ФОРСУНОЧНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ПЕРВИЧНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ КОНТУР, РАСПОЛОЖЕННЫЙ ВОКРУГ ВТОРИЧНОГО ТОПЛИВНОГО КОНТУРА Российский патент 2023 года по МПК F23R3/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение, в целом, относится к области топливных форсунок для камеры сгорания газотурбинного двигателя, в частности, газотурбинного двигателя для приведения в движение летательных аппаратов.

Уровень техники, к которому относится изобретение

Камеры сгорания газотурбинного двигателя обычно оснащаются топливными форсунками с системами предварительного смешивания, обычно называемыми "системами впрыска", как правило, включающими в себя один или несколько завихрителей (осевых и/или радиальных), в которых воздух, поступающий из компрессора, расположенного перед камерой сгорания, используется для распыливания топлива в камеру сгорания.

Обычно применяются форсунки двух типов, а именно, аэродинамические форсунки, в которых давление и скорость поступающего из компрессора воздушного потока используются для вращения топлива, выходящего из форсуночной головки, и аэромеханические форсунки, в которых для вращения и распыливания топлива используется, в основном, давление топлива внутри форсуночной головки.

Кроме того, головки двухконтурных топливных форсунок содержат первичный топливный контур (контур предварительного впрыска), содержащий первичный завихритель и подающий топливо в первичную форсунку (называемую также форсункой предварительного впрыска), расположенный по оси форсуночной головки, и вторичный топливный контур (основной контур, называемый также основной форсункой), содержащий вторичный завихритель и подающий топливо во вторичную форсунку, расположенный вокруг первичной форсунки. Двухконтурные топливные форсунки могут быть аэромеханическими или могут представлять собой комбинацию аэромеханической первичной форсунки с аэродинамической вторичной форсункой.

При использовании форсунок этого типа должны выполняться требования по выбросам загрязняющих веществ, которые становятся все более жесткими.

Первичный контур, в целом, предназначен для подачи топлива в камеру сгорания на всех рабочих оборотах, в частности, во время фаз зажигания и скручивания, то есть распространения пламени в соседние секторы.

Вторичный контур предназначен для подачи топлива в камеру сгорания двигателя на режимах работы от взлетного до крейсерского.

Форсуночные головки обычно подвержены воздействию высоких температур в камере сгорания, что создает риск коксования застоявшегося топлива во вторичном топливном контуре на режимах работы газотурбинного двигателя, при которых вторичные форсунки не работают.

Одно из известных решений этой проблемы заключается в создании контура воздушного охлаждения на периферии форсуночной головки с целью обеспечения тепловой защиты и охлаждения всей форсуночной головки в целом.

Однако это решение имеет, в частности, недостаток, заключающийся в увеличении размеров форсуночной головки.

Еще одно решение, раскрываемое в документах US 2016/0237911 А1 и US 2007/0068164 А1, заключается в создании предварительной части первичного топливного контура вокруг верхней части вторичного топливного контура.

Однако форсуночные головки, описываемые в вышеуказанных документах, не обеспечивают возможности инжектирования воздуха между первичной и вторичной форсунками.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения состоит, в частности, в решении вышеупомянутой проблемы при одновременном ограничении радиального размера форсуночной головки.

Для решения поставленной задачи настоящим изобретением предлагается форсуночная головка для газотурбинного двигателя, содержащая первичный топливный контур, заканчивающийся в топливовпрыскивающей форсунке и проходящий по оси впрыска; и вторичный топливный контур, содержащий конечный топливовпрыскивающий элемент кольцевой формы, расположенный вокруг топливовпрыскивающей форсунки; причем верхняя по потоку часть первичного топливного контура, расположенная в форсуночной головке, содержит кольцевой канал, проходящий вокруг вторичного топливного контура и ограниченный наружной стенкой форсуночной головки.

