СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУСКОВОГО ФАКЕЛЬНОГО ВОСПЛАМЕНИТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F02C7/266 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к пусковым факельным воспламенителям, предназначенным для розжига камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен способ эксплуатации пускового факельного воспламенителя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют тангенциально к оси топливного факела (патенты ФРГ №1096684 и Франции №1218296).

Недостатком такого способа является относительная сложность организации процесса перемешивания топлива с воздухом и сжигания части сильно переобогащенной топливовоздушной смеси (ТВС) в малом объеме камеры сгорания (основная часть ТВС должна выгореть на выходе из воспламенителя). По этой причине воспламенитель работает неустойчиво со срывами пламени.

Также известен способ эксплуатации пускового факельного воспламенителя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют вдоль стенок камеры сгорания воспламенителя в направлении к форсунке («Теория воздушно-реактивных двигателей» под ред. С.М.Шляхтенко, Москва, «Машиностроение», 1975 г., стр. 152).

Недостатками такого способа, в дополнение к предыдущим, являются смещение (при одностороннем подводе воздуха) или сжатие (при симметричном подводе воздуха) топливного факела, приводящие к неудовлетворительной подготовке ТВС и стабилизации фронта пламени, что также приводит к неустойчивой работе со срывами пламени.

Предлагаемое изобретение направлено на создание факела пламени, пульсирующего с частотой, примерно равной частоте зажигания, и устранение отдельных длительных срывов факела пламени. Поставленная задача решается в способе эксплуатации пускового факельного воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух, причем подачу воздуха осуществляют вдоль стенок камеры сгорания воспламенителя в направлении к форсунке. Новым в предлагаемом изобретении является то, что в камеру сгорания воспламенителя под сверхкритическим перепадом давления подают дополнительную струю воздуха в направлении пламеперебрасывающего устройства, соблюдая соотношение:

G_c/ G_o≤0.24,

где G_c - расход воздуха, подаваемого струей;

G_o - суммарный расход воздуха через воспламенитель.

На чертеже изображен вариант реализации способа, при котором подачу воздуха в камеру сгорания воспламенителя осуществляют от автономного источника воздуха (не показан).

Способ осуществляется следующим образом.

Корпус 1 воспламенителя содержит камеру 2 сгорания и каналы 3 подвода воздуха в нее. На корпусе 1 установлены топливная форсунка 4, свеча 5 зажигания с разрядным участком 6, пламеперебрасывающее устройство 7 и воздушная струйная форсунка 8. Сопло воздушной струйной форсунки 8 направлено в сторону пламеперебрасывающего устройства 7.

Подачу воздуха в каналы 3 и в воздушную струйную форсунку 8 осуществляют от источника сжатого воздуха (не показан) через каналы 9.

Пламеперебрасывающее устройство 7 сообщено с жаровой трубой 10 камеры 11 сгорания ГТД.

Запуск воспламенителя производится путем включения свечи 5 зажигания, подачи воздуха через каналы 3 вдоль стенок камеры 2 сгорания в направлении топливной форсунки 4 и вслед за этим подачи топлива топливной форсункой 4 в камеру 2 сгорания воспламенителя. При достижении в районе разрядного участка 6 свечи 5 зажигания оптимального состава топливовоздушной смеси (ТВС) происходит ее воспламенение.

При работе воспламенителя воздух непрерывно подается в камеру 2 сгорания воспламенителя через каналы 3, а топливо - форсункой 4. Воздух, идущий через каналы 3, турбулизирует ТВС, обеспечивая перемешивание топлива с воздухом. Свечой 5 зажигания ТВС поджигается, и пламя из камеры 2 сгорания через пламеперебрасывающее устройство 7 перебрасывается в жаровую трубу 10 камеры 11 сгорания ГТД. Факелом пламени воспламенителя производится поджиг ТВС в камере 11 сгорания ГТД.

Для обеспечения горения ТВС не только в воспламенителе, но и на выходе из него воздух в воспламенитель подается в количествах, значительно менее стехиометрических, и сгорание топлива происходит с низкой полнотой. Одновременно из-за отсутствия специальных устройств стабилизация фронта пламени в воспламенителе является неустойчивой. По этим причинам горение переобогащенной ТВС в воспламенителе происходит со срывами пламени. Квазистабилизация процесса горения в воспламенителе создается постоянным искрообразованием на разрядном участке 6 свечи 5 зажигания с частотой f_и˜10...30 Гц. При этом частота срывов факела пламени на выходе из пламеперебрасывающего устройства 7 обычно меньше f_и, и при этом длительность отдельных срывов может достигать (0,5... 1) с и более.

С целью создания факела пламени, пульсирующего с частотой, приблизительно равной f_и, и устранения отдельных длительных срывов факела пламени в направлении пламеперебрасывающего устройства 7 под сверхкритическим перепадом давления струей через воздушную форсунку 8 подают дополнительный воздух, соблюдая соотношение:

G_c/ G_o≤0.24,

где:

G_c - расход дополнительного воздуха, подаваемого струей через воздушную форсунку 8;

G_o - суммарный расход воздуха через воспламенитель.

Такой способ эксплуатации воспламенителя обеспечивает его эффективную работу и надежный запуск ГТД при менее сложной собственной конструкции по сравнению с прототипом.

Воспламенитель проходит на предприятии опытную эксплуатацию при стендовых испытаниях ГТД.

При эксплуатации пускового факельного воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя в камеру сгорания воспламенителя подают воздух вдоль ее стенок в направлении к форсунке. При этом в камеру сгорания воспламенителя подают дополнительную струю воздуха в направлении пламеперебрасывающего устройства под сверхкритическим перепадом давления, а отношение расход воздуха, подаваемого струей, к суммарному расходу воздуха через воспламенитель должно быть равно или меньше 0,24. Изобретение позволяет создать факел пламени, пульсирующего с частотой, примерно равной частоте зажигания, и устранять отдельные длительные срывы факела пламени, что обеспечивает надежный запуск газотурбинного двигателя. 1 ил.

Способ эксплуатации пускового факельного воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя, при котором в камеру сгорания воспламенителя подают воздух вдоль ее стенок в направлении к форсунке, отличающийся тем, что в камеру сгорания воспламенителя подают дополнительную струю воздуха в направлении пламеперебрасывающего устройства под сверхкритическим перепадом давления, соблюдая соотношение

G_c/ G_o≤0,24,

где G_c - расход воздуха, подаваемого струей;

G_o - суммарный расход воздуха через воспламенитель.