Кольцевая камера сгорания в турбомашине

Кольцевая камера сгорания турбомашины содержит две коаксиальные круговые стенки - внутреннюю и внешнюю, - соединенные своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры, содержащей отверстия для установки систем впрыска. Каждая из систем впрыска содержит форсунку и по меньшей мере один спиральный элемент, предназначенный для образования вращающегося потока воздуха, смешивающегося ниже по потоку с топливом, поступающим из форсунки, и по меньшей мере одну свечу зажигания, установленную в отверстии внешней круговой стенки ниже по потоку от систем впрыска. Свеча расположена по окружности между двумя соседними системами впрыска, которые выполнены таким образом, чтобы образовывать струи топливовоздушной смеси, вращающиеся в противоположных направлениях. Изобретение направлено на улучшение воспламенения струй топливной смеси. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к кольцевой камере сгорания турбомашины, такой как турбовинтовой двигатель или турбореактивный двигатель самолета.

Известно, что кольцевая камера сгорания турбомашины принимает выше по потоку поток воздуха из компрессора высокого давления и выдает ниже по потоку поток горячего газа, приводящего в движение роторы турбин высокого и низкого давления.

Кольцевая камера сгорания содержит две коаксиальные круговые стенки, которые проходят одна внутри другой и соединены своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры, в которой содержатся отверстия для установки систем впрыска топлива.

Каждая система впрыска содержит средства удерживания головки топливной форсунки и, по меньшей мере, один спиральный элемент, расположенный ниже по потоку от головки форсунки, соосно с ней, и осуществляющий подачу вращающегося потока воздуха для образования топливовоздушной смеси, предназначенной для сжигания в камере сгорания.

Спиральные элементы систем впрыска обеспечиваются воздухом, поступающим из кольцевого диффузора, установленного на выходе компрессора высокого давления, расположенного выше по потоку от камеры сгорания.

Каждый спиральный элемент выходит ниже по потоку внутрь смесительного барабана, который содержит расположенную ниже по потоку стенку по существу формы усеченного конуса, расширяющуюся в направлении ниже по потоку, и образован с кольцевым рядом отверстий впрыска воздуха, равномерно распределенных вокруг оси барабана.

По меньшей мере, одна свеча зажигания установлена в отверстии внешней кольцевой стенки камеры сгорания, ниже по потоку от систем впрыска топлива.

В процессе функционирования воздух, выходящий из компрессора высокого давления, циркулирует внутри каждой системы впрыска. Топливовоздушная смесь выбрасывается из каждой системы впрыска, образуя вращающуюся топливовоздушную струю по существу формы усеченного конуса, которая расширяется в направлении ниже по потоку. Угол раскрыва струи зависит от угла раскрыва стенки формы усеченного конуса смесительного барабана, от размеров отверстий впрыска воздуха, образованных в данной стенке формы усеченного конуса. Таким образом, чем больше отверстий смесительного барабана имеют значительный диаметр, тем больше расход воздуха, проходящего через каждое из этих отверстий, и тем меньше расширение струи топливовоздушной смеси. Также, чем больше отверстий расположено в расположенной выше по потоку части на стенке формы усеченного конуса, тем выше аэродинамическое торможение и меньше расширение струи топливовоздушной смеси.

Согласно известной технологии, системы впрыска камеры сгорания образуют струи топливовоздушной смеси, которые все вращаются в одном и том же направлении. Направление вращения может быть как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, когда смотришь на системы впрыска со стороны ниже по потоку.

Для улучшения воспламенения струй топливовоздушной смеси известно размещение свечи зажигания в оси системы впрыска.

В своей заявке FR 2943119 заявитель предложил увеличить угол раскрыва струи топлива, образованной системой впрыска, которая расположена ближе всего к свече. Данный тип конструктивного решения признается эффективным, но может привести к смачиванию внутреннего конца свечи капельками топлива, что является нежелательным для сохранения оптимального функционирования свечи.

