Дозатор газообразного топлива Российский патент 2019 года по МПК F02C9/40 F02C7/232 B04C5/18 

Изобретение относится к области регулирования газотурбинных двигателей (ГТД), работающих на газообразном топливе, и может быть использовано, в частности, для подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД.

Известно устройство - газоструйный эжектор (см. Авторское свидетельство СССР №1331194, F04F 5/48 от 01.08.1985г.), содержащий каналы подачи активной и пассивной сред, активное сопло, установленную в нем с возможностью осевого перемещения иглу, пневмоцилиндр и поршень, связанный с иглой, камеру смешения, струйный регулятор расхода с каналом питания, подключенным к каналу подачи активной среды, выходными каналами, соединенными соответственно с рабочими полостями пневмоцилиндра, и дренажным каналом, сообщенным с атмосферой.

Недостатком данного устройства является то, что в процессе эксплуатации сверхзвуковая струя газа с твердыми и жидкими частицами, истекающая из активного сопла эжектора, образует эрозионный (пылевой) износ поверхностей камеры смешения, что ограничивает ресурс устройства.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является регулятор подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД (см. патент РФ №1764379, F02C 9/26 от 29.12.1989г.), содержащий дозирующую иглу с элементами проточной части, связанную с входной магистралью, а через полость отдозированного топлива с выходной магистралью, которая подключена к форсункам камеры сгорания ГТД.

Недостатком данного устройства является то, что в процессе подачи газообразного топлива на форсунки (с дозвуковым истечением) камеры сгорания ГТД на дозирующей игле возникает большой (сверхкритический) перепад давлений газа. Газ с содержащимися в нем твердыми и жидкими частицами, проходя через дозирующую иглу с большой скоростью, а на некоторых режимах со сверхзвуковой скоростью, вызывает эрозионный износ элементов проточной части дозирующей иглы, а это ограничивает ресурс устройства.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является устранение эрозионного износа элементов проточной части дозирующей иглы, позволяющее повысить ресурс дозатора газообразного топлива.

Для достижения указанного технического результата в дозатор газообразного топлива, содержащий дозирующую иглу, образующую проточную часть, разделяющую полость высокого давления, связанную с входной магистралью, и полость отдозированного топлива, соединенную магистралью с форсунками двигателя, во входную магистраль перед дозирующей иглой введен циклонный фильтр, содержащий рабочую камеру с входным и выходным соплами и вентиляционным отверстием, причем входное сопло циклонного фильтра соединено с входной магистралью, выходное- с полостью высокого давления дозирующей иглы, а вентиляционное отверстие циклонного фильтра соединено с полостью отдозированного топлива.

Введение циклонного фильтра, содержащего рабочую камеру с входным и выходным соплами и вентиляционным отверстием, и соединение входного сопла циклонного фильтра с входной магистралью, выходного - с полостью высокого давления, а вентиляционного отверстия циклонного фильтра с полостью отдозированного топлива позволяет очистить газообразное топливо от твердых и жидких частиц и тем самым устранить эрозионный износ элементов проточной части дозирующей иглы и существенно повысить ресурс устройства.

Предлагаемый дозатор газообразного топлива представлен на чертеже и описан ниже.

Устройство содержит дозирующую иглу 1, образующую проточную часть 2, разделяющую полости 3 и 4, соответственно высокого давления и отдозированного топлива. Во входной магистрали 5 перед дозирующей иглой 1 установлен циклонный фильтр 6, содержащий рабочую камеру с входным 7 и выходным 8 соплами и вентиляционным отверстием 9, соединенным с полостью отдозированного топлива 4. Входное сопло 7 соединено с входной магистралью 5, а выходное сопло 8- с полостью высокого давления 3. Полость отдозированного топлива 4 соединена магистралью 10 с форсунками двигателя (не показаны).

Дозатор газообразного топлива работает следующим образом.

Газ с содержащимися в нем твердыми и жидкими частицами по входной магистрали 5 под высоким давлением через входное сопло 7 поступает по касательной к внутренней цилиндрической поверхности рабочей камеры циклонного фильтра 6. При этом формируется вращающийся поток газа, в котором центробежные силы, воздействующие на твердые и жидкие частицы, отбрасывают их на стенку рабочей камеры. После чего твердые и жидкие частицы перемещаются вниз к вентиляционному отверстию 9, а очищенный газ через выходное сопло 8 поступает к дозирующей игле 1, находящейся в полости высокого давления 3. Очищенный газ поступает в полость отдозированного топлива 4 через проточную часть 2 дозирующей иглы 1. В то же время к газу, поступающему в полость отдозиованного топлива 4, поступает газ с элементами твердых и жидких частиц из вентиляционного отверстия 9 циклонного фильтра 6 и смесь газа при дозвуковом режиме истечения подается через магистраль 10 к форсункам ГТД. Газ, очищенный в циклонном фильтре б от твердых и жидких частиц, не образует эрозионного износа проточной части 2 дозирующей иглы 1. Проходя через форсунки при дозвуковом режиме истечения, газ с содержащимися в нем твердыми и жидкими частицами не образует эрозионного износа форсунок из-за невысоких (дозвуковых) скоростей течения газа в форсунках. Площадь вентиляционного отверстия 9 в сотни раз меньше проходной площади (на рабочих режимах) дозирующей иглы 1 и практически исключается влияние вентиляционного отверстия на работу дозатора газообразного топлива. А так как площадь вентиляционного отверстия 9 неизменна, то его наличие (при необходимости) можно учесть при работе (профилировании) дозирующей иглы 1.

Такое техническое решение позволяет устранить эрозионный износ элементов проточной части дозирующей иглы и существенно повысить ресурс дозатора газообразного топлива.

Дозатор газообразного топлива относится к области регулирования газотурбинных двигателей (ГТД), работающих на газообразном топливе, и может быть использован для подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД. Дозатор газообразного топлива содержит дозирующую иглу. Дозирующая игла связана с входной магистралью и разделяет полость высокого давления и полость отдозированного топлива. Перед дозирующей иглой во входной магистрали установлен циклонный фильтр. Циклонный фильтр содержит рабочую камеру с входным и выходным соплами и вентиляционным отверстием. Входное сопло соединено с входной магистралью, а выходное - с полостью высокого давления. Вентиляционное отверстие соединено с полостью отдозированного топлива, а полость отдозированного топлива соединена с форсунками двигателя. Введение циклонного фильтра позволяет очистить газообразное топливо от твердых и жидких частиц и тем самым устранить эрозионный износ элементов проточной части дозирующей иглы и существенно повысить ресурс устройства. 1 ил.

Дозатор газообразного топлива, содержащий дозирующую иглу, разделяющую полость высокого давления, связанную с входной магистралью, и полость отдозированного топлива, соединенную магистралью с форсунками двигателя,

отличающийся тем, что во входной магистрали перед дозирующей иглой установлен циклонный фильтр, содержащий рабочую камеру с входным и выходным соплами и вентиляционным отверстием, причем входное сопло циклонного фильтра соединено с входной магистралью, а выходное - с полостью высокого давления, а вентиляционное отверстие циклонного фильтра соединено с полостью отдозированного топлива.