах) могут происходить отказы в перемещениях регулирующих элементов из-за коробления жаровой трубы, особенно при ее неравномерном нагреве, и от температурных расширений жаровой трубы и регулируемых элементов.

Задачей изобретения является уменьшение выбросов вредных веществ, повышение надежности работы устройства регулирования расхода воздуха и упрощение конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в камере сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха, содержащей жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом, подвижный элемент выполнен в виде гибкой ленты, охватывающей жаровую трубу и имеющей не менее одного разреза, при этом с системой рычагов соединены разрезы ленты, и она обеспечивает радиальное перемещение ленты.

На фиг. 1 изображен продольный разрез камеры сгорания;
на фиг. 2 изображен разрез регулируемого устройства по А-А фиг. 1;
на фиг. 3 изображен разрез регулируемого устройства по В-В фиг. 2;
на фиг. 4 изображено место уплотнения регулируемого устройства, вид C-C фиг. 3.

В корпусе 1 камеры сгорания размещена жаровая труба 2, имеющая, кроме других, как минимум один пояс окон 3, над которым размещена гибкая металлическая лента 4, разрезанная по окружности как минимум в одном месте, концы которой подвижно (шарнирно) соединены через коромысло 5, серьги 6 и тягу 7 с приводом (например, пневматическим, электрическим и т.п.). На отбортовках (утолщенных кромках) окон 3 выполнены пазы 8. Перед местом расположения ленты 4 и за ней размещены направляющие ребра 9 с окнами 10.

Работает устройство следующим образом.

На режиме запуска ГТД и низких режимах работы лента 4 переводится тягой 7 через вилку 6 и коромысло 5 в верхнее положение (на фиг. 2 показано пунктирной линией). Воздух через окна 10 и 3 проходит (перепускается) внутрь жаровой трубы, на ее выходе, при этом расход воздуха в первичную зону жаровой трубы 2 уменьшается, что создает благоприятные условия воспламенения (запуск) и устойчивое горение топливовоздушной смеси в первичной зоне с высокой полнотой сгорания, т.е. с малым количеством несгоревших C_nH_m и малым образованием CO. (На этих режимах из-за низких температур и давления воздуха на входе в к.с. оксиды азота не образуются.) При увеличении режима работы двигателя и на максимальном режиме лента 4 переводится в нижнее положение, т. е. в соприкосновение с отбортовкой окон 3, обеспечивая гарантированное прилегание и герметичность, перекрывая доступ воздуха внутрь жаровой трубы. При этом расход воздуха через другие отверстия в жаровой трубе, в том числе и расположенные в первичной зоне, увеличивается, забедняя смесь в ней. При закрытом положении ленты регламентированный расход воздуха поступает внутрь жаровой трубы через пазы 8 для охлаждения ленты 4 и стенки жаровой трубы 2 около отверстий 3. Учитывая то, что NO_x образуется при температуре, превышающей 1650^oC, состав смеси в первичной зоне обеспечивают такой, чтобы температура в зоне горения не превышала указанную выше, что достигается подбором площадей отверстий в стенке жаровой трубы первичной зоны и окон 3.

Таким образом, применение устройства с перемещением ленты 4 в радиальном направлении упростит конструкцию, повысит надежность работы и обеспечит требуемое распределение воздуха по длине камеры сгорания, а следовательно, и малые выбросы вредных веществ во всем диапазоне работы ГТД.

Камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха содержит жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом. Подвижный элемент выполнен в виде гибкой ленты, охватывающей жаровую трубу и имеющей не менее одного разреза. С системой рычагов с приводом соединены разрезы ленты, и она обеспечивает радиальное перемещение ленты. Такое выполнение камеры сгорания повышает надежность ее работы и обеспечивает требуемое распределение воздуха по длине камеры сгорания. 4 ил.

Камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха, содержащая жаровую трубу с окнами в ее стенке, перекрываемыми размещенным в месте расположения окон подвижным элементом, соединенным через систему рычагов с приводом, отличающаяся тем, что подвижный элемент выполнен в виде гибкой ленты, охватывающей жаровую трубу и имеющей не менее одного разреза, при этом с системой рычагов соединены разрезы ленты, а она обеспечивает радиальное перемещение ленты.