Согласно изобретению, форсуночная головка дополнительно содержит каналы входа воздуха, проходящие сквозь кольцевой канал первичного топливного контура, имеющие соответствующие входные отверстия, расположенные на наружной стенке, и соответствующие выходные отверстия, выходящие в кольцевой воздухонагнетательный канал, проходящий радиально внутри относительно конечного топливовпрыскивающего элемента вокруг топливовпрыскивающей форсунки и взаимодействующий с конечным топливовпрыскивающим элементом для образования аэродинамической вторичной форсунки.

Поскольку топливо проходит по верхней по потоку части первичного контура на любом режиме работы газотурбинного двигателя, верхняя по потоку часть первичного контура, таким образом, обеспечивает теплозащиту и охлаждение форсуночной головки, в частности, вторичного контура, вокруг которого проходит верхняя по потоку часть первичного контура.

Кроме того, специфическое расположение каналов входа воздуха, которые проходят сквозь кольцевой канал первичного топливного контура и имеют соответствующие входные отверстия, расположенные на наружной стенке, и соответствующие выходные отверстия, выходящие в кольцевой воздухонагнетательный канал, позволяет инжектируемому воздуху, смешиваться с топливом из вторичного топливного контура форсуночной головки, обеспечивая компактность конструкции форсуночной головки, в частности, el относительно небольшой размер в радиальном направлении.

Предпочтительно, первичный топливный контур содержит первичные соединительные каналы, соединяющие верхнюю по потоку часть первичного топливного контура с топливовпрыскивающей форсункой и содержащие соответствующие входные отверстия и соответствующие выходные отверстия, причем соответствующие входные отверстия направлены радиально наружу относительно соответствующих выходных отверстий.

Предпочтительно, вторичный топливный контур содержит трубчатый канал, проходящий по оси впрыска и разделяющийся на своем нижнем по потоку конце на несколько вторичных соединительных каналов, каждый из которых отходит от оси впрыска при перемещении от верхнего по потоку конца к нижнему по потоку концу, и каждый из которых расположен между двумя последовательными первичными соединительными каналами.

Предпочтительно, кольцевой канал верхней по потоку части первичного топливного контура проходит вокруг трубчатого канала и вокруг вторичных соединительных каналов вторичного топливного контура.

Предпочтительно, вторичный топливный контур содержит вторичный топливный завихритель, сформированный в виде завихрительных каналов, содержащих соответствующие верхние по потоку концы и соответствующие нижние по потоку концы, соединяющиеся с конечным топливовпрыскивающим элементом.

Предпочтительно, вторичный топливный контур содержит кольцевую по форме вторичную компенсационную камеру, с которой соединены соответствующие верхние по потоку концы завихрительных каналов, образующих вторичный топливный завихритель.

Предпочтительно, кольцевой канал верхней по потоку части первичного топливного контура проходит вниз по потоку за первичные соединительные каналы, образуя концевую кольцевую камеру, окружающую вторичный топливный завихритель.

Предпочтительно, каждый завихрительный канал имеет изменяющееся поперечное сечение, которое уменьшается в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему по потоку концу завихрительного канала.

Предпочтительно, вторичный топливный контур содержит кольцевую по форме вторичную компенсационную камеру, с которой соединены соответствующие верхние по потоку концы завихрительных каналов, образующих вторичный топливный завихритель.

Объектом данного изобретения является также инжекторный модуль для газотурбинного двигателя, включающий в себя систему впрыска и форсуночную головку описанного выше типа, система впрыска которого содержит расположенные в направлении от верхней по потоку области к нижней по потоку области втулку, в которой установлена указанная форсуночная головка, по меньшей мере один воздушный завихритель, соединенный с нижней по потоку частью форсуночной головки, и расширяющуюся воронку.

Объектом данного изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере одну форсуночную головку описанного выше типа или по меньшей мере один инжекторный модуль описанного выше типа.

