Аэромеханическая топливоподающая система с первичным завихрителем, защищенным от обратного потока

Изобретение предназначено для подачи топлива и может быть использовано в турбомашинах. Топливоподающая система камеры сгорания турбомашины содержит топливоподающую форсунку, обеспечивающую распыление топлива в камеру сгорания и смесительно-дефлекторный блок, который расположен симметрично оси указанной топливоподающей форсунки и предназначен для образования смеси окислителя топлива с топливом и ее распыления в указанной камере сгорания. Смесительно-дефлекторный блок содержит первый завихритель и, по меньшей мере, второй завихритель, которые расположены с взаимным смещением вдоль указанной оси и разделены посредством устройства Вентури, расположенного коаксиально указанной топливоподающей форсунке. Первый завихритель жестко прикреплен к указанной топливоподающей форсунке и расположен на постоянном расстоянии от нее в радиальном направлении. Расстояние выбрано таким образом, что топливо, распыленное указанной топливоподающей форсункой, никаким образом не может попадать на указанный первый завихритель. Изобретение обеспечивает хорошее распыление топлива при всех условиях. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области турбомашин, и в частности, к решению проблем, возникающих при впрыске топлива в камеру сгорания турбомашины.

Уровень техники

В традиционном исполнении турбореактивного или газотурбинного двигателя, как это показано на фиг.4, впрыск топлива в камеру сгорания 50 производится с помощью нескольких топливоподающих систем 52. Каждая из них содержит как топливоподающую форсунку 54, которая обеспечивает распыление топлива в камеру сгорания, так и смесительно-дефлекторный блок 56, который предназначен для образования смеси окислителя топлива с топливом и ее распыления в этой камере. Указанный смесительно-дефлекторный блок содержит первый, или первичный завихритель 58, который установлен с возможностью скользящего перемещения на топливоподающей форсунке 54 (посредством втулки 60), устройство Вентури 62, второй, или вторичный завихритель 64 и дефлектор 66, жестко закрепленный на днище 68 камеры сгорания. Примером такого решения, соответствующего уровню техники, может служить система по патентной заявке Франции №2728330, F 23 R 3/10, 21.06.1996. Ближайшим аналогом изобретения является топливоподающая система, разработанная заявителем настоящего изобретения и описанная в патентных документах RU 2145402, F 23 R 3/14, 10.02.2000, FR 2753779, F 23 R 3/28, 27.03.1998, US 6035645, F 23 R 3/14, 14.03.2000 и др.

Следует отметить, что, как это показано на фиг.5 (соответствующей фиг.1 документа RU 2145402), во всех известных до настоящего времени топливоподающих системах внутренняя поверхность 62А устройства Вентури 62, на которую падает поток распыленного форсункой 54 топлива, всегда представляет собой непрерывную (или плавную) поверхность (то есть не имеющую скачков угла наклона) до места выхода воздуха из первичного завихрителя.

Эта обычная конструкция топливоподающей системы имеет тот главный недостаток, что при определенных условиях эксплуатации она создает риск опасного самовоспламенения, которое может вызвать разрушение камеры сгорания. Действительно, падение потока топлива на внутреннюю поверхность устройства Вентури, необходимое для получения топливной пленки, которая далее разрывается на мелкие капельки срезающим воздействием потоков от первичного и вторичного завихрителей, иногда преобразуется в подъем топлива к лопаткам первичного завихрителя. Кроме того, тот факт, что зона падения потока топлива на эту внутреннюю поверхность не является точно локализованной, может вызвать случайный впрыск топлива навстречу потоку в этот первичный завихритель. Такой обратный ход топлива в первичный завихритель может привести к выходу топлива за пределы пламенной трубы и к разрушению камеры сгорания и всей турбомашины.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении указанных недостатков и в создании топливоподающей системы в турбомашине, содержащей как топливоподающую форсунку, обеспечивающую распыление топлива в камеру сгорания, так и смесительно-дефлекторный блок, который расположен симметрично оси указанной топливоподающей форсунки и предназначен для образования смеси окислителя топлива с топливом и ее распыления в указанной камере сгорания, причем указанный смесительно-дефлекторный блок содержит первый (или первичный) завихритель и, по меньшей мере, второй (или вторичный) завихритель, которые расположены с взаимным смещением вдоль указанной оси и разделены посредством устройства Вентури, расположенного коаксиально указанной топливоподающей форсунке. Система по изобретению характеризуется тем, что указанный первый завихритель жестко прикреплен к указанной форсунке и расположен на постоянном расстоянии от нее в радиальном направлении. При этом указанное расстояние выбрано таким образом, что топливо, распыленное указанной форсункой, никаким образом не может попадать на указанный первый завихритель.