Цель изобретения - улучшить воспламенение струй топливной смеси по сравнению с камерами сгорания известного уровня техники, устраняя при этом недостатки известного уровня техники.

С этой целью в нем предлагается кольцевая камера сгорания турбомашины, содержащая две коаксиальные круговые стенки - внутреннюю и внешнюю, - соединенные своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры, содержащей отверстия для установки систем впрыска, каждая из которых содержит форсунку и, по меньшей мере, один спиральный элемент, предназначенный для образования вращающегося потока воздуха, смешивающегося ниже по потоку с топливом, подаваемым форсункой, и, по меньшей мере, одну свечу зажигания, установленную в отверстии внешней круговой стенки ниже по потоку от систем впрыска, отличающаяся тем, что свеча расположена по окружности между двумя соседними системами впрыска, которые выполнены таким образом, чтобы образовывать струи топливовоздушной смеси, вращающиеся в противоположных направлениях.

В отличие от известного уровня техники свеча установлена между двумя форсунками, а две системы впрыска с одной и другой стороны свечи зажигания выполнены таким образом, чтобы образовывать струи топлива противоположного вращения. Таким образом, обеспечивается хорошее взаимопроникновение струй топлива в ось свечи, что увеличивает по сравнению с известным уровнем техники время нахождения капелек топлива рядом с внутренним концом свечи. Таким образом, улучшена эффективность воспламенения камеры сгорания или ее повторного воспламенения.

Предпочтительно (вид со стороны ниже по потоку), первая из двух систем впрыска, расположенная по окружности слева от свечи, образует струю топливовоздушной смеси, вращающуюся по часовой стрелке, а вторая из двух систем впрыска, расположенная по окружности справа от свечи, образует струю топливовоздушной смеси, вращающуюся против часовой стрелки.

С таким конструктивным решением наблюдается образование зоны рециркуляции капелек топлива рядом с внутренним концом свечи, причем капельки топлива в данной зоне рециркуляции более мелкие, что дополнительно улучшает воспламенение или повторное воспламенение камеры сгорания.

Данное конструктивное решение более интересно, чем решение, согласно которому (вид со стороны ниже по потоку) первая из двух систем впрыска, расположенная по окружности слева от свечи, образует струю топливовоздушной смеси, вращающуюся против часовой стрелки, а вторая из двух систем впрыска, расположенная по окружности справа от свечи, образует струю топливовоздушной смеси, вращающуюся по часовой стрелке, поскольку зона рециркуляции скорее будет создана на уровне кольцевой стенки, ограничивающей изнутри камеру сгорания.

Согласно практическому осуществлению изобретения каждая из двух вышеупомянутых систем впрыска содержит барабан со стенкой по существу формы усеченного конуса ниже по потоку от спирального элемента и с кольцевым рядом отверстий впрыска воздуха, предназначенных для образования вращающейся струи топливовоздушной смеси по существу формы усеченного конуса; причем эти отверстия распределены и рассчитаны таким образом, что образованная струя топливовоздушной смеси имеет местное расширение, перекрывающее ось свечи.

С таким конструктивным решением сохраняется одно и то же угловое отверстие для двух барабанов, расположенных с одной и другой стороны свечи, и видоизменение отверстий барабанов позволяет создать местное расширение струи топлива, перекрывающей ось свечи.

Данные расширения струй топлива позволяют осуществлять местное выбрасывание струи топлива ближе к внутреннему концу свечи, что дополнительно увеличивает время нахождения капелек рядом с внутренним концом свечи и улучшает воспламенение топливовоздушной смеси.

Согласно другой отличительной особенности изобретения барабан, по меньшей мере, одной из двух систем впрыска содержит отверстия меньшего диаметра, чем другие отверстия упомянутого барабана; причем эти отверстия с уменьшенным диаметром выполнены на угловом секторе с заданными размером и угловым положением для образования расширения, перекрывающего ось свечи.

