УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ И ВЫПУСКА ДЛЯ ФОРСУНКИ Российский патент 2017 года по МПК F02C7/232 F16K17/18 F16K17/196 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству питания и продувки форсунки камеры сгорания турбомашины. Изобретение также относится к форсунке для камеры сгорания турбомашины и к турбомашине.

Предпосылки создания изобретения

Форсунки турбомашин чувствительны к ухудшению топлива под воздействием температуры.

Этот феномен, называемый спекаемостью, проявляется, когда температура топлива превышает критическую пороговую величину.

Форсунки чувствительны к этому феномену из-за возмущений или даже преграждения потока топлива, которые вызваны этим феноменом.

Возмущения потока из-за спекаемости оказывают механическое влияние на детали, расположенные ниже по потоку от форсунок, а также влияние на качество горения.

Более того, преграждение форсунок влияет на качество распыления топлива, которое более не является однородным.

Следовательно, горение является плохим, что приводит к увеличению загрязнения газов, выбрасываемых турбореактивным двигателем, и даже к более серьезным проблемам, включающим в себя выход турбореактивного двигателя из строя.

Для защиты форсунки от спекаемости известно использование устройств, обеспечивающих их продувку во время остановки турбомашины.

Эти устройства позволяют продувать рампу впрыска топлива, а также форсунки посредством впрыскивания сжатого воздуха.

В системах предшествующего уровня техники, как, например, в описанной в зарегистрированном на имя заявителя документе FR 2871519, продувочное устройство 100 включает в себя контур 101 для подачи сжатого воздуха и контур 102 для подачи топлива, причем два контура являются отдельными и соединены параллельно у входа форсунки 107. Контур 101 подачи сжатого воздуха включает в себя обратный клапан 103, и контур 102 подачи топлива включает в себя обратный клапан 104, предотвращающий возврат продувочного воздуха в контур подачи топлива.

Более того, в последнее время в некоторых форсунках иногда необходимо регулировать подачу топлива форсунок в зависимости от давления топлива.

В этом случае, управление подводом топлива и подачей продувочного воздуха, в зависимости от известного уровня техники, требует использования множества контуров подачи, связанных с электрическими управляющими клапанами.

Тем не менее, эти решения являются громоздкими и сложными, в частности, из-за большого количества деталей и контуров. К тому же, они имеют увеличенные риски поломок.

Краткое изложение сущности изобретения

Изобретение направлено на компенсацию упомянутых выше недостатков.

Для этого описано устройство впрыска для турбомашины, отличающееся тем, что оно включает в себя трубку, имеющую по меньшей мере одно первое отверстие и одно второе отверстие, и систему блокирования трубки, позволяющую регулировать прохождение текучих сред в трубке, причем блокирующая система выполнена с возможностью обеспечения прохождения топлива от первого отверстия ко второму отверстию только на основании первого давления топлива, для прохождения подвода топлива и обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия к первому отверстию только от второго давления воздуха, для прохождения продувочного воздуха, причем второе давление больше, чем первое давление.

В одном варианте осуществления, блокирующая система включает в себя первую головку, установленную на первом упругом модуле, причем упомянутая первая головка выполнена с возможностью смещения для обеспечения прохождения топлива от первого отверстия ко второму отверстию на основании первого давления.

В одном варианте осуществления, блокирующая система включает в себя вторую головку, установленную на втором упругом модуле, причем упомянутый второй упругий модуль выполнен с возможностью перемещения для обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия к первому отверстию на основании второго давления.

В одном варианте осуществления, первая головка выполнена с возможностью перемещения внутри второй головки.

В одном варианте осуществления, первая головка и вторая головка выполнены с возможностью прямолинейного перемещения в трубке, в противоположных направлениях.

В одном варианте осуществления, устройство включает в себя стопор, обеспечивающий блокирование смещения первой головки в направлении смещения второй головки.

