СИСТЕМА СГОРАНИЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК F02C5/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе сгорания при постоянном объеме, также обозначаемой аббревиатурой CVC или посредством термина «горение в соответствии с циклом Хамфри (Humphrey)», при этом данная система предназначена для оснащения турбомашины авиационного двигателя.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Камера сгорания большинства современных авиационных двигателей типа турбореактивного двигателя работает в соответствии с циклом Брайтона, который представляет собой цикл непрерывного горения при постоянном давлении.

Однако известно, что замена системы сгорания при постоянном давлении системой с горением при постоянном объеме, в которой реализован цикл Хамфри, должна обеспечивать выгоду в отношении расхода, которая может доходить до двадцати процентов.

Как правило, цикл Хамфри обеспечивает сохранение нагрузки в физически замкнутом объеме для некоторой части цикла, и он вызывает образование зоны, работающей в импульсном режиме.

На практике авиационный двигатель со сгоранием при постоянном объеме включает в себя компрессор, канал отведения и камеру сгорания, соединенную с компрессором и каналом соответственно посредством инжекционного и эжекционного клапанов.

Каждый цикл сгорания при постоянном объеме включает фазу впуска и образования смеси сжатого воздуха и топлива в камере сгорания, фазу воспламенения посредством регулируемой системы и сгорания смеси и фазу расширения и эжекции газообразных продуктов сгорания.

Осуществляется синхронизированное управление клапанами для реализации данных трех фаз цикла Хамфри: в частности, они все закрыты во время фазы сгорания, после которой открытие эжекционного(-ых) клапана(-ов) обеспечивает возможность расширения и эжекции газообразных продуктов сгорания.

До настоящего времени предпринимались попытки уменьшить общий объем системы для известных систем с горением при постоянном объеме, в частности, встроить их в пределах толщины крыла воздушного судна.

Напротив, задача изобретения состоит в разработке конструкции системы с горением при постоянном объеме, которая может быть просто встроена в конструкцию современной турбомашины, имеющей по существу цилиндрическую форму и большой диаметр.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним предметом изобретения является система с горением при постоянном объеме для авиационной турбомашины, при этом система содержит:

- несколько камер сгорания, равномерно распределенных вокруг продольной оси;

- коллектор для подвода сжатого воздуха, проходящий вокруг продольной оси и содержащий радиально ориентированную часть для выпуска сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха из компрессора турбомашины в каждую камеру сгорания;

- канал отведения, проходящий вокруг продольной оси и содержащий радиально ориентированный вход для приема газообразных продуктов сгорания из камер сгорания, а также аксиально ориентированный выход, при этом камеры сгорания расположены в радиальном направлении между выходом коллектора и входом канала отведения;

- средство синхронизации для синхронизации впуска сжатого воздуха в каждую камеру сгорания из выхода коллектора и эжекции газообразных продуктов сгорания из каждой камеры сгорания в канал отведения.

При данной конструкции система сгорания простирается на малое расстояние в радиальном направлении вдоль продольной оси, что облегчает ее встраивание в современную турбомашину, в которой она может быть смонтирована вместо непрерывной камеры сгорания, а именно между ступенями сжатия и ступенями турбины.

Изобретение также относится к системе сгорания, определенной таким образом, содержащей корпус сгорания, несущий камеры сгорания, при этом данный корпус сгорания включает в себя у каждой камеры сгорания радиально ориентированное отверстие для впуска сжатого воздуха и радиально ориентированное отверстие для выпуска газообразных продуктов сгорания, и вращающийся питатель со средствами для приведения данного вращающегося питателя во вращение, при этом данный вращающийся питатель включает в себя:

- венец для впуска, коаксиальный с продольной осью и выполненный с впускными отверстиями, при этом венец для впуска расположен в радиальном направлении между выходом коллектора и корпусом сгорания;

- венец для выпуска, коаксиальный с продольной осью и выполненный с выпускными отверстиями, при этом венец для выпуска расположен в радиальном направлении между входом канала отведения и корпусом сгорания.

