Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания малоразмерных газотурбинных двигателей Российский патент 2024 года по МПК F02C7/264 F23Q3/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к малоразмерным газотурбинным двигателям (МГТД) с пусковыми факельными воспламенителями в составе камеры сгорания.

Известен пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания (патент RU 174863, МПК F02C 7/26, опубл. 08.11.2017), который смонтирован на корпус камеры сгорания и включает в себя пусковую форсунку, свечу зажигания, при этом на корпус воспламенителя смонтирован выхлопной патрубок с резьбой и лысками под ключ. Патрубок монтируется в корпус воспламенителя до упора с контактом посадочных поверхностей. На боковой поверхности выхлопного патрубка выполнен кольцевой выступ. Между кольцевым выступом патрубка и корпусом расположено дистанционное кольцо. Стопорение патрубка выполняется обжатием в паз кольца. Само кольцо имеет выступ для его фиксации на корпусе, где выполнен ответный паз. Сопло выхлопного патрубка через подвижную втулку соединяется с полостью жаровой трубы.

Недостатком известного устройства является то, что его конструкция недостаточно надежна, т.к. содержит дополнительное кольцо особенной конструкции, которое может выйти из строя и заставить работать устройство не правильно, а резкий переход потока из камеры воспламенения в отверстие меньшего диаметра выхлопного патрубка говорит об отсутствии возможности закручивания потока за счет имеющихся тангенциальных отверстий.

Известен факельный воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя (патент RU 214673, МПК F02C 7/26, опубл. 09.11.2022), который содержит корпус, с установленными на нем свечой зажигания и топливной форсункой, запальную камеру, отверстия подвода воздуха в кольцевую полость, сообщающуюся с запальной камерой через элемент подачи воздуха, сопло, имеющее жесткое соединение с корпусом воспламенителя. В месте соединения корпуса воспламенителя и сопла установлен с возможностью охвата обжимной разъемный хомут, изготовленный из симметрично скрепленной пары полуколец с выполненными на концах полуколец полками со сквозными отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами, при этом внутренняя поверхность полуколец содержит радиальные выемки, в которые входят соответствующие опорные выступы сопла и корпуса воспламенителя, установленные с монтажными зазорами, одновременно кольцевой опорный выступ сопла содержит уступ, вмонтированный в соответствующее углубление в ответном полукольце обжимного хомута, при этом сам кольцевой опорный выступ сопла установлен также с компенсационным зазором разности температурных расширений.

Недостатком вышеописанной конструкции воспламенителя является отсутствие возможности перемещений сопла относительно корпуса воспламенителя, не позволяющее компенсировать взаимные тепловые перемещения корпуса камеры сгорания, на который смонтирован воспламенитель, и жаровой трубы, с которой соединено сопло. Вследствие чего в месте соединения сопла и корпуса воспламенителя будут возникать напряжения, разрушающие данное соединение.

Наиболее близким аналогом является воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя (патент RU 131419, МПК F02C 7/00, опубл. 20.08.2013), который содержит корпус с установленными на нем свечой зажигания и топливной форсункой, переходник, соединенный с корпусом и снабженный отверстиями. Отверстия могут быть выполнены во фланце переходника или в его стенке. Переходник образует со стенкой корпуса кольцевую полость, в которую поступает воздух через отверстия. Переходник снабжен дефлектором, установленным в кольцевой полости. Дефлектор со стенкой запальной камеры образуют кольцевой канал, направленный вдоль оси воспламенителя, через который кольцевая полость сообщается с запальной камерой.

Недостатком описанной конструкции является то, что сопло в месте соединения с корпусом камеры сгорания имеет неразъемное соединение, выполненное методом вальцевания, прочность которого обеспечивается контактным давлением. Что приводит к сложностям доводки при неполучении огневых параметров (только заменой детали сборочной единицы). Также данное сферическое соединение при работе двигателя под воздействием тепловых расширений будет подвержено выработке в местах контакта вследствие вынужденных перемещений ДСЕ жаровой трубы относительно корпуса камеры сгорания и прокручивания сопла вокруг своей оси, что значительно снижает надежность работы устройства и ГТД в целом.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение надежности устройства при его эксплуатации за счет компенсации температурных расширений при работе газотурбинного двигателя, а также повышение ремонтопригодности факельного воспламенителя за счет разъемного соединения камеры воспламенения с соплом и корпуса воспламенителя.

