Воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F02C7/264 

Изобретение относится к воспламенителям топлива камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), работающих на газообразном топливе.

Из учебно-методического пособия «Методы и средства диагностирования технического состояния камер сгорания газотурбинных двигателей», авторов А.В. Бакланов, Ф.М. Валиев - Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2020. - 96 с. известен воспламенитель, который состоит из корпуса, свечи, пусковой форсунки и нагревательного элемента. Корпус имеет два штепсельных разъема для подвода тока напряжением 27 В к нагревательному элементу, который установлен между втулками, образующими камеру воспламенителя. Обогрев запального устройства повышает надежность запуска, включается при tн = +5°С.

Недостатками данной конструкции являются:

-наличие нагревательного элемента который необходим для обеспечения высотного запуска при работе на керосине при отрицательной температуре окружающей среды. При работе на природном газе в наземных условиях данный элемент является лишним не технологичным.

- Непригодность работы на газообразном топливе. Из-за малой плотности природного газа смесь в полости воспламенителя при существующих проходных сечениях в корпусе воспламенителя для воздуха оказывается переобедненной, что затрудняет воспламенение.

- Невозможность размещения воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения.

- Загромождение проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя, что приводит к дополнительным возмущениям потока и к возрастанию неравномерности.

Известен пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания (изобретение №2083858, МПК F02C 7/26, заявка 9393011293, опубл. 02.03.1993), выхлопной патрубок которого содержит отверстия для подвода воздуха и монтируется на корпус камеры сгорания отдельно от воспламенителя. Недостатками такой конструкции являются:

- необходимость обеспечения соосность расположения втулки пламяперебрасывающего патрубка с отверстием, выполненным в стенке жаровой трубы

- сложность обеспечения герметичности стыков фланцев патрубка, корпусами камеры сгорания и корпуса воспламенителя;

- отверстия подвода воздуха в воспламенитель выполнены в патрубке, что (из-за удаления от зоны горения воспламенителя) уменьшает проникающую способность струй воздуха из отверстий, что ухудшает розжиг и горение воспламенителя.

Также известен воспламенитель (изобретение №2245447, МПК F02C 7/26, опубл. 27.01.2005), в котором патрубок выполнен заодно с корпусом воспламенителя неразъемным (сварка, пайка, завальцовка) соединением.

Недостатками данной конструкции является не ремонтопригодность воспламенителя при дефектах патрубка в эксплуатации, а также невозможность его замены при доводке параметров воспламенителя.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на полезную модель к патенту RU(11)2 103 610(13)C1 известен воспламенитель топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий корпус, свечу зажигания, форсунку для распыливания топлива, пламяперебрасывающий патрубок дополнительно установлена в корпус воспламенителя форсунка для распыливания жидкого топлива.

Недостатком конструкции является:

- Соосное расположение корпуса и втулки пламяперебрасывающего патрубка.

- Установка воспламенителя производится под углом 90 град к стенке жаровой трубы.

- Не надежность конструкции, так как втулка пламяперебрасывающего патрубка устанавливается в отверстие жаровой трубы и из-за сил трения происходит выработка цилиндрической части с последующим выпадением фрагментов в тракт камеры сгорания.

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

- Необходимость обеспечения соосность расположения втулки пламяперебрасывающего патрубка с отверстием, выполненным в стенке жаровой трубы

- Не обеспечение герметичности стыков между элементами воспламенителя;

- Непригодность работы на газообразном топливе различного состава.

- Невозможность крепления воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения.

- Загромождение проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя, что приводит к дополнительным возмущениям потока и к возрастанию неравномерности потока воздуха, поступающего в жаровую трубу.

- не ремонтопригодность воспламенителя.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечение возможности несоосного расположения корпуса и втулки пламяперебрасывающего патрубка.

Обеспечение установки воспламенителя под любым углом к стенке жаровой трубы.

Обеспечение надежности конструкции установки втулки пламяперебрасывающего патрубка в отверстии жаровой трубы.

Обеспечение герметичности стыков между элементами воспламенителя.

Обеспечение работы на газообразном топливе.

Обеспечение крепления воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения.

Обеспечить отсутствие загромождения проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя.

Обеспечить ремонтопригодность воспламенителя.

Сущностью заявленного технического решения является воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий корпус, в котором размещена запальная камера, заканчивающаяся на выходе пламяперебросным патрубком, втулка, которого входит в отверстие, выполненное в стенке жаровой трубы камеры сгорания, в корпусе установлены свеча зажигания, форсунка для распыливания топлива, в запальной камере выполнены воздушные каналы для прохода воздуха

Предложенный воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: длина и угол установки втулки пламяперебрасывающего патрубка меняется в зависимости от места подвода факела, воздушные каналы в запальной камере по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы запальной камеры выполнены круглой формы, в штуцер форсунки установлен жиклер, пламяперебрасывающий патрубок соединен с корпусом при помощи фланцев стянутых винтами, через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия, во фланце пламяперебрасывающего патрубка выполнена проточка с установленным в нее уплотнительным кольцом, запальная камера внутри корпуса крепится при помощи винтового соединения, другой частью устанавливается в кольцевую проточку пламяперебрасывающего патрубка, втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы, пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок содержит воздухоподводящие отверстия.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения возможности несоосного расположения корпуса и втулки пламяперебрасывающего патрубка втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы.