Уменьшение диаметра отверстий в данном секторе барабана позволяет уменьшить расход воздуха, проходящего через эти отверстия. Воздух, выходящий через эти отверстия, меньше сталкивается с топливовоздушной смесью, выходящей из расположенного ниже по потоку спирального элемента, что приводит к местному увеличению угла выброса топливовоздушной смеси и образованию местного расширения струи топлива.

Согласно другой отличительной особенности изобретения отверстия вышеупомянутого углового сектора каждого вышеупомянутого барабана имеют диаметр меньше, по меньшей мере, на 40% диаметра других отверстий барабана.

Согласно другому осуществлению изобретения барабан, по меньшей мере, одной из двух систем впрыска лишен отверстий в угловом секторе с заданными размером и положением для образования расширения, перекрывающего ось свечи.

Исключение на секторе отверстий стенки формы усеченного конуса барабана позволяет локально увеличить угол выброса струи топливовоздушной смеси и образовать местное расширение данной струи, которая перекрывает ось свечи.

Угловые секторы двух систем впрыска, предпочтительно, симметричны друг другу относительно радиальной плоскости, в которой расположена ось свечи.

Согласно осуществлению изобретения угловой сектор или каждый угловой сектор проходит приблизительно на 20-50°.

Свеча, предпочтительно, расположена по существу на равном расстоянии по окружности от двух соседних систем впрыска.

В изобретении также предлагается турбомашина, такая как турбовинтовой двигатель или турбореактивный двигатель самолета, содержащая камеру сгорания, описание которой было приведено ранее.

Другие преимущества и отличительные особенности изобретения станут видны в процессе изучения нижеследующего описания, приводимого в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет собой частичный схематический, выполненный в осевом разрезе вид половины кольцевой камеры сгорания известного типа;

фиг. 2 представляет собой частичный схематический вид в увеличенном масштабе зоны, ограниченной пунктирной линией на фиг. 1;

фиг. 3 представляет собой схематический вид поперечного сечения первичного спирального элемента системы впрыска, представленного на фиг. 2;

фиг. 4 представляет собой схематический вид сзади поперечного сечения систем впрыска, образующих струи топливовоздушной смеси с противоположным вращением и расположенных с одной и другой стороны свечи зажигания в камере сгорания согласно изобретению;

фиг. 5 представляет собой схематический вид поперечного сечения первичного спирального элемента системы впрыска, представленного на фиг. 4, который расположен по окружности сразу слева от свечи;

фиг. 6 представляет собой схематический вид поперечного сечения варианта осуществления согласно изобретению двух систем впрыска, расположенных с одной и другой стороны свечи;

фиг. 7 представляет собой схематический вид относительно плоскости поперечного сечения, в которой расположена ось свечи, изображающий струи топлива систем впрыска, представленных на фиг. 6;

фиг. 8 представляет собой схематический вид поперечного сечения другого варианта осуществления согласно изобретению систем впрыска, расположенных с одной и другой стороны свечи.

Вначале ссылка делается на фиг. 1, на которой изображена кольцевая камера сгорания 10 турбомашины, такой как турбореактивный или турбовинтовой двигатель самолета, размещенная на выходе центробежного диффузора 12, установленного на выходе компрессора высокого давления (не изображен). За камерой сгорания 10 расположена турбина высокого давления 14 (изображен только ее входной сопловой аппарат 16).

Камера сгорания 10 содержит две коаксиальные внутреннюю 18 и внешнюю 20 круговые стенки формы усеченного конуса, которые расположены одна внутри другой и имеют сужающееся назад сечение. Такая камера сгорания называется сходящейся. Внутренняя 18 и внешняя 20 кольцевые стенки соединены своими расположенными выше по потоку концами с кольцевой стенкой дна камеры 22 и закреплены ниже по потоку внутренним 24 и внешним 26 кольцевыми фланцами. Внешний кольцевой фланец 26 радиально внешне опирается на внешний корпус 28, а в осевом направлении опирается на радиальный фланец 30 крепления соплового аппарата 16 турбины высокого давления к внешнему корпусу 28. Внутренний 24 кольцевой фланец камеры сгорания опирается в радиальном и осевом направлениях на внутреннюю кольцевую деталь 32 крепления соплового аппарата 16 к внутренней кольцевой стенке 34.

