КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F23R3/16 

Предлагаемое изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей, а именно к их фронтовым устройствам, и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности в авиадвигателестроении.

Известна камера сгорания [Патент США №3901446, кл. НКИ 239-132.5, опубликован 26.08.1975 г.], содержащая топливную форсунку и лопаточный завихритель. На лопатках завихрителя установлена обечайка, которая разделяет закрученный поток на два потока, идущих по кольцевым каналам. Характерными недостатками данного устройства из-за относительно больших расходов воздуха и соответственно больших скоростей воздуха, принятых для топливовоздушных горелок с завихрителями, являются узкие области запуска.

Известна также камера сгорания газотурбинного двигателя [Патент США №4198815, заявлен 10.08.1974 г.], содержащая жаровую трубу, двухъярусный завихритель, наружный ярус которого имеет закручивающий элемент с входом и выходом. Выход из закручивающего элемента сообщен с внутренней полостью жаровой трубы посредством канала.

По внутреннему ярусу завихрителя поступает воздух под углом к конусу струи распыленного топлива, обеспечивая предварительное смешение с ним. Другая часть воздуха проходит через закручивающий элемент наружного яруса и используется для формирования факела и закручивания топливовоздушной смеси, что создает зону рециркуляции продуктов сгорания. Воздух вытекает из закручивающего элемента наружного яруса со скоростью, близкой к скорости вытекания воздуха из внутреннего яруса. В результате статические давления воздуха в потоках близки, что увеличивает возможность взаимодействия потоков воздуха из внутреннего и наружного ярусов. Кроме того, высокие скорости из наружного завихрителя, характерные для фронтовых устройств с завихрителями, и соответственно высокие скорости в периферийных областях зоны рециркуляции жаровой трубы уменьшают области розжига.

Технической задачей предлагаемого решения является формирование в периферийной зоне рециркуляции жаровой трубы потока воздуха с пониженными скоростями для обеспечения увеличения области розжига, уменьшение местных переобогащенных топливом областей в зоне рециркуляции жаровой трубы для обеспечения равномерного теплового состояния стенок жаровой трубы и снижения неравномерности температурного поля на выходе из жаровой трубы.

Поставленная техническая задача решается тем, что, камера сгорания газотурбинного двигателя содержит жаровую трубу и двухъярусный завихритель, наружный ярус которого имеет закручивающий элемент с входом и выходом, а также канал, сообщающий выход из закручивающего элемента с внутренней полостью жаровой трубы.

Новым в предлагаемом решении является то, что на входе в закручивающий элемент установлена диафрагма с отверстиями, площадь проходного сечения которых меньше площади выхода из закручивающего элемента и меньше площади проходного сечения канала.

На чертеже схематически показан вариант предлагаемого решения.

Камера сгорания содержит двухъярусный завихритель 1 с внутренним ярусом 2 и наружным ярусом 3. Наружный ярус 3 имеет закручивающий элемент 4 с входом 5 и выходом 6 и канал 7, сообщающий выход 6 из закручивающего элемента 4 с внутренней полостью 8 жаровой трубы 9. На входе 5 в закручивающий элемент 4 установлена диафрагма 10. В диафрагме 10 выполнен ряд отверстий 11, площадь которых меньше площади выхода 6 закручивающего элемента 4 и меньше площади проходного сечения канала 7. Кроме этого, на фиг.1 указаны топливная форсунка 12, центральная зона 13 рециркуляции жаровой трубы 9, периферийная зона 14 рециркуляции и свеча 15 зажигания.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Воздух проходит через внутренний ярус 2 и наружный ярус 3 завихрителя 1. Воздух, проходящий через внутренний ярус 2, смешивается с топливом, распыляемым топливной форсункой 12, и образует центральную зону 13 рециркуляции жаровой трубы 9. Воздух, проходящий через наружный ярус 3, также смешивается с топливом, распыляемым форсункой 12, и образует периферийную зону 14 рециркуляции. При прохождении воздуха через наружный ярус 3 скорость потока воздуха после прохождения через отверстия 11 диафрагмы 10 снижается. С пониженной скоростью воздух протекает по каналу 7 и с пониженной скоростью протекает в периферийной зоне 14 рециркуляции. Снижение скорости обеспечивается тем, что площади выхода 6 закручивающего элемента 4, а также канала 7 больше, чем площадь отверстий 11 диафрагмы 10. Как известно, при понижении скорости потока статическое давление воздуха повышается. Повышенное статическое давление в закручивающем элементе 4 и канале 7 не позволяет воздействовать потоку воздуха из внутреннего яруса 2 на поток воздуха из наружного яруса 3 и, тем самым, обеспечивает стабильность течения как в наружном ярусе 3, так и периферийной зоне 14 рециркуляции. Стабильность течений обеспечивает получение равномерной топливовоздушной смеси без местных переобогащенных топливом зон, что снижает неравномерность теплового излучения к стенкам жаровой трубы 9 и, соответственно, способствует равномерному тепловому состоянию стенок жаровой трубы 9, а также к снижению неравномерности температурного поля на выходе из жаровой трубы 9.

Топливо, распыленное форсункой 12, попадает как в периферийную 14, так и в центральную 13 зоны рециркуляции, образуя топливовоздушную смесь. Пониженные скорости потока воздуха в канале 7 наружного яруса 3 соответственно формируют и пониженные скорости топливовоздушной смеси в периферийной зоне 14 рециркуляции жаровой трубы 9. Пониженные скорости топливовоздушной смеси в периферийной зоне 14 рециркуляции жаровой трубы 9, где расположена свеча 15 зажигания, обеспечивают розжиг при повышенных скоростях воздуха на входе в завихритель 1, т.е. расширяют область розжига камеры сгорания.

Подобное устройство в настоящее время проходит испытания, результаты которых подтверждают заявленные свойства.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит жаровую трубу, двухъярусный завихритель, наружный ярус которого имеет закручивающий элемент с входом и выходом, а также канал, сообщающий выход из закручивающего элемента с внутренней полостью жаровой трубы. На входе в закручивающий элемент установлена диафрагма с отверстиями, площадь проходного сечения которых меньше площади выхода из закручивающего элемента и меньше площади проходного сечения канала. Изобретение обеспечивает формирование в периферийной зоне рециркуляции жаровой трубы потока воздуха с пониженными скоростями для обеспечения увеличения области розжига, уменьшения местных переобогащенных топливом областей в зоне рециркуляции жаровой трубы для обеспечения равномерного теплового состояния стенок жаровой трубы и снижения неравномерности температурного поля на выходе из жаровой трубы. 1 ил.

Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая жаровую трубу, двухъярусный завихритель, наружный ярус которого имеет закручивающий элемент с входом и выходом, а также канал, сообщающий выход из закручивающего элемента с внутренней полостью жаровой трубы, отличающийся тем, что на входе в закручивающий элемент установлена диафрагма с отверстиями, площадь проходного сечения которых меньше площади выхода из закручивающего элемента и меньше площади проходного сечения канала.