Для обеспечение установки воспламенителя под любым углом к стенке жаровой трубы длина и угол установки втулки пламяперебрасывающего патрубка меняется в зависимости от места подвода факела.

Для обеспечения надежности конструкции установки втулки пламяперебрасывающего патрубка в отверстии жаровой трубы втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы.

Для обеспечения герметичности стыков между элементами воспламенителя во фланце пламяперебрасывающего патрубка выполнена проточка с установленным в нее уплотнительным кольцом, запальная камера внутри корпуса крепится при помощи винтового соединения, другой частью устанавливается в кольцевую проточку пламяперебрасывающего патрубка.

Для обеспечения работы на газообразном топливе воздушные каналы в запальной камере по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы запальной камеры выполнены круглой формы, в штуцер форсунки установлен жиклер.

Для обеспечение крепления воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия, пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания.

Для обеспечения отсутствия загромождения проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок содержит воздухоподводящие отверстия.

Для обеспечения ремонтопригодности воспламенителя пламяперебрасывающий патрубок соединен с корпусом при помощи фланцев стянутых винтами, через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из исследованного заявителем уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизны» и «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами: На фиг. 1 представлен общий вид, продольный разрез воспламенителя газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, а на фиг.2 вид на втулку пламяперебрасывающего патрубка.

Воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус 1 в котором размещена запальная камера 2, заканчивающаяся на выходе пламяперебросным патрубком 3, втулка 4 которого входит в отверстие 5, выполненное в стенке жаровой трубы камеры сгорания, в корпусе 1 установлены свеча зажигания 6, форсунка 7 для распыливания топлива, в запальной камере выполнены воздушные каналы 8 для прохода воздуха

Заявленный воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, длина L и угол α установки втулки 4 пламяперебрасывающего патрубка 3 меняется в зависимости от места подвода факела, воздушные каналы 8 в запальной камере 2 по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы 8 запальной камеры 2 выполнены круглой формы, в штуцер форсунки 7 установлен жиклер 9, пламяперебрасывающий патрубок 3 соединен с корпусом 1 при помощи фланцев 10 стянутых винтами 11, через фланец 10 корпуса 1 и фланец 12 пламяперебрасывающего патрубка 3 проходят сквозные крепежные отверстия 13, во фланце 12 пламяперебрасывающего патрубка 3 выполнена проточка 19 с установленным в нее уплотнительным кольцом 20, запальная камера 2 внутри корпуса 1 крепится при помощи винтового соединения 14, другой частью устанавливается в кольцевую проточку 15 пламяперебрасывающего патрубка 3, втулка 4 пламяперебрасывающего патрубка 3 установлена в плавающую втулку 16 ограниченную держателем 17 и расположенную в увеличенном отверстии 5 в стенке жаровой трубы, пламяперебрасывающий патрубок 3 содержит ступеньку Н высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок 3 содержит воздухоподводящие отверстия 18

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

Обеспечена возможности несоосного расположения корпуса и втулки пламяперебрасывающего патрубка тем, что втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку, ограниченную держателем, и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы.

Обеспечена установка воспламенителя под любым углом к стенке жаровой трубы тем, что длина и угол установки втулки пламяперебрасывающего патрубка меняется в зависимости от места подвода факела.

Обеспечена надежность конструкции установки втулки пламяперебрасывающего патрубка в отверстии жаровой трубы тем, что втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку, ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы.

Обеспечена герметичность стыков между элементами воспламенителя тем, что во фланце пламяперебрасывающего патрубка выполнена проточка с установленным в нее уплотнительным кольцом, запальная камера внутри корпуса крепится при помощи винтового соединения, другой частью устанавливается в кольцевую проточку пламяперебрасывающего патрубка.

Обеспечена работа на газообразном топливе тем, что воздушные каналы в корпусе по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы на корпус выполнены круглой формы, в штуцер форсунки установлен жиклер.

Обеспечено крепление воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения тем, что через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия, пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания.

Обеспечено отсутствие загромождения проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя тем, что пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок содержит воздухоподводящие отверстия.

Обеспечена ремонтопригодность воспламенителя тем, что пламяперебрасывающий патрубок соединен с корпусом при помощи фланцев стянутых винтами, через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия.