Дно камеры 22 содержит отверстия для установки системы впрыска топливовоздушной смеси в камеру, причем воздух поступает из центробежного диффузора 12, а топливо подается форсунками 36.

Форсунки 36 закреплены своими радиально внешними концами на внешнем корпусе 28 и равномерно распределены на окружности вокруг оси вращения 38 камеры. Каждая форсунка 36 содержит на своем радиально внутреннем конце головку 40 впрыска топлива, которая расположена на одной линии с осью соответствующего отверстия дна камеры 22.

Топливовоздушная смесь, впрыскиваемая в камеру 10, воспламеняется посредством, по меньшей мере, одной свечи зажигания 42, которая радиально проходит наружу камеры 10. Радиально внешний конец свечи прикреплен соответствующими средствами к внешнему корпусу 28 и соединен со средствами электропитания (не изображены), расположенными снаружи корпуса 28, а своим внутренним концом установлена в отверстии внешней стенки 20 камеры.

Каждая система впрыска, как это лучше видно на фиг. 2, содержит коаксиальные расположенный выше по потоку первичный спиральный элемент 44 и расположенный ниже по потоку вторичный спиральный элемент 46, которые соединены выше по потоку средствами центрирования и направления головки форсунки, а ниже по потоку - со смесительным барабаном 48, который установлен в осевом направлении в отверстии стенки дна камеры 22.

Спиральные элементы 44, 46 отделены друг от друга радиальной стенкой 50, соединенной своим радиально внутренним концом с трубкой вентури 52, которая проходит в осевом направлении в направлении ниже по потоку внутрь расположенного ниже по потоку спирального элемента и которая разделяет потоки воздуха, истекающие из расположенного выше по потоку 44 и расположенного ниже по потоку 46 спиральных элементов. Первая кольцевая струя истечения воздуха образована внутри трубки вентури 52, а вторая кольцевая струя истечения воздуха образована снаружи трубки вентури 52.

Смесительный барабан 48 содержит стенку по существу формы усеченного конуса 54, расширяющуюся в направлении ниже по потоку и соединенную своим расположенным ниже по потоку концом с цилиндрическим выступающим краем 56, проходящим в направлении выше по потоку и установленным в осевом направлении в отверстии стенки дна камеры 22. Расположенный выше по потоку конец стенки формы усеченного конуса барабана прикреплен посредством промежуточной кольцевой детали 58 к расположенному ниже по потоку вторичному спиральному элементу 46.

Стенка 54 формы усеченного конуса барабана содержит кольцевой ряд отверстий 60 впрыска воздуха, равномерно распределенных вокруг оси 62 барабана 48. Воздух, проходящий через эти отверстия, и воздух, истекающий в эти потоки внутри и снаружи трубки вентури 54, смешиваются с топливом, распыляемым форсункой, для образования вращающейся струи 64 топливовоздушной смеси, имеющей по существу форму усеченного конуса, расширяющегося в направлении ниже по потоку. Оси 66 каждого из отверстий 60 впрыска воздуха барабана 48 наклонены относительно оси 62 барабана и сближаются с ней в направлении ниже по потоку. Второй кольцевой ряд отверстий 68 сформирован на расположенном ниже по потоку конце цилиндрического выступающего края 56.

В процессе работы расположенный выше по потоку 44 и расположенный ниже по потоку 46 спиральные элементы системы впрыска приводят во вращение поток воздуха и распыляемого топлива, а отверстия для впрыска воздуха 60 стенки 54 формы усеченного конуса барабана 48 осуществляют сдвиг топливовоздушной смеси. Таким образом, чем больше диаметр отверстий 60 впрыска воздуха барабана 48, тем больше расход воздуха, проходящего через эти отверстия, что уменьшает угол раскрыва 64 струи топливовоздушной смеси формы усеченного конуса.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид со стороны ниже по потоку и в поперечном разрезе первичного спирального элемента 44, причем разрез выполнен по линии III-III системы впрыска, изображенной на фиг. 2.