Предпочтительно второй завихритель установлен с возможностью скользящего перемещения относительно указанной топливоподающей форсунки с помощью кольца, которое жестко соединено с указанным вторым завихрителем и может смещаться перпендикулярно оси указанной форсунки в кольцевом гнезде указанного устройства Вентури.

За счет такой системы скользящего соединения на уровне только вторичного завихрителя устраняется опасность впрыска топлива противотоком в первичный завихритель.

Согласно оптимальному примеру выполнения указанное устройство Вентури содержит внутреннюю поверхность, которая имеет на передней части скачок угла наклона. Эта передняя часть внутренней поверхности может содержать ступень, обращенную внутрь или наружу.

За счет такого специального выполнения устройства Вентури может быть устранено попадание топлива в первичный завихритель капиллярным путем.

Перечень фигур чертежей

Примеры осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 схематично изображает часть топливоподающей системы турбомашины в соответствии с изобретением в продольном разрезе вдоль оси,

фиг.2 изображает в увеличенном виде узел системы по фиг.1 в первом примере выполнения изобретения,

фиг.3 изображает в увеличенном виде узел системы по фиг.1 во втором примере выполнения изобретения,

фиг.4 схематично изображает в продольном разрезе вдоль оси часть топливоподающей системы турбомашины в соответствии с уровнем техники,

фиг.5 изображает в увеличенном виде узел системы по фиг.4.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 показана в осевом разрезе часть топливоподающей системы турбомашины, содержащая кольцевую наружную обшивку (или наружный корпус) 12 с продольной осью 10 и коаксиальную ей кольцевую внутреннюю обшивку (или внутренний корпус) 14. Между обшивками 12 и 14 образовано кольцевое пространство 16, предназначенное для приема сжатого окислителя, - в типичном случае, воздуха. Окислитель подается от компрессора турбомашины (не показан) по кольцевому каналу 18 с рассеивающей решеткой 18а, формирующему общий поток F истечения газа. В пространстве 16 установлен, по ходу потока газа, вначале блок впрыска, который содержит несколько топливоподающих систем 20 (систем впрыска), укрепленных на наружной обшивке 12 и равномерно разнесенных вокруг канала 18. Далее следуют кольцевая камера 22 сгорания и затем кольцевой распределитель (не показан), образующий входную ступень турбины высокого давления.

Кольцевая камера сгорания образована наружной продольной стенкой 24 и внутренней осевой стенкой 26, причем обе стенки коаксиальны оси 10, и поперечной (фронтальной) стенкой 28, которая образует днище камеры и снабжена несколькими окнами 30 для установки топливоподающих систем. Различные соединения между осевыми стенками 24, 26 камеры сгорания со стороны входного (фронтального) конца, а также продолжающими их козырьками 32, 34 и отогнутыми краями днища 28 камеры выполнены с помощью любых известных крепежных средств (не показаны), например, с помощью болтов с коническими головками, предпочтительно по типу шпилек.

Каждая топливоподающая система блока впрыска содержит как топливоподающую форсунку 36, обеспечивающую распыление топлива в камере сгорания, так и смесительно-дефлекторный блок 38, который расположен коаксиально указанной топливоподающей форсунке и предназначен для образования смеси окислителя топлива с топливом и ее распыления в камере сгорания. Этот смесительно-дефлекторный блок содержит первый (или первичный) завихритель 40 и второй (или вторичный) завихритель 42, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга по оси и разделены посредством устройства Вентури 44. Вторичный завихритель продолжен дефлектором 46, который укреплен на днище 28 камеры сгорания и проходит через окно 30 в камере 22 сгорания.

В соответствии с изобретением первичный завихритель 40 жестко укреплен на форсунке 36, например, с помощью втулки 48, что обеспечивает определенное радиальное расстояние между этими компонентами. Это расстояние определяется таким образом, чтобы независимо от режима работы турбомашины (самовращение, замедление, полный газ) топливо, распыленное топливоподающей форсункой, никаким образом не могло попасть на первичный завихритель. За счет этого устраняется случайная возможность впрыска топлива противотоком в указанный первичный завихритель в результате дисперсии топлива, которая естественным образом может происходить в одной или другой топливоподающей системе (в зависимости от углов впрыска, периферийной однородности топлива и других условий) при отражении топлива устройством Вентури.

Согласно первому примеру осуществления изобретения по фиг.2 устройство Вентури дополнительно содержит на своей внутренней поверхности 44А переднюю часть со скачкообразным изменением Р угла наклона Этот скачок угла наклона предназначен для того, чтобы устранить или, по меньшей мере, существенно снизить всякий риск подъема топлива капиллярными силами в первичный завихритель 40 топливоподающей системы 20. Зона скачкообразного перепада угла наклона, выполненная таким образом, что находится спереди от наружной поверхности Е конуса факела впрыска топлива, может быть сформирована с помощью ступени, обращенной внутрь (фиг.2). В примере выполнения по фиг.3 скачок угла наклона образован, наоборот, ступенью, обращенной наружу.

