КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F02C7/22 F23R3/28 

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к камерам сгорания газотурбинного двигателя, и может использоваться в авиации и на стационарных газотурбинных двигателях, в том числе на газоперекачивающих агрегатах, использующих в качестве топлива природный газ.

Основную часть природного газа составляет метан (СН₄) - от 70 до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжелые углеводороды - гомологи метана:

- этан (С₂Н₆),

- пропан (С₃H₈),

- бутан (С₄Н₁₀).

а также другие неуглеводородные вещества.

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный газ. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет потенциальную энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определенные промежутки необходимо сооружать компрессорные станции, на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается

Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2375597, МПК F02C 7/22, опубл. 10.12.2009 г. Топливный коллектор камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую трубу для подачи топлива к форсункам, установленную внутри корпуса камеры, подводящий трубопровод и размещенный снаружи камеры входной штуцер, установленный в наружной втулке, прикрепленной к корпусу камеры с возможностью осевого перемещения, снабженный внутренней втулкой, выполненной в виде по меньшей мере одного звена, включающего два неподвижных кольца и подвижное кольцо, установленное между ними с возможностью поперечного перемещения. Неподвижные кольца соединены с наружной втулкой, а подвижное кольцо установлено с возможностью контактирования с входным штуцером. Устройство позволяет компенсировать термические напряжения, возникающие в наружной втулке и штуцере за счет различного термического расширения корпуса камеры сгорания и топливного коллектора в осевом и поперечном направлениях. Уменьшение диаметра поверхности до диаметра штуцера позволяет уменьшить утечки воздуха.

Недостатки - большая неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания, обусловленная небольшим количеством форсунок.

Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №2099640, МПК F23R 3/60, опубл. 20.12.2000 г.

Эта камерах сгорания предназначена для газотурбинных установок (ГТД). На жаровой трубе в кольцевом пространстве между корпусом и трубой установлен перфорированный капот, на котором закреплены опорные устройства и горелки второго контура. Наличие термокомпенсаторов и выполнение наружной обечайки жаровой трубы из двух секций сводят к минимуму температурные напряжения.

Недостатки те же самые.

Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №215888, МПК F23R 3/26, опубл. 10.11.2000 г.

Фронтовое устройство камеры сгорания для высокотемпературного газотурбинного двигателя с подводом топлива в топливные коллекторы через неподвижные разделители потока содержит фронтовое устройство, выполненное в виде ряда профилированных пластин. Профилированные пластины установлены на входе в первичные каналы с возможностью перемещения относительно друг друга в окружном направлении при изменении площадей проходных сечений первичных каналов. Каждая из профилированных пластин состоит из неподвижной и подвижной частей, телескопически соединенных между собой. Неподвижные части телескопических пластин жестко закреплены на неподвижных разделителях потока. Ответные подвижные части пластин закреплены на подвижных разделителях потока. Топливные коллекторы с одного конца с помощью внутренних шаровых шарниров закреплены на неподвижных разделителях потока, а с другого конца шарнирно закреплены к поворотным тягам, вторые концы которых шарнирно крепятся к подвижным разделителям потока. Такое выполнение фронтового устройства расширяет диапазон устойчивого горения.

Недостатки этой камеры сгорания: эмиссия вредных веществ особенно на режиме «малого газа», неполное сгорание топлива, окружная и радиальная неравномерность поля температур на выходе их камеры сгорания.

Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2493493, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г, прототип.

Эта камера сгорания содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную пииту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод.

Недостаток - неполное сгорание топлива. Около 5% топлива не сгорает и выбрасывается в атмосферу в виде С, СО NO и т.д. Это повышает расход топлива и ухудшает экологию атмосферы.

Задачи создания изобретения: повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя.

Достигнутые технические результаты: повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания ГТД.

Решение указанных задач достигнуто в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащем внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную пииту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод, тем, что внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения.

Под жаровой трубой может быть установлен внутренний кольцевой кожух, образующий с жаровой трубой внутренний канал. Между внешним корпусом камеры сгорания и жаровой трубой может быть образован внешний канал. В жаровой трубе могут быть выполнены отверстия. Все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба, могут быть покрыты жаростойкой эмалью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг. 1 приведена камера сгорания,

- на фиг. 2 приведены графики времени жизни радикалов.

Камера сгорания ГТД (фиг. 1) содержит внешний корпус 1, жаровую трубу 2, форсуночную пииту 3 и установленные на ней форсунки 4. На форсуночной плите 3 установлен кольцевой коллектор 5. Кольцевой коллектор 5 расположен в передней полости 6 перед форсуночной плитой по потоку воздуха.

К кольцевому коллектору 5 присоединен с одной стороны топливопровод 7, а с другой - форсунки 4.

Внутри кольцевого коллектора 5 концентрично друг другу установлены два электрода 8 и 9, подсоединенные высоковольтными изолированными проводами 10 к блоку высокого напряжения 11.

Под жаровой трубой 2 установлен внутренний кожух 12, образующий с жаровой трубой 2 внутренний канал 13. Между внешним корпусом 1 камеры сгорания и жаровой трубой 2 образован внешний канал 14. В жаровой трубе 2 выполнены отверстия 15. Все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба 2, должны быть покрыты жаростойкой эмалью.

В форсуночной плите 3 выполнены отверстия 16 для прохода воздуха к форсункам 4.

РАБОТА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД

При работе камеры сгорания ГТД запускают ГТД стартером (на фиг. 1 и 2 не показано) и воздух высокого давления подается в переднюю полость 6, откуда через отверстия 16 к форсуночной плите 3 к форсункам 4.

Одновременно по топливопроводу 7 топливо подается в кольцевой коллектор 5, где проходит между электродами 8 и 9 и активируется (образуются свободные радикалы Н, СН, СН2 и СН3, имеющие очень маленькое время жизни (фиг. 2)). Например, количество свободных радикалов СН2 за 30 наносек уменьшается примерно в 10 раз.

Активация производится очень мощным электрическим полем, возникающим после подачи высокого напряжения на электроды 8 и 9 с блока высокого напряжения 11 (фиг. 1).

Учитывая, что средство активации топлива выполнено максимально близко от форсунок 4, большинство радикалов сохраняют свою активность и интенсифицируют процесс горения в камере сгорания ГТД.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить экономичность камеры сгорания ГТД за счет более полного сгорания углеводородного топлива, что достигнуто применением активатора топлива. 2.

2. Уменьшить выхлоп в атмосферу вредных веществ, углерода – С - и окислов углерода – СО - и окислов азота.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор. Кольцевой коллектор, к которому присоединен топливопровод, установлен в передней полости на форсуночной плите. Внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения. Изобретение направлено на повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод, отличающаяся тем, что внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения.

2. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что под жаровой трубой установлен внутренний кольцевой кожух, образующий с жаровой трубой внутренний канал.

3. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что между внешним корпусом камеры сгорания и жаровой трубой образован внешний канал.

4. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что в жаровой трубе выполнены отверстия.

5. Камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что все детали камеры сгорания, в первую очередь жаровая труба, покрыты жаростойкой эмалью.