В частности, первый упругий модуль первой головки прикреплен к концу второй головки, так что смещение второй головки от второго давления вызывает смещение первой головки к стопору.

Изобретение также относится к форсунке камеры сгорания турбомашины, отличающейся тем, что она включает в себя описанное выше устройство, а также к турбомашине, включающей в себя такую форсунку.

Одно преимущество изобретения заключается в разработке простого и компактного устройства.

Другое преимущество изобретения заключается в разработке уникального устройства, выполненного с возможностью регулировки подачи как топлива, так и продувочного воздуха.

Еще одно преимущество изобретения заключается в разработке устройства, обеспечивающего полную продувку.

Наконец, еще одно преимущество изобретения заключается в зависимости от использования простых и дешевых инструментов регулировки.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества изобретения также будут понятны из последующего описания, являющегося исключительно иллюстративным и не ограничивающим, и которое следует читать совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

- на фиг. 1 показано продувочное устройство согласно предшествующему уровню техники;

- на фиг. 2 в поперечном разрезе показан вариант осуществления устройства согласно изобретению;

- на фиг. 3 в разрезе показан вариант осуществления устройства согласно изобретению;

- на фиг. 4 показана сборка элементов устройства согласно одному варианту осуществления изобретения;

- на фиг. 5 показано устройство, связанное с впрыскивающими элементами;

- на фиг. 6 показан вариант осуществления агрегата, включающего в себя множество устройств согласно изобретению;

- на фиг. 7 показан вариант осуществления форсунки камеры сгорания согласно изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На фиг. 2-4 показан вариант осуществления устройства 1 для форсунки турбомашины.

Устройство 1 включает в себя трубку 2. Например, это трубка круглого сечения, имеющая, в целом, цилиндрическую форму.

Трубка 2 имеет по меньшей мере одно первое отверстие 3 и второе отверстие 4.

Согласно одному варианту осуществления, одно из отверстий выполнено в стенке трубки, обеспечивая циркуляцию текучих сред ортогонально продольной оси трубки, и другое отверстие 4 выполнено в осевом конце трубки, обеспечивая осевую циркуляцию текучих сред.

Текучие среды, которые могут проходить через трубку из одного отверстия в другое, в основном представляют собой топливо турбомашины и сжатый воздух, предназначенный для его продувки, или их смесь.

Устройство 1 также включает в себя систему 5 для блокирования трубки, обеспечивающую регулировку прохождения текучих сред в трубке 2.

Блокирующая система 5 выполнена с возможностью:

- обеспечения прохождения топлива от первого отверстия 3 ко второму отверстию 4 только от первого давления (P1) топлива, для прохождения подаваемого топлива,

- обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия 4 к первому отверстию 3 только от второго давления (P2) воздуха, для прохождения продувочного воздуха, причем второе давление больше, чем первое давление.

Таким образом, устройство 1 позволяет управлять, посредством единственной трубки 2, как подводом топлива, в частности, к форсунке, так и прохождением продувочного воздуха. Эти две текучие среды перемещаются в трубке 2 в противоположных направлениях.

Как можно заметить, устройство 1 обладает возможностью автономной работы.

P1, например, без ограничений, составляет порядка 2,5-3 бар, тогда как P2, например, без ограничений, составляет порядка 4-6 бар.

В одном варианте осуществления, блокирующая система 5 включает в себя первую головку 7, установленную на первом упругом модуле 8. Упругий модуль 8 включает в себя, например, пружину.

Эта первая головка 7 выполнена с возможностью смещения для обеспечения прохождения топлива от первого отверстия 3 ко второму отверстию 4, только от первого давления P1.

В частности, под действием давления топлива, вводимого в устройство 1 у его первого отверстия 3, первый упругий модуль 8 сжимается и приводит в перемещение первую головку 7.

