ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЗАЩИТНЫМ ЭКРАНОМ ТОПЛИВНОГО КОЛЛЕКТОРА КОЛЬЦА ФОРСУНОК, КОЛЬЦО ФОРСУНОК И ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2010 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к турбореактивному двигателю, включающему в себя канал дожигания первичного потока газа, кольцо форсунок и защитный экран топливного коллектора кольца форсунок. Изобретение также относится к кольцу форсунок и защитному экрану для турбореактивного двигателя.

Турбореактивные двигатели с форсажной камерой содержат в основном, от находящегося выше по потоку участка до находящегося ниже по потоку участка, в направлении потока газов одну или несколько ступеней компрессора, камеру сгорания, одну или несколько ступеней турбины, канал дожигания или канал форсажной камеры и эжекторное сопло. Первичный поток газа сжимается в ступенях компрессора, принимает участие в сгорании топлива в камере сгорания, расширяется в ступенях турбины и обеспечивает возможность нового сгорания топлива благодаря кислороду, все еще присутствующему в канале дожигания перед расширением в эжекторном сопле.

Канал дожигания содержит в основном на входе рычаги стабилизатора пламени, выступающие радиально в первичном потоке газа, и содержит топливный инжектор, который распыляет упомянутое топливо в поток газа, по направлению вниз. Топливо воспламеняется, и пламя благодаря форме сечения вызывающих понижение давления рычагов "удерживается" в стенках рычагов.

Можно также обеспечить кольцо форсунок, расположенное концентрически относительно кожуха канала дожигания и действующее по такому же принципу. Кольцо в основном содержит внешнюю оболочку в форме желоба, включающего в себя U-образную секцию, открытую вниз канала дожигания, в потоке газа первичного потока, в котором расположен топливный коллектор круглого сечения, как видно на осевом разрезе, назначение которого состоит в распылении топлива вниз.

Расположенное ниже по потоку от коллектора топливо воспламеняется, и пламя удерживается в желобе кольца благодаря форме последнего. Следовательно, рециркуляция газа в оболочке желоба представляет собой рециркуляцию очень горячих газов. Для усиления тепловой защиты топливный коллектор окружают экраном подавления источников излучения. Такой экран включает в себя отверстия топливопровода, соответствующие отверстиям коллектора, в основном собираемые парами в одной и той же осевой плоскости в постоянных угловых положениях на кольце.

Для получения выгоды уже предпринимали попытку увеличить размеры отверстия желоба. Рециркуляция горячих газов была увеличена соответственно, хотя при этом была обнаружена деформация, трещины и прожигания на экране подавления источников излучения, в частности, между отверстиями топливопровода, расположенными позади экрана, обращенного к пламени. Следовательно, в таких зонах защита топливного коллектора является менее эффективной, тем самым вызывая риск образования нагара на коллекторе.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование процесса охлаждения экрана подавления источников излучения.

С этой целью согласно изобретению создан двухконтурный турбореактивный двигатель, включающий в себя одну или несколько ступеней компрессора, камеру сгорания, одну или несколько ступеней турбины, канал дожигания первичного потока и эжекторное сопло, вторичный поток, проходящий, по меньшей мере, частично в первичный поток до канала дожигания, причем канал дожигания включает в себя кольцо форсунок, содержащее желоб стабилизатора пламени в форме кольцевого участка, у которого находящаяся выше по потоку секция расположена во вторичном потоке, имеющий топливный коллектор и защитный трубчатый экран коллектора, характеризующийся тем, что желоб включает в себя расположенное выше по потоку углубление, связанное с вторичным потоком, а экран включает в себя, на своей находящейся выше по потоку секции, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие пространства, расположенного между экраном и коллектором.

Предпочтительно, поскольку желоб включает в себя расположенное выше по потоку углубление, связанное с вторичным потоком, вентиляционное средство содержит, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие, расположенное на переднем участке экрана.

Преимущественно коллектор включает в себя, по меньшей мере, одну пару топливных распылительных отверстий, а экран включает в себя, по меньшей мере, одну пару соответствующих отверстий, причем вентиляционное отверстие просверлено в экране в том же самом угловом положении, что и пара отверстий.

Преимущественно экран, включающий в себя множество пар отверстий, содержит вентиляционное отверстие, просверленное в том же самом угловом положении, что и каждая пара отверстий.

