КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ РЕЖИМА РАБОТЫ КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК F23R3/28 

Группа изобретений относится к газотурбинным двигателям - ГТД, конкретно - к кольцевым камерам сгорания

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493495, МПК F23R 3/00, опубл. 20.09.2013 г., прототип.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровой трубой с внешним кожухом жаровой трубы, сообщающими внешний кольцевой зазор между внешним кожухом, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания.

Недостаток: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя по патенту РФ на изобретение №2783576, МПК F23R 3/00, опубл. 11.11.2022 г., прототип.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус с отверстиями и карманы, форсуночную плиту с топливовоздушными форсунками, жаровую трубу с отверстиями.

. Она выполнена с возможностью закрутки охлаждающего воздуха для уменьшения окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.

Недостатки отсутствие регулировки температурного поля на выходе из камеры сгорания и повышенный удельный расход топлива двигателем.

Задачи создания изобретения повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.

Достигнутые технические результаты: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.

Решение указанных задач достигнуто в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей установленные концентрично продольной оси камеры сгорания кольцевые жаровые трубы: внешнюю и внутреннюю с топливовоздушными форсунками на форсуночной плите, внешняя жаровая труба выполнена с возможностью сообщения полости жаровой трубы с внешним кольцевым зазором между внешней жаровой трубой и внешним корпусом камеры, тем, что топливовоздушные форсунки установлены на форсуночной плите на шаровых шарнирах с возможностью их одновременного наклона к продольной оси камеры сгорания.

Решение указанных задач достигнуто в способе регулировки режима работы кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающем одновременную подачу топлива и воздуха в полость жаровой трубы, тем, что одновременно с изменением угла поворота топливовоздушных форсунок на форсуночной плите изменяют удельный расход топлива и фиксируют установку топливовоздушных форсунок о положения минимума удельного расхода топлива.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1… 6, где:

на фиг. 1 приведена кольцевая камера сгорания,

на фиг. 2 приведен вид А,

на фиг. 3 приведен вид В,

на фиг. 4 приведен разрез С - С,

на фиг. 5 приведен разрез D - D.

на фиг. 6 приведены графики изменения удельного расхода топлива в зависимости от угла поворота топливовоздушных форсунок.

Перечень признаков, принятых в описании:

внутренний корпус жаровая трубы 1,

внешний корпус жаровой трубы 2,

внешний кольцевой зазор 3,

внешний корпус камеры 4,

внутренний корпус камеры 5,

полостью жаровой трубы 6.

форсуночная плита 7,

топливовоздушная форсунка 8,

топливный коллектор 9,

топливная система 10,

полость 11,

шаровой шарнир 12,

привод 13,

охлаждающие отверстия 14,

отбортовка 15,

карман 16,

перфорация. 17,

топливный канал 18,

неподвижный воздушный канал 19,

поворотный воздушный канал 20,

OO продольна ось камеры,

O₁O₁ - исходная ось топливовоздушной форсунки,

О₂О₂ -реальная ось топливовоздушной форсунки,

Суд - удельный расход топлива на кг/(кгс⋅ч);

Предложена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя - ГТД повышенной экономичности содержит жаровую. трубу с внутренним корпусом жаровой трубы 1 и внешним корпусом жаровой трубы 2..

Внешний кольцевой зазор 3 предназначен для транспортировки воздуха охлаждения. Внешний кольцевой зазор 3 образован между внешним кожухом жаровой трубы 2 и внешним корпусом камеры 4 и сообщается с полостью жаровой трубы 6.

На входном торце жаровой трубы установлена форсуночная плита 7 с топливо-воздушными форсунками 8 сообщенными с коллектором 9, к входу которого присоединена топливная система 10.

Воздушный тракт включает полость 11 спереди кольцевой камеры сгорания.

Все топливовоздушные форсунки 8 содержат шаровые шарниры 12, установленные в форсуночной плите 7 с возможность синхронного поворота относительно оси ОО двигателя на угол β. (ось О₂О₂) фиг. 2.

На корпусах жаровой трубы 1 и 2 выполнены охлаждающие отверстия 14 с отбортовками 15 и карманы 16 для заброса охлаждающего воздуха внутрь жаровой трубы в полость жаровой трубы 6 на значительную глубину. Отбортовки 15 охлаждающих отверстий 14 предназначены для создания направления охлаждающего воздуха с целью его закрутки вдоль оси ОО кольцевой камеры сгорания. На карманах 15 выполнена перфорация. 16 для их охлаждения и предотвращения выгорания.

На фиг. 2 приведен вид А топливовоздушной форсунки 8.