Краткое описание чертежей

Основная идея, преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием предпочтительных вариантов его осуществления, приведенными в качестве неограничивающих примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематично показан газотурбинный двигатель согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в разрезе по продольной оси;

на фиг. 2 схематично показана камера сгорания газотурбинного двигателя, изображенного на фиг. 1, вид в разрезе по продольной оси;

на фиг. 3 схематично показана форсуночная головка, установленная в камере сгорания, изображенной на фиг. 2, вид в перспективе и в разрезе по продольной оси;

на фиг. 4 схематично показана форсуночная головка, изображенная на фиг. 3, без концевого соединителя соединительного элемента, вид в разрезе и в перспективе под другим углом зрения;

на фиг. 5 схематично показана форсуночная головка, изображенная на фиг. 3, вид в перспективе и в разрезе по продольной оси;

на фиг. 6 схематично показана форсуночная головка, изображенная на фиг. 3, вид спереди со стороны вниз по потоку;

на фиг. 7 схематично показана форсуночная головка, изображенная на фиг. 3, вид перспективе;

на фиг. 8 схематично показана часть первичного топливного контура форсуночной головки, изображенной на фиг. 3, вид в перспективе;

на фиг. 9 схематично показана часть вторичного топливного контура форсуночной головки, изображенной на фиг. 3, вид в перспективе;

на фиг. 9А показана часть, представленная на фиг. 9, увеличенный вид.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показан газотурбинный двигатель 10 для летательного аппарата известного типа, содержащий, в целом, вентилятор 12, подающий общий поток воздуха, который за вентилятором разделяется на поток внутреннего контура, проходящий по внутреннему контуру (газогенератору газотурбинного двигателя), и поток наружного контура, проходящий вокруг вышеупомянутого газогенератора по наружному контуру.

Газотурбинный двигатель может представлять собой, например, двухконтурный двухвальный газотурбинный двигатель. Газогенератор газотурбинного двигателя содержит, в целом, компрессор 14 низкого давления, компрессор 16 высокого давления, камеру сгорания 18, турбину 20 высокого давления и турбину 22 низкого давления.

Как хорошо известно специалистам в данной области, соответствующие роторы компрессора высокого давления и турбины высокого давления соединены друг с другом валом, называемым "валом высокого давления", а соответствующие роторы компрессора низкого давления и турбины низкого давления соединены друг с другом валом, носящим название "вала низкого давления".

Газотурбинный двигатель заключен в мотогондолу 24, которая окружает поток наружного контура. Кроме того, роторы газотурбинного двигателя установлены с возможностью вращения относительно продольной оси 28 газотурбинного двигателя.

В данном описании продольным направлением X считается направление по продольной оси 28.

Кроме того, в начальной части настоящего описания мы будем считать, что радиальным направлением R является направление в любой точке, перпендикулярное продольной оси 28, а направлением по окружности или тангенциальным направлением С является направление в любой точке перпендикулярно радиальному направлению R и продольной оси 28. Термины "внутренний" и "наружный" характеризуют близость или удаленность элемента, к которому они относятся, от продольной оси 28. Кроме того, термины, касающиеся направления, а именно, термины "верхний по потоку" и "нижний по потоку", в данном описании указывают на расположение элемента относительно направления прохождения воздушного и газового потоков по наружному и внутреннему контурам газотурбинного двигателя.

На фиг. 2 представлена камера сгорания 18 газотурбинного двигателя 10, показанного на фиг. 1, и элементы, расположенные в непосредственной близости от нее.

Обычно эта камера сгорания, например, кольцевого типа, содержит две соосные кольцевые стенки, соответственно, радиально-внутреннюю стенку 32 и радиально-наружную стенку 34, проходящие спереди назад в направлении 36 протекания потока газа внутреннего контура газотурбинного двигателя, вокруг продольной оси 28 газотурбинного двигателя. Эти внутренняя 32 и наружная 34 кольцевые стенки соединены друг с другом кольцевой верхней стенкой 40 камеры сгорания, проходящей, в целом, радиально вокруг продольной оси 28. На этой кольцевой верхней стенке 40 камеры сгорания установлены системы 42 впрыска, расположенные равномерно вокруг продольной оси 28, одна из которых видна на фиг. 2, в каждую из которых входит форсуночная головка 43, установленная на конце форсуночного трубопровода 45, для впрыска предварительно подготовленной топливо-воздушной смеси в камеру сгорания в направлении по соответствующей оси впрыска 44.