Изобретение также относится к системе сгорания, определенной таким образом, в которой выход коллектора проходит вокруг камер сгорания и в которой камеры сгорания расположены вокруг входа канала отведения.

Изобретение также относится к системе сгорания, определенной таким образом, в которой вход канала отведения проходит вокруг камер сгорания и в которой камеры сгорания расположены вокруг выхода коллектора.

Изобретение также относится к системе сгорания, определенной таким образом, в которой каждая камера сгорания включает в себя впускное отверстие и отверстие отведения, и при этом каждая камера сгорания смонтирована с возможностью вращения вокруг оси, которая является центральной по отношению к ней, для вращения вокруг самой себя, средства для приведения камер сгорания во вращение, при этом каждое впускное отверстие обеспечивает возможность впуска сжатого воздуха в камеру, когда данный канал расположен напротив выхода коллектора для подвода сжатого воздуха, при этом каждое выпускное отверстие обеспечивает возможность выпуска газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания, когда выпускное отверстие расположено напротив входа канала отведения.

Изобретение также относится к системе сгорания, определенной таким образом, в которой средства для приведения каждой камеры сгорания во вращение содержат зубчатое колесо, приводимое во вращение вокруг продольной оси, и для каждой камеры сгорания шестерню, введенную в зацепление с данным зубчатым колесом и расположенную на расстоянии в радиальном направлении от продольной оси, при этом каждая шестерня жестко соединена с соответствующей камерой сгорания.

Изобретение также относится к турбомашине, содержащей систему сгорания при постоянном объеме, определенную таким образом.

Изобретение также относится к авиационному двигателю типа турбореактивного двигателя, содержащему турбомашину, определенную таким образом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематическое боковое сечение первого варианта осуществления системы в соответствии с изобретением, которая содержит неподвижную камеру сгорания и которая встроена в двигатель с центробежным компрессором;

фиг.2 представляет собой поперечное сечение, показывающее расположение камер сгорания для первого или второго варианта осуществления изобретения;

фиг.3 представляет собой вид в крупном масштабе, показывающий расположение впускных и выпускных отверстий в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.4 представляет собой частичное схематическое боковое сечение второго варианта осуществления системы в соответствии с изобретением, которая также содержит неподвижную камеру сгорания и которая встроена в двигатель с осевым компрессором;

фиг.5 представляет собой частичное схематическое боковое сечение третьего варианта осуществления системы в соответствии с изобретением, которая содержит вращающуюся камеру сгорания и которая встроена в двигатель с центробежным компрессором.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как правило, изобретение может быть применено для турбомашины, содержащей компрессор, который может быть центробежным или даже осевым, и турбину, которая может быть радиальной или даже осевой.

На фиг.1 двигатель 1, снабженный системой с горением при постоянном объеме в соответствии с изобретением, имеет обычную осесимметричную конструкцию относительно основной оси АХ, которая соответствует его продольной оси.

Данный двигатель включает в себя компрессор 2 на входной стороне, который в данном случае представляет собой центробежный компрессор, для подачи в систему с горением при постоянном объеме, обозначенную в целом ссылочной позицией 3 и обеспечивающую эжекцию газообразных продуктов сгорания во вход канала отведения 4, который расположен по потоку ниже данной системы сгорания.

Компрессор 2, система 3 сгорания и канал отведения 4 сами имеют осесимметричные конструкции, будучи расположенными друг за другом вдоль оси АХ, при этом они как одно целое окружены осесимметричным кожухом 6, показанным символически.

Подача воздуха в центробежный компрессор 2 осуществляется с входной стороны двигателя, и воздух проходит параллельно продольной оси. Когда данный воздух пройдет через центробежный компрессор, он выходит в радиальном направлении от центра к периферии, то есть перемещается от оси АХ, для приема во входной части коллектора 7, в котором он сначала проходит в продольном направлении к выходной стороне двигателя. При продолжении его перемещения в данном коллекторе 7 воздух затем направляется радиально вдоль радиального направления, то есть к оси АХ, для выхода из коллектора 7 для входа в саму систему 3 сгорания.