Изобретение также относится к кольцу форсунок для турбореактивного двигателя, включающего в себя желоб стабилизатора пламени, топливный коллектор и защитный экран коллектора, характеризующемуся тем, что оно содержит описанные выше отличительные признаки кольца.

Кроме того, изобретение относится к защитному экрану коллектора кольца форсунок для турбореактивного двигателя, характеризующемуся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну пару отверстий и вентиляционное отверстие, расположенное в поперечной плоскости пары отверстий.

Предпочтительно экран содержит множество пар отверстий и вентиляционное отверстие, расположенное в поперечной плоскости каждой пары отверстий.

Изобретение будет лучше понятно при прочтении последующего описания предпочтительного варианта осуществления турбореактивного двигателя согласно изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вид с частичным осевым разрезом предпочтительного варианта осуществления турбореактивного двигателя согласно изобретению, в зоне кольца форсунок;

фиг.2 - частичный вид в поперечном разрезе турбореактивного двигателя согласно изобретению;

фиг.3 - вид в перспективе топливного коллектора кольца форсунок турбореактивного двигателя согласно изобретению;

фиг.4 - вид в перспективе экрана подавления источников излучения кольца форсунок турбореактивного двигателя согласно изобретению;

фиг.5 - вид с осевым разрезом кольца форсунок турбореактивного двигателя согласно изобретению в плоскости, не содержащей каких-либо пар отверстий, и

фиг.6 - вид с осевым разрезом кольца форсунок турбореактивного двигателя согласно изобретению в плоскости, содержащей пару отверстий.

На фиг.1 показан турбореактивный двигатель согласно изобретению, проходящий в основном по оси A и содержащий несколько ступеней компрессора, камеру сгорания, несколько ступеней турбины, канал 1 дожигания первичного потока и эжекторное сопло.

Со ссылкой на фиг.2 следует отметить, что на входе канала 1 дожигания радиально проходят рычаги 2 топливного инжектора, назначение которых заключается в распылении топлива к рычагам 3 стабилизатора пламени, расположенным ниже по потоку от рычагов 2 топливного инжектора и продолжающимся радиально в канале 1 дожигания.

С помощью рычагов 3 стабилизатора пламени вторичный поток, то есть поток холодного воздуха, который не проходит через камеру сгорания, проходит в первичный поток. Ниже по потоку от рычагов 3 расположена обечайка 14, которая образует канал 15 вторичного потока. За обечайкой 14 вторичный поток смешивается, по меньшей мере, частично, с первичным потоком в канале 1 дожигания.

Количество рычагов 3 стабилизатора пламени, девять в этом случае, равно количеству рычагов 2 топливного инжектора, и они смещены по углу относительно последних так, чтобы, как показано на виде спереди, каждый рычаг 2 топливного инжектора был расположен между двумя соседними равноудаленными рычагами 3 стабилизатора пламени. Рычаги 2 топливного инжектора в радиальном направлении меньше, чем рычаги 3 стабилизатора пламени.

Вблизи кожуха канала 1 дожигания рычаги 3 стабилизатора пламени поддерживают кольцо 4 форсунок. Такое кольцо 4 выполнено из множества участков кольца 4', в количестве девяти, проходящих концентрически к кожуху канала 1 дожигания между двумя соседними рычагами 3 стабилизатора пламени. Ниже это будет относиться к кольцу 4, для которого фактически предназначен участок кольца 4', а составные элементы кольца 4 будут в таком случае элементами, составляющими участок кольца 4', и поэтому проходящими только по усеченному кольцу, а не по замкнутой кольцевой периферии.

Рычаги 2 топливного инжектора проходят в радиальном направлении перпендикулярно оси турбореактивного двигателя. Рычаги 3 стабилизатора пламени проходят в радиальном направлении с наклоном вниз, от их основания, относительно плоскости, перпендикулярной оси турбореактивного двигателя, расположенного в осевой плоскости рычагов 3. Рычаги 2 топливного инжектора распыляют топливо вниз. Рычаги 3 стабилизатора пламени делают то же самое и, кроме того, обеспечивают воспламенение топлива и захват пламени своими внешними стенками с соответствующими размерами.

Кольцо 4 форсунок включает в себя желоб 5 стабилизатора пламени, образующий открытую внешнюю оболочку, которая показана на виде с осевым разрезом U-образной секцией, ножки которой направлены вниз. Желоб проходит по направлению кольца или по образующей. Внешняя ножка U больше, чем внутренняя ножка, и ножки U не параллельны; это скорее напоминает скругленное основание V, при этом оно упоминается ниже, как U-образная секция.

