ИСПАРИТЕЛЬ-СМЕСИТЕЛЬ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ Российский патент 2024 года по МПК B01F23/20 B01F27/65 B01F27/72 B01F101/59 

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а именно к системе автоматического управления (САУ) подачей топлива в основную и форсажную камеры сгорания.

Наиболее близким по технической сущности заявляемого изобретения является испаритель-смеситель, который содержит напорную и смесительную камеру, причем за напорной камерой последовательно расположены смесительная и затем испарительная камеры, в смесительной камере расположен узел для подвода жидкого компонента, а в испарительной камере установлены испарительные элементы с развитой поверхностью и малым гидравлическим сопротивлением [см., например, патент RU 2158626 МПК B01F 3/00, B01F 5/00, B01F 5/04, опубл. 10.11.2000 г.].

Недостатком такого устройства является низкая степень однородности газа, обусловленная сложностью конструкции и неэффективностью элементов испарения.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности смешения газов, повышение производительности смесителя на всех режимах работы ГТД, повышение степени однородности, а также упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном испарителе - смесителе, состоящем из корпуса, в котором последовательно расположены напорная, смесительная и испарительная камеры, а также узел подвода жидкого компонента и испарительные элементы, установленные в испарительной камере, отличающийся тем, что корпус испарителя выполнен двухслойным, слои которого между собой образуют воздушное пространство, напорная камера выполнена в виде конфузора, на входе в которую установлен узел подвода жидкого компонента, состоящий из N форсунок, смесительная камера выполнена в виде диффузора, на выходе из которой установлен лопаточный завихритель, а в стенке установлен узел подвода газового компонента с направлением на узел подвода жидкого компонента, испарительные элементы выполнены в виде шнека, диаметр винтовой поверхности которого по всей длине постоянный.

Сущность изобретения заключается в том, что корпус испарителя выполнен двухслойным, слои которого между собой образуют воздушное пространство, напорная камера выполнена в виде конфузора, на входе в которую установлен узел подвода жидкого компонента, состоящий из N форсунок, смесительная камера выполнена в виде диффузора, на выходе из которой установлен лопаточный завихритель, а в стенке установлена форсунка ввода газового компонента с направлением на узел подвода жидкого компонента, испарительные элементы выполнены в виде шнека, диаметр винтовой поверхности которого по всей длине постоянный.

За счет применения двухслойного корпуса в воздушную полость подводится горячий газ, отобранный из-за турбины двигателя, в результате чего прогревается внутренний слой корпуса, что обеспечивает равномерный и постоянный подогрев испаряемых компонентов. Для лучшего распыла жидкого топлива узел ввода жидкого компонента выполнен с N - количеством установленных центробежных форсунок тонкого распыла, что способствует образованию мелкодисперсной жидкой фазы и улучшению испарения. Напорная камера выполнена в виде диффузора с целью увеличения скорости движения жидкого компонента топлива [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. «Теория авиационных двигателей» ч. 1, М.: изд. Машиностроение, 1978 г., 336 с, с. 22-25.]. Камера смешения выполнена в виде диффузора с целью уменьшения скорости движения жидкого компонента и улучшения взаимодействия молекул газа с жидким компонентом [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. «Теория авиационных двигателей» ч. 1, М.: изд. Машиностроение, 1978 г., 336 с, с. 75-77.]. С целью взаимодействий молекул жидкого компонента топлива и газа, в корпусе испарительной камеры навстречу движения потока жидкого топлива, установлена форсунка ввода газового компонента. Улучшение смесеобразования достигается установкой на выходе из камеры смешения лопаточного завихрителя для направления потока на шнек с целью повышения эффективности смесеобразования за счет контакта молекул жидкого испаренного топлива с газом. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

На фигуре представлено продольное сечение испарителя-смесителя, где обозначено: 1 - корпус испарителя-смесителя, 2 - узел подвода жидкого компонента, 3- напорная камера, 4- камера смешения, 5 - узел подвода газового компонента, 6 - лопаточный завихритель, 7 - шнек. Корпус испарителя-смесителя выполнен двухслойным, слои которого образуют воздушное пространство между собой. Напорная камера выполнена в виде конфузора, с установленным на входе узлом ввода жидкого компонента, представляющего собой топливный коллектор трубчатого типа, с установленным на нем N - количеством центробежных форсунок. Смесительная камера выполнена в виде диффузора с установленным на входе узлом подвода газового компонента, представляющего собой центробежную форсунку, направленную навстречу движения жидкого компонента. На выходе из камеры смешения установлен лопаточный завихритель, выполненный в виде N - количества расположенных под углом а лопаток, за которым установлен стационарно расположенный шнек, выполненный в виде винтовой поверхности, диаметр которой постоянный.