После сжигания в системе 3 с горением при постоянном объеме газообразные продукты сгорания выталкиваются из данной системы 3 радиально вдоль радиального направления посредством их впуска во вход канала отведения 4. Во время их перемещения в канале отведения осуществляется регулирование расширения газов параллельно оси АХ. В соответствии с сохраняемой конструкцией данное расширение может быть использовано для непосредственного создания тяги или даже приведения в действие непоказанной турбины, которая расположена по потоку ниже канала отведения 4.

Как видно на фиг.1, сама система 3 сгорания имеет в целом тороидальную конструкцию. Данная система окружена выходной частью коллектора 7, и она окружает вход канала отведения 4, будучи расположенной вдоль оси АХ на том же уровне, что и выход коллектора 7 и вход канала отведения 4.

Данная система 3 сгорания включает в себя неподвижный корпус 8 сгорания, имеющий в данном случае четыре камеры 11-14 сгорания, расположенные на одинаковых расстояниях друг от друга вокруг оси АХ.

Каждая камера 11-14 сгорания представляет собой замкнутый резервуар, ограниченный одной или более стенками, но включает в себя впускное отверстие 11а-14а на ее наружной периферийной поверхности и эжекционное отверстие 11е-14е на ее внутренней периферийной поверхности.

Впускные отверстия 11а-14а обеспечивают возможность ввода сжатого воздуха из выходной части коллектора 7 в камеры 11-14, в то время как эжекционные отверстия обеспечивают возможность выпуска газообразных продуктов сгорания во вход канала отведения. Данные впуски и выпуски происходят независимо и скоординированным образом для каждой из камер 11а-14а из корпуса камер сгорания.

Впуски и выпуски газов обеспечиваются и синхронизируются посредством вращающегося питателя 16, который содержит венец 17 для впуска, окружающий корпус 8 камер сгорания и проходящий вдоль его наружной поверхности, венец 18 для эжекции, проходящий вдоль внутренней поверхности корпуса 8 камер сгорания и окруженный данной поверхностью.

Каждое из венца 17 для впуска и венца 18 для эжекции имеет форму усеченного цилиндра с центром на оси АХ, и они соединены друг с другом на нижней стороне 19 питателя 16. Таким образом, данный вращающийся питатель 16 имеет форму по существу тороидального канала с U-образным сечением, который охватывает входную сторону, внутреннюю и наружную поверхности корпуса 8 камер сгорания.

Венец 17 для впуска окружает корпус 8 сгорания и расположен между данным корпусом 8 сгорания и выходом коллектора 7. Аналогичным образом, венец 18 для эжекции окружен корпусом 8 сгорания и расположен между данным корпусом и входом канала отведения 4.

Как видно на фиг.3, впускная стенка 17 включает в себя ряд из четырех впускных отверстий или каналов, обозначенных 17а, равномерно распределенных вдоль данной впускной стенки, то есть равномерно распределенных вокруг оси АХ.

Аналогичным образом, эжекционная стенка 18 включает в себя четыре эжекционных отверстия или канала 18а, равномерно распределенных вдоль данной стенки, то есть вокруг оси АХ вращения.

При использовании питатель 16 приводится во вращение вокруг оси АХ для обеспечения последовательности впусков и выпусков газов для разных камер.

Более конкретно, когда отверстие 17а питателя 16 по меньшей мере частично расположено напротив впускного отверстия 11а камеры 11, сжатый воздух из компрессора входит в камеру 11 через выходную часть коллектора 7.

При продолжении вращения питателя 16 отверстие 17а удаляется от впускного отверстия 11а до тех пор, пока последнее не закроется. При данной ситуации эжекционное отверстие 11е также закрывается эжекционной стенкой 18, так что топливо может быть впрыснуто в камеру 11 через инжектор 21, видимый на фиг.1. После впрыска топлива горение в закрытой камере инициируется посредством свечи 22 зажигания или любой другой регулируемой системы воспламенения.