Технический результат достигается за счет того, что в пусковом факельном воспламенителе камеры сгорания, содержащем корпус, свечу зажигания, топливную форсунку, камеру воспламенения, кольцевую полость, связывающую кольцевой канал камеры сгорания двигателя через отверстия для подвода воздуха в кольцевую полость с камерой воспламенения с соплом, корпус воспламенителя состоит из основного корпуса и крышки, в которой установлены свеча зажигания, через съемную втулку, и топливная форсунка с топливным патрубком, которые выполнены как единый элемент, причем топливная форсунка имеет отверстия, выполненные на уровне верхней части камеры воспламенения, и отверстия, выполненные на уровне нижней части камеры воспламенения, а кольцевая полость образована внутренней стенкой крышки и внешней стенкой камеры воспламенения, связана с полостью камеры воспламенения при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в верхней части корпуса камеры воспламенения, также кольцевой канал камеры сгорания двигателя связан с камерой воспламенения через радиальные отверстия, выполненные в нижней части корпуса камеры воспламенения, при этом в верхней части камеры воспламенения установлена направляющая потока воздуха, а камера воспламенения с соплом имеет разъемное соединение с корпусом воспламенителя.

Кроме того, основной корпус и крышка выполнены путем селективного лазерного сплавления.

Кроме того, топливная форсунка с патрубком выполнены путем селективного лазерного сплавления.

Кроме того, камера воспламенения с соплом выполнены путем селективного лазерного сплавления.

Наличие тангенциальных отверстий и направляющей потока воздуха, а также наличие отверстий в форсунке, выполненных на уровне верхней части камеры воспламенения, дает возможность организовать закрученный горящий поток топливовоздушной смеси, что позволяет компенсировать температурные расширения при работе газотурбинного двигателя путем минимизации взаимодействия горящей топливовоздушной смеси со стенками жаровой трубы установки.

Изготовление элементов воспламенителя путем селективного лазерного сплавления, позволяет обеспечить максимальную взаимозаменяемость деталей, что повышает ремонтопригодность факельного воспламенителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг. 1 схематично представлен пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания МГТД;

- на фиг. 2 изображено сечение крышки пускового факельного воспламенителя;

- на фиг. 3 изображено сечение основного корпуса пускового факельного воспламенителя;

- на фиг. 4 изображен топливный патрубок с топливной форсункой пускового факельного воспламенителя;

- на фиг. 5 изображена камера воспламенения пускового факельного воспламенителя;

- на фиг. 6 изображено сечение А-А камеры воспламенения пускового факельного воспламенителя.

Пусковой факельный воспламенитель содержит основной корпус (1) и крышку (2) с установленными в ней свечой зажигания (3), через съемную втулку (4), и топливной форсункой (5) с топливным патрубком (6), причем форсунка (5) и патрубок (6) выполнены как одна деталь. Внутри корпуса (1) установлена камера воспламенения (7) с соплом (8). В камере (7) выполнены тангенциальные отверстия (9) в верхней его части и радиальные отверстия (10) в нижней его части. Также в верхней части камеры (7) установлена направляющая потока воздуха (11), позволяющая направлять поток в необходимом направлении. Корпус (1), крышка (2), топливная форсунка (5) с топливным патрубком (6) и камера воспламенения (7) с соплом (8) изготовлены путем селективного лазерного сплавления металлического порошка жаропрочного сплава, например, ХН58МБЮ (ВЖ-159).

Работает пусковой факельный воспламенитель следующим образом.

В основной корпус (1) устанавливают камеру воспламенения (7) путем сопоставления крепежных отверстий под болтовое соединение на выступающих кольцевых частях корпуса и камеры. Затем закрывают крышкой (2) с установленными в ней свечой зажигания (3), через съемную втулку (4), и топливной форсункой (5) с топливным патрубком (6). Скрепляют полученную конструкцию болтовыми соединениями.

