Топливовоздушная горелка камеры сгорания Российский патент 2024 года по МПК F23R3/14 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и обеспечивает снижение токсичности продуктов сгорания с одновременным повышением надежности работы и увеличением полноты сгорания топлива.

Известно фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №173301), содержащее корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток с выходными кромками.

Недостатком данного фронтового устройства является отсутствие его охлаждения.

Известна топливовоздушная горелка (Патент РФ №2157954), содержащая двухъярусный завихритель с установленными на них наружным и внутренним насадками с отверстиями в последней, топливную форсунку, установленную на оси.

Недостатком такого устройства является ненадежная работа, связанная с самовоспламенением смеси до ее поступления в зону горения КС (из-за большого времени пребывания и наличия мест с малыми скоростями потока), что приводит к перегреву и оплавлению элементов топливовоздушной горелки.

Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания (Патент РФ №2134839), содержащая топливную форсунку и двухъярусный осерадиальный завихритель с внутренним ярусом, состоящим из осевого лопаточного завихрителя с открытым входным и выходным торцом и радиального завихрителя. При этом между тыльной стороной корпуса форсунки и входным торцом расположен стабилизатор потока воздуха, закрепленный на головке форсунки. Внешний контур стабилизатора превышает поперечное сечение осевого завихрителя и образует щелевой канал с его входным торцом. Данная топливовоздушная горелка размещается во фронтовом устройстве, представляющем собой лобовую стенку камеры сгорания.

Недостатком данного устройства являются повышенные потери полного давления, вызванные втеканием воздуха через щель, образованную стабилизатором и входным торцом завихрителя с последующим разворотом потока.

Так же недостатком является отсутствие элементов, обеспечивающих его охлаждение.

Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №2199700), содержащая двухъярусный завихритель, во внутреннем ярусе которого установлен лопаточный завихритель с выходным торцом, на котором расположена перегородка, перекрывающая часть входного торца, выполненная, например, в виде кольца. Топливовоздушная горелка размещается в передней части жаровой трубы, представляющей собой фронтовое устройство.

Недостатком данной топливовоздушной горелки являются недостаточное смешение топлива с воздухом из-за того, что топливо подается за осевым завихрителем, и процесс смешения топлива с воздухом начинается на выходе из двухъярусного завихрителя и продолжается в рециркуляционной зоне жаровой трубы.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, известна (Патент РФ №2749434), топливовоздушная горелка камеры сгорания содержащая топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а так же завихритель, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу и содержащий экран, и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки.

Недостатком данной топливовоздушной горелки камеры сгорания является:

Неэффективное охлаждение ее элементов.

Не технологичность конструкции.

Не обеспечение равномерности поля скоростей на входе в завихритель.

Недостаточное качество смешения топлива с воздухом.

Низкая полнота сгорания топлива.

Указанные выше недостатки в совокупности не позволяют реализовать цели, поставленные в заявленном решении, т.е.:

Не обеспечивается эффективное охлаждение элементов горелки.

Не обеспечивается технологичность конструкции.

Не обеспечивается равномерность поля скоростей на входе в завихритель.

Не обеспечивается качество смешения топлива с воздухом.

Не обеспечивается высокая полнота сгорания топлива.

Технической задачей предлагаемой топливовоздушной горелки является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечение эффективного охлаждения элементов горелки.

Обеспечение технологичности конструкции.

Обеспечение равномерности поля скоростей на входе в завихритель.

Обеспечение качества смешения топлива с воздухом.

Обеспечение высокой полноты сгорания топлива.

Сущностью заявленного технического решения является то, что топливовоздушная горелка камеры сгорания содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а так же завихритель, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу, и содержащий экран, и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки. Предложенная топливовоздушная горелка камеры сгорания характеризуется некоторыми конструктивными особенностями:

В корпусе форсунки установлена гайка, имеющая шестигранник и сферическую часть, резьбовая гайка с завихрителем представляет единую деталь, на корпусе резьбовой гайки имеются тангенциальные пазы, установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал, а экран содержит два отражателя расположенные друг за другом, внутренний отражатель содержит один ряд отверстий у основания, наружный отражатель имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий, угол тангинциальных пазов противоположен углу установки лопаток завихрителя, на выходе из завихрителя расположено сопло, имеющее сужающуюся часть, переходящую в цилиндр с последующим расширением, угол расширения соответствует углу расширяющегося канала в установочном корпусе.

Таким образом, поставленная задача для топливовоздушной горелки в целом достигается тем, что:

Для обеспечения эффективного охлаждения элементов горелки установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал и два отражателя, расположенные друг за другом, внутренний отражатель содержит один ряд отверстий у основания, наружный отражатель имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий.

Для обеспечения технологичности конструкции резьбовая гайка с завихрителем представляет единую деталь, в корпусе форсунки установлена гайка, имеющая шестигранник.

Для обеспечения равномерности поля скоростей на входе в завихритель в корпусе форсунки установлена гайка, имеющая сферическую часть.

Для обеспечения качества смешения топлива с воздухом угол тангинциальных пазов противоположен углу установки лопаток завихрителя.

Для обеспечения высокой полноты сгорания топлива установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал, на выходе из завихрителя расположено сопло, имеющее сужающуюся часть, переходящую в цилиндр с последующим расширением, угол расширения соответствует углу расширяющегося канала в установочном корпусе.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом:

Фиг. 1 - общий вид, продольный разрез.