Желоб 5 расположен снаружи, непосредственно за обечайкой 14. Таким образом, находящаяся выше по потоку стенка, образующая основание своей U-образной секции, находится в контакте с вторичным холодным потоком, так же как ее находящиеся ниже по потоку стенки, образующие ножки ее U-образной секции, назначение которых состоит в том, чтобы улавливать пламя канала 1 дожигания, подвергаются непосредственно нагреванию от него.

Как показано на фиг.3, вблизи основания U желоб 5 имеет топливный коллектор 6 круглого сечения, который виден на этом осевым разрезе и соответствует периферической форме желоба 5. Коллектор 6 снабжают топливом посредством продольной системы 7 подводных труб, подсоединенной к нему со стороны, находящейся выше по потоку. Как показано на фиг.6, она содержит выполненные размещенными в постоянных угловых положениях пары круглых отверстий 8, 8' для распыления топлива. Отверстия такой же пары отверстий 8, 8' расположены в такой же осевой плоскости и симметричны по отношению друг друга относительно плоскости, перпендикулярной упомянутой осевой плоскости, параллельной оси А турбореактивного двигателя и разделяющей секцию коллектора 6, в угловом положении отверстий 8, 8', на два равных полукруга. Отверстия 8, 8' расположены на находящемся ниже по потоку участке топливного коллектора 6.

Как показано на фиг.4, коллектор 6 обернут экраном 9 подавления источников излучения, имеющим такую же трубчатую форму, что и коллектор 6, но сечение которого образует круг большего диаметра, назначение которого состоит в том, чтобы защищать коллектор 6 от излучений пламени, находящегося ниже по потоку, в данном случае улавливаемого стенками, соответствующими ножкам U-образной секции желоба 5.

Экран 9 содержит, как и в предшествующем уровне техники, пары круглых отверстий 10, 10' топливопровода, причем каждое отверстие 10, 10' находится на угловом протяжении от центра круга, образованного осевым сечением коллектора 6, отверстия 8, 8' соответственно пары отверстий 8, 8' коллектора 6. Отверстия 10, 10' экрана 9 имеют больший диаметр, чем отверстия 8, 8' коллектора 6 для уравнивания отверстия для топливной струи 11, 11' соответственно, как показано на фиг.6.

Желоб 5 кольца 4 форсунки включает в себя на своей стенке, соответствующей основанию его U-образной секции, то есть на расположенной выше по потоку стороне, поперечный подрез 12, который следует за ее образующей. Такой подрез 12 находится в связи с каналом 15 вторичного потока турбореактивного двигателя. Поэтому вторичный поток воздуха охлаждает экран 9 подавления источников излучения через поперечный подрез 12. Такой подрез 12 может иметь форму непрерывного подреза по образующей желоба 5, с соединительными перемычками между его внешней и внутренней кромками, или его можно заменить рядом проточек.

Экран 9 подавления источников излучения согласно изобретению отличается от экранов согласно известному уровню техники наличием в таком же угловом положении, что и пары отверстий 10, 10', находящегося выше по потоку круглого отверстия 13 для вентиляции зоны, расположенной между коллектором 6 и экраном 9.

Как показано на фиг.5, в зоне экрана 9 подавления источников излучения, не содержащей каких-либо отверстий 10, 10', воздух вторичного потока проходит через подрез желоба 5 и воздействует на стенку экрана 9 на ее расположенном выше по потоку участке. Расположенный ниже по потоку участок экрана, обращенный к пламени, улавливаемому задними кромками стенок желоба 5, охлаждается за счет проводимости. Действительно, в этой зоне без отверстий имеется непрерывность между расположенным выше по потоку участком и расположенным ниже по потоку участком экрана 9; поэтому эффект охлаждения, обеспечиваемый воздействием на расположенный выше по потоку участок воздухом вторичного потока, передается с помощью проводимости к находящемуся ниже по потоку участку. Следовательно, экран 9 охлаждается должным образом и обеспечивает тепловую защиту топливного коллектора 6.

