КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2017 года по МПК F23R3/06 F23R3/50 

Настоящее изобретение касается кольцевой камеры сгорания турбомашины, такой как турбовинтовой или турбореактивный авиационный двигатель.

Известным образом выше по потоку кольцевой камеры сгорания турбомашины поступает поток воздуха от компрессора высокого давления, а ниже по потоку она выдает поток горячих газов, приводящих во вращение роторы турбин высокого давления и низкого давления.

Кольцевая камера сгорания содержит круговые коаксиальные стенки, размещенные одна в другой и которые соединены между собой на своих расположенных выше по потоку концах кольцевой стенкой днища камеры, это днище камеры содержит отверстия для установки системы впрыска топлива между внутренней и внешней круговыми стенками.

Каждая система впрыска содержит средства крепления головки инжектора топлива и, по меньшей мере, одну спираль, которая расположена ниже по потоку от головки инжектора, коаксиально последней, и которая ниже по потоку от впрыска топлива выдает вращающийся поток воздуха для образования топливно-воздушной смеси, предназначенной для сгорания в камере сгорания.

Спирали систем впрыска питаются воздухом, идущим от кольцевого диффузора, установленного на выходе компрессора высокого давления, выполненного выше по потоку камеры сгорания.

Каждая спираль выходит ниже по потоку внутрь неподвижного конуса-смесителя, содержащего расположенную ниже по потоку стенку, по существу, в форме усеченного конуса, расширяющуюся в направлении ниже по потоку и содержащую кольцевой ряд отверстий впрыска воздуха, равномерно распределенных вокруг оси неподвижного конуса.

Внешняя кольцевая стенка камеры сгорания содержит кольцевой ряд первичных разбавляющих отверстий и, по меньшей мере, одну свечу, выходящую внутрь камеры сгорания и размещенную ниже по потоку от первичных разбавляющих отверстий.

При работе воздух, выходящий из компрессора высокого давления, циркулирует внутри каждой из систем впрыска. Топливно-воздушная смесь выбрасывается каждой системой впрыска, образуя струю воздуха и топлива, по существу, в форме усеченного конуса, расширяющегося в направлении ниже по потоку. Угол раскрытия струи зависит от угла раскрытия стенки в форме усеченного конуса неподвижного конуса-смесителя и размеров отверстий для впрыска воздуха, образованных в этой стенке в форме усеченного конуса. Так, чем больше отверстий неподвижного конуса-смесителя имеют значительный диаметр, тем более значительным является расход воздуха, проходящего через каждое из этих отверстий, тем меньше расширяется струя топливно-воздушной смеси.

Первичные разбавляющие отверстия позволяют стабилизировать пламя горения в дне камеры и вследствие разбавления топливно-воздушной смеси исключают отрыв пламени горения и его проникание в турбину высокого давление и повреждение в особенности таких компонентов, как неподвижные лопатки путем образования мест перегрева.

На практике системы впрыска образованы таким образом, что для каждой системы впрыска струя топливно-воздушной смеси пересекается и перекрывает по окружности выше по потоку от разбавляющих отверстий струи топлива двух соседних систем впрыска. Таким образом, обеспечивают окружную непрерывность топливно-воздушной смеси между системами впрыска перед разбавлением, что позволяет гарантировать, что пламя, инициированное одной или несколькими свечами зажигания, распространится по всей окружности камеры сгорания.

В определенных конфигурациях, таких как, в частности, в камерах сгорания, называемых сужающимися, внутренние и внешние кольцевые круговые стенки которых являются стенками в форме усеченного конуса с сечением, уменьшающимся в направлении ниже по потоку, или когда число систем впрыска уменьшено, окружной шаг между соседними системами впрыска является большим. Отсюда следует, что топливные струи соседних систем впрыска не перекрываются больше по окружности выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий, что приводит к затруднениям окружного распространения пламени между инжекторами и ухудшению характеристик камеры сгорания.

