Способ подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя Советский патент 1992 года по МПК F02C7/22 

Изобретение относится к газотурбинной технике, к способам подачи топлива в камеру сгорания после отключения газотурбинного двигателя.

Известен несколько иной подход к вопросу сжигания топлива после включения двигателя (1). Согласно этому техническому решению после выключения газотурбинного двигателя топливо вытесняется воздухом из кольцевых коллекторов через форсунки в камеру, где и сгорает, т. е. производят прямую продувку воздухом, который запасают в специальном пневмоаккумуляторе, сообщенном через обратный клапан с компрессором двигателя, следовательно за счет определенного давления воздуха, подаваемого в топливный коллектор, в коллекторе не остается несгоревшего топлива, которое может быть выброшено в воздух аэропорта. Это решение также имеет ряд недостатков:

необходимость пневмоакумулятора и обратного клапана, что снижает надежность систем.

Описанные технические решения предусматривают способ подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя после его выключения путем подвода топлива в кольцевой коллектор и последующей его подачи в жаровую трубу через подключенные к коллектору форсунки.

Перед авторами стояла задача создать такой способ, чтобы его осуществление не требовало дополнительных устройств в камере сгорания. При этом ставилась цель предотвращения выброса топлива в окружающую среду пори выбеге ротора двигателя. Осуществление поставленной цели позволило предотвратить загрязнение аэродрома несгоревшим топливом. Эта цель осуществляется тем, что в известном способе подрчи

СО

с

-ч

XJ

О

ю со

со

топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя после его выключения путем подвода топлива в кольцевой коллектор и последующей его подачи в жаровую трубу через подключение к коллектору форсунки, внесено усовершенствование.

Усовершенствования заключаются в том, что через форсунку, подключенную к коллектору в его нижней части, топливо подают с расходом, определяемым по соотношению:

нок, поджигается высокотемпературной зоной в области форсунок 4, и также сгорает.

Получено надежное предотвращение выброса топлива из топливного коллектора, с последующим его сгоранием при ср- блюдении для форсунок 4 (см. фиг. 2) соотношения;

10

Г ° 044 РэФ А Р 0-5

GT 2--г- ДРж.т

макс мэ

Использование: при выбеге ротора двигателя. Сущность изобретения: топливо в камеру сгорания газотурбинного двигателя подают после его выключения путем подво А Рж.т ° 5 , где РЭф да топлива в кольцевой коллектор и последующей его подачи в жаровую трубу через подключенные к коллектору форсунки. При этом через форсунку, подключенную к коллектору в его нижней части, топливо подают с расходом, определенным из соотношения GT 0,044 Ci-макс м эффективная площадь отверстий для подвода воздуха в сектор жаровой трубы с упомя- нутой форсункой (см ): L0 стехиометрический коэффициент; «макс минимальное значение коэффициента избытка воздуха при бедном срыве пламени в секторе жаровой трубы с упомянутой форсункой; Л РЖ.Т - перепад давления воздуха на стенке жаровой трубы (кгс/см2). 2 ил.

Р3ф

(2м а кс LO

АРж.т.

0,5

где РЭф - эффективная площадь отверстий для подвода воздуха в сектор жаровой трубы с упомянутой форсункой, см2;

LO - стехиометрический коэффициент;

2макс минимальное значение коэффициента избытка воздуха при бедном срыве пламени в секторе жаровой трубы с упомянутой форсункой;

ЛРжт перед давления воздуха на стенке жаровой трубы, кгс/см2.

На фиг. 1 представлено схематическое размещение форсунок относительно коллектора по окружности последнего; на фиг. 2 - график зависимости величин:

GT и 0,0440,5

(Хмакс LO

Заявленный способ в практическом исполнении можно проследить на следующем примере. Камера сгорания 1 (см. фиг. 1}имеет топливный коллектор 2, соединенный с топливными форсунками 3, 4, у которых при движении воздуха его статическое давление в месте выхода топлива из топливных каналов соответственно равны РС| и РСу.