На фиг. 3 приведен вид В на топливовоздушные форсунок 8 и форсуночной плиты 7. Форсуночная плита 11 выполнена ступенчатой с внутренней стороны, а топливовоздушным Топливовоздушные форсунки 7 установлены таким образом, чтобы их оси O₁O₁ были в исходном положении выполнены параллельно параллельно продольной оси камеры сгорания OO и с возможностью синхронного поворота на угол β.

На фиг. 4 приведен разрез С - С охлаждающих отверстий 14. На фиг. 4 видно, что воздух, проходящий через охлаждающие отверстия 14 закручивается вдоль внутренней стенки внешнего корпуса 2. Это достигнуто выполнение отбортовок 15 под углом ϕ1= углом ϕ1=7… 30° к продольной оси камеры сгорания ОО. Но продукты сгорания внутри кольцевой камеры сгорания не закручиваются, а их закрутка выполняется при помощи топливовоздушных форсунок 7.

На фиг. 5 приведен вариант закрутки продуктов сгорания во всем объеме кольцевой камеры сгорания. Это достигнуто применением карманов 16, значительно выступающих внутрь жаровой трубы и оси которых наклонены к плоскостям, проходящим через продольную ось кольцевой камеры сгорания ОО под углом ϕ₂.

РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При запуске газотурбинного двигателя (фиг. 1… 6) стартером (не показан) раскручивают вал (не показан), который раскручивает рабочие колеса компрессора и турбины (не показано).

Топливный газ при запуске ГТД поступает по топливной системе 10 в топливный коллектор 9 и далее в топливовоздушные форсунки 8 (фиг. 1).

Топливовоздушные форсунки 8 выполнены с топливными каналами 18 и поворотными воздушными каналами 20. Необходимый для горения воздух поступает через неподвижные воздушные каналы 19 выполненные в форсуночной плите 7.

На фиг. 6 приведены результату испытания на трех режимах

При изменении режима работы двигателя изменялся угол наклона топливовоздушных форсунок β от 0 до 30 град, и измерялась удельный расход топлив двигателя - Суд.

При этом удельный расход топлива имел на каждом режиме минимум при определенном угле наклона топливовоздушных форсунок β.

Конкретно на фиг. 6 показано, что минимальный удельный расход топлива на крейсерском режиме получен при угле наклона топливовоздушных форсунок β=21 град.

Например, удельный расход топлива на крейсерском режиме для двигателя НК 93 составляет - 0,49 кг/(кгс⋅ч);

Применение группы изобретений позволило:

- снизить удельный расход топлива,

- повысить полноту сгорания топлива в камере сгорания,

- уменьшить эмиссию вредных веществ,

- снизить окружную неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания за счет закрутки продуктов сгорания в кольцевой камере сгорания предложенными средствами,

- упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и при необходимости отказаться от его охлаждения, например, применив керамику.

Группа изобретений относится к газотурбинным двигателям. В кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей установленные концентрично продольной оси камеры сгорания кольцевые жаровые трубы: внешнюю и внутреннюю с топливовоздушными форсунками на форсуночной плите, внешняя жаровая труба выполнена с возможностью сообщения полости жаровой трубы с внешним кольцевым зазором между внешней жаровой трубой и внешним корпусом камеры. Топливовоздушные форсунки установлены на форсуночной плите на шаровых шарнирах с возможностью их одновременного наклона к продольной оси камеры сгорания. В способе регулировки режима работы кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающем одновременную подачу топлива и воздуха в полость жаровой трубы, одновременно с изменением угла поворота топливовоздушных форсунок на форсуночной плите измеряют удельный расход топлива и фиксируют установку топливовоздушных форсунок в положении минимума удельного расхода топлива. Достигается повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая установленные концентрично продольной оси камеры сгорания кольцевые жаровые трубы внешнюю и внутреннюю с топливовоздушными форсунками на форсуночной плите, внешняя жаровая труба выполнена с возможностью сообщения полости жаровой трубы с внешним кольцевым зазором между внешней жаровой трубой и внешним корпусом камеры, отличающаяся тем, что топливовоздушные форсунки установлены на форсуночной плите на шаровых шарнирах с возможностью их одновременного наклона к продольной оси камеры сгорания.

2. Способ регулировки режима работы кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающий одновременную подачу топлива и воздуха в полость жаровой трубы, отличающийся тем, что одновременно с изменением угла наклона (поворота) топливовоздушных форсунок на форсуночной плите измеряют удельный расход топлива и фиксируют установку топливовоздушных форсунок в положении минимума удельного расхода топлива.