Первичный спиральный элемент 44 содержит множество лопаток 70, равномерно распределенных вокруг оси 62 спирального элемента 44. Эти лопатки 70 проходят в радиальном и окружном направлениях и ограничивают между собой каналы 72 прохождения воздуха, выходящие внутрь спирального элемента 44. Внутренние устья каналов 72 все ориентированы в направлениях 74, расположенных под наклоном относительно оси 62 спирального элемента 44, для образования потока воздуха, вращающегося против часовой стрелки (стрелка A).

С таким первичным спиральным элементом 44 топливовоздушная смесь, выходящая из системы впрыска, образует струю топливовоздушной смеси, которая вращается против часовой стрелки.

Вторичный спиральный элемент 46 также содержит множество лопаток, равномерно распределенных вокруг оси спирального элемента. Эти лопатки проходят в радиальном и окружном направлениях и ограничивают между собой каналы прохождения воздуха. Аналогично первичному спиральному элементу, внутренние устья каналов вторичного спирального элемента все ориентированы в направлениях, расположенных под наклоном относительно оси вторичного спирального элемента, для образования потока воздуха, вращающегося против часовой стрелки.

Согласно варианту изобретения внутренние устья каналов вторичного спирального элемента 46 могут быть ориентированы в направлениях, расположенных под наклоном относительно оси вторичного спирального элемента, для образования потока воздуха, вращающегося по часовой стрелке, т.е. потока воздуха, вращающегося в направлении, противоположном потоку воздуха первичного спирального элемента.

Вторичный спиральный элемент позволяет ускорить расширение топливовоздушной смеси, выходящей из системы впрыска. Он также позволяет создать сдвиг путем замедленного истечения на выходе трубки вентури и способствует, таким образом, улучшению распыления топливовоздушной смеси.

Системы впрыска, таким образом, могут содержать два совместно вращающихся спиральных элемента - первичного и вторичного, - т.е. обеспечивающих формирование потока воздуха, вращающегося в одном направлении, или содержать первичный и вторичный спиральные элементы, образующие потоки воздуха, вращающиеся в противоположных направлениях. В этом последнем случае направление вращения топливовоздушной смеси, выходящей из системы впрыска, управляется в основном посредством углов установки устьев каналов первичного и вторичного спиральных элементов, а также расходами, проходящими через первичный и вторичный спиральные элементы.

В камере сгорания, изображенной на фиг. 1, все системы впрыска имеют одинаковую конструкцию и образуют струи топливовоздушной смеси, которые все вращаются против часовой стрелки.

Изобретение позволяет улучшить воспламенение или повторное воспламенение в камере сгорания путем установки свечи зажигания 42 по окружности между двумя соседними системами впрыска S1, S2, которые образуют струи топливовоздушной смеси N1, N2, вращающиеся в противоположных направлениях (стрелки B и C на фиг. 4).

Система впрыска S1, расположенная сразу слева от свечи, если смотреть со стороны ниже по потоку, содержит первичный спиральный элемент, аналогичный спиральному элементу, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 3. Данный спиральный элемент 76 отличается от него тем, что лопатки 78 ограничивают между собой каналы 80, все внутренние устья которых ориентированы в направлениях, расположенных под наклоном относительно оси 82 спирального элемента 76, для образования потока воздуха, вращающегося по часовой стрелке (фиг. 5).

Система впрыска S2, расположенная по окружности сразу справа от свечи, содержит первичный спиральный элемент 44, идентичный спиральному элементу, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 3.

Другие системы впрыска S3, т.е. системы, которые не расположены по окружности сразу сбоку от свечи 42, все они образуют струи N3 топливовоздушной смеси, вращающиеся в одном и том же направлении. Эти направления могут быть или направлением по часовой стрелке, или направлением против часовой стрелки (фиг. 4).