Более конкретно, каждая система 42 впрыска содержит втулку 46, обычно называемую "продольной направляющей", в которой установлена соответствующая форсуночная головка 43 с возможностью скольжения, что сделано с целью обеспечения различных степеней температурного расширения во время работы.

В показанном примере втулка 46 образует расположенный внутри нее единый воздушный завихритель 48, например, аксиального типа, сформированный в системе 42 впрыска.

Каждая система 42 впрыска содержит также расширяющуюся воронку 49, расположенную на выходе воздушного завихрителя 48 и соединяющуюся с камерой сгорания 18.

Узел, образуемый системой 42 впрыска и соответствующей форсуночной головкой 43, согласно используемой в настоящем изобретении терминологии называется "инжекторным модулем".

Во время работы одна часть 50 воздушного потока 52, поступающего из диффузора 54 и подаваемого компрессором 16 высокого давления, поступает в системы 42 впрыска, а другая часть 56 воздушного потока 52 поступает в отверстия 58 для входа воздуха, образованные в стенках 32 и 34 камеры сгорания, согласно хорошо известной технологии.

Далее везде в настоящем описании, при рассмотрении фиг. 3-9, мы будем считать, что радиальным направлением R' является направление в любой точке, перпендикулярное оси впрыска 44 и пересекающее указанную ось, а направлением по окружности или тангенциальным направлением С является направление в любой точке, перпендикулярное радиальному направлению R' и оси 44 впрыска. Термины "внутренний" и "наружный" характеризуют близость или удаленность элемента, к которому они относятся, от оси 44 впрыска. Кроме того, термины, касающиеся направления, а именно, термины "перед" и "за", в настоящем описании указывают на расположение элемента относительно направления прохождения топливовоздушного потока в форсуночной головке 43. Кроме того, поперечная плоскость определяется как плоскость, перпендикулярная оси 44 впрыска, в то время как аксиальной плоскостью считается плоскость, содержащая ось 44 впрыска.

На фиг. 3-9 подробно изображена форсуночная головка 43 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Форсуночная головка 43 содержит корпус 60, предпочтительно, выполненный в виде единой детали, содержащий соединитель 61 (фиг. 3 и 5), с помощью которого форсуночная головка 43 соединяется с форсуночным трубопроводом 45, как показано на фиг. 2.

В корпусе 60, имеются два контура, а именно, первичный контур 62 и вторичный контур 64 (фиг. 3).

Первичный контур 62 заканчивается центральной топливовпрыскивающей форсункой 66 аэромеханического типа, а вторичный контур 64 заканчивается топливовпрыскивающим элементом 68 аэродинамического типа, расположенным вокруг топливовпрыскивающей форсунки 66 (фиг. 3-6), как будет более подробно показано ниже.

Первичный контур 62 содержит кольцевой канал 70, в целом, кольцевой формы, проходящий между наружной стенкой 72 корпуса 60 (фиг. 3-7), ограничивающей указанный кольцевой канал снаружи, и практически кольцевым и сложным по форме внутренним корпусом 74, показанным отдельно на фиг. 8.

Первичный контур 62 дополнительно содержит первичные соединительные каналы 76 (фиг. 3, 4 и 8), соединяющие кольцевой канал 70 с входной камерой 78 (фиг. 3 и 4) топливовпрыскивающей форсунки 66. Первичных соединительных каналов 76 может быть, например, четыре, и они, предпочтительно, равномерно расположены на расстоянии друг от друга вокруг оси впрыска 44.

Входная камера 78 расположена по оси впрыска 44, радиально внутрь относительно кольцевого канала 70.

Таким образом, входные отверстия первичных соединительных каналов 76 соединены с кольцевым каналом 70, а их соответствующие выходные отверстия соединены с входной камерой 78. Соответствующие входные отверстия первичных соединительных каналов 76 расположены радиально наружу относительно их соответствующих выходных отверстий. В рассматриваемом примере первичные соединительные каналы 76 проходят в соответствующих направлениях, по существу, перпендикулярно оси впрыска 44, например, практически радиально.