При продолжении вращения питателя 16 вокруг оси АХ эжекционный канал 18е становится расположенным напротив эжекционного отверстия 11е камеры 11, что обеспечивает возможность выпуска газообразных продуктов сгорания в канал отведения 4 через его вход для создания тяги или подачи в турбину.

При продолжении вращения питателя 16 новое окно 17а совмещается со впускным отверстием 11а, что обеспечивает возможность начала нового впуска сжатого воздуха.

Следует отметить, что во время начала впуска сжатого воздуха эжекция газа будет по-прежнему открытой, поскольку имеется часть с перекрытием, в течение которой впускной и эжекционный каналы открыты одновременно. Данное перекрытие обеспечивает возможность выпуска/вытеснения газообразных продуктов сгорания.

С другой стороны, цикл, описанный только что для камеры 11 сгорания, происходит таким же образом для остальных камер, то есть камер 12-14.

Как видно на фиг.1, коллектор 7 ограничен двумя осесимметричными стенками, а именно внутренней стенкой 23 и наружной стенкой 24, при этом внутреннее пространство данного коллектора имеет, таким образом, по существу тороидальную форму с центром на оси АХ. Внутренняя стенка 23 может быть зафиксирована или жестко объединена в одно целое с вращающимся питателем 16 для вращения вместе с ним, как имеет место в примере по фиг.1.

В данном случае наружная стенка 24 зафиксирована посредством, например, ее жесткого крепления к кожуху 6. Она имеет внутренний периферийный край, расположенный напротив венца для подачи в питатель 16, который, напротив, вращается. Кольцевое уплотнительное средство 27 расположено между внутренним краем наружной стенки 24 и наружной поверхностью впускной стенки 17 для гарантирования удовлетворительного уплотнения в данном месте соединения, когда питатель 16 вращается относительно внутреннего края наружной стенки 24, то есть когда двигатель используется.

Сам канал отведения 4 ограничен наружной осесимметричной стенкой 28 и внутренней осесимметричной стенкой 29, при этом канал 4 имеет тороидальную конструкцию вокруг продольной оси АХ.

В данном случае внутренняя стенка 29 зафиксирована. Она имеет наружный периферийный край, который расположен напротив венца 18 для эжекции, вдоль которого она проходит. Уплотнительное средство 31 расположено между данным наружным краем и внутренней поверхностью венца 18 для эжекции для гарантирования удовлетворительного уплотнения места соединения данных двух элементов, когда вращающийся питатель вращается, то есть когда двигатель используется.

Наружная стенка 28, которая также зафиксирована, имеет наружный периферийный край, который жестко прикреплен к внутренней части корпуса 8 камер сгорания, которая также зафиксирована.

Уплотнение вращающегося питателя относительно корпуса камер сгорания также оптимизировано посредством четырех кольцевых уплотнительных средств.

Два кольцевых уплотнительных средства 32 расположены между внутренней поверхностью венца 17 для впуска, который является вращающимся, и наружной поверхностью корпуса 8 сгорания, который является неподвижным, при размещении данных средств с обеих сторон впускных каналов 17а и впускных отверстий 11а-14а вдоль продольной оси АХ. Оба данных средства направлены на ограничение или даже устранение утечки воздуха, впускаемого посредством впускного канала 17а, до того, как он дойдет до соответствующего впускного отверстия.

Аналогичным образом, два других кольцевых уплотнительных средства 33 также расположены между наружной поверхностью венца 18 для эжекции, которое является вращающимся, и внутренней поверхностью корпуса 8 сгорания, который является неподвижным, при размещении данных средств с обеих сторон эжекционных каналов 18е и эжекционных отверстий 11е-14е вдоль продольной оси АХ.

