Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания Российский патент 2025 года по МПК F23R3/50 F23R3/14 F23D14/24 

Изобретение относится к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя по патенту на изобретение РФ №2670858, сущность заключается в том, что камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, на бобышках которого закреплены фланцами топливные форсунки, концы форсунок установлены в отверстии корпусов завихрителей, размещающихся в кольцевой головке.

Недостатком известной камеры сгорания является некачественное смешение воздуха и топлива.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя по патенту на изобретение РФ №2767679, сущность заключается в том, камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, на бобышках которого закреплены фланцами топливные форсунки, конец форсунки установлен в отверстии корпуса завихрителя, входящего в горелку, закрепленную в кольцевой головке при помощи резьбовой гайки, между концами каждой форсунки и корпусом завихрителя установлен уплотнительный узел. Форсунка содержит корпус, газораспределительную втулку, уплотнительные кольца, шлицевую гайку, которая стопорится завальцовкой корпуса форсунки, резьбовая гайка имеет плавный вход, на кольцевой головке расположен ряд охлаждающих отверстий, между головкой кольцевой и резьбовой гайкой установлено контровочное кольцо, уплотнительный узел закреплен в отверстии корпуса завихрителя приваркой опорного кольца к корпусу завихрителя.

Недостатком данной конструкции является недостаточное охлаждение горелки приводящее к перегреву.

Известно горелочное устройство камеры сгорания ГТД РФ 2746347, содержащее корпус, включающий входную часть, камеру смешения и выходное сопло, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, выходной срез топливной форсунки установлен во входную часть корпуса, между выходным срезом топливной форсунки и корпусом установлен уплотнительный узел, корпус установлен в кольцевую головку жаровой трубы камеры сгорания, отличающееся тем, что в камере смешения последовательно расположены равномерно по окружности рядами тангенциальные пазы и осесимметричные отверстия, в корпусе в выходной части сопла выполнены два концентрично расположенных канала, на входе сообщенные с каналом подачи воздуха, а на выходе которых, в полости жаровой трубы, расположены защитные экранирующие поверхности.

Недостатком данной конструкции является недостаточная устойчивость горения.

Необеспечение регулировки расхода топлива.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату, по патенту на изобретение РФ №2160416, сущность заключается в том, что горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку Недостатками известной камеры сгорания являются:

- высокие концентрации оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания камеры сгорания,

- низкое качество смешения топлива с воздухом,

- неравномерность температур в зоне горения,

- неустойчивое горение в камере сгорания.

Кроме указанного известное техническое решение так же, как и предыдущий аналог:

- не обеспечивает низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода,

- не обеспечивает высокого качества смешения топлива с воздухом,

- не обеспечивает равномерность температур в зоне горения,

- не обеспечивает устойчивого горения в камере сгорания.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

- обеспечение низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода,

- обеспечение высокого качества смешения топлива с воздухом,

- обеспечение равномерности температур в зоне горения,

- обеспечение устойчивого горения в камере сгорания,

- обеспечение регулировки расхода топлива,

- обеспечение охлаждения горелочного устройства.

Сущностью заявленного технического решения является горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку.

Предложенное горелочное устройство характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, который фиксируется прессовой клепкой, в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М, на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения низкой концентрации оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.

Для обеспечения высокого качества смешения топлива с воздухом конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.

Для обеспечения равномерности температур в зоне горения на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону.

Для обеспечения устойчивого горения в камере сгорания в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, который фиксируется прессовой клепкой.

Для обеспечения регулировки расхода топлива в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М.

Для обеспечения охлаждения горелочного устройства в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М.

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 фигурой. На фиг. 1 представлен продольный разрез горелочного устройства.

Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания (фиг.1), содержащее корпус завихрителя (1), топливную форсунку (2), закрепленную фланцами (3) к обечайке камеры сгорания, корпус завихрителя (1) установлен в кольцевую головку (4).

Заявленное горелочное устройство характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно: в отверстии корпуса завихрителя (4) установлена втулка смесителя (5), имеющая полый канал (6), заканчивающийся кольцевой стенкой (7), на которой по окружности нанесены отверстия (8), в середине кольцевой стенки имеется бурт 9, переходящий в цилиндрический стержень (10), на который устанавливается экран стабилизатора (11) в виде усеченного конуса, который фиксируется прессовой клепкой (18), в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку (12) с фаской (13), между фаской (13) и конусной частью экрана стабилизатора (11) сформирован канал (14), на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов (15), направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий (16), на выходе из форсунки расположено отверстие (17) диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала (6) смесительной втулки (5).

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

Обеспечена низкая концентрация оксидов азота и окислов углерода в продуктах сгорания тем, что на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.

Обеспечено высокое качество смешения топлива с воздухом тем, что конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.

Обеспечена равномерность температур в зоне горения тем, что на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону.

Обеспечено устойчивое горение в камере сгорания тем, что в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, который фиксируется прессовой клепкой.

Обеспечена регулировка расхода топлива тем, что в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М.

Обеспечено охлаждение горелочного устройства тем, что в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, то есть заявленное техническое решение обеспечивает за счёт внесения конструктивных изменений в конструкцию горелочного устройства их более эффективное использование в камерах сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе, а именно обеспечивает равномерность температур в зоне горения, обеспечивает низкую концентрацию оксидов азота и окислов углерода, обеспечивает устойчивое горение камеры сгорания.

Поток воздуха (Фиг. 1) движется через корпус завихрителя (1), попадая через два ряда тангенциальных каналов (15) в смесительную втулку (5), топливный газ поступает через два ряда отверстий (16) и отверстие (17) форсунки (2), смешивается с воздухом в смесительной втулке (5). Топливно-воздушная смесь движется в полом канале (6) втулки смесителя (5) и выходит через отверстия (8) на кольцевой стенке (7), попадая в канал (14) между фаской (13) и конусной частью экрана стабилизатора (11). Канал L регулируется размером бурта М для изменения характеристик подачи топливной струи. Затем топливно-воздушная смесь проникает в закрученный поток воздуха, идущий из корпуса завихрителя (1).

Изобретение относится к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе. Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку, отличающееся тем, что в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М, на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки. Обеспечена низкая концентрация оксидов азота и окислов углерода, высокое качество смешения топлива с воздухом, равномерность температур в зоне горения, устойчивость горения в камере сгорания, охлаждение горелочного устройства. 1 ил.

Горелочное устройство кольцевой камеры сгорания, содержащее корпус завихрителя, топливную форсунку, закрепленную фланцами к обечайке камеры сгорания, корпус завихрителя установлен в кольцевую головку, отличающееся тем, что в отверстии корпуса завихрителя установлена втулка смесителя, имеющая полый канал, заканчивающийся кольцевой стенкой, на которой по окружности нанесены отверстия, в середине кольцевой стенки имеется бурт, переходящий в цилиндрический стержень, на который устанавливается экран стабилизатора в виде усеченного конуса, который фиксируется прессовой клепкой, в выходной части кольцевая стенка имеет ступеньку с фаской, между фаской и конусной частью экрана стабилизатора сформирован канал L, регулируемый размером бурта М, на поверхности смесительной втулки размещены два ряда тангенциальных каналов, направленных в противоположную сторону, конец форсунки содержит два ряда отверстий, на выходе из форсунки расположено отверстие диффузорной формы, конец форсунки установлен в середину полого канала смесительной втулки.