Для устранения этого недостатка увеличение числа инжекторов не было бы желательным, так как это привело бы к утяжелению турбомашины. Увеличение угла раскрытия струй топлива не было бы достаточным, так как это привело бы к выбросу большего количества топлива в направлении внутренней и внешней кольцевых стенок и образованию мест перегрева на внутренней и внешней кольцевых стенках.

Целью изобретение является простое, экономичное и эффективное решение упомянутых выше проблем, позволяющее устранить недостатки известного уровня техники.

Для этого в изобретении предлагается кольцевая камера сгорания, содержащая две круговые коаксиальные стенки, соответственно внутреннюю и внешнюю, соединенные между собой на своих расположенных выше по потоку концах кольцевой стенкой днища, содержащей отверстия для установки систем впрыска, каждая из которых, содержит, по меньшей мере, одну спираль, предназначенную для получения вращающегося потока воздуха ниже по потоку от инжектора топлива, а также неподвижный конус со стенкой, по существу, в форме усеченного конуса ниже по потоку от спирали, и образованный с кольцевым рядом отверстий для впрыска воздуха, предназначенных для производства струи смеси воздуха и топлива, по существу в форме усеченного конуса и вращающейся, при этом внешняя круговая стенка содержит кольцевой ряд первичных разбавляющих отверстий, отличающаяся тем, что отверстия неподвижных конусов распределены и размеры рассчитаны таким образом, что, по меньшей мере, некоторые струи топливно-воздушной смеси имеют по меньшей мере одно локальное расширение, перекрывающее по окружности соседнюю струю топлива выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий.

Изобретение позволяет сохранить то же угловое раскрытие струй топлива посредством изменения некоторых неподвижных конусов таким образом, чтобы образовать локальное расширение их струи топлива, причем это расширение, перекрывающее по окружности струю топливно-воздушной смеси соседней системы впрыска выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий.

Можно также гарантировать окружную непрерывность топливно-воздушной смеси перед подачей воздуха через первичные разбавляющие отверстия, что обеспечивает хорошее окружное распространение горящего пламени без добавления дополнительных инжекторов.

В первом варианте воплощения изобретения отверстия неподвижных конусов равномерно распределены вокруг осей неподвижных конусов, при этом отверстия некоторых неподвижных конусов имеют меньший диаметр, чем другие отверстия упомянутых неподвижных конусов, при этом отверстия с уменьшенным диаметром образованы на угловом секторе с заранее заданными угловыми размером и положением так, чтобы образовать локальное расширение струи топлива.

Уменьшение диаметра отверстий в заданном секторе некоторых неподвижных конусов позволяет уменьшить расход воздуха, проходящего через эти отверстия. Воздух, выходящий через эти отверстия, меньше влияет на топливно-воздушную смесь, выходящую из расположенной выше по потоку спирали, что приводит к локальному увеличению угла выброса топливно-воздушной смеси, и образует локальное расширение струи топлива.

В соответствии с другой характеристикой изобретения отверстия упомянутого углового сектора каждого неподвижного конуса имеют диаметр, меньший, по меньшей мере, на 40% диаметра других отверстий неподвижного конуса.

Во втором варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, некоторые из неподвижных конусов лишены отверстий на угловом секторе заданных угловых размера и положения так, чтобы образовать локальное расширение струи топлива.

Удаление на секторе отверстий стенки в форме усеченного конуса неподвижного конуса позволяет локально увеличить угол выброса струи топливно-воздушной смеси, что образует локальное расширение этой струи, которая перекрывает струю топлива соседней системы впрыска.

В других вариантах воплощения изобретения некоторые неподвижные конусы содержат два угловых сектора, диаметрально противоположных один другому и содержащих отверстия уменьшенного диаметра и/или лишенных отверстий.

При такой конфигурации струя топлива, образованная на выходе каждого из этих неподвижных конусов, содержит два расширения, диаметрально противоположных относительно оси неподвижного конуса, которые перекрывают струи топлива, создаваемые двумя системами впрыска, расположенными с обеих сторон неподвижного конуса.

