Пламеперебрасывающий патрубок малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F23R3/48 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения и может быть использовано для сжигания газообразных топливовоздушных смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок.

Известна камера сгорания с пламеперебрасывающим патрубком (US 7712302, МПК F02C 7/20, F02C 7/264 опубл. 11.05.2010), содержащая бобышки корпуса с кольцевыми выемками, узел сильфона имеющий сам сильфон, прокладки, расположенные в соответствующих кольцевых выемках, крепление фланцев пламеперебрасывающих патрубков с бобышками корпуса.

Недостатком данной конструкции является то, что соединение сильфона и прокладок имеет низкую надежность герметичности при работе камеры сгорания, а также при переборке и ремонте.

Известна камера сгорания с пламеперебрасывающим патрубком (US 9353952, МПК F23R 3/48 опубл. 31.05.2016), содержащим 2 внутренние и 2 внешние втулки, установленные телескопически, фланцы корпуса камеры сгорания, фланцевые кольца, пружину и сильфон.

Недостатком данной конструкции является наличие большого количества деталей и, как следствие, сложность при сборке и переборке. Также недостатком является использование пружины для стабилизации внутренних втулок пламепереброса. Пружина может терять свои свойства при изменяющихся температурах воздуха во время работы камеры сгорания, что может снизить герметичность соединения втулок.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и принятой за прототип является камера сгорания с пламеперебрасывающим патрубком (US 9335052, МПК F23R 3/48; F23R 3/60, опубл. 05.10.2016) содержащим две втулки, одну втулку, расположенную снаружи корпуса камеры сгорания, другую внутри и соединяющую две жаровых трубы, при этом фиксацию этих втулок осуществляют с помощью проточной втулки, фиксирующего зажима и пружины.

Недостатком данной конструкции является то, что крепление втулок пламепереброса осуществляется с помощью проточной втулки, которая располагается в канале между корпусом камеры сгорания и жаровой трубы, в результате чего частично перекрывает его и создает сопротивление потоку воздуха, идущему по каналу между корпусом камеры сгорания и жаровой трубы во фронт камеры сгорания.

Технической проблемой, решение которой разрешается при реализации представленного технического решения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является снижение сопротивления воздуха в канале между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой.

Технический результат заключается в упрощении конструкции и ее собираемости, освобождении канала между корпусом камеры сгорания и жаровой трубы от элементов конструкции, которые создают сопротивление потока воздуха, идущему во фронт камеры сгорания и обеспечении стабильного горения топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Технический результат достигается за счет того, что в пламеперебрасывающем патрубке малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем фланец поперечный 5, плавающие втулки 4,12, трубки пламепереброса 6, 8 по которым текут горячие газы, фиксаторы 2,10, детали конструктивно располагаются таким образом, что сопротивление потоку воздуха между корпусом 1, 9 камеры сгорания и жаровой трубой является минимальным. Пламеперебрасывающий патрубок выполнен из двух трубок пламепереброса 6, 8 входной диаметр D₁, которых находится в диапазоне 0.18 - 0.27 от L, где L расстояние между двумя жаровыми трубами в местах установки пламеперебрасывающего патрубка. Трубки расположены соосно одна в другой по соединительному диаметру D₂, закрепленные фиксаторами 2, 10 и плотно прилегают к жаровым трубам 3,11 через плавающие втулки 4,12.

Фиксаторы 2,10 представляют из себя пластину с раздвоением на одном конце по типу вилки и загнутым в виде крючка другом конце. Фиксатор 2 одной стороной устанавливается в паз 15 трубки пламепереброса 8 и ограничивает перемещение в осевом направлении, другой стороной крепится в паз (без позиции) корпуса 1 камеры сгорания и прижимается при сборке камеры сгорания стенкой фронтового устройства. Фиксатор 10 одной стороной устанавливается в паз (без позиции) трубки пламепереброса 6 и ограничивает перемещение в осевом направлении, другой стороной крепится в паз (без позиции) корпуса 9 камеры сгорания и прижимается при сборке камеры сгорания стенкой фронтового устройства.

Такой способ фиксации трубок пламепереброса 6, 8 позволяет оперативно осуществлять их сборку и замену.

Благодаря тому, что фиксаторы 2,10 прилегают к стенке корпуса 1,9 камеры сгорания и повторяют его форму, минимизируется сопротивление потокам воздуха 13, 14 в каналах между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой.

Плавающая втулка позволяет упростить собираемость и повысить работоспособность на различных режимах работы при тепловых расширениях.