Кроме того, для создания достаточного углового удаления между топливоподающей форсункой 36, которая жестко соединена с наружной обшивкой 12, и смесительно-дефлекторным блоком 38 (в частности, для компенсации температурного расширения) вторичный завихритель 42 установлен с возможностью скользящего перемещения относительно этой форсунки в направлении, перпендикулярном оси S топливоподающей форсунки. Эта установка может осуществляться, например, с помощью кольца 47, которое жестко укреплено на этой вторичной форсунке и может смещаться в кольцевом гнезде 49 устройства Вентури 44. Для обеспечения возможности смещения между внутренней периферией кольцевого гнезда и наружной периферией кольца оставлен достаточный зазор.

Действие каждой из топливоподающих систем 20 согласно изобретению состоит в распылении топлива, подаваемого через топливоподающую форсунку 36 данной системы в камеру сгорания 22 (см. фиг.1). Кроме того, от неизображенного компрессора турбомашины по кольцевому каналу 18 с рассеивающей решеткой 18а в камеру сгорания подается поток F оксилителя (воздуха). Топливо от топливоподающей форсунки 36 падает на внутреннюю поверхность устройства Вентури 44 (см. фиг.2). Падение потока топлива на данное устройство 44 обеспечивает получение топливной пленки, которая далее разрывается на мелкие капельки срезающим воздействием потоков от первичного и вторичного завихрителей 42, 44 смесительно-дефлекторного блока 38.

Благодаря жесткому прикреплению первого завихрителя 40 к топливоподающей форсунке 36 и вышеописанному выбору расстояния в радиальном направлении между ней и первым завихрителем при скользящем соединении форсунки 36 только со вторым завихрителем 42 она постоянно центрирована по отношению к первичному завихрителю 40 и устройству Вентури 44 с устранением возможности впрыска топлива противотоком. Скачок Р угла наклона поверхности устройства Вентури 44 (см. фиг.3) дополнительно позволяет избежать любой возможности восхождения топлива под действием капиллярных сил. Таким образом, благодаря выполнению конструкции топливоподающей системы в соответствии с изобретением обеспечивается хорошее распыление топлива при всех условиях полета. Особенно это относится к наиболее тяжелым условиям обратного зажигания во время самовращения при низком числе Маха, то есть при тех условиях, при которых перепады давления для подачи воздуха слишком низки, чтобы гарантировать достаточное распыление топлива и таким образом получить широкую область обратного зажигания.

1. Топливоподающая система камеры сгорания турбомашины, содержащая как топливоподающую форсунку (36), обеспечивающую распыление топлива в камеру (22) сгорания, так и смесительно-дефлекторный блок (38), который расположен симметрично оси указанной топливоподающей форсунки и предназначен для образования смеси окислителя топлива с топливом и ее распыления в указанной камере сгорания, причем указанный смесительно-дефлекторный блок содержит первый (или первичный) завихритель (40) и, по меньшей мере, второй (или вторичный) завихритель (42), которые расположены с взаимным смещением вдоль указанной оси и разделены посредством устройства (44) Вентури, расположенного коаксиально указанной топливоподающей форсунке, отличающаяся тем, что указанный первый завихритель жестко прикреплен к указанной топливоподающей форсунке и расположен на постоянном расстоянии от нее в радиальном направлении, причем указанное расстояние выбрано таким образом, что топливо, распыленное указанной топливоподающей форсункой, никаким образом не может попадать на указанный первый завихритель.

2. Топливоподающая система по п.1, отличающаяся тем, что указанный второй завихритель установлен с возможностью скользящего перемещения относительно указанной топливоподающей форсунки с помощью кольца (47), которое жестко соединено с указанным вторым завихрителем и может смещаться перпендикулярно оси (S) указанной топливоподающей форсунки в кольцевом гнезде (49) указанного устройства Вентури.

3. Топливоподающая система по п.1, отличающаяся тем, что указанное устройство Вентури имеет внутреннюю поверхность (44А), которая имеет на передней части скачок (Р) угла наклона.

4. Топливоподающая система по п.3, отличающаяся тем, что указанная передняя часть внутренней поверхности устройства Вентури содержит ступень, обращенную внутрь.

5. Топливоподающая система по п.3, отличающаяся тем, что указанная передняя часть внутренней поверхности устройства Вентури содержит ступень, обращенную наружу.