В соответствии с изобретением поток сжатого воздуха и газообразных продуктов сгорания, проходящий через камеры сгорания, проходит в радиальном направлении, то есть перпендикулярно к оси АХ.

В примере по фиг.1 данный поток является радиальным, то есть он направлен к оси, что соответствует конструкции с центробежным компрессором, который подает радиальный поток сжатого воздуха удаленно от оси, при этом данный поток также, возможно, отклоняется для перенаправления его к оси для сгорания.

Изобретение также может применяться для конструкции двигателя с осевым компрессором, как в примере по фиг.4, в котором поток проходит через камеры сгорания за счет его ориентации от центра к периферии в отличие от случая по фиг.1.

В примере по фиг.4 двигатель, обозначенный 41, включает в себя непоказанный осевой компрессор, который подает сжатый воздух в осевой коллектор 42, ограниченный цилиндрической внутренней стенкой 43 и наружной осесимметричной стенкой 44, которые обе являются неподвижными.

Сжатый воздух сначала проходит в продольном направлении в данном коллекторе 42 для его последующего отклонения в радиальном направлении для выхода из данного коллектора, при этом он проходит в радиальном направлении от центра к периферии для входа в систему 46 сгорания при постоянном объеме, которая окружает выход данного коллектора 42.

Затем газообразные продукты сгорания выпускаются в радиальном направлении из системы 46 вдоль радиального направления для входа во вход канала отведения 47, которая также ограничена внутренней осесимметричной стенкой 48 и наружной осесимметричной стенкой 49. Канал отведения имеет тороидальную форму, при этом его вход окружает систему 46 сгорания, и ее внутренняя стенка, а также ее наружная стенка обе являются неподвижными.

Траектория газообразных продуктов сгорания, которые входят в данную канал отведения 47 в радиальном направлении, регулируется для того, чтобы они проходили в продольном направлении, так что данные газы расширяются вдоль направления АХ для обеспечения возможности их подачи в непоказанную турбину или непосредственного создания продольно ориентированной тяги.

Система 46 сгорания при постоянном объеме совершенно аналогична системе 3 сгорания по примеру по фиг.1 и 3. Она включает в себя корпус 51 камер сгорания, который идентичен корпусу 8 сгорания и который содержит несколько камер сгорания, равномерно распределенных вокруг оси АХ.

Впуск и эжекция газов также синхронизируются посредством вращающегося питателя 52, который аналогичен питателю 16 по примеру по фиг.1, при этом данный питатель также имеет форму тороидального канала с U-образным сечением, который частично охватывает корпус сгорания.

Но в данном случае питатель 52 ориентирован против потока в отличие от конструкции по фиг.1, то есть он охватывает расположенную дальше по потоку поверхность корпуса сгорания, а также наружную и внутреннюю периферийные поверхности данного корпуса.

Данный поворотный питатель 52 также включает в себя наружный венец, обозначенный 53, а также внутренний венец, обозначенный 54, который также является цилиндрическим. Таким образом, общая конструкция питателя 52 идентична конструкции питателя 16, но именно его внутренний венец 54 выполнен с впускными каналами для образования венца для впуска и именно его наружный венец 53 выполнен с эжекционными каналами для образования венца для выпуска.

Аналогичным образом, впускные отверстия расположены на внутренней цилиндрической стенке корпуса 51 камер сгорания, и эжекционные отверстия образованы на наружной стенке данного корпуса 51 камер сгорания.

Работа данного другого двигателя 41 аналогична работе двигателя 1, при этом впуски и выпуски в данном случае синхронизированы, как и в предыдущем случае, посредством кругового вращающегося питателя, который окружает корпус камер сгорания, но входящие и выходящие газы в данном случае следуют вдоль траектории, которая является центробежной, а не радиальной.

Уплотнение вращающегося питателя 52 относительно корпуса 51 камер сгорания в данном случае, как и в предыдущем случае, оптимизировано посредством четырех кольцевых уплотнительных средств.