Поток воздуха (Фиг. 1.) пройдя между жаровой трубой и корпусом камеры сгорания толщина которого влияет на ступеньку Н пламяперебрасывающего патрубка 3 движется, обтекая втулку 4 не формирующего загромождения проточной части.

Часть этого воздуха попадает в воздухоподводящие отверстия 18 нижней части пламяперебрасывающего патрубка 3, поступая в полость между корпусом 1 и запальной камерой 2, затем через воздушные каналы 8 выполненные круглой формы с уменьшенной вдвое площадью проходного сечения по сравнению с прототипом, попадает во внутрь запальной камеры 2.

Газообразное топливо подается через форсунку 9 в полость запальной камеры 2, где смешивается с воздухом, поступающим через воздушные каналы 7, и образуется горючая смесь, которая воспламеняется от искры свечи зажигания 6. Образовавшиеся факел пламени через пламяперебросный патрубок 3 и втулку 4 поступает в жаровую трубу камеры сгорания, где воспламеняют топливовоздушную смесь, обеспечивая запуск газотурбинного двигателя. При этом (Фиг. 2.) воспламенитель может быть установлен под любым углом к стенке жаровой трубы камеры сгорания, что обеспечивается изменением длины L и угла α установки втулки 4 пламяперебрасывающего патрубка 3 в зависимости от места подвода факела пламени. Втулка 4 пламяперебрасывающего патрубка 3 установлена в плавающую втулку 16, ограниченную держателем 17, и расположенную в увеличенном отверстии 5 в стенке жаровой трубы, что позволяет в процессе рабочих перемещений не изнашивать втулку 4.

Изобретение относится к воспламенителям топлива камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), работающих на газообразном топливе. Воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус, в котором размещена запальная камера, заканчивающаяся на выходе пламяперебросным патрубком, втулка которого входит в отверстие, выполненное в стенке жаровой трубы камеры сгорания, в корпусе установлены свеча зажигания, форсунка для распыливания топлива, в запальной камере выполнены воздушные каналы для прохода воздуха, отличающийся тем, что длина и угол установки втулки пламяперебрасывающего патрубка меняется в зависимости от места подвода факела, воздушные каналы в запальной камере по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы запальной камеры выполнены круглой формы, в штуцер форсунки установлен жиклер, пламяперебрасывающий патрубок соединен с корпусом при помощи фланцев стянутых винтами, через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия, во фланце пламяперебрасывающего патрубка выполнена проточка с установленным в нее уплотнительным кольцом, запальная камера внутри корпуса крепится при помощи винтового соединения, другой частью устанавливается в кольцевую проточку пламяперебрасывающего патрубка, втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку, ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы, пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок содержит воздухоподводящие отверстия. Достигается обеспечение возможности несоосного расположения корпуса и втулки пламяперебрасывающего патрубка, обеспечение установки воспламенителя под любым углом к стенке жаровой трубы, обеспечение надежности конструкции установки втулки пламяперебрасывающего патрубка в отверстии жаровой трубы, обеспечение герметичности стыков между элементами воспламенителя, обеспечение работы на газообразном топливе, обеспечение крепления воспламенителя на корпусе камеры сгорания при помощи болтового соединения, обеспечение отсутствия загромождения проточной части между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой элементами воспламенителя, ремонтопригодность воспламенителя. 2 ил.

Воспламенитель газообразного топлива камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус, в котором размещена запальная камера, заканчивающаяся на выходе пламяперебросным патрубком, втулка которого входит в отверстие, выполненное в стенке жаровой трубы камеры сгорания, в корпусе установлены свеча зажигания, форсунка для распыливания топлива, в запальной камере выполнены воздушные каналы для прохода воздуха, отличающийся тем, что длина и угол установки втулки пламяперебрасывающего патрубка меняются в зависимости от места подвода факела, воздушные каналы в запальной камере по площади проходного сечения уменьшены вдвое, воздушные каналы запальной камеры выполнены круглой формы, в штуцер форсунки установлен жиклер, пламяперебрасывающий патрубок соединен с корпусом при помощи фланцев, стянутых винтами, через фланец корпуса и фланец пламяперебрасывающего патрубка проходят сквозные крепежные отверстия, во фланце пламяперебрасывающего патрубка выполнена проточка с установленным в нее уплотнительным кольцом, запальная камера внутри корпуса крепится при помощи винтового соединения, другой частью устанавливается в кольцевую проточку пламяперебрасывающего патрубка, втулка пламяперебрасывающего патрубка установлена в плавающую втулку, ограниченную держателем и расположенную в увеличенном отверстии в стенке жаровой трубы, пламяперебрасывающий патрубок содержит ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от толщины корпуса камеры сгорания, в нижней части пламяперебрасывающий патрубок содержит воздухоподводящие отверстия.