После выключения двигателя подачи топлива в коллектор прекращается, при выбеге роторов расход воздуха через камеру сгорания продолжается до полного останова роторов, поэтому воздух форсунок 3 (с давлением РС|), имея связь с коллектором, выдавливает топливо из коллектора через форсунки 4 (с давлением Рсу), где во фронтовом устройстве форсунок 4 происходит его сгорание. При этом расход топлива на форсунках осуществляется за счет того, что Рсу Pel в отличие от патента (1), в котором расход топлива на форсунках осуществляется за счет наддува коллектора пневмоаккуму- лятором.

Топливо форсунок 3, сливаемое под действием гравитационных сил из форсугде GT - расход топлива через указанную форсунку, кг/с;

Ржт - перепад давления воздуха на стенках жаровой трубы при отключении двигателей на выбеге роторов, кгс/см2;

Рэф - эффективная, с учетом коэффициента расхода, площадь воздуховодящих отверстий сектора камеры сгорания, обслуживаемая указанной форсункой (для удаления топлива), см2;

Lo - стехиометрический коэффициент количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива;

«макс- минимальное значение коэффициента избытка воздуха при бедном срыве пламени в секторе, обслуживаемом указанной форсункой (предназначенной для

удаления топлива на режимах выбега роторов);

0,044 - коэффициент пропорциональности, полученный экспериментальным путем (см. таблицу и фиг. 2) кг/(с см -i/RTc).

Наряду с уже упомянутыми новизной и положительным эффектом заявленный способ исследован на существенность отличий.

Рассмотренные нами и представленные

в справке о поиске источники известности не содержат технических решений с заявляемыми отличиями. На этом основании мы считаем их существенными.

При этом очевидно, что место на коллекторе, из которого идет подвод топлива на форсунку с указанным соотношением, должно располагаться ниже каналов выхода топлива из остальных форсунок (вместо 5 на коллекторе подвода топлива к форсунке 4

ниже места 6 выхода топлива с форсунки 3 см. фиг. 1), а объем коллектора должен выбираться таким образом, чтобы время удаления топлива с коллектора не превышало минимальное время выбега ротора высокого давления.

Практическая реализация способа происходит следующим образом.

Для конкретного разрабатываемого ГТД значения величин РЭф L0 известны Значения параметров ЛРЖт, LMaxc в процессе выбега роторов на этапе проектирования рассчитываются на основании математического моделирования и затем при доводке ГТД легко уточняется экспериментально. Таким образом, из приведенного в формуле изобретения соотношения можно определить значение

г 0.044 Рэф .о,5

Ът г пж.Т,

Имакс L-o

которое практически реализуется известными конструктивными приемами при разработке и экспериментальной доводке камеры сгорания.

Авторы провели ряд испытаний на нескольких камерах сгорания авиационных газотурбинных двигателей нашего предприятия. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Таким образом, проведенные испытания подтвердили границы работоспособности предлагаемого способа. Более наглядно это может быть видно на графике (см. фиг. 2), где точки, расположенные на линии 1 или выше нее, обеспечивают сжигание топлива, сливаемого с коллектора.

Предложенное техническое решение позволило не только обеспечить надежность сжигания топлива, сливаемого с коллектора камеры сгорания после отключения

0

5

газотурбинного двигателя, но снизить массу самого авиационного двигателя за счет исключения лишних коммуникаций.

Формула изобретения

t

Способ подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя после его вы- ключения путем подвода топлива в кольцевой коллектор и последующей его подачи в жаровую трубу через подключенные к коллектору форсунки, отличающийся тем, что, с целью предотвращения выброса топлива в окружающую среду при выбеге ротора двигателя, через форсунку, подключенную к коллектору в его нижней части, топливо подают с расходом, определяемым из соотношения

GT 0,044

Рэф

LQ

ДР

0.5

где Рэф - эффективная площадь отверстий для подвода воздуха в сектор жаровой тру- бы с упомянутой форсункой, см ;

Lo стехиометрический коэффициент;

2макс минимальное значение коэффициента избытка воздуха при бедном срыве пламени в секторе жаровой трубы с упомя- нутой форсункой;

А Рж.т. - перепад давления воздуха на стенке жаровой трубы кгс/см2.

Фвонгп померь сгорания