Также соосно трубкам пламепереброса 6, 8 устанавливается фланец поперечный 5 для соединения корпусов 1,9 камеры сгорания и сохранения герметичности пламеперебрасывающего патрубка. Герметичность установки фланца поперечного 5 достигается за счет упругого уплотнителя 7.

Входной диаметр D₁ трубок пламепереброса 6, 8 равен 0.18 - 0.27 от L, где L расстояние между двумя жаровыми трубами в местах установки пламеперебрасывающего патрубка. Данный диапазон обеспечивает гарантированное формирование проникающего тока горячих газов в зону обратных токов. При выполнении диаметра менее 0,18 и более 0,27 от L снижается работоспособность конструкции в связи с ухудшением втекания горячих газов из одной жаровой трубы в другую.

Выполнение трубок пламепереброса 6,8 соосно одна в другой позволяет сохранить работоспособность конструкции при тепловом расширении, и упростить собираемость конструкции.

На фиг.1 - сечение пламеперебрасывающего патрубка вдоль оси А;

на фиг.2 - сечение Б-Б вдоль фиксатора.

Пламеперебрасывающий патрубок камеры сгорания ГТД работает следующим образом:

В камере сгорания ГТД первичный розжиг осуществляют с помощью воспламенителей или свечей зажигания в двух жаровых трубах, расположенных друг напротив друга относительно оси камеры сгорания. Отверстия трубок пламепереброса 6,8 пламеперебрасывающего патрубка располагают напротив мест, где формируется высокотемпературная зона пламени. За счет высокой температуры в жаровой трубе первичного розжига поднимается давление и возникает перепад между данной жаровой трубой 3 и жаровой трубой 11, где горение отсутствует. За счет перепада давления поток горячих газов устремляется по трубкам пламепереброса 6,8 пламеперебрасывающего патрубка в соседнюю жаровую трубу и инициирует там розжиг. Подобным образом происходит поддержание горения при погасании пламени в одной из жаровых труб в момент работы двигателя. При перетекании горячих газов горение в этой трубе возобновляется.

По заявленному изобретению успешно проведены экспериментальные работы, конструкция внедряется для использования в производстве.

Таким образом, выполнение данного изобретения с вышеуказанными отличительными признаками позволяет упростить конструкцию, улучшить собираемость, за счет освобождения канала между корпусом камеры сгорания и жаровой трубы от элементов конструкции, которые создают сопротивление потока воздуха идущему во фронт камеры сгорания, обеспечить стабильное горение топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения и может быть использовано для сжигания газообразных топливовоздушных смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок. Пламеперебрасывающий патрубок малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит трубки пламепереброса, по которым текут горячие газы, соединенные соосно с втулкой, фиксатор. Втулка выполнена плавающей, пламеперебрасывающий патрубок содержит две трубки пламепереброса, входной диаметр D1 которых равен 0.18-0.27 от L, где L - расстояние между двумя жаровыми трубами в местах установки пламеперебрасывающего патрубка, трубки пламепереброса расположены соосно одна в другой по соединительному диаметру D2, закреплены фиксаторами и плотно прилегают к жаровым трубам через плавающие втулки, фиксаторы одной стороной установлены в пазы трубок пламепереброса, другой стороной прикреплены в пазы корпуса камеры сгорания и прижимаются при сборке камеры сгорания стенкой фронтового устройства, соосно трубкам пламепереброса установлен фланец поперечный с уплотнителем. Технический результат - упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пламеперебрасывающий патрубок малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий трубки пламепереброса, по которым текут горячие газы, соединенные соосно с втулкой, фиксатор, отличающийся тем, что втулка выполнена плавающей, пламеперебрасывающий патрубок содержит две трубки пламепереброса, входной диаметр D1 которых равен 0.18-0.27 от L, где L - расстояние между двумя жаровыми трубами в местах установки пламеперебрасывающего патрубка, трубки пламепереброса расположены соосно одна в другой по соединительному диаметру D2, закреплены фиксаторами и плотно прилегают к жаровым трубам через плавающие втулки, фиксаторы одной стороной установлены в пазы трубок пламепереброса, другой стороной прикреплены в пазы корпуса камеры сгорания и прижимаются при сборке камеры сгорания стенкой фронтового устройства, соосно трубкам пламепереброса установлен фланец поперечный с уплотнителем.

2. Пламеперебрасывающий патрубок малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены в виде пластины с раздвоением на одном конце по типу вилки и загнутым в виде крючка другим концом.