ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F23R3/14 

Изобретение относится к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя по патенту на изобретение РФ №2670858, сущность заключается в том, что камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, на бобышках которого закреплены фланцами топливные форсунки, концы форсунок установлены в отверстии корпусов завихрителей размещающихся в кольцевой головке.

Недостатками известной камеры сгорания являются перегрев кольцевой головки.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя по патенту на изобретение РФ №2767679, сущность заключается в том, камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, на бобышках которого закреплены фланцами топливные форсунки, конец форсунки установлен в отверстии корпуса завихрителя, входящего в горелку, закрепленную в кольцевой головке при помощи резьбовой гайки, между концами каждой форсунки и корпусом завихрителя установлен уплотнительный узел. Форсунка содержит корпус, газораспределительную втулку, уплотнительные кольца, шлицевую гайку, которая стопорится завальцовкой корпуса форсунки, резьбовая гайка имеет плавный вход, на кольцевой головке расположен ряд охлаждающих отверстий, между головкой кольцевой и резьбовой гайкой установлено контровочное кольцо, уплотнительный узел закреплен в отверстии корпуса завихрителя приваркой опорного кольца к корпусу завихрителя.

Недостатками данной конструкции являются:

не обеспечение длительного ресурса конструкции;

недостаточное охлаждение горелки, приводящее к перегреву.

Известно горелочное устройство камеры сгорания ГТД по патенту РФ 2746347, содержащее корпус, включающий входную часть, камеру смешения и выходное сопло, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, выходной срез топливной форсунки установлен во входную часть корпуса, между выходным срезом топливной форсунки и корпусом установлен уплотнительный узел, корпус установлен в кольцевую головку жаровой трубы камеры сгорания, отличающееся тем, что в камере смешения последовательно расположены равномерно по окружности рядами тангенциальные пазы и осесимметричные отверстия, в корпусе в выходной части сопла выполнены два концентрично расположенных канала, на входе сообщенные с каналом подачи воздуха, а на выходе которых, в полости жаровой трубы, расположены защитные экранирующие поверхности.

Недостатком данной конструкции является недостаточная стабилизация пламени.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на изобретение РФ №2160416, сущность заключается в том, что камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, на бобышках которого закреплены фланцами топливные форсунки, состоящие из корпуса и пробки, концы форсунок установлены в отверстия корпусов завихрителей, входящих в горелки, закрепленные в кольцевой головке при помощи резьбовых гаек, между концами каждой форсунки и корпусом завихрителя установлен уплотнительный узел, закрепленный в отверстие корпуса завихрителя.

Недостатками известной камеры сгорания являются:

- перегрев кольцевой головки, приводящий к прогару горелок камеры сгорания;

- высокие концентрации оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания камеры сгорания;

- низкое качество смешения топлива с воздухом;

- неравномерность температур в зоне горения;

- неустойчивое горение в области сжигания «бедной» смеси.

Кроме указанного, известное техническое решение, также как и предыдущий аналог:

- не исключает локальный перегрев кольцевой головки и горелок,

- не обеспечивает низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода,

-не обеспечивает высокого качества смешения топлива с воздухом,

- не обеспечивает равномерность температур в зоне горения,

- не обеспечивает устойчивого горения камеры сгорания в области сжигания «бедной» смеси,

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

- исключение локального перегрева кольцевой головки и горелок,

- обеспечение низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода,

- обеспечение высокого качества смешения топлива с воздухом,

- обеспечение равномерность температур в зоне горения,

- обеспечение устойчивого горения камеры сгорания в области сжигания «бедной» смеси.

Сущностью заявленного технического решения является горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, конец форсунки установлен в отверстие корпуса завихрителя, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку.

Предложенное горелочное устройство характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: что завихритель находится между корпусом завихрителя и предкамерой, содержащей отверстия для выхода топливно-воздушной смеси, выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками, конец каждой форсунки устанавливаются по центру цилиндрической части предкамеры, на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть, кольцевая головка содержит отверстия для охлаждения камеры смешения, на конце каждой форсунки расположено два ряда отверстий.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для исключения локального перегрева кольцевой головки и горелки кольцевая головка содержит отверстия для охлаждения камеры смешения.

Для обеспечения низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания завихритель находится между корпусом завихрителя и предкамерой, содержащей отверстия для выхода топливно-воздушной смеси.