Во время работы устройства распыленное форсункой (5) из верхних отверстий (12) топливо смешивается в камере воспламенения (7) с воздухом, поступающим через отверстия (14) в кольцевую камеру, а из нее через тангенциальные отверстия (9), причем благодаря тангенциальным отверстиям (9) и направляющей потоком воздуха (11) поток воздуха закручивается. Закрученный поток топливовоздушной смеси (ТВС) поджигается от свечи зажигания (3) и двигается дальше по оси камеры воспламенения (7). Далее топливовоздушная смесь насыщается дополнительно воздухом из отверстий (10) камеры воспламенения (7) и топливом из отверстий (13) форсунки. Образованный пусковым воспламенителем факел пламени направляется в камеру сгорания двигателя.

Поджог топлива вне жаровой трубы и закручивание потока горящей топливовоздушной смеси по оси камеры сгорания (7) позволяет минимизировать разрушения защитного слоя охлаждающего воздуха и, следовательно, прогаров жаровой трубы. Также интенсивное смешение воздуха с топливом перед поджигом обеспечивает меньшие выбросы и большую полноту сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к малоразмерным газотурбинным двигателям (МГТД) с пусковыми факельными воспламенителями в составе камеры сгорания. Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания содержит корпус, свечу зажигания, топливную форсунку, камеру воспламенения, кольцевую полость, связывающую кольцевой канал камеры сгорания двигателя через отверстия для подвода воздуха в кольцевую полость с камерой воспламенения с соплом. Корпус воспламенителя состоит из основного корпуса и крышки, в которой установлены свеча зажигания, через съемную втулку, и топливная форсунка с топливным патрубком, которые выполнены как единый элемент, причем топливная форсунка имеет отверстия, выполненные на уровне верхней части камеры воспламенения, и отверстия, выполненные на уровне нижней части камеры воспламенения. Кольцевая полость образована внутренней стенкой крышки и внешней стенкой камеры воспламенения, связана с полостью камеры воспламенения при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в верхней части корпуса камеры воспламенения, также кольцевой канал камеры сгорания двигателя связан с камерой воспламенения через радиальные отверстия, выполненные в нижней части корпуса камеры воспламенения. В верхней части камеры воспламенения установлена направляющая потока воздуха, а камера воспламенения с соплом имеет разъемное соединение с корпусом воспламенителя. Технический результат - повышение надежности устройства при его эксплуатации за счет компенсации температурных расширений при работе газотурбинного двигателя, а также повышение ремонтопригодности факельного воспламенителя за счет разъемного соединения камеры воспламенения с соплом и корпуса воспламенителя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания, содержащий корпус, свечу зажигания, топливную форсунку, камеру воспламенения, кольцевую полость, связывающую кольцевой канал камеры сгорания двигателя через отверстия для подвода воздуха в кольцевую полость с камерой воспламенения с соплом, отличающийся тем, что корпус воспламенителя состоит из основного корпуса и крышки, в которой установлены свеча зажигания, через съемную втулку, и топливная форсунка с топливным патрубком, которые выполнены как единый элемент, причем топливная форсунка имеет отверстия, выполненные на уровне верхней части камеры воспламенения, и отверстия, выполненные на уровне нижней части камеры воспламенения, а кольцевая полость образована внутренней стенкой крышки и внешней стенкой камеры воспламенения, связана с полостью камеры воспламенения при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в верхней части корпуса камеры воспламенения, также кольцевой канал камеры сгорания двигателя связан с камерой воспламенения через радиальные отверстия, выполненные в нижней части корпуса камеры воспламенения, при этом в верхней части камеры воспламенения установлена направляющая потока воздуха, а камера воспламенения с соплом имеет разъемное соединение с корпусом воспламенителя.

2. Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания по п. 1, отличающийся тем, что основной корпус и крышка выполнены путем селективного лазерного сплавления.

3. Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания по п. 1, отличающийся тем, что топливная форсунка с патрубком выполнены путем селективного лазерного сплавления.

4. Пусковой факельный воспламенитель камеры сгорания по п. 1, отличающийся тем, что камера воспламенения с соплом выполнены путем селективного лазерного сплавления.