ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к воспламенителям, предназначенным преимущественно для основных камер сгорания, и может быть использовано в системе запуска газотурбинных двигателей.

Известен воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий корпус, соединенный с трубкой воспламенителя, установленные внутри корпуса дефлектор, свечу зажигания, топливную форсунку с распылителем и экран, причем последний выполнен с вырезанными центральным сектором и боковыми сегментами и размещен перпендикулярно оси распылителя, а сектор экрана направлен в сторону свечи зажигания (см. патент Российской Федерации №2083858, МПК 7 F 02 C 7/26, 10.07.1997).

Однако такое выполнение конструкции завихрителя не обеспечивает высокую степень надежного воспламенения топливовоздушной смеси и надежности работы, так как при запуске камеры сгорания пламя стабилизируется на кромках сектора экрана и приводит к его прогару.

Известен также воспламенитель камеры сгорания, ближайший по технической сущности к изобретению, содержащий цилиндрический корпус с отверстием для подвода воздуха и внутренней полостью с перегородкой и тремя камерами, в первой из которых расположена свеча, второй - форсунка, а третья сообщена с двумя первыми и с радиальным выходным патрубком (см. заявку Великобритании №1507815, МПК 7 F 02 C 7/266, 19.04.1978).

Однако известный воспламенитель на режимах малого газа имеет срывы.

Задачей изобретения является расширение диапазона надежного розжига камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что воспламенитель содержит цилиндрический корпус с отверстием для подвода воздуха и внутренней полостью с перегородкой и тремя камерами, в первой из которых расположена электрическая свеча, во второй - топливная форсунка, а третья сообщена с двумя первыми и с радиальными выходным патрубком, при этом отверстие для подвода воздуха выполнено в стенке корпуса между соплом форсунки и перегородкой, в последней выполнено отверстие, сообщающее первую камеру со второй, объем второй камеры более чем в два раза превышает объем первой камеры, а отношение объема третьей камеры к сумме объемов двух первых камер меньше двух и больше 1/2. Кроме того, в стенке корпуса во второй камере выполнены дополнительные отверстия для подвода окислителя, а в стенке корпуса третьей камеры вокруг радиального патрубка выполнены расположенные на одной окружности отверстия с разным диаметром через одно, причем отношение суммарных площадей одних отверстий к другим составляет от 2-х до 2,5, а отношение проходной площади радиального выходного патрубка к суммарной площади данных отверстий составляет от 8 до 9.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен продольный разрез воспламенителя.

Воспламенитель камеры сгорания содержит литой цилиндрический корпус 1 с отверстием 2 для подвода воздуха и внутренней полостью с перегородкой 3 с образованием трех камер 4, 5 и 6, в первой из которых расположена топливная форсунка 7, во второй - электрическая свеча 8, а третья камера 6 сообщена с двумя первыми и с радиальным выходным патрубком 9. Отверстие 2 для подвода воздуха выполнено в корпусе 1 между выходным соплом 10 форсунки 7 и перегородкой 3, в последней выполнено отверстие 11, сообщающее между собой первую камеру 4 со второй камерой 5, объем V₂ которой более чем в два раза превышает объем V₃ третьей камеры 6 к сумме объемов (V₁+V₂) двух первых камер 4 и 5 меньше двух и больше 1/2

.

В корпусе 1 выполнены дополнительные отверстия 12 для подвода окислителя, например, кислорода, расположенные во второй камере 5 между свечой 8 и перегородкой 3.

Кроме того, в стенке корпуса 1, образующей третью камеру 6 перед выходным патрубком, выполнены отверстия 13 и 14 для подачи воздуха из кольцевого канала камеры сгорания (на чертеже не показан) в третью камеру 6 при работе без окислителя. Отверстия 13 и 14 расположены на одной окружности через одно с учетом следующих соотношений: отношение суммарных площадей 13 и 14 составляет от 2-х до 2,5 (∑F₁₄/∑F₁₃=2-2,5), а отношение проходной площади радиального сопла выходного патрубка 9 к суммарной площади всех отверстий 13 и 14 составляет от 8 до 9 (F_coпла/F₁₃+F₁₄=8-9).

Процесс воспламенения топливовоздушной смеси осуществляется следующим образом.