Кольцевой канал 70 проходит вниз по потоку за первичный соединительный канал 76, образуя, таким образом, концевую кольцевую камеру 79.

Топливовпрыскивающая форсунка 66 включает в себя центральный элемент 80, образующий часть корпуса 60 и расположенный по оси впрыска 44 в нижней по потоку части входной камеры 78 (фиг. 3-6). Центральный элемент 80 содержит верхнюю по потоку часть 82, которая проходит вниз по потоку, и кольцевую поверхность 84, ограничивающую первичную компенсационную камеру 86 кольцевой формы в топливовпрыскивающей форсунке 66. Каналы подачи 87, расположенные с наклоном относительно оси впрыска 44 и относительно радиального направления R', соединяют входную камеру 78 с первичной компенсационной камерой 86. Орторадиальные инжекционные каналы 88 (фиг. 4 и 6), т.е. каналы, проходящие перпендикулярно оси впрыска 44, но не пересекающиеся с ней, соединяют нижнюю по потоку часть первичной компенсационной камеры 86 с сужающейся камерой завихрения 90 (фиг. 3). Ориентация инжекционных каналов 88 способствует образованию вращательного движения топлива в камере завихрения 90.

Первичный контур 62 и, в частности, топливовпрыскивающая форсунка 66, содержит концевой соединитель 92 (фиг. 3 и 5), расположенный в нижней по потоку части корпуса 60 и ограничивающий снаружи первичную компенсационную камеру 86 и камеру завихрения 90. Этот концевой соединитель 92 содержит цилиндрическую верхнюю по потоку часть, ограничивающую снаружи первичную компенсационную камеру 86, и нижнюю по потоку часть усеченно-конической формы, ограничивающую снаружи камеру завихрения 90 и заканчивающуюся отверстием 93 впрыска топлива (фиг. 3), служащим для распыления в форме факела топлива, выходящего из камеры завихрения 90.

Далее приводится описание вторичного контура 64 со ссылками на фиг. 3-6 и 9. На фиг. 9 показана внутренняя полость вторичного контура 64, т.е. пространство, во время работы занимаемое топливом. Стенки, ограничивающие различные части описываемого ниже вторичного контура 64, видны на фиг. 8 в виде выступов на внутреннем корпусе 74 первичного контура 62.

Вторичный контур 64 содержит трубчатый канал 100 (только конечная часть которого показана на чертежах), проходящий по оси впрыска 44 и ограниченный снаружи цилиндрической стенкой 102 (только конечная часть которой показана на чертежах), которая ограничивает изнутри верхнюю по потоку часть кольцевого канала 70 первичного контура (и которая, таким образом, образует верхнюю по потоку часть вышеупомянутого внутреннего корпуса 74).

Как более ясно показано на фиг. 9, где изображен вторичный контур 64 отдельно от остальных частей форсуночной головки, трубчатый канал 100 в нижней по потоку части делится на четыре вторичных соединительных канала 104, равномерно распределенных вокруг оси впрыска 44, каждый из которых отходит от оси впрыска 44 при перемещении в направлении от верхней по потоку части к нижней по потоку части.

Каждый из вторичных соединительных каналов 104 расположен, например, в соответствующей аксиальной плоскости. Соответствующие нижние по потоку концы вторичных соединительных каналов 104 соединяются с верхней по потоку торцевой поверхностью 106 кольцевой вторичной компенсационной камеры 108, расположенной по оси впрыска 44. Эта вторичная компенсационная камера 108 внизу по потоку ограничена нижней по потоку торцевой поверхностью 110, с которой соединены верхние по потоку концы 111 завихрительных каналов 112, образующих вторичный завихритель 114.

Нижние по потоку концы 115 завихрительных каналов 112 (фиг. 4, 6 и 9) выходят в кольцевую полость, составляющую конечную эжекторную часть 68 вторичного контура 64. Как показано на фиг. 3, 4 и 6, эта кольцевая полость ограничена снаружи кольцевой наружной кромкой 116 корпуса 60, содержащей свободный край 117, а изнутри ограничена кольцевой внутренней кромкой 118 корпуса 60 со свободным краем 119.

