Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя

 

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: топливные форсунки (Тф) установлены по окружности в два ряда и имеют размещенные вокруг них завихрители 3. Каждая из ТФ одного ряда установлена в окружном направлении между соседними ТФ другого ряда, а завихрители 3 имеют направление закрутки потока, одинаковое для всех ТФ одного ряда и противоположные для всех ТФ в другом ряду.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 23 R 3/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Оп И САН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

КПАТЕНТУ

6 (21) 4743085/06 (22) 11.01,90 (46) 23.08.93. Бюл. N 31 (31) 296155 (32) 12.01.89 (33) US (71) Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн .(05) (72) Джим А, Кларк, Джеймс Х, Шейдовен и Томас Л. Дюбелл (US) (5ф) Патент США М 4194358, кл. 60 — 39.06, опублик, 1980.

Изобретение относится к газотурбинHbIM двигателям самолетов, в частности к конструкции топливной форсунки камеры сгорания двигателя.

Цель изобретения — создание усовершенствованной камеры сгорания для газотурбинного двигателя, На фиг. 1 схематически изображены участки купола и топливного инжектора типичной известной камеры сгорания; на фиг.

2 — области высокой и низкой интенсивности сгорания, камеры на фиг. 1.; на фиг. 3два соседних топливных сопла, схематический вид фиг. 1; на фиг. 4 — купол и треугольное расположение топливных инжекторов в камере сгорания в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 5 — увеличенный схематический вид фиг. 4, на котором показано несколько топливных инжекторов; на фиг. 6 — графическое сравнение коэффициента расположения обычных топливных ин- жекторов с коэффициентом расположения для настоящего изобретения, Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.

Хотя настоящее изобретение описывается с использованием схематических иллюЯ2,, 1836606 АЗ

2 (54) КОЛЬЦЕ8АЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО Д8ИГАТЕЛЯ (57) Использование: в гаэотурбостроении.

Сущность изобретения: топливные форсунки (ТФ) установлены по окружности в два ряда и имеют размещенные вокруг них за вихрители 3. Каждая из ТФ одного ряда установлена в окружном направлении между соседними ТФ другого ряда, а завихрители

3 имеют направление закрутки потока, одинаковое для всех ТФ. одного ряда и противоположные для всех ТФ в другом ряду. страций камер сгорания, следует понимать, чго изготовление камер сгорания, топливных инжекторов и крепежных структур.известно и примеры типичных конструкций можно найти.в таких самолетных двигателях, как Двигатели серий РЧ/ 4000, РЧЧ 2000 и F 100. выпускаемые фирмой "Пратт знд

Уитни" корпорации "Юнайтид Текнолоджиэ", которая является правопреемником настоящей патентной заявки.

Достаточно отметить, что камера сгорания является камерой кольцевого типа, име- Ср ющей наружную Кольцевую жаровую трубу и внутреннюю кольцевую жаровую трубу, которые образуют камеру сгорания, состоящую иэ зоны сгорания и зоны разбавления.

Жаровая труба может сочетаться с соответ- C) ствующей конструкцией в виде жалюзийно- О1 го вытяжного отверстия или облицовкй

Флоутуолл, сделанных из материалов, способных выдерживать высокие температуры, характерные для скоростного самолета. В типичном осуществлении кольцевая камера сгорания имеет.купол, соединяющий внутреннюю и наружную жаровые трубы íà переднем конце, который служит для закрывания переднего конца камеры сгора1836606 ния и на котором расположено множество топливных инжекторов, подающих топливо и воздух в зону сгорания. Воздух подсасывается в двигатель, и его давление и температура поднимаются при помощи соответствующих, компрессоров перед подачей в камеру сгорания. Чтобы понять настоящее изобретение, отметим, что часть воздуха поступает в зону сгорания через воздушные завихрители вокруг топливных форсунок, которые могут работать по принципу распыления давлением либо по принципу воздушного распыления. Часть воздуха поступает через отверстия для воздуха камеры сгорания, образованные в жаровой трубе после топливных инжекторов, а часть воздуха используется для охлаждения жаровой трубы путем пропускания охлаждающего воздуха вдоль стенок камеры сгорания.

Чтобы лучше понять настоящее изобретение, следует обратиться к чертежам на фиг. 1-3, на которых показана типичная конструкция прототипа с инжекторами, установленными в куполе камеры сгорания. Как говорилось ранее, топливные инжекторы обычно располагают на равных расстояниях . друг от друга на окружности с постоянным радиусом вокруг купола камеры сгорания, Для этих известных конструкций типично также, что все топливные инжекторы имеют одинаковую ориентацию вихрей, т.е, все завихрители задают вихрь по часовой стрелке либо все завихрители задают вихрь против часовой стрелки для воздуха, который они подают в камеру сгорания.

Как показано на фиг, 1, купол камеры сгорания, обозначенный цифрой 10, содержит топливные инжекторы, расположенные на равных расстояниях друг от друга и обозначенные кружками 12 (топливные инжекторы имеют отверстие для введения топлива в зону сгорания и завихритель воздуха для введения воздуха в зону сгорания). Как следует иэ названия, завихритель сообщает вихрь воздуху перед подсасыванием его в зону сгорания, и ориентация или направление вихря задается конструкцией завихрителя. Стрелки А в этом примере показывают, что вихрь имеет направление по часовой стрелке и все вихри имеют то же направление. Можно чередовать направление соседних завихрителей, но этО отрицательно скажется на сроке службы жаровой трубы, поскольку в этом случае горячие газы будут направляться на стенку жаровой трубы. Поэтому взаимное усиление вихря в результате противоположных направлений вихрей будет достигнуто ценой долговечности ка- меры сгорания и, следовательно, чередующиеся ориентации вихрей недопустимы в современных известных конструкциях камер сгорания единичного или двойного кольцевого типа.

Как показано на фиг. 2, сгорание большой интенсивности в первичной зоне 14, обозначенной штрихованной областью. В камеры сгорания, не занимает полностью объем камеры сгорания, Поэтому камера

"0 сгорания больше, чем потребовалось бы в другом случае.

В соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг. 4 — 6, топливные инжекторы 12а располагаются в куполе, 15 обозначенном цифрой 10а, образуя треугольники, обозначенные буквой G. Кроме того, направление вихря от соседних топливных инжекторов чередуется, что видно на фиг. 4, где соседние эавихрители распо20 ложены на различных радиусах. Как показано, завихритель 12а внутреннего радиуса осуществляет вращение по часовой стрелке, а завихритель 12а наружного радиуса осуществляет вращение против часовой стрел-„ ки, Такая конструкция позволяет топливным инжекторам усиливать вихри друг друга, не направляя при этом газы сгорания на жаро-. вую трубу.

Кроме того, как видно из фиг. 5, благо30 даря взаимному усилению топливо стремится распределиться более равномерно, а смешение топлива и воздуха происходит более интенсивно — следовательно, интенсивное сгорание начинается ближе к куполу

35 камеры сгорания, как показано буквой С1, и сгорание большой интенсивности распространяется на меньший промежуток, как показано буквой D>.. Важно также то, что благодаря расположению топливных ин40 жекторов интенсивное сгорание занимает большую часть кольца, как показано заштрихованной областью Е1. При меньшей длине сгорания, необходимой для высокоэффективного горения, длину камеры сгора45 ния можно уменьшить, что, в свою очередь, ведет к уменьшению длины и веса двигателя. Иэ вышесказанного видно, что диаметр купола камеры сгорания в соответствии с настоящим изобретением не увеличивается

50 по сравнению с диаметром" купола известной камеры сгорания, изображенной на фиг.

1 — 3.

В соответствии с настоящим изобретением в области купола, не превышающей купол известной камеры сгорания, располагается больше топливных инжекторов. Такая конструкция увеличивает влияние топливных инжекторов и их скорости смешения на область потока сгорания. Как показано на Фиг. 6, зона с низкой

1836606 интенсивностью горения, обозначенная через Fi. занимает меньшую область по сравнению с известной камерой сгорания.

Как показано на фиг. 7, расположение . топливных инжекторов в соответствии с на- 5 стоящим изобретением позволяет получить камеру сгорания, которая короче известной камеры сгорания, но не обладает недостатками, которые влечет за собой уменьшение длины обычной камеры сгорания. Кроме то- 10 го, при фиксированной длине камеры сгорания коэффициент расположения для иастоящего изобретения (камера сгорания

TRI N AR) меньше, чем для известной камеры сгорания (фиг. 1-3), 15

Настоящим изобретением предлагается идея усовершенствованного горения, позволяющая получить более короткую камеру сгорания без ухудшения коэффициента расположения. Кроме того, улучшено 20 смешение топлива с воздухом, что позволяет обеспечить более высокую интенсивность сгорания при меньшей длине. Как и в двойной кольцевой камере сгорания, настоящее изобретение позволяет использовать 25 больше топливных инжекторов, но без увеличения высоты купола или площадей поверхности футеровки, что потребовалось бы в двойной кольцевой камере сгорания.

Настоящее изобретение было показано и описано на его подробных осуществлениях, но специалисты поймут, что в пределах идеи и объема предлагаемого изобретения возможны различные изменения по форме и в деталях.

Ф ормул а изобретен и я

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внутреннюю и наруфную кольцевые обечайки, соединяющую их переднюю стенку и размещенные в последней по окружности в два ряда топливные форсунки с установленными вокруг них завихрителями, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, каждая иэ форсунок одного ряда установлена в окружном направлении между соседними форсунками другого ряда, а завихрители имеют направления закрутки потока, одинаковое для всех форсунок в одном ряду и противоположное для всех форсунок в другом ряду.

1836606

1836606

12о

120;

E.) F) !

2о!

2о

BURNING LENGTH фыр 7

Редактор Л.Письман

Заказ 3017 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

PATTERN

FACTOR

Составитель И.Василенко

Техред M.Mîðãåíòàë . Корректор М.Керецман