Заявленная топливовоздушная горелка камеры сгорания характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно топливовоздушная горелка камеры сгорания (фиг. 1) содержит топливную форсунку 1 в виде корпуса 2 с отверстиями 3 подачи и распыла топлива, а так же завихритель 4, размещенный в установочном корпусе 5, имеющем резьбу 6, и содержащий экран 7, и находящийся в отверстии 8 фронтового устройства 9, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки 10.

Заявленная топливовоздушная горелка камеры сгорания, характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно в корпусе 2 форсунки 1 установлена гайка 11, имеющая шестигранник 12 и сферическую часть 13, резьбовая гайка 10 с завихрителем 4 представляет единую деталь, на корпусе резьбовой гайки 10 имеются тангенциальные пазы 14, установочный корпус 5 имеет внутренний расширяющийся канал 15, а экран 7 содержит два отражателя 16, 17, расположенные друг за другом, внутренний отражатель 16 содержит один ряд отверстий 18 у основания, наружный отражатель 17 имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий 19, угол тангенциальных пазов 14 противоположен углу установки лопаток 20 завихрителя 4, на выходе из завихрителя 4 расположено сопло 21, имеющее сужающуюся часть 22, переходящую в цилиндр 23 с последующим расширением 24, угол расширения 24 соответствует углу расширяющегося канала 15 в установочном корпусе 5.

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

Обеспечено эффективное охлаждение элементов горелки тем, что установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал и два отражателя, расположенные друг за другом, внутренний отражатель содержит один ряд отверстий у основания, наружный отражатель имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий.

Обеспечена технологичность конструкции тем, что резьбовая гайка с завихрителем представляет единую деталь, в корпусе форсунки установлена гайка, имеющая шестигранник.

Обеспечена равномерность поля скоростей тем, что на входе в завихритель в корпусе форсунки установлена гайка, имеющая сферическую часть.

Обеспечено качество смешения топлива с воздухом, тем что угол тангинциальных пазов противоположен углу установки лопаток завихрителя.

Обеспечена высокая полнота сгорания топлива тем, что установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал, на выходе из завихрителя расположено сопло, имеющее сужающуюся часть, переходящую в цилиндр с последующим расширением, угол расширения соответствует углу расширяющегося канала в установочном корпусе.

Поток воздуха (фиг. 1), плавно обтекая корпус 2 форсунки 1, сферическую часть 13 гайки 11, поступает к лопаткам 20 завихрителя 4, где смешивается с газом, выходящим из отверстий 3 форсунки 1. Затем топливновоздушная смесь проходит на выход из завихрителя 4, где расположено сопло 21, имеющее сужающуюся часть 22, переходящую в цилиндр 23 с последующим расширением 24, откуда она выходит со сниженной скоростью.

Другая часть воздуха попадает на корпус резьбовой гайки 10 и через тангенциальные пазы 14 проходит во внутренний расширяющийся канал 15 установочного корпуса 5, после чего закручивается и подается в зону горения, подмешиваясь к топливновоздушной смеси.

Третья часть воздуха попадает на экран 7, который содержит два отражателя 16, 17, расположенные друг за другом. Воздух, попавший на внутренний отражатель 16, проходит через один ряд отверстий 18 у основания и охлаждает стенки фронтового устройства, оставшийся воздух попадает в наружный отражатель 17, проходя через три равнорасположенных по высоте ряда отверстий 19, формируя защитную пленку, защищающую от воздействия высоких температур.

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей. Топливовоздушная горелка камеры сгорания содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а также завихритель, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу, и содержащий экран, и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки. В корпусе форсунки установлена гайка, имеющая шестигранник и сферическую часть. Резьбовая гайка с завихрителем представляет единую деталь, на корпусе которой имеются тангенциальные пазы. Установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал, а экран содержит два отражателя, расположенные друг за другом. Внутренний отражатель содержит один ряд отверстий у основания, наружный отражатель имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий. Угол тангенциальных пазов противоположен углу установки лопаток завихрителя. На выходе из завихрителя расположено сопло, имеющее сужающуюся часть, переходящую в цилиндр с последующим расширением. Угол расширения соответствует углу расширяющегося канала в установочном корпусе. Изобретение обеспечивает снижение токсичности продуктов сгорания с одновременным повышением надежности работы и полноты сгорания топлива. 1 ил.

Топливовоздушная горелка камеры сгорания, содержащая топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, а так же завихритель, размещенный в установочном корпусе, имеющем резьбу, и содержащий экран, и находящийся в отверстии фронтового устройства, закрепленный в нем при помощи резьбовой гайки, отличающаяся тем что, в корпусе форсунки установлена гайка, имеющая шестигранник и сферическую часть, резьбовая гайка с завихрителем представляет единую деталь, на корпусе резьбовой гайки имеются тангенциальные пазы, установочный корпус имеет внутренний расширяющийся канал, а экран содержит два отражателя, расположенные друг за другом, внутренний отражатель содержит один ряд отверстий у основания, наружный отражатель имеет три равнорасположенных по высоте ряда отверстий, угол тангенциальных пазов противоположен углу установки лопаток завихрителя, на выходе из завихрителя расположено сопло, имеющее сужающуюся часть, переходящую в цилиндр с последующим расширением, угол расширения соответствует углу расширяющегося канала в установочном корпусе.