Из выходного сопла 10 форсунки 7 топливо (например, керосин) подается в первую камеру 4 в количестве, достаточном для большого забогащения смеси. Поступившее топливо в значительном количестве оседает на перегородке 3 и в виде пленки сдувается воздухом из отверстия 2 в третью камеру 6, распыляясь на кромке перегородки 3. При этом в объеме первой камеры 4 смесь обедняется и скорости в ней достаточно малы, что создает благоприятные условия для воспламенения и выгорания с высокой температурой от электрической искры свечи 8.

Из второй камеры 5 горячие продукты сгорания поступают в третью камеру 6, где смешиваются со смесью, поступающей из первой камеры 4. При смешивании происходит поджигание отдельных молей смеси и выделение активных продуктов неполного сгорания. Вся эта смесь, состоящая из горячих газов, горящих молей топлива и активных продуктов неполного сгорания, через патрубок 9 поступает в жаровую трубу камеры сгорания (на чертеже не показана), обеспечивая активное поджигание и запуск камеры сгорания.

Для увеличения выхода активных продуктов и улучшения условий для воспламенения смеси во вторую камеру 5 может подаваться кислород по дополнительным отверстиям 12. В этом случае при работе с кислородом (окислителем) отверстия 13 и 14 заглушаются. Объем третьей камеры 6 выбирается из условия обеспечения времени пребывания смеси, необходимого для его поджигания, и связано следующими соотношениями с объемом V₁ первой камеры 4 и объемом V₂ второй камеры 5:

V₂/V₁>2;

При невозможности использования подачи кислорода через отверстия 12 следует применить подачу воздуха из кольцевого канала камеры сгорания через отверстия 13 и 14. Воздух, поступающий через отверстия 13 и 14, образует рециркуляционные зоны и улучшает смесеобразование. В этом случае характеристики воспламенителя несколько хуже, чем при подаче окислителя через отверстия 12. Совместная подача окислителя через отверстия 12 и воздуха через отверстия 13 и 14 не допускается.

Устройство предназначено для воспламенения основных камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей. Воспламенитель содержит цилиндрический корпус с отверстием для подвода воздуха и внутренней полостью с перегородкой и тремя камерами. В первой камере расположена электрическая свеча, во второй - топливная форсунка, а третья сообщена с двумя первыми и с радиальным выходным патрубком. Отверстие для подвода воздуха выполнено в стенке корпуса между соплом форсунки и перегородкой. В перегородке выполнено отверстие, сообщающее первую камеру со второй, объем второй камеры более чем в два раза превышает объем первой камеры, а отношение объема третьей камеры к сумме объемов двух первых камер меньше двух и больше 1/2. Кроме того, в стенке корпуса во второй камере выполнены дополнительные отверстия для подвода окислителя. В стенке корпуса третьей камеры вокруг радиального патрубка выполнены расположенные на одной окружности отверстия с разным диаметром через одно, причем отношение суммарных площадей одних отверстий к другим составляет от 2 до 2,5, а отношение проходной площади радиального выходного патрубка к суммарной площади данных отверстий составляет от 8 до 9. Изобретение позволяет расширить диапазон надежного розжига камеры сгорания. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Воспламенитель камеры сгорания, содержащий цилиндрический корпус с отверстием для подвода воздуха и внутренней полостью с перегородкой и тремя камерами, в первой из которых расположена электрическая свеча, во второй - топливная форсунка, а третья сообщена с двумя первыми и с радиальным выходным патрубком, при этом отверстие для подвода воздуха выполнено в стенке корпуса между соплом форсунки и перегородкой, в последней выполнено отверстие, сообщающее первую камеру со второй, объем второй камеры более чем в два раза превышает объем первой камеры, а отношение объема третьей камеры к сумме объемов двух первых камер меньше двух и больше 1/2.2. Воспламенитель по п.1, отличающийся тем, что в стенке корпуса во второй камере выполнены дополнительные отверстия для подвода окислителя.3. Воспламенитель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в стенке корпуса третьей камеры вокруг радиального патрубка выполнены расположенные на одной окружности отверстия с разным диаметром через одно, причем отношение суммарных площадей одних отверстий к другим составляет 2÷2,5, а отношение проходной площади радиального выходного патрубка к суммарной площади данных отверстий составляет 8÷9.