Камера сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2024 года по МПК F23R3/28 F23R3/46 

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей служащих для привода электрогенератора или нагнетателя газоперекачивающего агрегата.

Известна камера сгорания ГТД и форсуночный модуль. Камера сгорания содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод, (см. патент № RU 2493493, МПК; F23R 3/28, опубл. 2013 г.).

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает работу камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм.

Не обеспечивает низкое содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx).

Не обеспечивает эффективное сжигание топлива на всех режимах работы двигателя.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус с радиальными стойками, внутренний корпус и лобовую стенку, соединенную с наружным и внутренним кожухами, с экраном и форсунками с внутренним смешением топлива и воздуха, камера дополнительно содержит выносной, жестко скрепленный с форсунками, топливный коллектор, установленный выше по потоку и телескопически соединенный с лобовой стенкой с возможностью перемещения его в направлении продольной оси камеры или форсунок, при этом камера выполнена разъемной, а лобовая стенка скреплена с наружным, внутренним кожухами и с экраном неподвижно. (см. патент № RU 2103611, МПК; F23R 3/46, опубл. 1998 г.).

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает низкую температуру стенки жаровой трубы,

Не обеспечивает низкой температуры кольцевой головки,

Не обеспечивает работу камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм.

Не обеспечивает равномерное разделение потока воздуха в диффузоре.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний и внутренний корпуса, лобовую стенку с отверстиями подвода воздуха и топлива, соединенную с внешним и внутренним кожухами и рядами топливных форсунок с втулками смещения топлива и воздуха, камера дополнительно содержит уплотнительные элементы с кольцевыми проточными каналами, параллельными поверхности лобовой стенки, обращенной к зоне горения, и выполненные с возможностью взаимного перемещения в осевом направлении относительно втулок, а лобовая стенка состоит из двух частей, соединенных между собой через уплотнительные элементы и втулки, при этом втулки жестко скреплены с частью стенки, расположенной выше по потоку, и телескопически соединены с частью стенки, обращенной к зоне горения, (см. патент № RU 2107230, МПК; F23R 3/46, опубл. 1995 г.).

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает повышенного ресурса камеры сгорания,

Не обеспечивает сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха смеси 1,8-2,

Не обеспечивает устойчивости горения на всех режимах работы двигателя.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на изобретение RU 2612231 С1 сущность заключается в том, что Камера сгорания ГТД, содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный перед плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой с топливными каналами форсуночных модулей, содержащими струйный топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой, (см. патент № RU 2612231, МПК; F02С 7/22, F23R 3/14 опубл. 2017 г.)

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает работу камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм.

Не обеспечивает низкое содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx).

Не обеспечивает низкой температуры плиты.

Не обеспечивает равномерное разделение потока воздуха в диффузоре

Не обеспечивает повышенного ресурса камеры сгорания

Не обеспечивает сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха смеси 1,8-2.

Не обеспечивает устойчивости горения на всех режимах работы двигателя

Не обеспечивает низкую температуру кожухов жаровой трубы

Не обеспечивает технологичность изготовления

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечить работу камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм.

Обеспечить низкое содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx).

Обеспечить низкую температуру плиты.

Обеспечить равномерное разделение потока воздуха в диффузоре

Обеспечить повышенный ресурс камеры сгорания

Обеспечить сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха смеси 1,8-2.

Обеспечить устойчивое горения на всех режимах работы двигателя

Обеспечить низкую температуру кожухов жаровой трубы

Обеспечить технологичность изготовления

Поставленная задача решается тем, что камера сгорания ГТД, содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный перед плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой с топливными каналами форсуночных модулей, содержащими струйный топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой.

Предложенная камера сгорания газотурбинного двигателя характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: что коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой разделенного горизонтальной перегородкой со втулкой в которую установлена трубка, на наружной стенке коллектора размещен штуцер подвода топлива во фланце которого устанавливается шток, при этом трубка проходит соосно внутреннему каналу штока, к конусной части штока установлен тройник с двумя штуцерами, каждый из которых соединен при помощи трубопроводов со штуцерами наружного двуполостного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи кронштейнов, внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения размещается гильза в которой находится цилиндрическая часть штока на которую надета сфера расположенная между двумя полусферами, которые прижаты пакетом тарельчатых пружин при помощи резьбовой втулки установленной в гильзе, плита кольцевой формы с перефирийными козырьками обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей, кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения, диффузор выполнен отрывным, топливный коллектор размещен внутри диффузора в его центре.

Таким образом, поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения работы камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм внешний корпус выполнен точеным с увеличенной толщиной.

Для обеспечения низкого содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx), коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой разделенного горизонтальной перегородкой со втулкой в которую установлена трубка, на наружной стенке коллектора размещен штуцер подвода топлива во фланце которого устанавливается шток, при этом трубка проходит соосно внутреннему каналу штока, к конусной части штока установлен тройник с двумя штуцерами, каждый из которых соединен при помощи трубопроводов со штуцерами наружного двуполостного коллектора, что позволяет осуществлять необходимое регулирование подачи топлива в нужную полость.

