Фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания Российский патент 2023 года по МПК F23R3/36 

Изобретение относится к энергетике, устройствам для обеспечения сжигания топливо-воздушной смеси в камерах сгорания газотурбинных двигателей работающих на газообразном и жидком видах топлива.

Известна кольцевая малоэмиссионная камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус с расположенной в нем кольцевой жаровой трубой, включающей две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части жаровой трубы фронтовым устройством, систему подачи топлива, при этом фронтовое устройство снабжено горелочными модулями, расположенными в наружном и внутреннем концентричных рядах, каждый из которых снабжен топливной форсункой и осевым завихрителем воздуха, (патент РФ №2226652, МПК F23R 3/34, опубл. 2004 г.)

Недостатками известной кольцевой малоэмиссионной камеры сгорания являются:

- Не имеет возможности переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное)

- Не обеспечивает равнораспределенного расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок.

- Не обеспечивает подогрев газа перед подачей в зону горения

- Не обеспечивает оптимальной темлонапряженности головки кольцевой из-за близкого расположения форсунок наружного и внутреннего ряда друг к другу.

Известна камера сгорания ГТД, по патенту на изобретение RU 2612231 содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный в полости перед форсуночной плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой топливными каналами с форсуночными модулями, содержащими струйную топливную форсунку и каналы подвода и закрутки воздуха.

Недостатками известной камера сгорания ГТД являются:

-Не имеет возможности переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное)

-Не обеспечивает равнораспределенного расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок.

- Приводит к коксованию жидкого топлива из-за постоянного нагрева топливного коллектора

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на изобретение РФ №2499194 сущность заключается в том, что фронтовое устройство жаровой трубы кольцевой камеры сгорания, содержащее головку кольцевую с наружным и внутренним топливными коллекторами, с равномерно расположенными по окружности наружного топливного коллектора, штуцерами подвода газа во внутреннюю полость наружного коллектора и выполненными на головке кольцевой между коллекторами, концентрично и равномерно расположенными по окружности воздушными фигурными окнами, подвода воздуха, с центральными отверстиями и стойками крепления форсунок к головке кольцевой, при этом в стойках выполнены сквозные каналы подвода топлива к форсункам,

Известное техническое решение, также как и предыдущие аналоги:

-Не имеет возможности переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное)

-Не обеспечивает равнораспределенного расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок.

- Не обеспечивает отсутствия коксования жидкого топлива

- Не обеспечивает оптимальной темлонапряженности головки кольцевой.

- Не обеспечивает подогрев газа перед подачей в зону горения

- Приводит к перегреву кольцевой головки.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечение возможности переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное)

Обеспечение равнораспределенного расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок.

Обеспечение отсутствия коксования жидкого топлива

Обеспечение оптимальной темлонапряженности головки кольцевой.

Обеспечение подогрева газа перед подачей в зону горения

Обеспечение отсутствия перегрева кольцевой головки.

Сущностью заявленного технического решения является, фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания, содержащее головку кольцевую с наружным и внутренним топливными коллекторами, с равномерно расположенными по окружности наружного топливного коллектора, штуцерами подвода газа во внутреннюю полость наружного коллектора и выполненными на головке кольцевой между коллекторами, концентрично и равномерно расположенными по окружности воздушными фигурными окнами, подвода воздуха, с центральными отверстиями и стойками крепления форсунок к головке кольцевой, при этом в стойках выполнены сквозные каналы подвода топлива к форсункам.

Предложенное фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания, характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: что в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы с каналами подвода топлива к форсункам, полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре и имеет штуцер подвода топлива, форсунки содержат две полости одна из которых соединена с наружным и внутренним топливными коллекторами, а другая с каналами подвода топлива из полого кольцевого коллектора, форсунка снабжена распылителем жидкого и распылителем газообразного топлива, форсунки наружного и внутреннего ряда в кольцевой головке разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения возможности переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное) в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы с каналами подвода топлива к форсункам и имеет штуцер подвода топлива, форсунки содержат две полости одна из которых соединена с наружным и внутренним топливными коллекторами заполняемыми газообразным топливом (газом), а другая с каналами подвода топлива из полого кольцевого коллектора заполняемого жидким топливом, форсунка снабжена распылителем жидкого и распылителем газообразного топлива:

Для обеспечения равнораспределенного расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок полый кольцевой коллектор обтекаемой формы и размещен в диффузоре, что позволяет разделить воздушный поток на две части и равномерно направить на верхний и нижний ряд форсунок.

