ЖАРОВАЯ ТРУБА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F23R3/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а конкретно к жаровым трубам камер сгорания и может быть использовано для повышения эффективности сжигания топлива за счет регулируемой подачи воздуха в зону горения в зависимости от режимов работы ГТД.

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявленное техническое решение является жаровая труба, состоящая из фронтового устройства, имеющего канал для подвода первичного воздуха, топливной форсунки, трубчатого корпуса, в котором по окружности выполнены основные щели, снаружи которых установлено кольцо, с возможностью возвратно-вращательного движения, на кольце выполнены аналогичные к основным вспомогательные щели, большие оси которых расположены под заданным углом относительно больших осей основных щелей [см., например, патент USA 4050240, МПК F02C 7/22, опубл. 26.08.76 г.].

Недостатком жаровой трубы, представленной в прототипе, является низкая эффективность сжигания топлива при изменении мощности двигателя, обусловленная постоянным объемом подачи вторичного воздуха в зону горения независимо от изменения расхода топлива.

Техническим результатом является повышение эффективности сжигания топлива во всем диапазоне изменения мощности ГТД за счет регулирования объема вторичного воздуха в зависимости от расхода топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной жаровой трубе камеры сгорания, состоящей из фронтового устройства, имеющего канал для подвода первичного воздуха, топливной форсунки, трубчатого корпуса, в котором по окружности выполнены основные щели, снаружи которых установлено кольцо, с возможностью возвратно-вращательного движения, на кольце выполнены аналогичные к основным вспомогательные щели, большие оси которых расположены под заданным углом относительно больших осей основных щелей. Согласно изобретению, основные и вспомогательные щели выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, и с торцами, выполненными в виде полукруга, открытые части которых направлены друг к другу, при этом большая ось основных щелей параллельна оси жаровой трубы, а линейные размеры основных и вспомогательных щелей вдоль большей оси жаровой трубы не менее длины зоны горения. На кольце на расстоянии от центра малого полукруга каждой вспомогательной щели выполнен смещенный в окружном направлении дополнительный ряд отверстий, при этом их центры совпадают с осью, проведенной через центр большого полукруга, которая параллельна оси жаровой трубы.

Сущность изобретения заключается в том, что основные и вспомогательные щели выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, и с торцами, выполненными в виде полукруга, открытые части которых направлены друг к другу, при этом, большая ось основных щелей параллельна оси жаровой трубы, а линейные размеры основных и вспомогательных щелей вдоль большей оси жаровой трубы не менее длины зоны горения, на кольце на расстоянии от центра малого полукруга каждой вспомогательной щели, выполнен смещенный в окружном направлении дополнительный ряд отверстий, при этом их центры совпадают с осью, проведенной через центр большого полукруга, которая параллельна оси жаровой трубы.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлено взаимодействие основных и вспомогательных щелей при совершении кольцом возвратно-вращательного движения (фигуре а по прототипу, фигуре б, в и г - по заявляемому изобретению). На фигуре обозначено: 1 - кольцо, 2 - корпус жаровой трубы, 3 - основные щели, 4 - вспомогательные щели, 4.1 - дополнительные отверстия, 5 - канал подвода вторичного воздуха в зону горения, 6.1 - направление вращения кольца 1, 6.2 - направление перемещения ядра пламени при увеличении расхода топлива.

Кольцо 1, вращаясь, совершает возвратно-вращательное движение аналогично прототипу в соответствии с режимами работы ГТД и при совпадении основных 3 и вспомогательных щелей 4 образуются каналы подвода вторичного воздуха в зону горения. На фигуре показано направление вращения кольца 1 при увеличении расхода топлива ГТД (повышение режима работы ГТД). Как видно из фигуры в прототипе и в заявляемом изобретении при увеличении расхода подаваемого топлива, вызванного повышением режима работы двигателя, происходит смещение координаты канала подвода вторичного воздуха в зону горения, т.е. воздух подается непосредственно в ядро пламени, которое перемещается в направлении к выходу из жаровой трубы, что необходимо для обеспечения высокой полноты сгорания топлива [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. «Теория авиационных двигателей» ч. 2, М.: изд. Машиностроение, 1978 г., 336 с., с. 62-63.]. Согласно прототипу, объем подаваемого воздуха в любой точке подачи постоянен, т.к. площадь сечений образованных взаимодействием основных 3 и вспомогательных 4 щелей постоянна. Согласно изобретению, щели 3, 4 выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, а их линейные размеры вдоль большей оси жаровой трубы не менее длины зоны горения, которая определяется расходом топлива от минимального до максимального значения.