Для обеспечения низкой температуры плиты, она выполнена кольцевой формы с периферийными козырьками.

Для обеспечения равномерного разделения потока воздуха в диффузоре топливный коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой, диффузор выполнен отрывным, топливный коллектор размещен внутри диффузора в его центре.

Для обеспечения повышенного ресурса камеры сгорания внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения размещается гильза в которой находится цилиндрическая часть штока на которую надета сфера расположенная между двумя полусферами, которые прижаты пакетом тарельчатых пружин при помощи резьбовой втулки установленной в гильзе.

Для обеспечения сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха смеси 1,8-2, плита выполнена кольцевой формы и обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения, тем самым большая часть воздуха идет через форсуночные модули формируя необходимый коэффициент избытка воздуха.

Для обеспечения устойчивого горения на всех режимах работы двигателя плита выполнена кольцевой формы и, включает три типа форсуночных модулей.

Для обеспечения низкой температуры кожухов жаровой трубы плита выполнена кольцевой формы и обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей при этом в нижнем ряду форсуночные модули имеют меньшую пропускную и пробивную способность, что не дает возможности пламени воздействовать на внутреннюю стенку, а так же кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения.

Для обеспечения технологичности изготовления кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, двуполостной коллектор закреплен к фланцу внешнего корпуса при помощи кронштейнов, внешний корпус точеный увеличенной толщины.

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:

Фиг. 1 - вид камеры сгорания газотурбинного двигателя,

Фиг. 2 - вид на плиту с форсуночными модулями.

Камера сгорания ГТД, содержит внешний корпус 1, жаровую трубу 2 и плиту 3 кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями 4 и топливный коллектор 5, соединенный с плитой 3 и установленный перед плитой 3, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом 6, а с другой топливными каналами 7 с форсуночными модулями 4, содержащие струйный топливный распылитель 8 и каналы подвода воздуха с закруткой 9, топливный коллектор 5 выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой 10 разделенного горизонтальной перегородкой 11 со втулкой 12 в которую установлена трубка 13, на наружной стенке коллектора размещен штуцер 14 подвода топлива во фланце которого устанавливается шток 15, при этом трубка 13 проходит соосно внутреннему каналу штока 15, к конусной части штока 15 установлен тройник 16 с двумя штуцерами 17, каждый из которых соединен при помощи трубопроводов 6 со штуцерами 18 наружного двуполостного коллектора 19, закрепленного к фланцу 20 внешнего корпуса 1 при помощи кронштейнов 21, внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения 22 размещается гильза 23 в которой находится цилиндрическая часть штока 15 на которую надета сфера 24, расположенная между двумя полусферами 25, которые прижаты пакетом тарельчатых пружин 26 при помощи резьбовой втулки 27 установленной в гильзе 23, плита 3 кольцевой формы с периферийными козырьками 28 обеспечивает размещение форсуночных модулей 4 в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей 4, кожуха 29 жаровой трубы 2 точеные, состоящие из секций 30, каждая из которых содержит кольцевой паз 31 с отверстиями 32 для охлаждения, диффузор 33 выполнен отрывным, топливный коллектор 5 размещен внутри диффузора 33 в его центре.

Воздух, идущий из компрессора (Фиг. 1) попадает в диффузор 33 соприкасаясь с обтекаемой боковой стенкой 10 топливного коллектора 5 разделяется на два потока один из которых проходит к плите 3 жаровой трубы 2 и попадет в топливные форсуночные модули 4 через каналы подвода воздуха с закруткой 9. Другая часть потока обтекает кожуха 29 жаровой трубы 2, проникая в кольцевой паз 31 через отверстия 32 тем самым обеспечивая процесс охлаждения стенок.

Топливо (Фиг. 1) из наружного двуполостного коллектора 19 при помощи трубопроводов 6 подается к тройнику 16, в котором имеется два канала. По одному топливо поступает в трубку 13, а по другому в полость между трубкой 13 и штоком 15 далее попадая в полости над и под разделенной горизонтальной перегородкой 11 топливного коллектора 5. Затем по внутренним каналам плиты 3 распределяется по форсуночным модулям 4 и распылителям 8 (Фиг. 2). При этом топливо регулирующая система двигателя позволяет перераспределять расход топлива между полостями двуполостного коллектора 19, что позволяет регулировать уровень концентрации вредных загрязняющих веществ на всех режимах работы двигателя.

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

Обеспечение работы камеры сгорания при высоких давлениях воздуха выше 20 атм достигается за счет внешний корпус выполнен точеным с увеличенной толщиной.

Обеспечение низкого содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx), достигается за счет того, что коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой разделенного горизонтальной перегородкой со втулкой в которую установлена трубка, на наружной стенке коллектора размещен штуцер подвода топлива во фланце которого устанавливается шток, при этом трубка проходит соосно внутреннему каналу штока, к конусной части штока установлен тройник с двумя штуцерами, каждый из которых соединен при помощи трубопроводов со штуцерами наружного двуполостного коллектора, что позволяет осуществлять необходимое регулирование подачи топлива в нужную полость.