Таким образом, эта первая головка 7 претерпевает смещение, которое, в целом, представляет собой перемещение вдоль оси трубки 2. Это смещение позволяет освобождать пространство для циркуляции в трубке 2, позволяя топливу, вводимому у первого отверстия 3, выходить из трубки через второе отверстие 4.

В этом варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, первая головка 7 имеет форму шара.

Таким же образом, в варианте осуществления, блокирующая система 5 включает в себя вторую головку 9, установленную на втором упругом модуле 10, причем упомянутая вторая головка 9 выполнена с возможностью смещения для обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия 4 к первому отверстию 3, только на основании второго давления P2. Упругий модуль 10 включает в себя, например, пружину.

В частности, под действием давления сжатого воздуха, подаваемого в трубку 2 на уровне ее второго отверстия 4, второй упругий модуль 10 сжимается и приводит в перемещение вторую головку 9. Таким образом, эта вторая головка 9 претерпевает смещение, которое, в целом, представляет собой перемещение вдоль продольной оси трубки 2. Это смещение позволяет освобождать пространство для циркуляции в трубке, позволяя воздуху, вводимому на уровне второго отверстия 4, выходить из трубки через первое отверстие 3.

В одном варианте осуществления, первая головка 7 выполнена с возможностью перемещения внутри второй головки 9.

В проиллюстрированном на чертежах варианте осуществления, первая головка 7, выполненная, например, вращательно симметричной, имеет диаметр, который меньше, чем у второй головки 9, которая также является вращательно симметричной. Вторая головка 9 имеет полость 11, проходящую через нее от одной стороны к другой стороне, в которой может перемещаться первая головка 7, направляемая первым упругим модулем 8. В этом случае, первый упругий модуль 8 также проходит внутри упомянутой ранее полости 11. В частности, первый упругий модуль 8 может быть закреплен на упоре 18, удерживаемом посредством сборки в канавках второй головки 9. Сам по себе упор 18 имеет отверстия для прохождения текучих сред.

Полость 11 оканчивается двумя отверстиями 14, 15, расположенными на обеих сторонах второй головки 7.

В положении покоя, первая головка 7 блокирует отверстие 14 полости 11, которое находится на стороне первого отверстия 3 трубки.

Следовательно, прохождение топлива в трубку 2 блокируется как посредством первой головки 7, так и посредством второй головки 9, которая блокирует второе отверстие 4 трубки 2.

Когда давление топлива превышает силу упругости упругого модуля 8, первая головка 7 отходит от отверстия 14, что обеспечивает прохождение топлива в трубку 2 через полость 11, ко второму отверстию 4 трубки 2.

В одном варианте осуществления, вторая головка 9 имеет цилиндрическую форму, оканчивающуюся кольцевым венцом 13, упирающимся в края 12 трубки, причем упомянутые края 12 окружают второе отверстие 4.

Диаметр кольцевого венца 13 является достаточно большим для блокирования второго отверстия 4, когда вторая головка 9 находится в положении покоя. Давление, оказываемое воздухом, превышающее силу упругости второго упругого модуля 10, позволяет отделять венец 13 от краев 12, что приводит к прохождению воздуха в трубке 2. В частности, воздух может распределяться вокруг второй головки 9, в пространстве, присутствующем между стенками второй головки 9 и внутренними стенками трубки 2.

В одном варианте осуществления, первая головка 7 и вторая головка 9 выполнены с возможностью прямолинейного перемещения в трубке 2, в противоположных направлениях.

Согласно одному варианту осуществления, устройство 1 включает в себя стопор 16, обеспечивающий блокирование смещения первой головки 7 в направлении смещения второй головки 9. Стопор 16, в частности, включает в себя основание 17, оканчивающееся пальцем 18, проходящим в трубку 2 до отверстия 14 второй головки 9.

Палец 16 блокирует прямолинейное перемещение первой головки 7 в направлении смещения второй головки 9, что позволяет получить более полную продувку. В частности, воздух может течь в полость 11 второй головки 9 и выходить из второй головки посредством отверстия 14, которое теперь не блокировано полностью посредством первой головки 7.

