УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2014 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к устройствам для сжигания топлива, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД).

Наиболее близким по технической сущности заявляемого изобретения является устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе (ГТД), которое содержит корпус с кольцевыми обечайками, неподвижные и подвижные разделители потоков, образующие первичные и вторичные каналы, причем в неподвижных разделителях потоков выполнены каналы для подвода топлива в топливные коллекторы-стабилизаторы пламени, которые установлены на входе в первичные каналы и состоят из неподвижных и подвижных частей, телескопически соединенных между собой и жестко закрепленных соответственно на неподвижных и подвижных разделителях потоков. В неподвижных и подвижных частях коллекторов-стабилизаторов пламени выполнены отверстия-форсунки (см., например, "Способ сжигания топлива в высокотемпературном газотурбинном двигателе и устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе". Патент РФ №2124676, кл. F23, опубл. 10.01.99 г. Бюл. №1).

Недостатком такого устройства, принятого за прототип, является малая возможность управления процессом стабилизации пламени и смесеобразования топливно-воздушной смеси (ТВС) в реакторной зоне, а также высокая вероятность срыва пламени.

Техническим результатом изобретения является расширение диапазона устойчивой работы камеры сгорания за счет усовершенствования устройства для сжигания топлива в ГТД путем установки в первичных каналах взаимно перпендикулярных уголковых стабилизаторов пламени, жестко закрепленных на наружном и внутреннем кольцах в торцевой части кольцевой полости, а также установки 2N пластин, где N - количество первичных каналов, выполненных по профилю крыла, имеющих возможность поворота вокруг своей центральной оси, тем самым интенсифицируя процесс смесеобразования.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для сжигания топлива в газотурбинном двигателе, содержащее наружный и внутренний корпусы, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потока, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы, на наружном корпусе кольцевой полости в каждом первичном канале выполнены симметричные прямоугольные вырезы, соответствующие его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока, а также в торцевой части кольцевой полости дополнительно установлены два кольца с возможностью вращения вокруг продольной оси, диаметр одного из которых соответствует диаметру наружного корпуса, второго - диаметру внутреннего корпуса, при этом на наружном кольце выполнены 2N прорези, где N - натуральное четное число, соответствующее количеству первичных каналов, в каждом первичном канале установлены по две выполненные по профилю крыла пластины, шарнирно закрепленные на внутреннем кольце, с возможностью перемещения вокруг продольной оси двигателя по прорезям на наружном кольце и вокруг своей центральной оси, длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала, а также в каждом первичном канале установлены уголковые стабилизаторы пламени с углом раскрытия 55-65 градусов по направлению потока, которые жестко закреплены на наружном и внутреннем кольцах равноудаленно по окружности, при этом точка крепления на наружном кольце находится между прорезями соответствующего канала.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для сжигания топлива, содержащем наружный и внутренний корпусы, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потока, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы, на наружном корпусе кольцевой полости в каждом первичном канале выполнены симметричные прямоугольные вырезы, соответствующие его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока, а также в торцевой части кольцевой полости дополнительно установлены два кольца с возможностью вращения вокруг продольной оси, диаметр одного из которых соответствует диаметру наружного корпуса, второго - диаметру внутреннего корпуса, при этом на наружном кольце выполнены 2N прорези, где N - натуральное четное число, соответствующее количеству первичных каналов, в каждом первичном канале установлены по две выполненные по профилю крыла пластины, шарнирно закрепленные на внутреннем кольце, с возможностью перемещения вокруг продольной оси двигателя по прорезям на наружном кольце и вокруг своей оси, длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала, а также в каждом первичном канале установлены уголковые стабилизаторы пламени с углом раскрытия 55-65 градусов по направлению потока, которые жестко закреплены на наружном и внутреннем кольцах равноудаленно по окружности, при этом точка крепления на наружном кольце находится между прорезями соответствующего канала.

Схема построения устройства приведена на фиг.1-3. На фиг.1 представлен общий вид камеры сгорания, где обозначено: наружный корпус 1, внутренний корпус камеры сгорания 2, на котором выполнены симметричные прямоугольные вырезы 7, внешнее кольцо 8 и внутреннее кольцо 9.

На фиг.2,а представлена торцевая часть камеры сгорания, соответствующая максимальному режиму работы ГТД; фиг.2,б - то же, соответствующая минимальному режиму работы ГТД, где обозначено: неподвижный разделитель потока 3, подвижный разделитель потока 4, образующие первичный канал 5, вторичный канал 6, уголковый стабилизатор пламени 12, пластины 11, выполненные по профилю крыла, гидропривод 13.

На фиг.3,а представлена часть камеры сгорания, содержащая первичный и вторичный каналы, развернутая на плоскости (вид сверху), соответствующая максимальному режиму работы ГТД; фиг.3,б - то же, соответствующая минимальному режиму работы ГТД, где обозначено: прорези 10 на наружном кольце 8, по которым перемещаются пластины 11, тяги 14, 16, проушина 17, направляющие 15, 18.

