Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя


 


Владельцы патента RU 2406934:

Открытое акционерное общество "АВИАДВИГАТЕЛЬ" (RU)

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, стабилизатор потока воздуха, осевой и тангенциальный завихрители воздуха, снабженные конфузорно диффузорными соплами с внутренними и внешними трактовыми стенками. Между стенками сопла осевого завихрителя и внешней трактовой стенкой сопла тангенциального завихрителя расположена кольцевая полость. На диффузорной части сопла осевого завихрителя выполнена перфорация. Изобретение направлено на повышение надежности камеры сгорания и улучшение топливной экономичности газотурбинного двигателя при снижении эмиссии сажи в выхлопных газах, уменьшение дымления и устранение нагароотложения на поверхности горелки за счет обеднения топливовоздущной смеси в локальных зонах горелки. 1 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям газотурбинного двигателя, в частности основных камер сгорания.

Известна горелка камеры сгорания газовой турбины, содержащая форсунку для распыливания топлива в сжатом воздухе, первичный и вторичный проходные каналы, разделенные первой деталью, концентричной оси горелки и имеющей цилиндрическую и коническую сужающуюся распылительную гильзу, причем наружный вторичный проходной канал снаружи радиально ограничен расположенной концентрично второй кольцевой деталью со сходящейся-расходящейся внутренней поверхностью, образующей участок с суженным проходным сечением, и к ней в направлении против потока примыкает распылительная гильза. Поверхность сужающейся-расширяющейся кольцевой детали выполнена пересекающей образующую конуса топлива форсунки выше по потоку от места изменения ее кривизны (DE, заявка №19627760, F23D 11/24, 1996 г.).

Недостатком известной конструкции является возможность возникновения неустойчивой зоны рециркуляции горячих газов вокруг форсунки, вблизи стенки жаровой трубы, ухудшение топливной экономичности при работе на бедных топливом смесях, снижение диапазона устойчивой работы, а также повышенное нагарообразование. Это объясняется отсутствием выходной распыливающей кромки канала, отрывом потока воздуха и нарушением установившегося течения в непосредственно контактирующем с каналом воздухе. Также недостатком этой конструкции является выполнение сужающейся-расширяющейся кольцевой детали с распылительной гильзой, пересекающей образующую конуса распыленного топлива форсунки выше по потоку от места изменения критического сечения канал, что способствует повышенному нагарообразованию.

Наиболее близкой к заявляемой является топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распиливания топлива, осевой и тангенциальный завихрители воздуха в виде каналов с открытыми торцами и лопатками внутри, стабилизатор потока воздуха, размещенный между тыльной стороной корпуса форсунки и входным торцом осевого завихрителя, образующий щелевой канал с его входным торцом, причем каждый завихритель снабжен конфузорно-диффузорным соплом (Патент РФ №2264584, F23R 3/28, 2005 г.).

Недостатком конструкции данной топливной горелки является наличие нагароотложений на поверхности диффузорной части сопла осевого завихрителя, повышенный уровень эмиссии сажи. Указанные недостатки объясняются наличием локальных вихревых течений в диффузорной части сопла, которые создают местные переобогащенные топливом зоны в основном на низких режимах работы камеры сгорания.

Техническая задача заключается в повышении надежности камеры сгорания и улучшении топливной экономичности газотурбинного двигателя при снижении эмиссии сажи в выхлопных газах, уменьшении дымления и устранении нагароотложения на поверхности горелки за счет обеднения топливовоздушной смеси в локальных зонах горелки.

Сущность изобретения заключается в том, что в топливовоздушной горелке камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, стабилизатор потока воздуха, осевой и тангенциальный завихрители воздуха, снабженные конфузорно-диффузорными соплами с внутренними и внешними трактовыми стенками, согласно изобретению между стенками сопла осевого завихрителя и внешней трактовой стенкой сопла тангенциального завихрителя расположена кольцевая полость, а на диффузорной части сопла осевого завихрителя выполнена перфорация.

Такое исполнение конструкции топливовоздушной горелки дает возможность подвести необходимое количество воздуха в местные зоны горелки, устраняя возникновение переобогащенной топливовоздушной смеси в локальных зонах вблизи поверхности сопла. Обеднение топливовоздушной смеси в локальных зонах горения исключает нагароотложение на поверхности горелки, снижает эмиссию сажи в выхлопных газах и уменьшает задымление, что значительно повышает надежность камеры сгорания и улучшает топливную экономичность газотурбинного двигателя.

На чертеже изображен продольный разрез заявляемой топливовоздушной горелки.

Горелка содержит топливную форсунку в виде корпуса 1 с каналами 2 подачи и распыла топлива 3, осевой завихритель 4 воздуха и тангенциальный завихритель 5 воздуха в виде каналов с открытыми торцами 6, 7 и лопатками 8, 9 внутри. Стабилизатор 10 потока воздуха размещен между тыльной стороной корпуса форсунки 1 и входным торцом 6 осевого завихрителя 4, который образует щелевой канал A с его входным торцом 6. Осевой завихритель 4 снабжен конфузорно-диффузорным соплом 11 с внешней трактовой стенкой 12.

Тангенциальный завихритель 5 снабжен конфузорно-диффузорным соплом 13 с внешней 14 и внутренней 15 трактовыми стенками. Между стенками сопла 11 осевого завихрителя 4 и внешней трактовой стенкой 14 тангенциального завихрителя 5 расположена кольцевая полость 16. На диффузорной части сопла 11 осевого завихрителя 4 выполнена перфорация 17. Представлены фронтовая стенка 18 жаровой трубы, полость 19 горения жаровой трубы и распыливающий пакет 20 форсунки, аэрозоль топлива 21, диффузорная область 22, локальные вихревые зоны 23 и кромка 24.