Этот регулируемый стопор 16 установлен заподлицо с первой головкой 7 (например, с зазором, лежащим в диапазоне 0,5-1 мм) таким образом, что давление воздуха во время продувки смещает вторую головку 9 и, в ходе второго периода времени, сжимает упругий модуль 8. В этот момент продувочный воздух выходит одновременно между краем 12 и модулем 13, и через отверстие 14.

Как показано на чертежах, первый упругий модуль 8 первой головки 7 прикреплен к одному концу второй головки 9. Следовательно, смещение второй головки 9 (на основании второго давления P2) вызывает смещение первой головки 7 в этом же направлении, то есть к стопору 16. Это происходит в результате воздействия силы на первый упругий модуль 8.

Как обозначено выше, продувка, таким образом, является более полной, при условии, что отверстие 14, присутствующее у другого конца второй головки 9 и предварительно блокированное первой головкой 7, теперь освобождено.

На фиг. 5 показана схема возможного варианта осуществления использования устройства.

В ходе первого этапа, некоторое количество топлива циркулирует в контуре 21 впрыска, под давлением, которое меньше, чем давление, обеспечивающее смещение первого упругого модуля 8.

Следовательно, топливо передается только к первому впрыскивающему элементу 20, который, например, представляет собой впрыскивающий элемент пускового контура. Этот впрыскивающий элемент, также называемый пусковой форсункой, позволяет выбрасывать топливо так, чтобы зажигать часть камеры сгорания посредством воспламенения топлива свечой зажигания.

Давление топлива в контуре 20 впрыска увеличивается, так что первая головка 7 смещается, также обеспечивая прохождение топлива через трубку 2 к другому впрыскивающему элементу 22 основного пускового контура, который выполнен с возможностью выбрасывания топлива на таком уровне, который обеспечивает горение топлива во всей камере сгорания, зажигая всю камеру сгорания.

После гашения свечи зажигания и остановки подачи топлива выполняется продувка, в ходе которой сжатый воздух перемещается по трубке 2, в направлении, обратном направлению циркуляции топлива, как описано ранее. Этот сжатый воздух обычно подается из компрессора турбомашины.

Эта продувка позволяет очищать разные элементы, через которые проходит сжатый воздух, такие как контур впрыска, пусковой контур, главный пусковой контур и впрыскивающие элементы.

В целом, множество устройств может быть использовано совместно с множеством пусковых контуров и впрыскивающих элементов. Это обеспечивает подачу топлива при разных давлениях, в это же время обеспечивая возможность простой и эффективной продувки агрегата.

Таким образом, разработан агрегат, включающий в себя множество элементов впрыска топлива (элементов, позволяющих выбрасывать топливо в камеру сгорания), и множество устройств, из которых состоит блокирующая система для прохождения топлива на основании первых давлений разных клапанов, чтобы впрыскивающие элементы принимали топливо под разными давлениями. Это позволяет разделять разные рампы впрыска топлива в зависимости от давления топлива.

Продувка происходит благодаря агрегату устройств, в которых блокирующая система, например, может быть отрегулирована для обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия к первому отверстию на основании второго давления воздуха, общего для всех устройств.

Таким образом, на фиг. 6:

- впрыскивающий элемент 25 принимает топливо под давлением P1;

- впрыскивающий элемент 26 принимает топливо под давлением P2, причем P2>P1;

- впрыскивающий элемент 27 принимает топливо под давлением P3, причем P3>P2.

Благодаря такой конфигурации возможно зажигать впрыскивающие элементы каскадом и, следовательно, возможно зажигать каскадом форсунки камеры, расположенные последовательно, на основании общего подвода топлива. Следовательно, форсунки камеры приводятся в действие на основании величины давления топлива по сравнению с давлениями P1, P2 и P3.