Для обеспечения высокого качества смешения топлива с воздухом на конце каждой форсунки расположено два ряда отверстий, конец каждой форсунки устанавливаются по центру цилиндрической части предкамеры, на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть.

Для обеспечения равномерности температур в зоне горения на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть.

Для обеспечения устойчивого горения камеры сгорания в области сжигания «бедной» смеси выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками, что позволяет организовать дополнительную стабилизацию пламени.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлен продольный разрез горелочного устройства.

Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания (фиг.1), содержащее корпус (1) завихрителя, топливную форсунку (2), закрепленную фланцами (3) к обечайке камеры сгорания, конец форсунки (2) установлен в отверстие корпуса завихрителя (1), корпус (1) завихрителя установлен в кольцевую головку (4). Заявленное горелочное устройство характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно завихритель (5) находится между корпусом (1) завихрителя (5) и предкамерой, (6) содержащей отверстия (7) для выхода топливновоздушной смеси, выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками (8), конец каждой форсунки (2) устанавливается по центру цилиндрической части предкамеры (6), на выходе из завихрителя (5) устанавливается камера смешения (9) диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть, кольцевая головка (4) содержит отверстия (10) для охлаждения камеры смешения (9), на конце каждой форсунки (2) расположено два ряда отверстий (11).

Основываясь на изложенном выше, представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:

Исключение локального перегрева кольцевой головки и горелки путем выполнения отверстий на кольцевой головке, служащих для охлаждения стенки камеры смешения.

Обеспечена низкая концентрация оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания тем, что завихритель находится между корпусом завихрителя и предкамерой, содержащей отверстия для выхода топливно-воздушной смеси.

Обеспечено высокое качество смешения топлива с воздухом тем, что на конце каждой форсунки расположены два ряда отверстий, конец каждой форсунки устанавливается по центру цилиндрической части предкамеры, на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть.

Обеспечена равномерность температур в зоне горения путем установки на выходе из завихрителя камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть.

Обеспечено устойчивое горение камеры сгорания в области сжигания «бедной» смеси тем, что выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками позволяющий организовать дополнительную стабилизацию пламени.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, то есть заявленное техническое решение обеспечивает за счёт внесения конструктивных изменений в конструкцию горелочного устройства их более эффективное использование в камерах сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе, а именно: исключает локальный перегрев кольцевой головки, обеспечивает равномерность температур в зоне горения, обеспечивает низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода, обеспечивает устойчивое горение камеры сгорания.

Поток воздуха движется через лопатки завихрителя (5) и предкамеру (6), топливный газ поступает в два ряда отверстий (11) форсунки (2) и смешивается с воздухом в предкамере (6), затем топливно-воздушная смесь выходит через отверстия (7) проникает в закрученный поток воздуха, идущий из завихрителя (5). Топливно-воздушная смесь движется в камере смешения (9) диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть, при этом некоторый объем топливно-воздушной смеси стабилизируется на выходной части предкамеры (6) в вогнутом профиле с двумя выемками (8).

Также воздух проникает через отверстия (10) в кольцевой головке (4) и выполняет охлаждение камеры смешения (9).

Изобретение относится к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе. Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, конец форсунки установлен в отверстие корпуса завихрителя, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку. Завихритель находится между корпусом завихрителя и предкамерой, содержащей отверстия для выхода топливно-воздушной смеси, выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками, конец каждой форсунки устанавливается по центру цилиндрической части предкамеры, на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть, кольцевая головка содержит отверстия для охлаждения камеры смешения, на конце каждой форсунки расположены два ряда отверстий. Изобретение позволяет исключить локальный перегрев кольцевой головки и горелок, обеспечить низкую концентрацию оксидов азота и окислов углерода, повысить качество смешения топлива с воздухом. 1 ил.

Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, конец форсунки установлен в отверстие корпуса завихрителя, отличающееся тем, что завихритель находится между корпусом завихрителя и предкамерой, содержащей отверстия для выхода топливно-воздушной смеси, выходная часть предкамеры имеет вогнутый профиль с двумя выемками, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку, конец каждой форсунки устанавливается по центру цилиндрической части предкамеры, на выходе из завихрителя устанавливается камера смешения диффузорной формы с переходом на цилиндрическую часть, кольцевая головка содержит отверстия для охлаждения камеры смешения, на конце каждой форсунки расположены два ряда отверстий.