Как показано на фиг. 4, вторичная компенсационная камера 108 и завихрительные каналы 112 проходят вокруг кольцевой стенки 120, которая проходит вниз по потоку, образуя внутренний край 118, и которая имеет внутренний радиус R1, который может быть, например, больше наружного радиуса R2 цилиндрической стенки 102, ограничивающей изнутри верхнюю по потоку часть кольцевого канала 70 первичного контура.

Каждый из вторичных соединительных каналов 104 образует с осью впрыска 44 угол Ω, предпочтительно, от 30° до 60°, например, 45° (см. фиг. 4).

Как ясно видно из фиг. 8, вторичные соединительные каналы 104 разделяют между собой по два пространства, образующие, соответственно, первичные соединительные каналы 76, относящиеся к первичному контуру 62.

Кроме того, как более ясно показано на фиг. 3 и 8, вторичный завихритель 114 окружен концевой кольцевой камерой 79, являющейся продолжением кольцевой камеры 70 первичного контура 62.

Кроме того, форсуночная головка 43 объединяет воздушный завихритель 122 (фиг. 4, 5 и 8) с кольцевым воздухонагнетательным каналом 124, взаимодействующим с конечной эжекторной частью 68 вторичного контура 64, образуя аэродинамическую вторичную форсунку.

Воздушный завихритель 122 образован каналами 126 входа воздуха, например, четырьмя каналами, соответствующие входные отверстия 128 которых (фиг. 7) выходят на наружную стенку 72 корпуса 60, а соответствующие выходные отверстия 130 (фиг. 4-6) выходят в кольцевой воздухонагнетательный канал 124; указанные каналы, предпочтительно, проходят орторадиально, чтобы способствовать вращательному движению воздуха относительно оси впрыска 44.

Каналы 126 входа воздуха проходят сквозь кольцевой канал 70 первичного контура 62, между вторичными соединительными каналами 104 (фиг. 8).

Кольцевой воздухонагнетательный канал 124 снаружи ограничен кольцевой стенкой 120, а изнутри ограничен топливовпрыскивающей форсункой 66, в частности, концевым соединителем 92 (фиг. 3 и 4). Таким образом, кольцевой воздухонагнетательный канал 124 проходит радиально внутри относительно конечного топливовпрыскивающего элемента 68, и, следовательно, вокруг топливовпрыскивающей форсунки 66.

Как видно из вышеизложенного, верхняя по потоку часть первичного контура 62, расположенная внутри форсуночной головки 43 и образованная в данном случае кольцевым каналом 70 и концевой кольцевой камерой 79, проходит вокруг вторичного контура 64. Эта верхняя по потоку часть первичного контура 62 ограничена снаружи наружной стенкой 72 корпуса 60 форсуночной головки, так что верхняя по потоку часть первичного контура 62 проходит по периферии форсуночной головки.

Поскольку топливо проходит по верхней по потоку части первичного контура 62 на любом режиме работы газотурбинного двигателя, верхняя по потоку часть первичного контура 62, таким образом, обеспечивает теплозащиту и охлаждение форсуночной головки 43.

В частности, концевая кольцевая камера 79 обеспечивает теплозащиту и охлаждение форсуночной головки 43 за первичными соединительными каналами 76 в направлении вниз по потоку, и, в частности, обеспечивает теплозащиту и охлаждение вторичного завихрителя 114.

Как показано на фиг. 9 и 9А, каждый из завихрительных каналов 112 проходит вдоль соответствующей плоскости Р, образующей острый угол θ с направлением D оси впрыска, величина которого составляет, предпочтительно, от 40° до 60°, например, 50°.

Например, каждый из завихрительных каналов 112, образующих вторичный завихритель 114, имеет изменяющееся поперечное сечение, которое уменьшается в направлении от верхнего по потоку конца 111 к нижнему по потоку концу 115 канала. Уменьшение поперечного сечения в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему по потоку концу каждого из завихрительных каналов 112 составляет, предпочтительно, от 10% до 50% величины поперечного сечения на верхнем по потоку конце канала.