Камера сгорания содержит, по меньшей мере, одну свечу зажигания, установленную в отверстии внешней круговой стенки, а отверстия неподвижного конуса системы впрыска, расположенной ближе всего к свече, распределены и их размеры рассчитаны таким образом, что струя топливно-воздушной смеси упомянутой системы впрыска имеет другое локальное расширение, перекрывающее ось свечи между радиально внутренним концом свечи и точкой внешней периферии упомянутого неподвижного конуса.

Это дополнительное расширение струи топлива позволяет локально выбрасывать струю топлива ближе к внутреннему концу свечи, что также облегчает воспламенение топливно-воздушной смеси и распространение пламени.

Неподвижный конус, расположенный ближе всего к свече может содержать отверстие меньшего диаметра, чем другие отверстия упомянутого неподвижного конуса, эти отверстия с уменьшенным диаметром выполнены на угловом секторе заданных размера и углового положения, так чтобы сформировать расширение, отсекающее от свечи.

Неподвижный конус, расположенный ближе всего к свече, может также быть лишен отверстий на угловом секторе заданных размера и положения так, чтобы образовать расширение, перекрывающее ось свечи.

Упомянутый угловой сектор или упомянутые угловые сектора простираются, примерно, от 20° до 50°.

Изобретение касается также турбомашины, такой как авиационный турбовинтовой или турбореактивный двигатель, содержащей камеру сгорания, такую, как представлена выше.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 схематично изображает в частичном осевом разрезе вид половины кольцевой камеры сгорания известного типа;

- фиг. 2 схематично представляет частичный вид в большем масштабе зоны, ограниченной штриховой линией на фиг. 1;

- фиг. 3 схематично изображает вид сбоку двух систем впрыска по фиг. 2, расположенных одна возле другой;

- фиг. 4 схематично изображает вид в поперечном срезе струй топлива систем впрыска по фиг. 3;

- фиг. 5 схематично изображает вид с расположенной ниже по потоку стороны неподвижного конуса-смесителя в соответствии с первым вариантом воплощения изобретения;

- фиг. 6 схематично изображает вид со стороны системы впрыска, содержащей неподвижный конус-смеситель по фиг. 2 и системы впрыска, содержащей неподвижный конус-смеситель по фиг. 5 в соответствии с воплощением изобретения;

- фиг. 7 схематично изображает вид в поперечном срезе струй топлива систем впрыска по фиг. 6;

- фиг. 8 схематично изображает вид с расположенной ниже по потоку стороны неподвижного конуса-смесителя в соответствии со вторым вариантом воплощения изобретения;

- фиг. 9 схематично изображает вид с расположенной ниже по потоку стороны неподвижного конуса-смесителя в соответствии с третьим вариантом воплощения изобретения;

- фиг. 10 схематично изображает вид сбоку системы впрыска, содержащей неподвижный конус-смеситель по фиг. 9 в соответствии с изобретением;

- фиг. 11 схематично изображает вид в поперечном срезе струи топлива системы впрыска по фиг. 10;

- фиг. 12 схематично изображает вид с расположенной ниже по потоку стороны неподвижного конуса-смесителя в соответствии с четвертым вариантов воплощения изобретения.

Обратимся вначале к фиг.1, которая представляет кольцевую камеру сгорания 10 турбомашины, такой как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, расположенную на выходе центробежного диффузора 12, установленного на выходе компрессора высокого давления (не изображенного на чертеже). За камерой сгорания 10 расположена турбина высокого давления 14 и изображен только входной сопловой аппарат 16.

Камера сгорания 10 содержит две коаксиальные круговые стенки в виде усеченного конуса, внутреннюю 18 и внешнюю 20, расположенные одна в другой с уменьшающимся в направлении ниже по потоку сечением. Такая камера сгорания называется сужающейся. Внутренняя 18 и внешняя 20 кольцевые стенки соединены на своих расположенных выше по потоку концах с кольцевой стенкой днища 22 камеры и закреплены ниже по потоку внутренним 24 и внешним 26 кольцевыми фланцами. Внешний кольцевой фланец 26 внешне радиально опирается на внешний корпус 28 и аксиально опирается на радиальный фланец крепления соплового аппарата 16 турбины высокого давления к внешнему корпусу 28. Внутренний кольцевой фланец 24 камеры сгорания радиально и аксиально опирается на внутреннюю кольцевую деталь 32 крепления соплового аппарата 16 к внутренней кольцевой стенке 34.