Два кольцевых уплотнительных средства расположены между наружной поверхностью вращающегося венца для впуска и внутренней поверхностью неподвижного корпуса сгорания при размещении данных средств с обеих сторон впускных каналов и отверстий вдоль оси АХ. Оба средства направлены на ограничение или даже устранение утечки воздуха, впускаемого посредством впускного канала, до того, как он дойдет до соответствующего впускного отверстия.

Аналогичным образом, два других кольцевых уплотнительных средства расположены между внутренней поверхностью вращающегося венца для эжекции и наружной поверхностью неподвижного корпуса сгорания при размещении данных средств вдоль оси АХ с обеих сторон эжекционных каналов и отверстий.

В качестве дополнения кольцевое уплотнительное средство расположено между наружным краем внутренней стенки 43 коллектора 42 и внутренней поверхностью венца для подачи для обеспечения удовлетворительного уплотнения для данного места соединения, когда питатель вращается.

Другое кольцевое уплотнительное средство расположено между внутренним краем внутренней стенки 48 канала отведения 47 и наружной поверхностью венца для эжекции для обеспечения уплотнения места соединения обоих данных элементов, когда вращающийся питатель вращается.

В варианте осуществления по фиг.1-4 корпус камер сгорания является неподвижным, и именно вращающийся питатель обеспечивает синхронизацию впусков и выпусков для каждой камеры сгорания, при этом данные впуски и выпуски происходят вдоль радиально ориентированных траекторий.

Кроме того, изобретение также относится к конструкции, в которой каждая камера сгорания выполнена вращающейся и приводится во вращение для синхронизации впусков воздуха и выпусков газообразных продуктов сгорания.

Это соответствует случаю в примере по фиг.5, в котором данное решение применяется для двигателя 61, предусмотренного с компрессором, который является центробежным, при этом данный двигатель 61 имеет общую конструкцию, идентичную конструкции двигателя по фиг.1.

Данный двигатель, который показан на фиг.5, содержит - в значительной степени аналогично двигателю по фиг.1 - центробежный компрессор 2 на входной стороне для подачи в систему 62 с горением при постоянном объеме, которая обеспечивает эжекцию газообразных продуктов сгорания во входной части расположенной дальше по потоку, канала отведения 4.

Компрессор 2, система 62 сгорания и канал отведения 4 сами имеют осесимметричные конструкции, будучи расположенными друг за другом вдоль оси АХ, при этом они как одно целое окружены кожухом 6.

Подаваемый компрессором 2 воздух выходит в радиальном направлении от центра к периферии, при этом он поступает во входную часть коллектора 7, в которой он сначала проходит в продольном направлении дальше по потоку перед корректировкой его направления для прохождения вдоль радиального направления в выходной части коллектора 7 для входа в систему 62.

После сжигания в системе 62 газы выпускаются радиально вдоль радиального направления для их ввода во входную часть канала отведения 4, в которой затем обеспечивается их регулирование для расширения параллельно оси АХ.

Система 62 сгорания размещена в по существу тороидальной конструкции, которая окружена выходной частью коллектора 7 и которая окружает входную часть канала отведения 4, будучи расположенной вдоль оси АХ на том же уровне, что и выходная часть коллектора 7 и вход канала 4.

В данном случае, как и в предыдущем случае, система с горением при постоянном объеме включает в себя несколько отдельных камер сгорания, число которых составляет, например, четыре, которые равномерно распределены вокруг оси АХ, при этом одна из данных камер, показанных на фигуре, обозначена 63.

Данная камера 63 сгорания окружена неподвижным наружным кожухом 64, в котором камера 63 смонтирована с возможностью вращения для обеспечения возможности ее поворота вокруг продольной оси AR вращения, которая расположена на расстоянии в радиальном направлении от оси АХ.