Наружное кольцо 8 и внутреннее кольцо 9 предназначены для крепления уголковых стабилизаторов пламени 12, через которые осуществляется подвод топлива. Прорези 10 на наружном кольце 8 предназначены для перемещения пластин 11 вокруг продольной оси двигателя и вокруг своей центральной оси, длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала 5, в котором выполненные симметричные прямоугольные вырезы 7, соответствуют его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока 3. Тяги 14 предназначены для шарнирного соединения подвижного разделителя потока 4 и наружного корпуса камеры сгорания 1, на каждой из тяг 14 установлены направляющие 15, тяги 16 предназначены для жесткого соединения уголковых стабилизаторов пламени 12 и шарнирного соединения с пластинами 11 через проушины 17, которые перемещаются по двум направляющим 18, установленным на хвостовике каждой пластины 11.

Устройство работает следующим образом. Воздух, подводимый в камеру сгорания, разделяется на первичный и вторичный в соотношении, определяемом пропускной способностью первичных и вторичных каналов. Процесс сжигания топлива осуществляется в первичных каналах путем его подвода и стабилизации пламени посредством уголкового стабилизатора 12 и пластин 11.

При работе газотурбинного двигателя на режимах повышенной мощности подвижный и неподвижный разделители потока вплотную приближены друг к другу (фиг.3,а), обеспечивая максимальный расход воздуха первичного канала 5, при этом пластины 11, выполненные по профилю крыла, имеют наименьший угол установки по отношению к набегающему потоку. При переходе на режимы пониженной мощности (фиг.3,б) уменьшают пропускную способность в первичном канале 5 и, соответственно, увеличивают пропускную способность во вторичном канале 6, перераспределяя воздух в пользу вторичного, при этом угол установки пластин 11 увеличивают, что благоприятно сказывается на процессе смесеобразования. Для этого с помощью гидропривода 13 вращается наружный корпус 1 камеры сгорания, который соединен с разделителем потока 4 двумя шарнирно соединенными тягами 14, на каждой из которых установлена направляющая 15, хвостовики уголковых стабилизаторов 12 соединены с пластинами 11 через тяги 16, имеющие одинаковую длину, с другой стороны тяг 16 имеется шарнирное соединение для крепления тяг с проушинами 17, которые перемещаются по двум направляющим 18, установленным на хвостовике каждой пластины 11.

Данное устройство для сжигания топлива в ГТД позволяет интенсифицировать процесс смешения топливно-воздушной смеси за счет воздействия на структуру течения газа, а также расширить диапазон устойчивой работы камеры сгорания.

Устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе содержит наружный и внутренний корпусы, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потоков, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы. На наружном корпусе кольцевой полости в каждом первичном канале выполнены симметричные прямоугольные вырезы, соответствующие его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока. В торцевой части кольцевой полости установлены два кольца с возможностью вращения вокруг продольной оси, диаметр одного из которых соответствует диаметру наружного корпуса, второго - диаметру внутреннего корпуса. На наружном кольце выполнены 2N прорези, где N - натуральное четное число, соответствующее количеству первичных каналов. В каждом первичном канале установлены по две выполненные по профилю крыла пластины, шарнирно закрепленные на внутреннем кольце, с возможностью перемещения вокруг продольной оси двигателя по прорезям на наружном кольце и вокруг своей центральной оси. Длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала. В каждом первичном канале установлены уголковые стабилизаторы пламени с углом раскрытия 55-65 градусов по направлению потока, которые жестко закреплены на наружном и внутреннем кольцах равноудаленно по окружности. Точка крепления на наружном кольце находится между прорезями соответствующего канала. Изобретение направлено на расширение диапазона устойчивой работы камеры сгорания. 3 ил.

Устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе, содержащее наружный и внутренний корпусы, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потоков, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы, отличающееся тем, что на наружном корпусе кольцевой полости в каждом первичном канале выполнены симметричные прямоугольные вырезы, соответствующие его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока, а также в торцевой части кольцевой полости дополнительно установлены два кольца с возможностью вращения вокруг продольной оси, диаметр одного из которых соответствует диаметру наружного корпуса, второго - диаметру внутреннего корпуса, при этом на наружном кольце выполнены 2N прорези, где N - натуральное четное число, соответствующее количеству первичных каналов, в каждом первичном канале установлены по две выполненные по профилю крыла пластины, шарнирно закрепленные на внутреннем кольце, с возможностью перемещения вокруг продольной оси двигателя по прорезям на наружном кольце и вокруг своей центральной оси, длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала, а также в каждом первичном канале установлены уголковые стабилизаторы пламени с углом раскрытия 55-65 градусов по направлению потока, которые жестко закреплены на наружном и внутреннем кольцах равноудаленно по окружности, при этом точка крепления на наружном кольце находится между прорезями соответствующего канала.