Установка свечи 42 между двумя соседними системами впрыска S1, S2, образующими струи N3 топливовоздушной смеси противоположного вращения, позволяет образовать зону 84 рециркуляции капелек топлива как можно ближе к внутреннему концу свечи 42. Направления потока капелек в зоне 84 рециркуляции являются очень неоднородными, что способствует увеличению времени прохождения капелек топлива рядом со свечой и улучшает воспламенение в камере сгорания. Кроме того, капельки топлива в зоне 84 рециркуляции являются более мелкими, что также облегчает образование пламени сгорания.

На фиг. 7 изображен схематический вид сзади двух соседних систем впрыска S4, S5, располагаемых по обе стороны свечи 42, а на фиг. 8 изображены струи N4 и N5 топливовоздушной смеси, образованные соответствующими системами впрыска S4 и S5.

Система впрыска S4, расположенная по окружности слева от свечи 42, содержит первичный спиральный элемент 76, соответствующий первичному спиральному элементу, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 5, для образования струи N4 топливовоздушной смеси, вращающейся по часовой стрелке (стрелка D на фиг. 7). Данная система впрыска S4 содержит смесительный барабан 86 с множеством отверстий 88 впрыска воздуха, равномерно распределенных вокруг оси 90 барабана. Барабан 86 содержит угловой сектор 92, в котором отверстия 94 имеют диаметр меньше диаметра других отверстий 88 барабана 86 (фиг. 6).

Когда топливовоздушная смесь попадает внутрь барабана 86, расход воздуха, проходящего через отверстия 94 углового сектора 92, меньше расхода воздуха, проходящего через другие отверстия 88 барабана 86. Из этого следует, что частицы воздуха и топлива, проходящие рядом с этим сектором 92, выходят из барабана 86 по более расширяющейся траектории, чем частицы, проходящие рядом с другими отверстиями 88 барабана 86. В результате этого образуется местное расширение 96 струи распыляемого топлива (фиг. 7).

Вследствие того, что струя топливовоздушной смеси имеет форму усеченного конуса и вращается, каждая частица воздуха и топлива следует по траектории, имеющей по существу спиралеобразную форму усеченного конуса. Местное расширение принимает, таким образом, форму, соответствующую этим спиралеобразным траекториям усеченного конуса.

Для того, чтобы расширение 96 перекрывало ось 98 свечи 42 и подходило как можно ближе к внутреннему концу свечи 42, сектор 92 барабана 86 должен быть смещен по углу на угол α в направлении, противоположном вращению топливовоздушной смеси, т.е. в направлении против часовой стрелки, относительно плоскости 100, содержащей ось барабана 90 и проходящей посредством углового положения вокруг оси 90 барабана, для которой желательно, чтобы расширение перекрывало ось 98 свечи 42. На фиг. 6 плоскость 100 показана линией и она перпендикулярна плоскости листа.

Система впрыска S5, расположенная по окружности справа от свечи, содержит первичный спиральный элемент, соответствующий первичному спиральному элементу, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 3, для образования струи топливовоздушной смеси, вращающейся против часовой стрелки (стрелка E на фиг. 7). Данная система впрыска S5 содержит смесительный барабан 102 с множеством отверстий 88, равномерно рассредоточенных вокруг оси барабана и идентичных отверстиям барабана 86 системы впрыска S4. Барабан 102 имеет угловой сектор 104, диаметр отверстий 96 в котором меньше диаметра других отверстий барабана 88, что позволяет образовывать местное расширение 105 струи топлива N5 (фиг. 7).

Угловой сектор 104 барабана 102 смещен по углу на угол β в направлении, противоположном вращению топливовоздушной смеси, т.е. по часовой стрелке, относительно плоскости 106, содержащей ось 108 барабана 102 и проходящей путем установки углового положения вокруг оси 108 барабана 102, для которой желательно, чтобы расширение перекрывало ось 98 свечи 42.

