КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относится к турбостроению, а именно к кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно устройство для сжигания топлива в ГТД, содержащее корпус с кольцевыми внутренней и наружной обечайками и привод. В реакторной зоне установлены неподвижные и подвижные относительно первых в окружном направлении разделители потока, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы с изменяемым соотношением площадей проходных сечений. В неподвижных разделителях потока выполнены каналы для подвода топлива в топливные коллекторы-стабилизаторы пламени, устанавливаемые на входе в первичные каналы и состоящие из неподвижных и подвижных частей, телескопически соединенных между собой и жестко закрепляемых соответственно на неподвижных и подвижных разделителях потоков [1].

Недостатком такой камеры сгорания (КС), принятой за прототип, является неравномерность поля температур на выходе из КС в осевом и радиальном направлениях, связанная с наличием чередующихся первичных и вторичных каналов, образованных разделителями потоков, что снижает ресурс газовой турбины. Кроме того, в конструкции, выполненной в виде секторов, для обеспечения эффективного смешения топливовоздушной смеси требуется увеличение протяженности зоны смешения КС, что приводит к увеличению ее габаритных размеров.

Технической задачей изобретения является усовершенствование прототипа, а именно повышение ресурса газовой турбины за счет обеспечения равномерности поля температур и уменьшение зоны смешения в КС.

Сущность изобретения состоит в том, что в камере сгорания, содержащей корпус с кольцевыми внутренней и наружной обечайками, устройство для плавного изменения соотношения площадей проходных сечений первичных и вторичных каналов и коллектор-стабилизатор, установлены створки и проставки внутреннего и внешнего колец, образующие первичную и вторичную зоны. Створки и проставки шарнирно соединены между собой с возможностью взаимного перемещения в радиальном направлении. Кроме того, коллектор-стабилизатор пламени, в который осуществляется подвод топлива, выполнен по замкнутому контуру неподвижным.

Техническим результатом изобретения является повышение ресурса газовой турбины и уменьшение зоны смешения, влияющей на габаритные размеры КС, что достигается усовершенствованием устройства для плавного изменения соотношения площадей проходных сечений первичного и вторичного каналов и установки, шарнирно закрепленных между собой створок и проставок, образующих внутреннее и внешнее кольца, а также коллектора-стабилизатора, выполненного по замкнутому контуру неподвижным. Такая конструкция исключает деление реакторной зоны на сектора.

Сравнение с прототипом заявляемого технического решения позволяет сделать вывод о наличии существенных отличительных признаков, влияющих на результат изобретения:

- шарнирно закрепленные между собой створки и проставки, образующие внутреннее и внешнее кольца;

- неподвижный топливный коллектор-стабилизатор, выполненный по замкнутому контуру, что позволяет сделать вывод о наличии критерия патентоспособности "новизна".

В известных технических решениях указанные отличительные признаки не выявлены, что соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг.1 представлена камера сгорания газотурбинного двигателя, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3(а) - схема взаимного расположения створок и проставок, соответствующее минимальному режиму работы; 3(б) - то же, соответствующее максимальному режиму; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.2.

Камера сгорания ГТД (фиг.1) содержит корпус с кольцевыми внутренней 1 и наружной 2 обечайками, образующими реакторную зону 3 и зону смешения 4. Реакторная зона 3 (фиг.2) разделена на первичную 5 и вторичную 6 зоны посредством створок 7 и проставок 8, образующих внутреннее и внешнее кольца, причем в проставках выполнены отверстия 11 (фиг.4) для обеспечения их охлаждения и эффективной организации рабочего процесса горения в реакторной зоне. Створки 7 и проставки 8 имеют возможность взаимного перемещения в радиальном направлении с помощью гидравлических приводов 9 (фиг.2). Подвод топлива осуществляется в неподвижный коллектор-стабилизатор 10, выполненный по замкнутому контуру.

Камера сгорания работает следующим образом: при работе ГТД на повышенных режимах, когда створки 7 и проставки 8 внутреннего и внешнего колец приближены вплотную к поверхности внутренней и наружной обечаек первичная зона 5 имеет максимальную пропускную способность (фиг.3б), обеспечивая максимальный расход первичного воздуха. При переходе двигателя на пониженные режимы работы (фиг.3а) плавно уменьшают пропускную способность в первичной зоне 5 и, соответственно, увеличивают пропускную способность во вторичной зоне 6, перераспределяя тем самым расход воздуха в пользу вторичного. Для этого с помощью приводов 9 перемещают створки 7 и проставки 8 внутреннего и внешнего колец в сторону, соответствующую уменьшению пропускной способности в первичной зоне 5.

Такое устройство основных камер сгорания обеспечивает поддержание состава смеси в первичной зоне на оптимальном уровне во всем диапазоне режимов работы двигателя и условий его эксплуатации и обеспечивает равномерность поля температур в выходном сечении камеры сгорания, а также интенсифицирует процесс смешения топливовоздушной смеси за счет использования всего объема КС.

Источник информации

1. Способ сжигания топлива в высокотемпературном газотурбинном двигателе и устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе. Патент РФ №2124676, кл. F23R 3/26, опубл. 10.01.99 г., Бюл.№1 (прототип).

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус с кольцевыми внутренней и наружной обечайками, устройство для плавного изменения соотношения площадей проходных сечений первичных и вторичных каналов и коллектор-стабилизатор. В реакторной зоне имеются створки и проставки, образующие внутреннее и внешнее кольца. Створки и проставки шарнирно соединены между собой с возможностью изменения соотношения площади проходного сечения в радиальном направлении. Коллектор-стабилизатор выполнен по замкнутому контуру неподвижным. Изобретение повышает надежность и улучшает ремонтопригодность камеры сгорания, а также обеспечивает равномерное поле температур на выходе из последней. 4 ил.

Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус с кольцевыми внутренней и наружной обечайками, устройство для плавного изменения соотношения площадей проходных сечений первичных и вторичных каналов и коллектор-стабилизатор, отличающаяся тем, что в реакторной зоне имеются створки и проставки, образующие внутреннее и внешнее кольца, причем створки и проставки шарнирно соединены между собой с возможностью изменения соотношения площади проходного сечения в радиальном направлении, а коллектор-стабилизатор выполнен по замкнутому контуру неподвижным.