Двигатель также оснащен средствами для приведения во вращение каждого внутреннего кожуха камеры сгорания. Данные приводные средства в данном случае представляют собой зубчатый механизм 66, содержащий, например, основное зубчатое колесо 67 с большим диаметром и с центром на оси АХ, и - для каждой камеры сгорания - шестерню 68, которая приводится в движение данным основным зубчатым колесом и сама приводит в движение камеру сгорания, с которой она сопряжена за счет, например, жесткого прикрепления к ней.

Неподвижный кожух 64 имеет впускное отверстие 69, которое расположено в зоне данного кожуха, которая является самой дальней от оси АХ вращения, при этом данное отверстие, таким образом, расположено напротив выходной части коллектора 7. Аналогичным образом, данный неподвижный кожух 64 также имеет эжекционное отверстие 71, которое, напротив, расположено в его зоне, самой близкой к оси АХ, так, что оно открывается непосредственно во вход канала отведения 4. Впускные и выпускные отверстия предпочтительно расположены на расстоянии друг от друга вдоль оси АХ.

В качестве дополнения вращающаяся камера 63 сгорания включает в себя впускной канал и выпускной канал, расположенные вдоль оси АХ соответственно у впускного отверстия 69 и у эжекционного отверстия 71. Данные каналы могут быть расположены на расстоянии друг от друга относительно оси AR для оптимизации синхронизации впусков сжатого воздуха и эжекции газообразных продуктов сгорания.

Таким образом, во время вращения камеры 63 сгорания вокруг ее оси AR, когда впускной канал находится напротив отверстия 69, сжатый воздух вводится в камеру из выходной части коллектора 7. Когда впускной канал больше не будет расположен напротив отверстия 69, камера 63 полностью закрывается, что создает возможность впрыска топлива и обеспечения сжигания посредством регулируемого воспламенения при использовании, например, свечи зажигания.

После этого вращение камеры 63 приводит к ситуации, в которой эжекционный канал будет расположен напротив выпускного отверстия 71, что обеспечивает возможность выпуска газообразных продуктов сгорания во вход канала отведения 4 для их расширения для приведения в действие турбины или для создания тяги.

Впускные и выпускные каналы могут быть расположены на одном и том же уровне вокруг оси AR при их размещении на расстоянии друг от друга вдоль данной оси, так что, когда впускной канал находится напротив отверстия 69, выпускной канал герметично закрыт остальной частью кожуха. Аналогичным образом, когда выпускной канал находится напротив отверстия 71, впускной канал герметично закрыт остальной частью кожуха в данной зоне. В этом случае впускные и впускные отверстия также будут расположены на соответствующем расстоянии друг от друга вдоль оси АХ.

Как будет понятно, остальные камеры сгорания функционируют так же, как камера 63, что позволяет данным другим камерам обеспечивать подачу газообразных продуктов сгорания во вход канала отведения 4.

В примере, который был описан, изобретение применяется для турбомашины авиационного двигателя, но изобретение также может быть применено к турбомашине, представляющей собой компонент другого оборудования, в частности, такого как наземное оборудование для выработки электроэнергии и др.

Система (3; 46; 62) сгорания при постоянном объеме для турбомашины содержит множество камер (11-14) сгорания, равномерно распределенных вокруг продольной оси (АХ), коллектор (7; 42) для подвода сжатого воздуха, канал (4; 47) отведения, средство синхронизации для синхронизации впуска сжатого воздуха в каждую камеру (11-14) сгорания из выхода коллектора (7; 42) и выпуска газообразных продуктов сгорания из каждой камеры (11-14) сгорания в канал (4; 47) отведения. Коллектор (7; 42) для подвода сжатого воздуха проходит вокруг продольной оси (АХ) и содержит радиально ориентированный выход для сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха из компрессора турбомашины в каждую камеру сгорания. Канал (4; 47) отведения проходит вокруг продольной оси (АХ) и содержит радиально ориентированный вход для приема газообразных продуктов сгорания из камер (11-14) сгорания, а также аксиально ориентированный выход. Камеры (11-14) сгорания расположены в радиальном направлении между выходом коллектора (7; 42) и входом канала (4; 47) отведения. Изобретение направлено на создание системы с горением при постоянном объеме, которая может быть просто встроена в конструкцию современной турбомашины, имеющей по существу цилиндрическую форму и большой диаметр. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система (3; 46; 62) сгорания при постоянном объеме для турбомашины, при этом система содержит:

