ЖАРОВАЯ ТРУБА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1995 года по МПК F23R3/50 

Изобретение относится к газотурбинной технике, в частности к кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей.

Известна жаровая труба тороидальной формы, внутренний кожух которой имеет кольцевую щель, образованную на стыке передней и задней части жаровой трубы. Воздушная завеса, выходя из указанной щели, служит экраном и способствует более полному сгоранию топлива и снижению выбросов вредных веществ. Однако часть охлажденной топливовоздушной смеси вдоль наружной стенки попадает в зону более низких температур: что снижает эффект выгорания вредных веществ.

Известна также жаровая труба, разработанная фирмой Роллс-Ройс, вокруг периферийной поверхности которой выполнена кольцевая щель для образования воздушного экрана внутри жаровой трубы, а также средства пленочного охлаждения стенок. Спутная система пленочного охлаждения стенок эжектирует на себя газовоздушную смесь в зоне, расположенной за кольцевой щелью, чем снижает эффект действия указанной щели.

Известна также жаровая труба, содержащая лобовое кольцо, наружный и внутренний кожухи с выполненными на их поверхностях средствами пленочного охлаждения стенок с расположенными между ними поперечными кольцевыми щелями.

Описанное устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому устройству, однако может быть усовершенствовано путем совершенствования процесса горения.

Цель изобретения - снижение выбросов вредных веществ и повышение надежности в работе двигателя.

Эта цель осуществляется тем, что в известной жаровой трубе кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей лобовое кольцо, наружный и внутренний кожухи с выполненными на их поверхности средствами для пленочного охлаждения с расположенными между ними поперечными кольцевыми щелями, внесено усовершенствование.

Усовершенствование заключается в том, что средства пленочного охлаждения направлены в сторону щелей, а расстояние от внутренней поверхности лобового кольца до прямой, на которой расположены оси кольцевых щелей, равно 0,28-0,40 длины жаровой трубы.

На фиг.1 представлен схематический вид предлагаемой жаровой трубы и линии взаимодействия потоков в ее полости; на фиг.2 - осевая линия проточной части жаровой трубы, по которой определяется длина жаровой трубы и расстояние от внутренней поверхности лобового кольца до прямой, на которой расположены оси кольцевых щелей; на фиг.3 - графики значений индексов загрязнений.

Жаровая труба содержит стенки 1 и 2 лобового кольца 3 фронтового устройства 4, наружный 5 и внутренний 6 кожухи.

В наружном кожухе 5 имеются средства 7 и 8, во внутреннем кожухе 6 - средства 9 и 10 пленочного охлаждения стенок спутного направления. Кроме того, в наружном 5 и внутреннем 6 кожухах выполнены средства пленочного охлаждения 11-14 для подачи охлаждающего воздуха во встречном направлении.

В каждом из кожухов 5 и 6 между группами средств пленочного охлаждения спутного направления и встречного направления выполнены поперечная кольцевая щель 15 в наружном кожухе 5 и поперечная кольцевая щель 16 во внутреннем кожух 6. Обе щели 15 и 16 направлены навстречу друг другу и расположены на одной линии, перпендикулярной осевой линии проточной части жаровой трубы. Щели размещены на расстоянии 0,28-0,4 длины жаровой трубы от внутренней поверхности лобового кольца между указанными средствами пленочного охлаждения стенок спутного и встречного направления.

Работа жаровой трубы осуществляется следующим образом.

Направленный навстречу друг другу воздух из кольцевых поперечных щелей 15 и 16 и эжектируемый им охлаждающий воздух спутных средств пленочного охлаждения 7, 8, 9, 10 и встречных средств пленочного охлаждения 11, 12, 13, 14 разделяют жаровую трубу на две зоны I и II.

На режимах малой мощности топливо выгорает в зоне I с минимальными выделениями СО и СН.

На больших режимах топливо, не сгоревшее в зоне I, попадает в зону II, где температура топливовоздушной смеси достаточно высока. Топливовоздушная смесь, "замороженная" в зоне холодного пристеночного воздуха, сбрасывается в зону высоких температур и выгорает.

Экспериментально установлено, что если располагать щели от внутренней поверхности лобового кольца на расстоянии более 0,4 длины жаровой трубы, то прекращается снижение выбросов СО и СН, а выбросы NO_х существенно увеличиваются.

В то же время при приближении щелей к внутренней поверхности лобового кольца на расстояние менее 0,28 длины жаровой трубы значительно увеличиваются выбросы СО и СН.

Наиболее оптимальным можно считать размещение щелей на расстоянии 0,35 длины жаровой трубы от внутренней поверхности лобового кольца.

На графике (фиг.3) показаны значения индексов загрязнений в зависимости от соотношения I_щ/I_ж, где I_щ - расстояние от щели до внутренней поверхности лобового кольца - отрезок АБ (фиг.2); I_ж - длина жаровой трубы по осевой линии - отрезок АВ (фиг.2).

Помимо снижения выбросов СО, СН и NO_х описанная жаровая труба в работе показала дополнительный эффект снижения выделения сажистых частиц на всех режимах работы.

Конструктивные особенности жаровой трубы способствуют повышению ее надежности благодаря возможности снижения температуры стенок кожухов жаровой трубы в сравнении с известными конструкциями за счет того, что большая часть воздуха, предназначенного для охлаждения стенок, увлекается кольцевыми поперечными потоками в центральную часть камеры и участвует в горении. Это обстоятельство позволяет не ограничивать количество воздуха, используемого для охлаждения стенок жаровой трубы, как это имеет место в традиционных камерах сгорания.

Сущность изобретения: жаровая труба содержит лобовое кольцо, наружный и внутренний кожухи с выполненными на их поверхностях средствами пленочного охлаждения с расположенными между ними поперечными кольцевыми щелями, оси которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси жаровой трубы. Расстояние от внутренней поверхности лобового кольца до плоскости, в которой лежат оси кольцевых щелей, равно 0,28 - 0,4 длины жаровой трубы. 3 ил.

ЖАРОВАЯ ТРУБА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащая лобовое кольцо, наружный и внутренний кожухи с выполненными на их поверхностях средствами пленочного охлаждения с расположенными между ними поперечными кольцевыми щелями, оси которых расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси проточной части жаровой трубы, отличающаяся тем, что, с целью снижения выбросов вредных веществ и повышения надежности в работе двигателя, средства пленочного охлаждения направлены в сторону щелей, а расстояние от внутренней поверхности лобового кольца до плоскости, в которой расположены оси кольцевых щелей, равно 0,28 - 0,4 длины жаровой трубы.