Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя Советский патент 1992 года по МПК F23R3/04 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ), и может быть использовано в качестве камеры сгорания теплоэнергетических установок и топочных устройств.

Известны камеры сгорания ГТД и ГТУ, содержащие корпус, жаровую трубу, выпускной канал, диффузор, закручивающий аппарат, топливную форсунку или топливный коллектор, воспламеняющее устройство.

Наиболее близкой к предлагаемой является вихревая камера сгорания. Она содержит наружный и внутренний кожух; кольцевую жаровую трубу, образованную наружной и внутренней обечайками; кольцевой выпускной канал; диффузор; лопаточный завихритель; топливный коллектор, содержащий несколько струйных форсунок, расположенных в межлопаточном канале лопаточного завихрителя, каждая из которых представляет собой цилиндрическую трубу с несколькими калиброванными отверстиями, направленными против потока воздуха, поступающего в межлопаточный канал лопаточного завихрителя; роспламе- няющее устройство.

Однако известная камера имеет недостаточную устойчивость пусковых и рабочих характеристик в широком диапазоне изменения режима работы и коэффициента избытка воздуха.

Применение предлагаемой кольцевой камеры сгорания позволяет осуществить заIN)

пуск и стабильную работу камеры в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха 0,5 а 8,0, включая и работу на а 1. Понижена температура внешней обечайки жаровой трубы Т 500°С и отсутствует нагарообразование на внутренней поверхности.

Цель изобретения - обеспечение устойчивости пусковых и рабочих характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что камера снабжена кольцевым козырьком, укрепленным на кольцевой втулке и образующим с выходной частью наружной обечайки жаровой трубы кольцевой канал, а фронтовое устройство размещено в последнем. Для обеспечения регулирования угла закрутки потока лопатки завихрителя выполнены поворотными. Лопатки завихрителя могут быть выполнены профилированными с переменным углом закрутки потока по вы- соте лопатки, причем закрутка выполнена по закону Vr- г const. Внутренняя обечайка жаровой трубы может быть выполнена с отверстиями.

На фиг.1 представлена кольцевая каме- ра сгорания, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.2 (вид фронтового устройства); на фиг.4 - вид В на фиг.З (вид топливного коллектора).

Камера сгорания содержит: корпус, состоящий из наружного 1 и внутреннего кожуха 2, кольцевую жаровую трубу 3, наружную кольцевую втулку 4, диффузор 5, фронтовое устройство, выполненное в виде лопаточного завихрителя 6, топливной коллектор 7, воспламеняющее устройство 8.

Наружный кожух 1 состоит из передней 9 и задней 10 оболочек, соединенных между собой фланцевым соединением. В задней части передней оболочки 9 к ее внутренней поверхности жестко прикреплены внешние концы полых стоек 11, через которые проходят по крайней мере одна рессора 12 поворотного механизма и трубопровод топливной системы. Внутренняя поверхность оболочки 10 сопрягается с наружной поверхностью наружной кольцевой втулки 4 с укрепленным на ней в ее передней части кольцевым козырьком 13. В задней части наружной кольцевой втулки 4 имеется перфорация 14 для организации конвективно- пленочного охлаждения.

Кольцевая жаровая труба 3 образована наружной и внутренней 16 кольцевыми обе- чайками. Наружная обечайка 15 состоит из трех кожухов: наружного 17, внутреннего 18 и заднего 19. На внешней поверхности наружного кожуха 17 жестко закреплены внутренние концы полых стоек 11, образующих силовое соединение наружного кожуха 1 - корпуса камеры сгорания и жаровой трубы 3. На внутреннем кожухе 18 установлены лопаточный завихритель 6 и топливный коллектор 7. Наружные поверхности наружного 17 и внутреннего 18 кожухов плавно сопрягаются с наружной поверхностью заднего кожуха 19. Внутренняя обечайка 16 собрана из секций, в передней части которых имеется перфорация 20 для организации конвективно-пленочного охлаждения обечайки 16.

Лопаточный завихритель 6 состоит из равномерно расположенных по окружности профилированных лопаток 21, консольно закрепленных с помощью цилиндрических осей 22 во втулках 23, расположенных на внешней поверхности кожуха 18. На каждую из осей 22 жестко посажен рычаг 24, сообщающийся с помощью пальца 25 с кольцом 26, охватывающим с внешней стороны кожух 18. В одну или несколько лопаток встав: лена рессора 27, проходящая через полую стойку 11 и связанная с поворотным механизмом 12.

Топливной коллектор 7 содержит струйные форсунки, расположенные в проточной части лопаточного завихрителя 6 между лопатками 21 в сечении А-А, т.е. в сечении размещения осей 22 лопаток 21. Форсунки выполнены в виде цилиндрических трубок 28. На боковой поверхности каждой из них расположено несколько калиброванных отверстий 29. Топливо в коллектор 7 подается через входной штуцер 30.

Формула изобретения

1.Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая жаровую трубу, имеющую наружную и внутреннюю кольцевые обечайки, фронтовое устройство, выполненное в виде лопаточного завихрителя и топливных форсунок, размещенных между лопатками последнего, наружную кольцевую втулку, укрепленную на наружной выходной части корпуса, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения устойчивости пусковых и рабочих характеристик в широком диапазоне изменения режима работы и коэффициента избытка воздуха, она снабжена кольцевым козырьком, укрепленным на кольцевой втулке и образующим с выходной частью наружной обечайки жаровой трубы кольцевой канал, а фронтовое устройство размещено в последнем.

2.Камера по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения регулирования угла закрутки потока, лопатки завихрите л я выполнены поворотными.

3. Камера по п.З, отличающаяся тем, что лопатки завихрителя выполнены профилированными с переменным углом

закрутки потока по высоте лопатки, причем закрутка выполнена по закону Vr1 r const. 4. Камера по п.1,отличающаяся тем, что внутренняя обечайка жаровой трубы выполнена с отверстиями.

Вид В

Использование: камеры сгорания газотурбинных двигателей, газотурбинных топочных и теплоэнергетических установок. Сущность изобретения: начало организации топливовоздушной смеси, осуществляемое в сильнозакрученном потоке, максимально сдвинуто в пространстве от зоны горения. Область движения топливо- воздушной смеси является внешней по отношению к области движения горячего газа (продуктов сгорания). Движение формирующейся топливовоздушной смеси находится в противотоке с формирующейся смесью продуктов сгорания. Плотность потока топливовоздушной смеси, вводимой в зону горения, увеличивается по мере удаления от закручивающего устройства (от сформировавшегося потока продуктов сгорания). Фронт пламени проходит по границе разделяющей области движения топливовоздушной смеси и продуктов сгорания по всей длине жаровой трубы. В передней части жаровой трубы фронт пламени сворачивается в тороидальный вихрь, центральная ось которого совпадает с центральной осью камеры сгорания. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л