На фиг. 7 схематично показан вариант осуществления форсунки 24 камеры сгорания турбомашины. Она включает в себя свечу 22 зажигания для зажигания топлива, и вход 23 топлива. Форсунка включает в себя описанное выше устройство 1. Также она может быть использована согласно схеме, описанной со ссылкой на фиг. 6, в которой используется множество контуров и элементов впрыска топлива.

Эта камера сгорания вставлена обычным образом в турбомашину. Форсунка камеры сгорания обычно вставлена в кожух камеры сгорания турбомашины.

Изобретение относится к устройству питания и продувки форсунки камеры сгорания турбомашины. Устройство (1) подвода и продувки для форсунки камеры турбомашины, которое содержит: трубку (2) с первым отверстием (3) и вторым отверстием (4), блокирующую систему (5) для блокирования трубки, позволяющую регулировать прохождение текучих сред в трубку (2). Причем, блокирующая система (5) выполнена с возможностью обеспечения течения топлива от первого отверстия (3) ко второму отверстию (4) только от первого давления упомянутого топлива, для прохождения подвода топлива. При этом блокирующая система (5) также выполнена с возможностью обеспечения течения воздуха от второго отверстия (4) к первому отверстию (3) только от второго давления упомянутого воздуха, для прохождения продувочного воздуха, причем второе давление больше, чем первое давление. Также представлены агрегат турбомашины, форсунка для камеры сгорания турбомашины и турбомашина, включающая в себя форсунку камеры сгорания. Изобретение позволяет разработать простое и компактное устройство, которое выполнено с возможностью регулировки подачи как топлива, так и продувочного воздуха, что позволяет обеспечить полную продувку. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство (1) подвода и продувки для форсунки камеры сгорания в турбомашине, отличающееся тем, что оно включает в себя:

- трубку (2), имеющую по меньшей мере:

- первое отверстие (3) и

- второе отверстие (4),

- систему (5) для блокирования трубки, позволяющую регулировать прохождение текучих сред в трубке (2), причем блокирующая система (5) включает в себя:

- первую головку (7), установленную на первом упругом модуле (8), причем упомянутая первая головка (7) выполнена с возможностью смещения для обеспечения прохождения топлива из первого отверстия (3) ко второму отверстию (4) только под первым давлением (Р1) топлива, для прохождения подвода топлива,

- вторую головку (9), установленную на втором упругом модуле (10), причем упомянутая вторая головка (9) выполнена с возможностью смещения для обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия (4) к первому отверстию (3) под вторым давлением (Р2), для обеспечения прохождения воздуха от второго отверстия (4) к первому отверстию (3) только под вторым давлением (Р2) воздуха, для прохождения продувочного воздуха, причем второе давление больше, чем первое давление, и

- стопор (16), обеспечивающий возможность блокировки смещения первой головки (7) в направлении смещения второй головки (9),

причем первый упругий модуль (8) первой головки (7) закреплен у одного конца второй головки (9), так что смещение второй головки (9) вторым давлением (Р2) вызывает смещение первой головки (7) к стопору (16).

2. Устройство по п. 1, в котором первая головка (7) выполнена с возможностью перемещения внутри второй головки (9).

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором первая головка (7) и вторая головка (9) выполнены с возможностью прямолинейного перемещения в трубке (2) в противоположных направлениях.

4. Агрегат турбомашины, включающий в себя:

- множество элементов (25, 26, 27) впрыска топлива и

- множество устройств подвода и продувки по любому из пп. 1-3, блокирующая система (5) которых выполнена с возможностью прохождения топлива под первыми давлениями, имеющими разные величины, так, чтобы впрыскивающие элементы принимали топливо под разными давлениями.

5. Форсунка для камеры сгорания турбомашины, отличающаяся тем, что она включает в себя устройство по любому из пп. 1-3.

6. Турбомашина, включающая в себя форсунку камеры сгорания по п. 5.