Горелочный модуль с двустенным распылителем малоэмиссионной многомодульной камеры сгорания Российский патент 2023 года по МПК F23R3/00 

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения и может быть использована для сжигания предварительно перемешанных газообразных топливовоздушных смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.

Известна жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя (RU №2633982, МПК F23R 3/42, опубл. 20.10.2017), где для поддержания стабильного горения на «низких» режимах работы двигателя горелочный модуль имеет центральную втулку, помещенную в цилиндрический канал, образованный внутренней стенкой. На конце втулки расположен канальный завихритель воздуха с воздушными каналами и каналы подачи топлива. Расстояние от выходной плоскости внутренней стенки смесительного канала до канального завихрителя находится в пределах от 0,35 до 0,55 внутреннего диаметра внутренней стенки смесительного канала для формирования потока топливовоздушной смеси, взаимодействующего с потоком топливовоздушной смеси, поступающим из смесительного канала.

Недостатком данного изобретения является утопленная относительно торца наружной стенки смесителя центральная втулка с расположением канального завихрителя, на котором расположена группа отверстий для подачи топлива, на расстоянии от выходной плоскости внутренней стенки смесительного канала, что не позволяет создать топливовоздушную смесь за пилотным контуром камеры сгорания с необходимой концентрацией топлива, и, соответственно, приводит к снижению возможности для обеспечения розжига и устойчивой работы камеры сгорания на низких режимах.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение заключается в повышении надежности розжига и устойчивой работы камеры сгорания на низких режимах, а также улучшение охлаждения стенки распылителя горелочного устройства.

Данная задача решается за счет того, что горелочный модуль жаровой трубы содержит двустенный распылитель пилотного топлива расположенный заподлицо с торцем наружной стенки горелочного модуля, состоящий из распылителя с топливным отверстием и перфорированной стенки, в которых отверстия имеют коллинеарное с осью горелочного модуля расположение, причем отверстия в перфорированной стенке имеют двурядное расположение на относительных высотах 0,9 и 0,6 и в количественном соотношении между рядами распределены в соотношении 2 к 1 соответственно, при этом соотношение суммарной площади отверстий в перфорированной стенке к площади отверстия в распылителе находится в пределах 0,75…0,9, диаметр отверстия в распылителе обеспечивает необходимый импульс топливной струи для формирования необходимой концентрации топлива за пилотным контуром камеры сгорания. На наружную стенку распылителя может быть нанесено термобарьерное покрытие.

Расположение распылителя заподлицо с торцем наружной стенки горелочного модуля позволяет выполнить подачу топлива непосредственно в зону обратных токов пилотного контура без его разбавления окружающим воздухом, что может понизить эффективность горения.

Коллинеарное с осью горелочного модуля расположение отверстий в распылителе и перфорированной стенке обеспечивает перпендикулярное натекание струй на стенку распылителя для ее наилучшего охлаждения.

Двухрядное расположение отверстий в перфорированной стенке на относительных высотах 0,9 и 0,6 от оси обеспечивает необходимое распределение по площади стенки распылителя охлаждающих струй для равномерного теплосъема с поверхности. Выбор относительных высот отличных от указанных приведет к ухудшению охлаждения.

При соотношении суммарной площади отверстий в перфорированной стенке к площади отверстия в распылителе в диапазоне 0,75…0,9 реализуется оптимальный импульс струй для импактного охлаждения, при отклонении от данного соотношения будет происходить его уменьшение, и, следовательно, снижение эффективности охлаждения.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является надежный розжиг и устойчивая работа камеры сгорания на низких режимах, а также эффективное импактное охлаждение распылителя горелочного модуля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг.1 - представлено продольное сечение горелочного устройства;

На фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1;

На фиг.3 - представлено изометрическое изображение горелочного модуля;

На фиг.4 - представлено изометрическое изображение двустенного распылителя;

На фиг.5 - представлено изометрическое изображение двустенного распылителя с термобарьерным покрытием.

