Камера сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2025 года по МПК F23R3/20 

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

По патенту на изобретение RU 2493493 C1, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г., известна камера сгорания ГТД и форсуночный модуль прототип.

Камера сгорания содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод.

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает устойчивую работу камеры сгорания при дефорсированных условиях на входе.

Не обеспечивает равномерное распределение топлива по форсуночным модулям.

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

По патенту на изобретение RU 2103611 C1, МПК F23R 3/46 (1995.01), опубл. 27.01.1998 г., 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.

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает равномерное разделение потока воздуха в диффузоре.

Не обеспечивает равномерное распределение топлива по форсуночным модулям

По патенту на изобретение RU 2107230 C1, МПК F23R 3/46 (1995.01), опубл. 20.03.1998 г., 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.

Недостатками известной камеры сгорания являются:

Не обеспечивает низкую температуру кожухов жаровой трубы.

Не обеспечивает оптимального радиального распределения температур на выходе из камеры сгорания.

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 C1, опубл. 17.12.2015 г., 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.

Известное техническое решение, так же, как и предыдущие аналоги:

Не обеспечивает работу камеры сгорания при дефорсированных параметрах потока на входе. Деформирование это процедура уменьшения мощности двигателя, при котором камера сгорания работает на нерасчетных режимах и может не обеспечить эффективное сжигание топлива, что требует оптимизации конструкции.

Не обеспечивает равномерное распределение топлива по форсуночным модулям

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

Не обеспечивает равномерное разделение потока воздуха в диффузоре.

Не обеспечивает оптимального радиального распределения температур на выходе из камеры сгорания.

Не обеспечивает низкую температуру кожухов жаровой трубы.

Не обеспечивает надежную работу камеры сгорания.

Не обеспечивает подготовку топливно-воздушной смеси.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечить работу камеры сгорания при дефорсированных параметрах потока на входе.

Обеспечить равномерное распределение топлива по форсуночным модулям.

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

Обеспечить равномерное разделение потока воздуха в диффузоре.

Обеспечить оптимального радиального распределения температур на выходе из камеры сгорания.

Обеспечить низкую температуру кожухов жаровой трубы.

Обеспечение надежной работы камеры сгорания.

Обеспечение подготовки топливно-воздушной смеси.

Сущностью заявленного технического решения является 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 топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой.

Предложенная камера сгорания газотурбинного двигателя характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой, на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи подвижных тяг и хомутов, диффузор выполнен со стабилизирующим нишевым каналом, входная кромка коллектора размещена на расстоянии 0,5 высоты канала на выходе из диффузора по его центру, топливный распылитель имеет отверстия, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля, первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда, на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения работы камеры сгорания при дефорсированных параметрах потока на входе коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой.

Для обеспечения равномерного распределения топлива по форсуночным модулям на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора.

Для обеспечения низкого содержания вредных загрязняющих веществ (СО, NOx) первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда.

Для обеспечения равномерного разделения потока воздуха в диффузоре он выполнен со стабилизирующим нишевым каналом, входная кромка коллектора размещена на расстоянии 0,5 высоты канала на выходе из диффузора по его центру, коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой.

Для обеспечения оптимального радиального распределения температур на выходе из камеры сгорания на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.

Для обеспечения низкой температуры кожухов жаровой трубы первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда, на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.

Для обеспечения надежной работы камеры сгорания на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи подвижных тяг и хомутов.

Для обеспечения подготовки топливно-воздушной смеси топливный распылитель имеет отверстия, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля.

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».

На фиг. 1 представлен продольный разрез камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Камера сгорания газотурбинного двигателя 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, содержащими топливный распылитель 8 и каналы подвода воздуха с закруткой 9.

Топливный коллектор 5 выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой 10, на наружной стенке топливного коллектора 5 размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива 11, в которые установлены переходники 12, соединяемые при помощи топливопроводов 6 со штуцерами 13 наружного коллектора 14, закрепленного к фланцу 15 внешнего корпуса 1 при помощи подвижных тяг 16 и хомутов 17, диффузор 18 выполнен со стабилизирующим нишевым каналом 19, входная кромка 10 топливного коллектора 5 размещена на расстоянии 0,5 высоты канала Н на выходе из диффузора 18 по его центру, топливный распылитель 8 имеет отверстия 20, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля 4, первый ряд отверстий 21 на кожухе 22 жаровой трубы 2 размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля 4, второй ряд отверстий 23 размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда 21 являлась началом грани отверстий второго ряда 23, на кожухе 22, 24 жаровой трубы 2 в шахматном порядке установлены втулки 25, имеющие скос, направленный в сторону плиты 3.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости на стандартном оборудовании в АО «КМПО» с применением современных материалов и технологий.