- множество камер (11-14) сгорания, равномерно распределенных вокруг продольной оси (АХ);

- коллектор (7; 42) для подвода сжатого воздуха, проходящий вокруг продольной оси (АХ) и содержащий радиально ориентированный выход для сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха из компрессора турбомашины в каждую камеру сгорания;

- канал (4; 47) отведения, проходящий вокруг продольной оси (АХ) и содержащий радиально ориентированный вход для приема газообразных продуктов сгорания из камер (11-14) сгорания, а также аксиально ориентированный выход, при этом камеры (11-14) сгорания расположены в радиальном направлении между выходом коллектора (7; 42) и входом канала (4; 47) отведения;

- средство синхронизации для синхронизации впуска сжатого воздуха в каждую камеру (11-14) сгорания из выхода коллектора (7; 42) и выпуска газообразных продуктов сгорания из каждой камеры (11-14) сгорания в канал (4; 47) отведения.

2. Система по п. 1, содержащая корпус (8; 51) сгорания, несущий камеры (11-14) сгорания, при этом корпус сгорания включает в себя у каждой камеры (11-14) сгорания радиально ориентированное отверстие (11а-14а) для впуска сжатого воздуха и радиально ориентированное отверстие (11е-14е) для отведения газообразных продуктов сгорания, и поворотный питатель (16; 52) со средствами для приведения поворотного питателя (16; 52) во вращение, при этом вращающийся питатель (16; 52) включает в себя:

- впускной венец (17), коаксиальный с продольной осью (АХ) и выполненный с впускными отверстиями (17а), при этом впускной венец (17) расположен в радиальном направлении между выходом коллектора (7; 42) и корпусом (8; 51) сгорания;

- венец (18) отведения, коаксиальный с продольной осью (АХ) и выполненный с отверстиями (18е) отведения, при этом венец отведения расположен в радиальном направлении между входом канала (4) отведения и корпусом (8; 51) сгорания.

3. Система по п. 1 или 2, в которой выход коллектора (7) проходит вокруг камер (11-14) сгорания, при этом камеры (11-14) сгорания расположены вокруг входа канала (4) отведения.

4. Система по п. 1 или 2, в которой вход канала (47) отведения проходит вокруг камер (11-14) сгорания, при этом камеры (11-14) сгорания расположены вокруг выхода коллектора (42).

5. Система по п. 1, в которой каждая камера (63) сгорания включает в себя впускное отверстие и отверстие отведения, и при этом каждая камера (63) сгорания установлена с возможностью поворота вокруг оси (AR), которая проходит по центру камеры для обеспечения поворота камеры вокруг самой себя, средства (66) для приведения камер (63) сгорания во вращение, при этом каждое впускное отверстие обеспечивает возможность впуска сжатого воздуха в камеру (63), когда это отверстие расположено напротив выхода коллектора (7) сжатого воздуха, при этом каждое отверстие отведения обеспечивает отведение газообразных продуктов сгорания из камеры (63) сгорания, когда это отверстие отведения расположено напротив входа канала (4) отведения.

6. Система по п. 5, в которой средства для приведения каждой камеры сгорания во вращение содержат зубчатое колесо (67), приводимое во вращение вокруг продольной оси (АХ), и - для каждой камеры (63) сгорания - шестерню (68), введенную в зацепление с зубчатым колесом и расположенную на расстоянии в радиальном направлении от продольной оси (АХ), при этом каждая шестерня жестко соединена с соответствующей камерой (63) сгорания.

7. Турбомашина, содержащая систему с горением при постоянном объеме по одному из предшествующих пунктов.

8. Авиационный двигатель, содержащий турбомашину по п. 7.