В горелочном модуле 1 жаровой трубы содержащем радиальный завихритель (фиг.2) с лопатками 8, расположенными на входе в смесительный канал А и установленными под углом а, в диапазоне 48-53°, обеспечивающий формирование устойчивой зоны обратных токов на выходе из горелочного модуля, при этом отношение наружного диаметра d1 внутренней стенки смесительного канала (без позиции) к внутреннему диаметру D его наружной стенки (без позиции) находится в пределах 0,55…0,65, что обеспечивает устойчивую работу устройства на всех режимах работы. Дополнительно установлен двустенный распылитель 2, состоящий из распылителя 4 с топливным отверстием 5 и перфорированной стенки 3. Топливное отверстие 5 в распылителе 4 и отверстия 6 в перфорированной стенке 3 имеют коллинеарное с осью горелочного модуля расположение. Отверстия 6 в перфорированной стенке 3 имеют двурядное расположение в радиальном направлении на относительных высотах 0,9 и 0,6 от оси и количественно распределены в соотношении 2 к 1 соответственно. Соотношение суммарной площади отверстий 6 в перфорированной стенке 3 к площади топливного отверстия 5 в распылителе 4 находится в пределах 0,75…0,9. Диаметр отверстия 5 в распылителе 4 обеспечивает необходимый импульс топливной струи для формирования необходимой концентрации топлива за пилотным контуром камеры сгорания. На наружную стенку распылителя 4 может быть нанесено термобарьерное покрытие 7 для более эффективного охлаждения.

Принцип работы горелочного модуля заключается в следующем:

В смесительный канал А горелочного модуля 1, где расположен двустенный распылитель 2, подается топливо, которое проходя через отверстия 6 в перфорированной стенке 3 ускоряется и ударяется о внутреннюю поверхность распылителя 4 тем самым обеспечивая эффективное импактное охлаждение. Отверстия 6 в перфорированной стенке 3 имеют расположение, обеспечивающее равномерный теплосъем с внутренней поверхности распылителя. Затем топливо через отверстие 5 в распылителе 4 подается в зону реакции горелочного модуля, где оно благодаря высокому импульсу попадает в зону обратных токов пилотного контура камеры сгорания и сжигается в диффузионном режиме тем самым обеспечивая надежный розжиг и устойчивую работу на низких режимах.

По данной разработке успешно проведены экспериментальные работы, конструкция внедряется для использования в производстве.

Выполнение изобретения с вышеуказанными отличительными признаками позволяет обеспечить надежный розжиг и устойчивую работу камеры сгорания на низких режимах работы, а также эффективное импактное охлаждение распылителя горелочного модуля.

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения и может быть использовано для сжигания предварительно перемешанных газообразных топливовоздушных смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. Горелочный модуль с двустенным распылителем малоэмиссионной многомодульной камеры сгорания содержит радиальный завихритель с лопатками, расположенными на входе в смесительный канал и установленными под углом α, при этом отношение наружного диаметра dl внутренней стенки смесительного канала к внутреннему диаметру D его наружной стенки находится в пределах 0,55…0,65. Дополнительно содержит двустенный распылитель пилотного топлива, расположенный заподлицо с торцом наружной стенки горелочного модуля, состоящий из распылителя с топливным отверстием и перфорированной стенки, в которых отверстия имеют коллинеарное с осью горелочного модуля расположение, причем отверстия в перфорированной стенке имеют двурядное расположение на относительных высотах 0,9 и 0,6 и в количественном соотношении между рядами распределены в соотношении 2 к 1 соответственно, при этом соотношение суммарной площади отверстий в перфорированной стенке к площади отверстия в распылителе находится в пределах 0,75…0,9. На наружную стенку распылителя нанесено термобарьерное покрытие. Изобретение позволяет обеспечить надежный розжиг и устойчивую работу камеры сгорания на низких режимах, а также эффективное охлаждение распылителя горелочного модуля. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Горелочный модуль с двустенным распылителем малоэмиссионной многомодульной камеры сгорания, содержащий радиальный завихритель с лопатками, расположенными на входе в смесительный канал и установленными под углом α, при этом отношение наружного диаметра dl внутренней стенки смесительного канала к внутреннему диаметру D его наружной стенки находится в пределах 0,55…0,65, отличающийся тем, что дополнительно содержит двустенный распылитель пилотного топлива, расположенный заподлицо с торцом наружной стенки горелочного модуля, состоящий из распылителя с топливным отверстием и перфорированной стенки, в которых отверстия имеют коллинеарное с осью горелочного модуля расположение, причем отверстия в перфорированной стенке имеют двурядное расположение на относительных высотах 0,9 и 0,6 и в количественном соотношении между рядами распределены в соотношении 2 к 1 соответственно, при этом соотношение суммарной площади отверстий в перфорированной стенке к площади отверстия в распылителе находится в пределах 0,75…0,9.

2. Горелочный модуль по п. 1, отличающийся тем, что на наружную стенку распылителя нанесено термобарьерное покрытие.