Днище 22 камеры содержит отверстия для установки систем впрыска топливно-воздушной смеси в камеру, при этом воздух, выходящий из центробежного диффузора 12, и топливо подаются инжекторами 36.

Инжекторы 36 закреплены своими радиально внешними концами на наружном корпусе 28 и равномерно распределены по окружности вокруг оси 38 вращения камеры. Каждый инжектор 36 содержит на своем радиально внутреннем конце головку 40 впрыска топлива, которая выровнена с осью соответствующего отверстия днища 22 камеры.

Смесь воздуха и топлива, впрыскиваемая в камеру 10, воспламеняется с помощью, по меньшей мере, одной свечи зажигания 42, которая проходит радиально снаружи камеры 10. Внутренний конец свечи 42 проходит в отверстии внешней стенки 20 камеры, а ее радиально внешний конец закреплен с помощью соответствующих средств на наружном корпусе 28 и соединен со средствами электропитания (не изображенными на чертеже), расположенными снаружи корпуса 28.

Внешняя кольцевая стенка 20 камеры сгорания содержит ряд первичных кольцевых отверстий 44 для разбавления топливно-воздушной смеси, расположенных выше по потоку от свечи зажигания 42.

Каждая система впрыска, как лучше видно на фиг. 2, содержит две коаксиальные создающие турбулентность спирали - выше по потоку 46 и ниже по потоку 48, связанные выше по потоку со средствами центрирования и направления головки инжектора, а ниже по потоку - с неподвижным конусом-смесителем 50, который установлен аксиально в отверстии стенки днища 22 камеры.

Спирали 46, 48 содержат каждая множество систем лопаток, радиально расположенных вокруг оси спирали и равномерно распределенных вокруг этой оси для подачи вращающегося потока воздуха ниже по потоку от головки впрыска.

Спирали 46, 48 отделены одна от другой радиальной стенкой 52, связанной своим радиальным внутренним кольцом с трубкой Вентури 54, которая простирается аксиально в направлении ниже по потоку внутри расположенной ниже по потоку спирали и которая разделяет потоки воздуха, исходящие из расположенной выше по потоку 46 и расположенной ниже по потоку 48 спиралей. Первый кольцевой тракт течения воздуха образован внутри трубки Вентури 54, а второй кольцевой тракт течения воздуха образован снаружи трубки Вентури 54.

Неподвижный конус-смеситель 50 содержит стенку 56, по существу, в форме усеченного конуса, расширяющуюся в направлении ниже по потоку и связанную на своем расположенном ниже по потоку конце с цилиндрической ребордой 58, проходящей в направлении выше по потоку и установленной аксиально в отверстии стенки днища 22 камеры с кольцевым дефлектором 60. Расположенный выше по потоку конец стенки в форме усеченного конуса неподвижного конуса прикреплен кольцевой промежуточной деталью 62 к расположенной ниже по потоку спирали.

Стенка 56 в форме усеченного конуса неподвижного конуса содержит кольцевой ряд отверстий 64 для впрыска воздуха, равномерно распределенных вокруг оси 70 неподвижного конуса. Воздух, проходящий через эти отверстия, и воздух, текущий в трактах внутри и снаружи трубки Вентури, смешиваются с топливом, распыляемым инжектором для образования вращающейся струи топливно-воздушной смеси, имеющей, по существу, форму усеченного конуса 66, расширяющегося в направлении ниже по потоку. Оси 68 каждого из отверстий 64 впрыска воздуха неподвижного конуса наклонены относительно оси 70 неподвижного конуса и сходятся к последней в направлении ниже по потоку.