Работа осуществляется следующим образом.

Топливо 3 через каналы 2 подается к распылительному пакету 20 форсунки, далее - в полость 19 горения жаровой трубы. Одновременно сжатый компрессором поток воздуха, обтекая внешний контур стабилизатора 10, поступает через щелевой канал A в осевой завихритель 4, в тангенциальный завихритель 5 и в кольцевую полость 16 сопла 11. Поток воздуха, поступающий в канал A осевого завихрителя 4 закручивается и, направляясь внешней трактовой стенкой 12 в конфузорную часть сопла 11 осевого завихрителя 4, распыляет аэрозоль топлива 21. В диффузорной части сопла 11, образованной внешней трактовой стенкой 12, распыленная аэрозоль топлива предварительно перемешивается в закрученном потоке осевого завихрителя 4. Далее до требуемой концентрации в диффузорной части сопла 13 тангенциального завихрителя 5 в полости горения 19 вблизи фронтовой стенки 18 жаровой трубы формируется устойчивая однородная по составу топливовоздушная смесь, образуя зону рециркуляции. В диффузорной области 22 за кромкой 24 на низких режимах могут образовываться локальные вихревые зоны 23. Часть воздушного потока, попадающего в кольцевую полость 16 сопла осевого завихрителя 4 и выходящего через перфорацию 17 в диффузорную область 22, воздействует на локальные вихревые богатые топливом зоны 23, обедняя их.

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, стабилизатор потока воздуха, осевой и тангенциальный завихрители воздуха, снабженные конфузорно-диффузорными соплами с внутренними и внешними трактовыми стенками, отличающаяся тем, что между стенками сопла осевого завихрителя и внешней трактовой стенкой сопла тангенциального завихрителя расположена кольцевая полость, а на диффузорной части сопла осевого завихрителя выполнена перфорация.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, а именно к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к конструкциям камер сгорания газовых турбин, работающих преимущественно на сжатом газе с низкими выбросами окислов азота и углерода. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к конструкциям основных камер сгорания. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к конструкциям основных камер сгорания. .

Изобретение относится к инжектору (10) для жидкого топлива, предназначенному для горелок в газовых турбинах, такого типа, какой используется внутри горелок, оснащенных камерой (62) предварительного смешивания и элементом (13) для создания турбулентности в потоке сжатого воздуха, получаемого из компрессора газовой турбины.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к камерам сгорания газотурбинных двигателей, работающих на водороде. .

Изобретение относится к прямоточным воздушно-реактивным двигателям

Устройство стабилизации факела пламени для форсажной камеры турбореактивного двигателя двухконтурной конструкции, содержащего первый (3) и второй (5) кольцевые внутренние контуры, между которыми располагается проход (4) для первичного потока, и наружный кольцевой контур (2), который образует совместно с указанным выше первым внутренним кольцевым контуром (3) проход (1) для вторичного потока, содержащее, по меньшей мере, одну опору стойки (8), изготовленную из металлического материала и предназначенную для крепления к указанному выше наружному кольцевому контуру (2) посредством верхней платины (9), и, по меньшей мере, одну стойку стабилизатора факела пламени (7). Стойка стабилизатора факела пламени (7) имеет моноблочную конструкцию, изготовленную из композитного материала и выполненную в виде двух жестко соединенных между собой стенок (28a, 28b), расположенных таким образом, что они образуют горловину с профилем, имеющим, по существу, форму буквы V. Верхние части (31а, 31b) указанных стенок, располагающиеся во вторичном потоке, несут на себе средства крепления (34a, 34b) к опоре стойки (8). Верхние части (31a, 31b) стенок (28а, 28b) являются плоскими и располагаются одна напротив другой. Изобретение направлено на улучшение конструкции за счет применения стоек стабилизатора факела пламени, обладающих более высокой механической стойкостью. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка (1) промежуточного подогрева содержит канал (2) с трубкой (3), расположенной в канале с возможностью впрыскивания топлива в плоскости (4), перпендикулярной продольной оси (15) канала, причем конец (14) трубки (3) расположен по потоку перед областью (16) высоких скоростей, и завихрители (7) выступают от каждой из стенок канала, причем канал (2) содержит боковые стенки (10) и верхнюю и нижнюю стенки (11) и имеет прямоугольное, квадратное или трапециевидное сечение, при этом канал (2) и трубка (3) ограничивают в направлении потока горячих газов (G) зону (6) вихреобразования перед плоскостью (4) впрыскивания и зону (9) смешивания за плоскостью (4) впрыскивания, при этом зона (9) смешивания включает в себя область (16) больших скоростей с постоянным поперечным сечением и расположенную за ней в направлении потока горячих газов (G) область (17) торможения с расширяющимся поперечным сечением, а горелка в области (16) больших скоростей зоны (9) смешивания имеет наименьшее поперечное сечение. Ширина (w) и высота (h) области (17) торможения увеличиваются в направлении выходного отверстия (19) горелки. Внутренняя стенка (20) области (17) торможения имеет выступ (21), образующий участок, на котором горячие газы отделяются от внутренней стенки (20) области торможения. Выступ (21) расположен по окружности на внутренней стенке (20) области торможения. Зона (6) вихреобразования имеет по меньшей мере один участок, на котором ее ширина (w) и высота (h) увеличиваются в направлении выходного отверстия (19) горелки. Изобретение позволяет предотвратить проскок пламени в горелку, снизить выбросы NOx и СО в атмосферу. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх