Кольцевая камера сгорания малоразмерного газотурбинного двигателя

 

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: кольцевая камера сгорания содержит корпус, жаровую трубу с испарительными патрубками, снабженными грибковыми стабилизаторами, улиткой с кольцевым профилированным патрубком. Патрубок соединен с жаровой трубой. Плоскость минимального сечения кольцевого профилированного патрубка перпендикулярна оси камеры сгорания и параллельна плоскости симметрии осей испарительных патрубков. Кромки грибковых стабилизаторов установлены напротив профилированного патрубка. Система зажигания расположена в улитке. 2 ил.

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (я)я F 23 R 3/24

РСТВЕННОЕ flATEXTHOE

ТВО СССР

ЕНТ СССР) ГОСУД

ВЕДОМ (ГОСПА м фр

dg pjl&r

Ф. „:...; а

К АВ

9602/06

8.90

2.93. Бюл. М 5

Ь чно-производственное объединение ивной аппаратуре двигателей ,Афросимова, Г.Н.Бурцев, P.З.Гари.С.Добровольский, Д.С.Кирейшин, дратьев, С.И.Шелухо и Ю.Д,Кудашев евр А. Процессы в камерах сгорания ,; Мир, 1986. орское свидетельство СССР

42, кл, F 23 R 3/24, 1976.

ЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ МАМЕРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО

ТЕЛЯ

Из проду именн действ

Дл повыш перех крупно рания

-Из пользу ном д жаров ми, сн рами, Из вает с (21) 48 (22) 16 (46) 07 (71) На по топ

{72) S. пов, Д.В.Ко (56) Ле /j, Ав

М 922 (54) К

ЛОРА

ДВИГ

ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ бретение относится к получению ов сгорания высокой скорости. а к камерам сгорания непрерывного я, использующим жидкое топливо. обеспечения надежного запуска и ния полноты сгорания топлива на ных режимах работы двигателя в абаритных кольцевых камерах сгоспользуются две зоны горения.естна камера сгорания, которая истся в малоразмерном газотурбинигателе. Она содержит корпус, ю трубу с испарительными патрубкабженными грибковыми стабилиэатосистему зажигания. естная камера сгорания обеспечиигание гомогенной топливовоэдуш(57) Использование: в газотурбостроении.

Сущность изобретения: кольцевая камера сгорания содержит корпус, жаровую трубу с испарительными патрубками, снабженными грибковыми стабилизаторами, улиткой с кольцевым профилированным патрубком.

Патрубок соединен с жаровой трубой, Плоскость минимального сечения кольцевого профилированного патрубка перпендикулярна оси камеры сгорания и параллельна плоскости симметрии осей испарительных патрубков. Кромки грибковых стабилизаторов установлены напротив профилированно го па трубка. Система зажи га н ия расположена в улитке. 2 ил. ной смеси, подготавливаемой в испарительных патрубках, оси которых параллельны оси камеры. Тем самым достигаются наилуч.шие показатели эффективности горения: высокая полнота сгорания и низкий уровень вредных и токсичных выбросов.

Однако такая камера сгорания ввиду специфики кинетического горения имеет узкий диапазон устойчивой работы по коэффициенту избытка воздуха и неприменима на переходных режимах работы со значительным обеднением топливовоздушной смеси.

Кроме того, обеспечение надежного запуска (беэ "забросов" температуры перед турбиной) требует большого числа пусковых распыливающих форсунок, применяе 1blx в системе зажигания такой камеры. которые

1793160 располагают в зоне испарительных патрубков между ними. Расположение пусковых форсунок в зоне горения и их отключение после запуска приводит к эакоксовыванию отверстий форсунок, что снижает ресурс работы пусковых форсунок и не обеспечивает надежность запуска, Целью изобретения является обеспечение надежного запуска и повышение полноты сгорания топлива на переходных режимах работы двигателя, Указанная цель достигается тем, что кольцевая камера сгорания малоразмерного газотурбинного двигателя, содержащая корпус, жаровую трубу с испарительными патрубками, снабженными грибковыми стабилизаторами, и систему зажигания, снабжена улиткой с кольцевым профилированным патрубком, соединенной с жаровой трубой посредством последнего, плоскость минимального сечения которого перпендикулярна оси камеры сгорания и параллельна плоскости симметрии осей испарительных патрубков, при этом кромки грибковых стабилизаторов установлены напротив профилированного патрубка, а система зажигaHMA расположена в улитке.

Такое выполнение приводит к тому, что продукты сгорания иэ системы зажигания при помощи улитки и кольцевого профилированного патрубка равномерно распределяются между испарительными патрубками, Расположение профилированного патрубка и кромок грибковых стабилизаторов испарительных патрубков формирует около каждого испарителя область, s которой кольцевая струя, поступающая из улитки, испытывает "встречный" удар кольцевых струй из испарителей. Такой удар интенсифицирует процесс диффузии горячих продуктов сгорания, поступающих из улитки, в

- горючую смесь, образуемую в каждом испарителе, Это приводит к быстрому и устойчивому воспламенению горючей смеси на режиме запуска и поддержанию горения гомогенной смеси на переходных режимах работы. Причем обеспечивается равномерное горение по всему периметру жаровой трубы. что дает требуемую равномерность окружной эпюры температур на выходе из камеры.

Кроме того, система зажигания не выключается во время работы двигателя, что озволяет избежать закоксовывания в ней топлива.

На переходном режиме — режиме малого газа достигается работа камеры на очень бедных топливовоздушных смесях. При этом работает лишь система зажигания, а в испарительные патрубки топливо не подается.

5

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез общего вида предложенной кольцевой камеры сгорания, на фиг.2 — поперечный разрез камеры сгорания плоскостью, проходящей через середину улитки и системы зажигания.

Камера сгорания содержит корпус 1, внутри которого размещается жаровая труба 2 с осесимметричными испарительными патрубками 3 в зоне "а", в жаровой трубе имеются проходные отверстия 4. Система зажигания камеры имеет фронтовое устройство

5 и включает одну топливную форсунку 6 и пусковую свечу 7. Фронтовое устройство 5 установлено в улитке 8, соединенной с жаровой трубой 2 посредством кольцевого профилированного патрубка 9 со створом "б".

Каждый испарительный патрубок 9 снабжен грибковым стабилизатором 10, Между испарительными патрубками 3 и стабилизаторами

10 имеется кольцевая щель "в". Кромки "г" грибковых стабилизаторов размещены в створе кольцевого профилированного патрубка 9, Плоскость минимального сечения "д" кольцевого профилированного патрубка 9 перпендикулярна оси "е" камеры и параллельна плоскости "ж", в которой лежат оси симметрии испарительных патрубков 3.

Стрелками показаны: К вЂ” подвод воздуха в камеру сгорания; L —; M— подвод воздуха во фронтовое устройство системы зажигания; N — топливовоздушная смесь; R — кольцевая струя продуктов сгорания; Q — кольцевая струя горючей смеси.

Камера сгорания работает следующим образом.

От компрессора воздушный поток К поступает в обьем между корпусом 1 камеры сгорания и жаровой трубой 2 и далее рас- пределяется между испарительными патрубками 3 и проходными отверстиями 4 жаровой трубы, Первоначально осуществляется запуск системы зажигания. Топливо подается в форсунку 6 и распыливается ею на мелкие капли. Капли топлива перемешиваются с воздушным потоком М, поступающим через фронтовое устройство 5. При этом образуется топливовоздушная смесь

N. Одновременно с форсункой 6 вклю .ается свеча зажигания 7, которая воспламеняет смесь N, после чего свеча 7 выключается.

Образуемые продукты сгорания P (см. фиг.2) двигаются поулитке 8 в зону "а" испарительных патрубков. При этом в кольцевом профилировэнном патрубке 9 формируется кольце as закрученная струя B продуктов сгоранля. Улитка 8 выполнена таким образом, чтv сбеспечлвается равномерное рас1793160

55 првделение расхода продуктов сгорания по периметру кольцевого профилированного патрубка 9, т.е. спрофилиро ана по рекомендациям, данным, например, в книге

Ив нова lO.В. Газогорелочные устройства, М.: Недра, 1972, В кольцевую щель "в", образуемую испарительным патрубком 3 и грибковым стаби изатором 10 (см. фиг,1), поступает то ливовоздушная смесь. В момент запуска ис арителей — это смесь крупных капель то лива и воздуха; при работе испарителей — э о гомогенная топливовоздушная смесь.

То ливовоздушная смесь вытекает в виде ко ьцевой струи 0. Так как кромки "г" грибко ых стабилизаторов 10 размещены в створе "б" кольцевого профилированного па рубка 9, то струи Q от каждого испарителя заимодействуют с кольцевой струей R, Вы олнение плоскости "д" минимального сеч ния кольцевого профилированного патру ка 9 перпендикулярной оси "е" камеры и па аллельной плоскости "ж", в которой лежа оси симметрии испарительных патрубко 3, обеспечивает наличие областей око о каждого испарителя, где струи Q u.

R меют встречное столкновение. Такое сто кновение интенсифицирует диффузион ое смешение продуктов сгорания и топ ивовоздушной смеси, что обеспечивает ыстрое и устойчивое воспламенение, а так е горение смеси. Так как продукты сго. ран я в струе R распределены равномерно, то на режиме запуска воспламенение в зоне

"а" испарительных патрубков осуществляетс сразу вокруг всех испарителей. Это позво яет избежать "забросов" температуры про уктов сгорания в окружной эпюре темпер тур, Кроме того, форсунка 6 работает неп ерывно вместе с двигателем, обеспечивая тем самым отсутствие закоксовывания топ и3а в форсунке. Укаэанные свойства поз оляют обеспе ить надежность запуска и в сокий ресурс использования системы заж гания, При обеднении смеси в струях Q (перех дный режим) интенсивное взаимодей твие горячей струи R со струями Q под ерживает горение гомогенной смеси за сче создания "гибридного" горения. При это достигается низкий уровень выброса вре ных и токсичных веществ. На режиме мал го. газа топливо подается только в форсун у 6, Это позволяет обеспечить работу на очень бедных топливовоздушных смесях. при которых неприменимы "гомогенное" и

"гибридное" горение.

Таким образом, эа счет взаимодействия кольцевых струй обеспечивается быстрое и надежное воспламенение и достигается высокая полнота сгорания топлива на переходных режимах работы. Это позволяет расширить область использования двигателя, улучшить запуск при отрицательных температуоах воздуха, повысить надежность запуска и ресурс системы зажигания.

При конкретном выполнении макетного образца он представлял собой кольцевую камерусгорания. В корпусе 1 камеры размещалась жаровая труба 2 с двенадцатью испарительными патрубками 3, имеющими тангенциально-лопаточные завихрители и систему нанесения топливной пленки, В жаровой трубе имелись проходные отверстия

4, Фронтовое устройство 5 системы зажигания имело диаметр 60 мм. Выход системы зажигания был подсоединен к улитке 8 прямоугольного поперечного сечения, при этом был обеспечен плавный переход от круглого сечения фронтового устройства к прямоугольному сечению улитки. Кольцевой профилированный патрубок 9 имел зазор в минимальном сечении величиной 8 мм. На входе в испарительные патрубки размещались струйные топливные форсунки с диаметром отверстия 0,4 мм.

Стендовые испытания макетного образца камеры показали, что обеспечивается быстрый и надежный запуск при температурах воздуха до 50 С, При этом окружная эпюра температуры имеет неравномерность не более 257ь. На переходных режимах работы удалось получить полноту сгорания более

96 Д. При этом работа камеры осуществлялась при обеднении топливовоздушной смеси до величины коэффициента избытка воздуха 40...50, в то время как камера-прототип обеспечивает работу лишь до величины 12...15.

Использование камеры сгорания позволит расширить область применения и повысить ресурс работы малоразмерных двигателей, обеспечив низкий уровень вредных выбросов и высокую полноту сгорания топлива, а также благодаря уменьшению числа пусковых форсунок до одной упростить и удешевить камеру сгорания.

1793160

Формула изобретения

Кольцевая камера сгорания малоразмерного газотурбинного двигателя, содержащая корпус, жаровую трубу с испарительными патрубками, снабженными грибковыми стабилизаторами, и систему зажигания, о т л ич а ю щ а я с я тем. что, с целью обеспечения надежности запуска и повышения полноты сгорания топлива на переходйых режимах работы двигателя, камера сгорания снабжена улиткой с кольцевым профилированным патрубком, соединенной с жаровой трубой посредством последнего, плоскость минимального сечения которого перпендикулярна оси камеры сгорания и параллельна плоскости симметрии осей испарительных патрубков, при этом кромки грибковых стабилизаторов установлены напротив профилированного патрубка, а система зажигания установлена в улитке.

Фиг. 2.

Составитель Р, Гарипов

Техред М. Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор А. Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 491 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5