Второй кольцевой ряд отверстий 72 образован в соединении между расположенным выше по потоку концом цилиндрической реборды 58 и стенкой 56 в форме усеченного конуса. Эти вторые отверстия 72 обеспечивают вентиляцию расположенной ниже по потоку стороны дефлектора 60 и ограничивают нагрев днища 22 камеры.

При работе расположенная выше по потоку 46 и расположенная ниже по потоку 48 спирали системы впрыска вызывают вращение впрыскиваемого потока воздуха и топлива и отверстия впрыска воздуха 64 из стенки 56 в форме усеченного конуса неподвижного конуса 50 осуществляют срезание топливно-воздушной смеси. Так, чем больше диаметр отверстий впрыска воздуха 64 неподвижного конуса, тем большим является расход воздуха, проходящего через эти отверстия, что уменьшает угол раскрытия 74 струи в форме усеченного конуса топливно-воздушной смеси.

Для обеспечения хорошего окружного распространения пламени горения между системами впрыска, конфигурация и количество систем впрыска определены таким образом, что струи топлива соседних систем впрыска перекрываются или пересекаются в окружном направлении выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий 44 таким образом, чтобы образовать непрерывное облако топливно-воздушной смеси по окружности.

Фиг.3 представляет две соседние системы S1 и S2 впрыска и пунктирными линиями представлены струи топлива в форме усеченного конуса, распыляемые системами S1 и S2 впрыска, соответственно. Фиг.4 представляет срез струй топлива N1 и N2 систем S1 и S2 впрыска, соответственно, по поперечной плоскости 76, проходящей по первичным разбавляющим отверстиям.

Констатируют, что когда количество систем впрыска уменьшено и когда окружной шаг между двумя соседними системами S1 и S2 впрыска увеличен, становится очень важным, чтобы струи топлива N1 и N2 перекрывались по окружности выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий, что приводит к затруднениям окружного распространения пламени горения.

Для устранения этого недостатка увеличение угла раскрытия струй топлива не является желательным, так как это привело бы к распылению большего количества топлива в направлении внутренней 18 и внешней кольцевых стенок, что вызвало бы образование мест перегрева на внутренней 18 и внешней 20 кольцевых стенках камеры сгорания. Увеличение количества систем впрыска не желательно, так как это привело бы к утяжелению турбомашины и увеличению потребления топлива.

Изобретение дает решение этой проблемы, а также проблем, упомянутых выше, осуществляя распределение и расчет размеров отверстий неподвижных конусов систем впрыска для локального расширения в окружном направлении струй топлива, чтобы они перекрывали выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий струи топлива, производимые соседними системами впрыска.

В первом варианте воплощения, изображенном на фиг. 5, неподвижный конус-смеситель 78, показанный с расположенной ниже по потоку стороны, содержит множество отверстий 80, равномерно распределенных вокруг оси 82 неподвижного конуса. Неподвижный конус 78 содержит угловой сектор 84, отверстия 86 которого имеют диаметр, меньший диаметра других отверстий 80 неподвижного конуса 78.

Когда топливно-воздушная смесь проникает внутрь неподвижного конуса 78, расход воздуха, проходящего через отверстия 86 сектора 84, является меньшим, чем расход воздуха проходящего через другие отверстия 80 неподвижного конуса 78. Отсюда следует, что частицы воздуха и топлива, проходящие вблизи этого сектора 84 неподвижного конуса 78, выходят из неподвижного конуса 78 по траектории, более расширяющейся, чем частицы, проходящие вблизи других отверстий 80 неподвижного конуса 78. В результате получается локальное расширение струи распыляемого топлива.

Как указано выше, струя топливно-воздушной смеси, выходящей из каждой системы впрыска, является вращающейся вследствие того, что вращение осуществляется расположенной выше по потоку и расположенной ниже по потоку спиралями. Так, каждая частица воздуха и топлива топливно-воздушной струи следует, по существу, по винтовой траектории в форме усеченного конуса. Локальное расширение принимает форму, соответствующую этим винтовым траекториям в форме усеченного конуса.