Уменьшение поперечного сечения каждого из завихрительных каналов 112 повышает перепад давления между входом и выходом вторичного топливного завихрителя 114, в результате чего происходит ускорение потока топлива во вторичном топливном завихрителе 114, позволяя при этом снизить расход топлива при равных давлениях на входе вторичного завихрителя.

Величина поперечного сечения на входе каждого из завихрительных каналов 112 составляет, например, 0,2 мм².

Кроме того, каждый из завихрительных каналов 112 имеет криволинейную форму в соответствующей плоскости Р, так что направление D1, касательное к средней линии L канала на нижнем по потоку конце 115 канала, образует угол α с направлением D2, касательным к средней линии L канала на верхнем по потоку конце 111 данного канала. Этот угол α составляет, предпочтительно, от 5° до 15°, например, 8°. Вследствие своей криволинейной формы каждый из завихрительных каналов 112, от верхнего по потоку конца до нижнего по потоку конца канала 112, проходит, по существу, на постоянном расстоянии от оси впрыска 44.

Следует отметить, что корпус 60, предпочтительно, изготавливается по технологии аддитивного производства. В рассматриваемом примере этот корпус 60 образует всю форсуночную головку 43, за исключением концевого соединителя 92. Технология аддитивного производства, фактически, является очень выгодной для изготовления корпуса 60 из-за его сложной геометрии.

При работе топливо поступает в первичный контур 62 и выбрасывается в виде струи из выпускного отверстия топливовпрыскивающей форсунки 66, на любом режиме работы газотурбинного двигателя.

При работе газотурбинного двигателя на режимах от крейсерского до взлетного топливо поступает также во вторичный контур 64. Это топливо приводится во вращение и ускоряется при прохождении по завихрительным каналам 112, которые образуют вторичный топливный завихритель 114, образуя на выходе пленку турбулентного топливного потока в конечной эжекторной части 68 вторичного контура 64.

На этих режимах работы воздушный поток, закручиваемый воздушным завихрителем 122 и поступающий в кольцевой воздухонагнетательный канал 124, является достаточным для сдвигания топливной пленки на свободном крае 119 внутренней кромки 118 и на свободном крае 117 наружной кромки 116.

Изобретение относится к форсуночная головке для газотурбинного двигателя. Форсуночная головка (43) для газотурбинного двигателя содержит первичный топливный контур (62), заканчивающийся в топливовпрыскивающей форсунке (66) и проходящий по оси впрыска (44), и вторичный топливный контур (64), содержащий конечный топливовпрыскивающий элемент (68) кольцевой формы, расположенный вокруг топливовпрыскивающей форсунки (66), причем верхняя по потоку часть первичного топливного контура (62), расположенная в форсуночной головке (43), содержит кольцевой канал (70), проходящий вокруг вторичного топливного контура (64) и ограниченный наружной стенкой (72) форсуночной головки, при этом форсуночная головка дополнительно содержит каналы входа воздуха (126), проходящие сквозь кольцевой канал (70) первичного топливного контура (62), имеющие соответствующие входные отверстия (128), расположенные на наружной стенке (72), и соответствующие выходные отверстия (130), выходящие в кольцевой воздухонагнетательный канал (124), который проходит радиально внутри относительно конечного топливовпрыскивающего элемента (68), вокруг топливовпрыскивающей форсунки (66) и взаимодействует с конечным топливовпрыскивающим элементом (68) для образования аэродинамической вторичной форсунки. Изобретение позволяет обеспечить инжектирование воздуха между первичной и вторичной форсунками. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Форсуночная головка (43) для газотурбинного двигателя, содержащая:

- первичный топливный контур (62), заканчивающийся в топливовпрыскивающей форсунке (66) и проходящий по оси впрыска (44), и

- вторичный топливный контур (64), содержащий конечный топливовпрыскивающий элемент (68) кольцевой формы, расположенный вокруг топливовпрыскивающей форсунки (66),

причем верхняя по потоку часть первичного топливного контура (62), расположенная в форсуночной головке (43), содержит кольцевой канал (70), проходящий вокруг вторичного топливного контура (64) и ограниченный наружной стенкой (72) форсуночной головки,