Обеспечение низкой температуры плиты, достигается тем, что она выполнена кольцевой формы с периферийными козырьками.

Обеспечение равномерного разделения потока воздуха в диффузоре топливный коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой, диффузор выполнен отрывным, топливный коллектор размещен внутри диффузора в его центре.

Обеспечение повышенного ресурса камеры сгорания достигается тем, что внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения размещается гильза в которой находится цилиндрическая часть штока на которую надета сфера расположенная между двумя полусферами, которые прижаты пакетом тарельчатых пружин при помощи резьбовой втулки установленной в гильзе.

Обеспечение сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха смеси 1,8-2, достигается тем, что плита выполнена кольцевой формы и обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения, тем самым большая часть воздуха идет через форсуночные модули формируя необходимый коэффициент избытка воздуха.

Обеспечение устойчивого горения на всех режимах работы двигателя достигается тем, что плита выполнена кольцевой формы и, включает три типа форсуночных модулей.

Обеспечение низкой температуры кожухов жаровой трубы достигается тем, что плита выполнена кольцевой формы и обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей при этом в нижнем ряду форсуночные модули имеют меньшую пропускную и пробивную способность, что не дает возможности пламени воздействовать на внутреннюю стенку, а так же кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения.

Обеспечение технологичности изготовления достигается тем, что кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, двуполостной коллектор закреплен к фланцу внешнего корпуса при помощи кронштейнов, внешний корпус точеный увеличенной толщины.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, т. е. заявленное техническое решение обеспечивает за счет внесения конструктивных изменений в конструкцию камеры сгорания их более эффективное использование в качестве привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата или электрогенератора, а именно: экологически безопасно, технологичное и надежное т. к. обеспечивает снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания, повышает надежность камеры сгорания, а значит и ресурс двигателя, в который она устанавливается, снижает себестоимость изготовления.

Заявленное техническое решение соответствует критерию промышленной применимости, может быть выполнено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий. Опытный образец изготовлен и испытан на стендовом оборудовании АО «Казанское моторостроительное производственное оборудование».

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей. Камера сгорания ГТД содержит внешний корпус (1), жаровую трубу (2) и плиту (3) кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями (4) и топливный коллектор (5), соединенный с плитой (3) и установленный перед плитой (3), полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом (6), а с другой с топливными каналами (7) форсуночных модулей (4), содержащие струйный топливный распылитель (8) и каналы подвода воздуха с закруткой (9). При этом коллектор (5) выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой (10) разделенного горизонтальной перегородкой (11) со втулкой (12) в которую установлена трубка (13). На наружной стенке коллектора размещен штуцер (14) подвода топлива во фланце которого устанавливается шток (15), при этом трубка (13) проходит соосно внутреннему каналу штока (15). К конусной части штока (15) установлен тройник (16) с двумя штуцерами (17), каждый из которых соединен при помощи трубопроводов (6) со штуцерами (18) наружного двуполостного коллектора (19), закрепленного к фланцу (20) внешнего корпуса при помощи кронштейнов (21). Внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения (22) размещается гильза (23). В ней находится цилиндрическая часть штока (15) на которую надета сфера, расположенная между двумя полусферами (25). Полусферы (25) прижаты пакетом тарельчатых пружин (26) при помощи резьбовой втулки (27) установленной в гильзе (23). Плита (3) кольцевой формы с периферийными козырьками (28) обеспечивает размещение форсуночных модулей (4) в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей (4), кожуха (29) жаровой трубы (2) точеные, состоящие из секций (30), каждая содержит кольцевой паз (31) с отверстиями (32) для охлаждения. Диффузор (33) выполнен отрывным, топливный коллектор (5) размещен внутри диффузора (33) в его центре. 2 ил.

Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный перед плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой с топливными каналами форсуночных модулей, содержащими струйный топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой, отличается тем, что коллектор выполнен в виде полого кольца с обтекаемой боковой стенкой разделенного горизонтальной перегородкой со втулкой в которую установлена трубка, на наружной стенке коллектора размещен штуцер подвода топлива во фланце которого устанавливается шток, при этом трубка проходит соосно внутреннему каналу штока, к конусной части штока установлен тройник с двумя штуцерами, каждый из которых соединен при помощи трубопроводов со штуцерами наружного двуполостного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи кронштейнов, внешний корпус точеный увеличенной толщины, на котором при помощи болтового соединения размещается гильза, в которой находится цилиндрическая часть штока на которую надета сфера, расположенная между двумя полусферами, которые прижаты пакетом тарельчатых пружин при помощи резьбовой втулки, установленной в гильзе, плита кольцевой формы с периферийными козырьками обеспечивает размещение форсуночных модулей в два ряда в шахматном порядке, включает три типа форсуночных модулей, кожуха жаровой трубы точеные состоящие из секций, каждая из которых содержит кольцевой паз с отверстиями для охлаждения, диффузор выполнен отрывным, топливный коллектор размещен внутри диффузора в его центре.