Когда расположенная выше по потоку и расположенная ниже по потоку спирали производят поток воздуха, вращающийся против часовой стрелки, если смотреть на неподвижный конус с расположенной ниже по потоку стороны, то понятно, что сектор 84 неподвижного конуса 78 должен быть смещен на угол α в направлении, противоположном вращению топливно-воздушной смеси, то есть в направлении по часовой стрелке по отношению к плоскости 87, включающей в себя ось 82 неподвижного конуса 78, и перпендикулярно радиальной плоскости 89, включающей в себя ось 82 неподвижного конуса 78 и ось камеры сгорания. На фиг. 5 плоскости 87 и 89 представлены линиями и перпендикулярны плоскости листа. Угол α измерен от середины сектора неподвижного конуса 78, имеющего отверстия 86 уменьшенного диаметра. Этот угол α определяет положение (стрелка А) расширения струи топлива, которое будет по окружности перекрывать струю топлива соседней системы впрыска.

Фиг. 6 изображает две соседних системы впрыска, одна из которых S1 идентична системе из известного уровня техники, описанного со ссылкой на фиг.3, а другая S3 соответствует системе впрыска, описанной со ссылкой на фиг. 5. Пунктирными линиями изображены формы усеченного конуса струй N1, N3 топлива, производимых каждой из систем S1 и S3 впрыска. Расширение 88 струи N3 топлива системы S3 впрыска перекрывает по окружности струю N1 топлива системы S1 впрыска выше по потоку от первичных отверстий впрыска воздуха. Фиг. 7 изображает срез струй N1 и N3 топлива систем S1 и S3 впрыска, соответственно, по поперечной плоскости 76, проходящей через первичные разбавляющие отверстия. На этой фигуре видно, что локальное расширение 88 струи N3 топливно-воздушной смеси системы S3 впрыска перекрывает по окружности струю N1 системы S1 впрыска.

Угловая величина сектора 84 неподвижного конуса 78 определяет угловую величину расширения вокруг оси 82 неподвижного конуса 78.

Во втором варианте воплощения изобретения сектор неподвижного конуса, содержащий отверстия уменьшенного диаметра заменен сектором 90, лишенным отверстий впрыска воздуха, как изображено на фиг. 8. Этот сектор 90 без отверстий также смещен на угол α относительно плоскости 87. Такой неподвижный конус 92 позволяет получить струю топлива, по существу той же формы, что и струя, полученная неподвижным конусом 78, содержащим сектор 84 с отверстиями 86 уменьшенного диаметра. Только ширина расширения струи топлива является более значительной вследствие того, что никакой расход воздуха не проходит через сектор 90 неподвижного конуса 92.

При практической реализации вариантов воплощения, изображенных на фиг. 5 и 8, сектор 84 неподвижного конуса 78, содержащий отверстия уменьшенного диаметра и сектор 90 неподвижного конуса 92, лишенный отверстий, простирается по углу, примерно, на 50°, при этом угол α составляет порядка 120°.

В другом примере воплощения изобретения, представленном на фиг. 9, неподвижный конус-смеситель 94 содержит два угловых сектора 96, 98, диаметрально противоположных один другому и лишенных отверстий впрыска воздуха. Стрелки В и С указывают на траекторию, по которой перемещаются частицы воздуха и топлива, проходящих вблизи первого 96 и второго 98 секторов неподвижного конуса 94.

Фиг. 10 изображает систему S4 впрыска, содержащую неподвижный конус 94, включающий в себя два упомянутых выше диаметрально противоположных сектора. Первый 96 и второй 98 сектора неподвижного конуса 94 обеспечивают формирование первого расширения 100 и второго расширения 102 струи N4 топлива (фиг. 10 и 11). Эти первое и второе расширения 100, 102 диаметрально противоположны одно относительно другого и предназначены для перекрывания по окружности струй топлива, производимых системами впрыска, расположенными с той и другой стороны неподвижного конуса 94.