Устройство работает следующим образом:

Газ, отобранный из-за турбины подводится в воздушную поверхность 1 и нагревает стенки корпуса испарителя-смесителя, через узел подвода жидкого компонента 2 с N - числом центробежных форсунок тонкого распыла вводится жидкий компонент в напорную камеру 3, происходит очень тонкое распыление жидкой фазы за счет давления, создаваемого питающим насосом и конструктивных особенностей форсунок, при движении в камеру смешения 4, жидкий компонент начинает испаряться, затем попадает в испарительную камеру, выполненную в виде диффузора. За счет истечения жидкого компонента из форсунки и разгона его в напорной камере, выполненной в виде конфузора, в испарительной камере создается разряжение, которое способствует поступлению газа в испарительную камеру. Через установленный навстречу потоку испаренного жидкого компонента в испарительной камере узел подвода газового компонента 5, вводится газовый компонент. Газ контактирует с пылевым облаком распыленной жидкой фазы, захватывает частицы жидкости и транспортирует их вдоль испарительной камеры 4, создавая мелкодисперсную смесь. За счет тепла стенок происходит дополнительное испарение тонко распыленной жидкой фазы и выравнивание температур компонентов, пары которой смешиваются с газовым потоком во времени по длине испарительной камеры. Образовавшаяся жидкостно-газовая смесь направляется посредством лопаточного завихрителя на стационарно расположенный шнек с постоянным дисметром винтовой поверхности для дальнейшего контактирования и лучшего смешения.

Таким образом, испаритель-смеситель является аппаратом, составляющим элемент трубопровода топливной системы двигателя. Особенностью аппарата является то, что предварительное смешение газа и пара осуществляется в испарительной камере, а газовая фаза с помощью узла подвода, установленной непосредственно в корпусе вводится в тонко дисперсное состояние потока жидкой фазы, образуя мелкодисперсную смесь, испаряется за счет нагретой стенки корпуса, этому способствует горячий газ, отобранный из-за турбины газотурбинного двигателя, который проходит по воздушному пространству корпуса испарителя-смесителя. С целью улучшения смесеобразования камера смешения имеет лопаточный завихритель, предназначенный для направления под определенным углом потока на стационарно установленный шнек с постоянным диаметром винтовой поверхности.

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а именно к системе автоматического управления (САУ) подачей топлива в основную и форсажную камеры сгорания. Корпус испарителя выполнен двухслойным, слои между собой образуют воздушное пространство, напорная камера выполнена в виде конфузора, на входе которого установлен узел подвода жидкого компонента, состоящий из N форсунок, смесительная камера выполнена в виде диффузора, на входе которой установлен лопаточный завихритель, а в стенке установлена форсунка ввода газового компонента с направлением на узел подвода жидкого компонента, испарительные элементы выполнены в виде шнека, диаметр винтовой поверхности которого по всей длине постоянный. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности смешения газов, повышение производительности смесителя на всех режимах работы ГТД, повышение степени однородности, а также упрощение конструкции. 1 ил.

Испаритель-смеситель, состоящий из корпуса, в котором последовательно расположены напорная, смесительная и испарительная камеры, а также узел подвода жидкого компонента и испарительные элементы, установленные в испарительной камере, отличающийся тем, что корпус испарителя выполнен двухслойным, слои которого между собой образуют воздушное пространство, напорная камера выполнена в виде конфузора, на входе в которую установлен узел подвода жидкого компонента, состоящий из N форсунок, смесительная камера выполнена в виде диффузора, на выходе из которой установлен лопаточный завихритель, а в стенке установлен узел подвода газового компонента с направлением на узел подвода жидкого компонента, элементы смешения выполнены в виде шнека, диаметр винтовой поверхности которого по всей длине постоянный.