Углы α и β измерены от середины каждого из секторов 92, 104 барабанов 86, 102, содержащих отверстия уменьшенного диаметра.

Угловые протяженности секторов 92, 104 барабанов 86, 102 систем впрыска S1 и S2 определяют угловые протяженности каждого из расширений 96, 105 струй N4, N5 топливовоздушной смеси вокруг осей 90, 108 барабанов 86, 102, соответственно.

С таким конструктивным решением местные видоизменения 96, 105 струй N4, N5 топливовоздушной смеси, образованных системами впрыска S4 и S5, которые расположены с одной и другой стороны свечи, позволяют выбрасывать как можно ближе к внутреннему концу свечи 42 капельки топлива, что увеличивает время нахождения частиц рядом с внутренним концом свечи 42 и облегчает воспламенение в камере сгорания.

Согласно осуществлению, изображенному на фиг. 6, угловые секторы 92, 104 двух систем впрыска S4 и S5 симметричны друг другу относительно радиальной плоскости, в которой размещена ось свечи. В этом случае углы α и β идентичны.

Согласно другому практическому осуществлению, изображенному на фиг. 8, секторы барабанов, содержащие отверстия с уменьшенным диаметром, заменены секторами 110, 112, лишенными отверстий впрыска воздуха. Эти барабаны 114, 116 позволяют получить струи топлива по существу такой же формы, что и струи, полученные барабанами 86, 102, содержащими сектор 92, 104 с отверстиями 94, 96 уменьшенного диаметра. Только ширина расширений струй топлива в радиальном направлении больше в связи с тем, что никакой расход воздуха не циркулирует через секторы 110, 112 барабанов 114, 116.

Можно будет комбинировать систему впрыска с барабаном, имеющим сектор, содержащий отверстия уменьшенного диаметра, с системой впрыска с барабаном, имеющим сектор без отверстий.

Согласно практическому осуществлению изобретения секторы 92, 104 барабанов 86, 102, содержащие отверстия 94, 96 уменьшенного диаметра, и секторы 110, 112 барабанов 114, 116 без отверстий проходят по углу приблизительно на 50°, а углы α и β составляют порядка 80°. Углы α и β могут составлять от 0 до 180°.

На практике место расположения и угловая протяженность двух угловых секторов 92, 104, содержащих отверстия с уменьшенным диаметром, или угловых секторов 110, 112, лишенных отверстий, определены путем трехмерного моделирования. При таком моделировании учитываются многочисленные параметры, такие как форма и наклон лопаток спиральных элементов, расход воздуха компрессора высокого давления, расход топлива форсунками и т.д.

Согласно различным осуществлениям изобретения свеча 42 может быть расположена по окружности на одинаковом расстоянии от двух соседних систем впрыска.

1. Кольцевая камера сгорания (10) турбомашины, содержащая две коаксиальные круговые стенки - внутреннюю (18) и внешнюю (20), - соединенные своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры (22), содержащей отверстия для установки систем впрыска, каждая из которых содержит форсунку (36) и по меньшей мере один спиральный элемент (76, 44), предназначенный для образования вращающегося потока воздуха, смешивающегося ниже по потоку с топливом, поступающим из форсунки (36), и, по меньшей мере, одну свечу (42) зажигания, установленную в отверстии внешней круговой стенки (20) ниже по потоку от систем впрыска, отличающаяся тем, что свеча (42) расположена по окружности между двумя соседними системами впрыска (S1, S2), которые выполнены таким образом, чтобы образовывать струи топливовоздушной смеси, вращающиеся в противоположных направлениях (B, C).

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что, согласно виду со стороны ниже по потоку, первая (S1) из двух систем впрыска, расположенная по окружности слева от свечи (42), образует струю (N1) топливовоздушной смеси, вращающуюся по часовой стрелке, а вторая (S2) из этих двух систем впрыска, расположенная по окружности справа от свечи (42), образует струю (N2) топливовоздушной смеси, вращающуюся против часовой стрелки.