Для обеспечения отсутствия коксования жидкого топлива, его подача осуществлена в полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре и имеет штуцер подвода топлива, что исключает воздействие высоких температур на жидкое топливо.

Для обеспечения оптимальной темлонапряженности головки кольцевой форсунки наружного и внутреннего ряда во фронтовом устройстве разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки.

Для обеспечения подогрева газа перед подачей в зону горения наружный и внутренний топливныме коллекторы заполняемые газообразным топливом (газом) установлены в кольцевой головке и взаимодействуют с высокими температурами зоны горения жаровой трубы.

Для обеспечения отсутствия перегрева кольцевой головки форсунки наружного и внутреннего ряда во фронтовом устройстве разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки, в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы который размещен в диффузоре.

Заявляемое техническое решение поясняется двумя чертежами: На фиг. 1 представлен продольный разрез фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания в двух сечениях; На фиг.2 форсунка двухтопливной камеры сгорания

Фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания, содержащее головку кольцевую 1 с наружным 2 и внутренним 3 топливными коллекторами, с равномерно расположенными по окружности наружного топливного коллектора, штуцерами подвода газа 4 во внутреннюю полость наружного коллектора 2 и выполненными на головке кольцевой между коллекторами, концентрично и равномерно расположенными по окружности воздушными фигурными окнами 5 , подвода воздуха, с центральными отверстиями 6 и стойками крепления 7 форсунок 8 к головке кольцевой 1, при этом в стойках выполнены сквозные каналы подвода топлива 9 к форсункам 8.

Заявленная фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно в середине головки кольцевой 1 с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор 10 обтекаемой формы с каналами подвода топлива 11 к форсункам 8, полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре 12 и имеет штуцер подвода топлива 13, форсунки 8 содержат две полости 14, 15 одна из которых соединена с наружным 2 и внутренним 3 топливными коллекторами заполняемыми газообразным топливом (газом), а другая с каналами подвода топлива 11 из полого кольцевого коллектора 10 заполняемого жидким топливом, форсунка 8 снабжена распылителем жидкого 16 и распылителем газообразного 17 топлива, форсунки 8 наружного и внутреннего ряда в кольцевой головке 1 разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки 8.

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

Обеспечена возможность переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное) чем, что в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы с каналами подвода топлива к форсункам и имеет штуцер подвода топлива, форсунки содержат две полости одна из которых соединена с наружным и внутренним топливными коллекторами заполняемыми газообразным топливом (газом), а другая с каналами подвода топлива из полого кольцевого коллектора заполняемого жидким топливом, форсунка снабжена распылителем жидкого и распылителем газообразного топлива:

Обеспечено равнораспределение расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок тем, что полый кольцевой коллектор обтекаемой формы и размещен в диффузоре, что позволяет разделить воздушный поток на две части и равномерно направить на верхний и нижний ряд форсунок.

Обеспечено отсутствие коксования жидкого топлива тем что, его подача осуществлена в полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре и имеет штуцер подвода топлива, что исключает воздействие высоких температур на жидкое топливо.

Обеспечена оптимальная темлонапряженность головки кольцевой тем, что форсунки наружного и внутреннего ряда во фронтовом устройстве разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки.

Обеспечен подогрев газа перед подачей в зону горения тем, что наружный и внутренний топливныме коллекторы заполняемые газообразным топливом (газом) установлены в кольцевой головке и взаимодействуют с высокими температурами зоны горения жаровой трубы.

Обеспечено отсутствие перегрева кольцевой головки тем, что форсунки наружного и внутреннего ряда во фронтовом устройстве разнесены друг относительно друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки, в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы который размещен в диффузоре.