Из фигуры б, в и г видно, что с увеличением расхода топлива происходит увеличение площади сечения канала подачи 5 вторичного воздуха, т.е. увеличение объема подаваемого в зону горения воздуха, который достигает наибольшего значения при максимальном его увеличении благодаря открытию еще дополнительных отверстий 4.1. Это, как следствие, обеспечивает поддержание коэффициента избытка воздуха в зоне горения в диапазоне, соответствующем максимальной полноте его сгорания [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M., Котовский В.Н., Полев А.С. «Теория авиационных двигателей» ч. 1, М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005 г., 366 с., с. 325, рис. 9.8]. При уменьшении расхода топлива, кольцо 1 совершает движение в обратном направлении, что приводит к уменьшению объема воздуха, подаваемого в зону горения. При постоянном расходе топлива объем подаваемого воздуха не меняется, т.к. кольцо 1 не совершает движения. Выбор линейных размеров щелей вдоль большой оси в соответствии с длиной зоны горения обеспечивает регулируемую подачу воздуха во всем диапазоне работы ГТД.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Жаровая труба содержит те же элементы, что и прототип, за исключением того, что основные и вспомогательные щели выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, т.е. в направлении перемещения ядра пламени в зоне горения топлива при увеличении его расхода. Благодаря этому, при работе происходит подача вторичного воздуха в зону сгорания в соответствии с расходом топлива, т.е. чем больше расход, тем больше воздуха и наоборот. Этим достигается технический результат, а именно, повышение эффективности сжигания топлива во всем диапазоне изменения мощности ГТД за счет регулирования объема вторичного воздуха в зависимости от расхода топлива.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а конкретно к жаровым трубам камер сгорания с регулируемым распределением расхода воздуха, поступающего в зону горения, и позволяет повысить эффективность сжигания топлива в широком диапазоне режимов работы ГТД. Жаровая труба камеры сгорания, состоящая из фронтового устройства, имеющего канал для подвода первичного воздуха, топливной форсунки, трубчатого корпуса, в котором по окружности выполнены основные щели, снаружи которых установлено кольцо, с возможностью возвратно-вращательного движения, на кольце выполнены аналогичные к основным вспомогательные щели, большие оси которых расположены под заданным углом относительно больших осей основных щелей, согласно изобретению основные и вспомогательные щели выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, и с торцами, выполненными в виде полукруга, открытые части которых направлены друг к другу. При этом большая ось основных щелей параллельна оси жаровой трубы, а линейные размеры основных и вспомогательных щелей вдоль большей оси жаровой трубы не менее длины зоны горения. На кольце на расстоянии от центра малого полукруга каждой вспомогательной щели выполнен смещенный в окружном направлении дополнительный ряд отверстий. При этом их центры совпадают с осью, проведенной через центр большого полукруга, которая параллельна оси жаровой трубы. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива в широком диапазоне режимов работы камеры сгорания. 2 ил.

Жаровая труба камеры сгорания, состоящая из фронтового устройства, имеющего канал для подвода первичного воздуха, топливной форсунки, трубчатого корпуса, в котором по окружности выполнены основные щели, снаружи которых установлено кольцо, с возможностью возвратно-вращательного движения, на кольце выполнены аналогичные к основным вспомогательные щели, большие оси которых расположены под заданным углом относительно больших осей основных щелей, отличающаяся тем, что основные и вспомогательные щели выполнены расширяющимися в направлении к выходу из жаровой трубы, и с торцами, выполненными в виде полукруга, открытые части которых направлены друг к другу, при этом большая ось основных щелей параллельна оси жаровой трубы, а линейные размеры основных и вспомогательных щелей вдоль большей оси жаровой трубы не менее длины зоны горения, на кольце на расстоянии от центра малого полукруга каждой вспомогательной щели выполнен смещенный в окружном направлении дополнительный ряд отверстий, при этом их центры совпадают с осью, проведенной через центр большого полукруга, которая параллельна оси жаровой трубы.