Воздух, идущий из компрессора (Фиг. 1.), попадает в диффузор 18 и проходит стабилизирующий нишевой канал 19 и, попадая на обтекаемую входную кромку 10 топливного коллектора 5, плавно разделяется на два потока, один из которых проходит к плите 3 жаровой трубы 2 и попадет в форсуночные модули 4 через каналы подвода воздуха с закруткой 9.

Другая часть потока попадает в первый ряд отверстий 21 на кожухе 22 жаровой трубы 2, который размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля 4. Воздух так же попадает во второй ряд отверстий 23, который размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда 21 являлась началом грани отверстий второго ряда 23. Затем воздух проходит в зону смешения через втулки 25, 26, имеющие скос, направленный в сторону плиты 3, установленные в шахматном порядке.

Топливо (Фиг. 1.) из наружного коллектора 14 через штуцер 13 при помощи топливопроводов 6 подается к переходнику 12, установленному на штуцере подвода топлива 11, размещенного на наружной стенке топливного коллектора 5 (в количестве от четырех до восьми), а затем попадает в полость коллектора, из которого по внутренним каналам 7 плиты 3 выходит в виде струек из отверстий 20 топливного распылителя 8, которые размещены перпендикулярно оси форсуночного модуля 4.

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

Обеспечение работы камеры сгорания при дефорсированных параметрах потока достигается тем, что на входе коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой.

Обеспечение равномерного распределения топлива по форсуночным модулям достигается тем, что на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора.

Обеспечение низкого содержания вредных загрязняющих веществ (СО, NOx) достигается тем, что первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда.

Обеспечение равномерного разделения потока воздуха в диффузоре достигается тем, что он выполнен со стабилизирующим нишевым каналом, входная кромка коллектора размещена на расстоянии 0,5 высоты канала на выходе из диффузора по его центру, коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой.

Обеспечение оптимального радиального распределения температур на выходе из камеры сгорания достигается тем, что на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.

Обеспечение низкой температуры кожухов жаровой трубы достигается тем, что первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда, на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.

Обеспечение надежной работы камеры сгорания достигается тем, что на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи подвижных тяг и хомутов.

Обеспечение подготовки топливно-воздушной смеси достигается тем, что топливный распылитель имеет отверстия, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, т.е. заявленное техническое решение обеспечивает за счёт внесения конструктивных изменений в конструкцию камеры сгорания их более эффективное использование в качестве привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата или электрогенератора, а именно: экологически безопасное и надежное т.к. обеспечивает снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания, повышает надежность камеры сгорания, а значит и ресурс двигателя, а также позволяет обеспечить работу камеры сгорания в условиях деформирования.

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей, служащих для привода электрогенератора или нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит 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 топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой. Коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой, на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи подвижных тяг и хомутов, диффузор выполнен со стабилизирующим нишевым каналом, входная кромка коллектора размещена на расстоянии 0,5 высоты канала на выходе из диффузора по его центру, топливный распылитель имеет отверстия, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля, первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда, на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты. Изобретение позволяет обеспечить работу камеры сгорания при дефорсированных параметрах потока на входе, равномерное распределение топлива по форсуночным модулям, снизить содержание вредных загрязняющих веществ (СО, NOx). 1 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 топливный распылитель и каналы подвода воздуха с закруткой, отличающаяся тем, что коллектор выполнен в виде кольцевого выступа с обтекаемой входной кромкой, на наружной стенке коллектора размещено от четырех до восьми штуцеров подвода топлива, в которые установлены переходники, соединяемые при помощи топливопроводов со штуцерами наружного коллектора, закрепленного к фланцу внешнего корпуса при помощи подвижных тяг и хомутов, диффузор выполнен со стабилизирующим нишевым каналом, входная кромка коллектора размещена на расстоянии 0,5 высоты канала на выходе из диффузора по его центру, топливный распылитель имеет отверстия, размещенные перпендикулярно оси форсуночного модуля, первый ряд отверстий на кожухе жаровой трубы размещен в плоскости выходной части сопел форсуночного модуля, второй ряд отверстий размещен в шахматном порядке по отношению к первому так, чтобы грань отверстий первого ряда являлась началом грани отверстий второго ряда, на кожухе жаровой трубы в шахматном порядке установлены втулки, имеющие скос, направленный в сторону плиты.