при этом форсуночная головка дополнительно содержит каналы входа воздуха (126), проходящие сквозь кольцевой канал (70) первичного топливного контура (62), имеющие соответствующие входные отверстия (128), расположенные на наружной стенке (72), и соответствующие выходные отверстия (130), выходящие в кольцевой воздухонагнетательный канал (124), проходящий радиально внутри относительно конечного топливовпрыскивающего элемента (68), вокруг топливовпрыскивающей форсунки (66) и взаимодействующий с конечным топливовпрыскивающим элементом (68) для образования аэродинамической вторичной форсунки.

2. Форсуночная головка по п. 1, в которой первичный топливный контур (62) содержит первичные соединительные каналы (76), соединяющие верхнюю по потоку часть первичного топливного контура (62) с топливовпрыскивающей форсункой (66) и содержащие соответствующие входные отверстия и соответствующие выходные отверстия, причем соответствующие входные отверстия расположены радиально наружу относительно соответствующих выходных отверстий.

3. Форсуночная головка по п. 2, в которой вторичный топливный контур (64) содержит трубчатый канал (100), центрованный по оси впрыска (44) и разделяющийся на своем нижнем по потоку конце на несколько вторичных соединительных каналов (104), каждый из которых отходит от инжекционного канала (44) в направлении от верхнего по потоку конца до нижнего по потоку конца, и каждый из которых расположен между двумя последовательными первичными соединительными каналами (76).

4. Форсуночная головка по п. 3, в которой кольцевой канал (70) верхней по потоку части первичного топливного контура (62) проходит вокруг трубчатого канала (100) и вокруг вторичных соединительных каналов (104) вторичного топливного контура (64).

5. Форсуночная головка по п. 1, в которой вторичный топливный контур (64) содержит вторичный топливный завихритель (114), сформированный в виде завихрительных каналов (112), содержащих соответствующие верхние по потоку концы (111) и соответствующие нижние по потоку концы (115), соединяющиеся с конечным топливовпрыскивающим элементом (68).

6. Форсуночная головка по п. 5, в которой вторичный топливный контур (64) содержит кольцевую по форме вторичную компенсационную камеру (108), с которой соединены соответствующие верхние по потоку концы (111) завихрительных каналов (112), образующих вторичный топливный завихритель (114).

7. Форсуночная головка по п. 5, в которой первичный топливный контур (62) содержит первичные соединительные каналы (76), соединяющие верхнюю по потоку часть первичного топливного контура (62) с топливовпрыскивающей форсункой (66) и содержащие соответствующие входные отверстия и соответствующие выходные отверстия, причем соответствующие входные отверстия расположены радиально наружу относительно соответствующих выходных отверстий, при этом кольцевой канал (70) верхней по потоку части первичного топливного контура (62) проходит вниз по потоку за первичные соединительные каналы (76), образуя концевую кольцевую камеру (79), окружающую вторичный топливный завихритель (114).

8. Форсуночная головка по п. 5, в которой каждый завихрительный канал (112) имеет изменяющееся поперечное сечение, уменьшающееся в направлении от верхнего по потоку конца (111) к нижнему по потоку концу (115) завихрительного канала (112).

9. Форсуночная головка по п. 1, в которой конечный топливовпрыскивающий элемент (68) ограничен снаружи наружной кромкой (116) и ограничен изнутри внутренней кромкой (118), отделяющей конечный топливовпрыскивающий элемент (68) от кольцевого воздухонагнетательного канала (124).

10. Инжекторный модуль для газотурбинного двигателя, содержащий систему (42) впрыска и форсуночную головку (43) по любому из пп. 1-9, при этом система впрыска (42) содержит расположенные в направлении от верхней по потоку области к нижней по потоку области втулку (46), в которой установлена указанная форсуночная головка (43), по меньшей мере один воздушный завихритель (48), соединенный с нижней по потоку частью форсуночной головки (43), и расширяющуюся воронку (49).

11. Газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере одну форсуночную головку (43) по любому из пп. 1-9.