Как показано на фиг.6, в зоне экрана 9 подавления источников излучения, включающей в себя пару отверстий 10, 10', воздух вторичного потока проходит через подрез желоба 5, затем через вентиляционное отверстие 13 экрана 9. Затем он охлаждает не только находящиеся выше по потоку участки экрана 9, расположенные вокруг вентиляционного отверстия 13, но также и пространство между коллектором 6 и экраном 9, и затем, циркулируя по такому пространству, находящийся ниже по потоку участок экрана 9. Поэтому находящийся ниже по потоку участок экрана 9, в частности, находящийся между двумя отверстиями 10, 10', охлаждается, что обеспечивает возможность избегать упомянутых выше недостатков.

Благодаря изобретению находящийся ниже по потоку участок экрана 9 охлаждается в зонах его отверстий 10, 10', что было невозможно с использованием экранов согласно известному уровню техники, поскольку проводимость тепла от находящегося выше по потоку участка к находящемуся ниже по потоку участку не может осуществляться, принимая во внимание то, что оба эти участка не соединены непрерывно из-за отверстий 10, 10'. Кроме того, пространство, расположенное между коллектором 6 и экраном 9, вентилируется в зонах, содержащих отверстия 10, 10'. Это получают посредством рассверливания вентиляционного отверстия 13 в поперечной плоскости относительно формы экрана 9, то есть аксиально относительно турбореактивного двигателя каждой пары содержащихся в нем отверстий 10, 10'.

Двухконтурный турбореактивный двигатель включает в себя канал дожигания первичного потока и вторичный поток, проходящий, по меньшей мере, частично в первичный поток до канала дожигания. Канал дожигания включает в себя кольцо форсунок, содержащее желоб стабилизатора пламени в форме кольцевого участка, у которого находящаяся выше по потоку секция расположена во вторичном потоке, имеющий топливный коллектор и защитный трубчатый экран коллектора. Желоб включает в себя расположенное выше по потоку углубление, связанное со вторичным потоком. Экран включает в себя, на своей находящейся выше по потоку секции, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие пространства, расположенного между экраном и коллектором. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения экрана. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Двухконтурный турбореактивный двигатель, включающий в себя канал дожигания первичного потока, вторичный поток, проходящий, по меньшей мере, частично в первичный поток до канала дожигания, причем канал дожигания включает в себя кольцо форсунок, содержащее желоб стабилизатора пламени в форме кольцевого участка, у которого находящаяся выше по потоку секция расположена во вторичном потоке, имеющий топливный коллектор и защитный трубчатый экран коллектора, отличающийся тем, что желоб включает в себя расположенное выше по потоку углубление, связанное со вторичным потоком, а экран включает в себя на своей находящейся выше по потоку секции, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие пространства, расположенного между экраном и коллектором.

2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что коллектор включает в себя, по меньшей мере, одну пару топливных распылительных отверстий, а экран включает в себя, по меньшей мере, одну пару соответствующих отверстий, причем вентиляционное отверстие просверлено в экране в том же самом угловом положении, что и пара отверстий.

3. Турбореактивный двигатель по п.2, отличающийся тем, что экран, включающий в себя множество пар отверстий, содержит вентиляционное отверстие, просверленное в том же самом угловом положении, что и каждая пара отверстий.

4. Кольцо форсунок для турбореактивного двигателя, включающее в себя желоб стабилизатора пламени, выполненный в форме частичного кольца, основание которого находится выше по потоку, причем топливный коллектор и защитный экран коллектора размещены в желобе, отличающееся тем, что желоб включает в себя расположенное выше по потоку углубление, а экран включает в себя на своей находящейся выше по потоку секции, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие пространства, расположенного между экраном и коллектором.

5. Кольцо форсунок по п.4, отличающееся тем, что коллектор включает в себя, по меньшей мере, одну пару топливных распылительных отверстий, а экран включает в себя, по меньшей мере, одну пару соответствующих отверстий, причем вентиляционное отверстие просверлено в экране в том же самом угловом положении, что и пара отверстий.

6. Кольцо форсунок по п.5, отличающееся тем, что экран, включающий в себя множество пар отверстий, содержит вентиляционное отверстие, просверленное в том же самом угловом положении, что и каждая пара отверстий.

7. Защитный трубчатый экран коллектора кольца форсунок для турбореактивного двигателя, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну пару отверстий и вентиляционное отверстие, расположенное в поперечной плоскости пары отверстий.

8. Защитный трубчатый экран по п.7, отличающийся тем, что он включает в себя множество пар отверстий и вентиляционное отверстие, расположенное в поперечной плоскости каждой пары отверстий.