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 фронтового устройства жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания, а именно: обеспечена возможность переключения с одного вида топлива на другой к примеру с газообразного (метан) на жидкое (дизельное), обеспечено равнораспределение расхода воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок, обеспечено отсутствие коксования жидкого топлива, обеспечена оптимальная темлонапряженность головки кольцевой, обеспечен подогрев газа перед подачей в зону горения, обеспечено отсутствие перегрева кольцевой головки.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна» предъявляемому к изобретениям.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» предъявляемому к изобретениям, т.к. не является очевидным для специалиста.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. конструкция апробирована в КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева и результаты испытаний показали реализацию поставленных целей.

Воздуха (Фиг.1.) подается в диффузор 12 и попадая на полый кольцевой коллектор обтекаемой формы разделяется на два потока, которые распределяются в концентрично и равномерно расположенные по окружности воздушные фигурные окнами 5, а далее в форсунки 8 верхнего и нижнего ряда.

Жидкое топливо подается в штуцер подвода топлива 13, заполняет полый кольцевой коллектор 10 обтекаемой формы, а затем через каналами подвода топлива 11 поступает в полость 15 форсунок 8 и выходит через распылитель 16 (Фиг.2.).

Газообразное топливо (газ) подается в штуцера подвода топлива 4, которое заполняет наружный 2 и внутренний 3 топливные коллектора, затем поступает через сквозные каналы подвода топлива 9 к полости 14 форсунок 8 и выходит через распылитель 17 (Фиг.2.).

Камера сгорания работает либо на одном виде топлива, либо на другом.

Изобретение относится к энергетике, устройствам для обеспечения сжигания топливо-воздушной смеси в камерах сгорания газотурбинных двигателей, работающих на газообразном и жидком видах топлива. Фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания содержит головку кольцевую с наружным и внутренним топливными коллекторами, с равномерно расположенными по окружности наружного топливного коллектора штуцерами подвода газа во внутреннюю полость наружного коллектора и выполненными на головке кольцевой между коллекторами, концентрично и равномерно расположенными по окружности воздушными фигурными окнами подвода воздуха с центральными отверстиями и стойками крепления форсунок к головке кольцевой. В стойках выполнены сквозные каналы подвода топлива к форсункам. В середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы с каналами подвода топлива к форсункам, полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре и имеет штуцер подвода топлива. Форсунки содержат две полости, одна из которых соединена с наружным и внутренним топливными коллекторами, заполняемыми газообразным топливом - газом, а другая - с каналами подвода топлива из полого кольцевого коллектора, заполняемого жидким топливом. Форсунки снабжены распылителем жидкого и распылителем газообразного топлива, форсунки наружного и внутреннего ряда в кольцевой головке разнесены относительно друг друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки. Изобретение позволяет обеспечить возможность переключения с одного вида топлива на другой, равно распределенный расход воздуха к верхнему ряду форсунок и к нижнему ряду форсунок, отсутствие коксования жидкого топлива. 2 ил.

Фронтовое устройство жаровой трубы двухтопливной камеры сгорания, содержащее головку кольцевую с наружным и внутренним топливными коллекторами, с равномерно расположенными по окружности наружного топливного коллектора штуцерами подвода газа во внутреннюю полость наружного коллектора и выполненными на головке кольцевой между коллекторами, концентрично и равномерно расположенными по окружности воздушными фигурными окнами подвода воздуха с центральными отверстиями и стойками крепления форсунок к головке кольцевой, при этом в стойках выполнены сквозные каналы подвода топлива к форсункам, отличающееся тем, что в середине головки кольцевой с внешней стороны организован полый кольцевой коллектор обтекаемой формы с каналами подвода топлива к форсункам, полый кольцевой коллектор размещен в диффузоре и имеет штуцер подвода топлива, форсунки содержат две полости, одна из которых соединена с наружным и внутренним топливными коллекторами, заполняемыми газообразным топливом - газом, а другая - с каналами подвода топлива из полого кольцевого коллектора, заполняемого жидким топливом, форсунки снабжены распылителем жидкого и распылителем газообразного топлива, форсунки наружного и внутреннего ряда в кольцевой головке разнесены относительно друг друга на расстояние 1,4 диаметра форсунки.