При практической реализации неподвижного конуса по фиг. 9 каждый сектор 98, 96 простирается по углу, примерно, от 20 до 30° и смещен в угловом направлении, примерно, на угол 100° в направлении, противоположном вращению топливно-воздушной смеси, то есть по часовой стрелке, относительно плоскости 95, включающей в себя ось 97 неподвижного конуса 94 и перпендикулярно радиальной плоскости 99, включающей в себя ось 97 неподвижного конуса 94 и ось камеры сгорания. На фиг.9 плоскости 95 и 99 представлены линиями и перпендикулярны плоскости чертежа.

В варианте воплощения неподвижного конуса по фиг. 9 два диаметрально противоположных угловых сектора могут содержать отверстия уменьшенного диаметра. Возможно также, чтобы один из секторов был бы лишен отверстий, а другой сектор содержал отверстия уменьшенного диаметра.

Еще в одном варианте воплощения, представленном на фиг. 12, неподвижный конус-смеситель 104, расположенный ближе всего к свече зажигания 104, содержит два угловых сектора 106, 108, лишенных отверстий, один из которых 106 обеспечивает образование первого расширения, предназначенного для перекрывания по окружности соседней струи топлива, а второй 108 обеспечивает формирование второго расширения, предназначенного для перекрывания оси 110 свечи 42 между внутренним концом свечи и точкой внешней периферии неподвижного конуса 104.

Первое и второе расширения, по существу, расположены на струе топлива под углом в 90° одно от другого. Стрелки D и Е указывают на траектории, по которым проходят частицы воздуха и топлива вблизи первого и второго секторов неподвижного конуса 104.

Первый угловой сектор 106 неподвижного конуса 104 простирается на угол, примерно, в 50°, а второй угловой сектор 108, предназначенный для осуществления выброса топлива ближе всего к внутреннему концу свечи 42, простирается на угол, примерно, 40°.

Система впрыска, расположенная ближе всего к свече, могла бы еще содержать два диаметрально противоположных сектора, как описано со ссылкой на фиг. 10, предназначенных для осуществления окружного распространения пламени горения, а также третий сектор, лишенный отверстий, либо с отверстиями уменьшенного диаметра для выброса топлива к свече.

В вышеприведенном описании направление вращения спиралей было дано в качестве примера, и понятно, что работа была бы аналогичной в случае топливно-воздушной смеси, вращающейся в направлении по часовой стрелке. В этом случае должны были бы изменены угловое расположение секторов неподвижных конусов, лишенных отверстий или с отверстиями уменьшенного диаметра.

На практике позиционирование и угловая протяженность сектора, содержащего отверстия с уменьшенным диаметром или лишенного отверстий, определяется объемным моделированием. Такое моделирование учитывает многие параметры, такие, как форма и наклон лопаток спиралей, направление вращения спиралей, расход воздуха от компрессора высокого давления и расход топлива инжекторов и т.д.

Неподвижный конус-смеситель согласно изобретению позволяет получить окружную непрерывность топливно-воздушной смеси между двумя инжекторами перед подачей воздуха через первичные разбавляющие отверстия, что обеспечивает хорошее окружное распространение пламени горения, когда количество систем впрыска уменьшено и/или когда окружной шаг между этими системами является более значительным.

Изобретение касается кольцевой камеры сгорания, содержащей две круговые стенки, внутреннюю и наружную, соединенные выше по потоку кольцевой стенкой днища камеры, через которую проходят системы впрыска, содержащие каждая, по меньшей мере, одну спираль, предназначенную для выдачи потока воздуха, вращающегося ниже по потоку от инжектора топлива, и неподвижный конус в форме усеченного конуса ниже по потоку от спирали, образованный с кольцевым рядом отверстий впрыска воздуха. Внешняя круговая стенка содержит кольцевой ряд первичных разбавляющих отверстий. Отверстия неподвижных конусов распределены и их размеры рассчитаны таким образом, что струи топливно-воздушной смеси имеют локальное расширение, перекрывающее по окружности соседнюю струю топлива выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий. Изобретение направлено на улучшение характеристик камеры сгорания. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Кольцевая камера (10) сгорания турбомашины, содержащая две круговые коаксиальные стенки, соответственно внутреннюю (18) и внешнюю (20), соединенные между собой на своих расположенных выше по потоку концах кольцевой стенкой днища камеры (22), содержащей отверстия для установки систем впрыска, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну спираль (46, 48), предназначенную для производства вращающегося потока воздуха ниже по потоку от инжектора (36) топлива, и неподвижный конус (78, 92, 94, 104) со стенкой, по существу, в форме усеченного конуса ниже по потоку от спирали, образованный с кольцевым рядом отверстий (80, 86) для впрыска воздуха, предназначенных для производства струи смеси воздуха и топлива, по существу, в форме усеченного конуса и вращающейся, при этом внешняя круговая стенка содержит кольцевой ряд первичных разбавляющих отверстий (44), отличающаяся тем, что отверстия (80, 86) неподвижных конусов (78, 92, 94, 104) распределены и их размеры рассчитаны таким образом, что, по меньшей мере, некоторые струи (N3, N4) топливно-воздушной смеси имеют, по меньшей мере, одно локальное расширение (88, 100, 102), перекрывающее по окружности соседнюю струю топлива выше по потоку от первичных разбавляющих отверстий (44).

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что отверстия (80, 86), по меньшей мере, некоторых неподвижных конусов (78) равномерно распределены вокруг осей (82) неподвижных конусов, а также тем, что отверстия (86) каждого из этих неподвижных конусов имеют диаметр, меньший, чем другие отверстия (80) упомянутых неподвижных конусов, причем эти отверстия (86) с уменьшенным диаметром образованы на угловом секторе (84) заданных угловых размера и положения так, чтобы образовать локальное расширение (88) струи (N3) топлива.

3. Камера по п. 2, отличающаяся тем, что отверстия (88) упомянутого углового сектора каждого неподвижного конуса имеют диаметр, меньший, по меньшей мере, на 40% диаметра других отверстий неподвижного конуса.

4. Камера по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из неподвижных конусов (92, 104) лишены отверстий на угловом секторе заданных угловых размера и положения так, чтобы образовать локальное расширение струи топлива.

5. Камера по п. 2, отличающаяся тем, что некоторые из неподвижных конусов содержат два угловых сектора (96, 98), диаметрально противоположных один другому и содержащих отверстия уменьшенного диаметра и/или лишенных отверстий.

6. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, одну свечу зажигания (42), установленную в отверстии внешней круговой стенки (20), а также тем, что отверстия неподвижного конуса (104) системы впрыска, расположенной ближе всего к свече, распределены и их размеры рассчитаны таким образом, что струя топливно-воздушной смеси упомянутой системы впрыска имеет другое локальное расширение, перекрывающее ось свечи между радиально внутренним концом свечи (42) и точкой внешней периферии упомянутого неподвижного конуса (104).

7. Камера по п. 6, отличающаяся тем, что упомянутый неподвижный конус, расположенный ближе всего к свече, содержит отверстия меньшего диаметра, чем другие отверстия упомянутого неподвижного конуса, причем эти отверстия уменьшенного диаметра выполнены на угловом секторе заранее заданных размера и углового положения так, чтобы образовать расширение, перекрывающее ось свечи.

8. Камера по п. 6, отличающаяся тем, что упомянутый неподвижный конус (104), расположенный ближе всего к свече, лишен отверстий на угловом секторе заданных размера и положения так, чтобы образовать расширение, перекрывающее ось (110) свечи (42).

9. Камера по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый угловой сектор или упомянутые угловые сектора (84, 90, 96, 98, 106, 108) простираются примерно от 20° до 50°.

10. Турбомашина, такая как авиационный турбовинтовой или турбореактивный двигатель, содержащая камеру сгорания по п. 1.