3. Камера по п. 2, отличающаяся тем, что каждая из двух соседних систем впрыска (S4, S5) содержит барабан (86, 102) со стенкой по существу формы усеченного конуса ниже по потоку от спирального элемента и с кольцевым рядом отверстий (88) впрыска воздуха, предназначенных для образования вращающейся струи топливовоздушной смеси по существу формы усеченного конуса; причем данные отверстия (88, 94) распределены и рассчитаны таким образом, что образованная струя топливовоздушной смеси имеет местное расширение, перекрывающее ось свечи.

4. Камера по п. 3, отличающаяся тем, что барабан по меньшей мере одной из двух систем впрыска (S4, S5) содержит отверстия (94) меньшего диаметра, чем другие отверстия (88) упомянутого барабана (86); причем данные отверстия (94) уменьшенного диаметра выполнены в угловом секторе (92, 104) с заданными размером и угловым положением для образования расширения, перекрывающего ось свечи (42).

5. Камера по п. 4, отличающаяся тем, что отверстия (94) вышеупомянутого углового сектора (92, 104) каждого барабана (86, 102) имеют диаметр меньше по меньшей мере на 40% диаметра других отверстий барабана.

6. Камера по п. 3, отличающаяся тем, что барабан (114, 116) по меньшей мере одной из двух систем впрыска лишен отверстий на угловом секторе (110, 112) заданных размера и положения для образования расширения, перекрывающего ось свечи (42).

7. Камера по п. 4, отличающаяся тем, что угловые секторы (92, 104, 110, 112) двух систем впрыска симметричны друг другу относительно радиальной плоскости, в которой расположена ось свечи (42).

8. Камера по п. 4, отличающаяся тем, что угловой сектор или каждый угловой сектор (92, 104, 110, 112) проходит приблизительно на 20-50°.

9. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что свеча (42) расположена по существу на равном расстоянии по окружности от двух соседних систем впрыска.

10. Турбомашина, такая как турбовинтовой или турбореактивный двигатель самолета, содержит камеру сгорания по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение касается кольцевой камеры сгорания, содержащей две круговые стенки, внутреннюю и наружную, соединенные выше по потоку кольцевой стенкой днища камеры, через которую проходят системы впрыска, содержащие каждая, по меньшей мере, одну спираль, предназначенную для выдачи потока воздуха, вращающегося ниже по потоку от инжектора топлива, и неподвижный конус в форме усеченного конуса ниже по потоку от спирали, образованный с кольцевым рядом отверстий впрыска воздуха.

Кольцевая камера сгорания для турбомашины, представляющая осевое направление (X), радиальное направление (R) и азимутальное направление (Y), камера сгорания, содержащая первую кольцевую стенку и вторую кольцевую стенку.

Изобретение относится к энергетике. Корпус камеры сгорания, образованный внешним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью и внутренним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью, причем внешний кожух камеры сгорания и внутренний кожух камеры сгорания содержат каждый по одному открытому к торцевой стороне, сплошному, проходящему по окружности пазу, обращенному в сторону внутренней полости кожуха, причем в пазах предусмотрена установка сменной прокладки из двух частей, причем указанная прокладка соединена с внешним кожухом камеры сгорания и внутренним кожухом камеры сгорания с возможностью разъединения.

Газотурбинный двигатель содержит кольцевую камеру сгорания, содержащую образованные вращением стенки, соответственно радиально внутреннюю и радиально наружную по отношению к оси газотурбинного двигателя, соединенные на своих входных концах кольцевым дном камеры, оборудованным средствами впрыска топлива.

Камера сгорания газотурбинного двигателя выполнена кольцевой и содержит внешнюю стенку, внутреннюю стенку, стенку, связывающую обе стенки и образующую днище камеры, и, по меньшей мере, два дефлектора, вставленные в днище камеры.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для пламенного непрерывного сжигания подготовленных топливовоздушных смесей (ТВС) газообразных топлив в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), газотурбинных установок (ГТУ), печах, котлах и других типах энергоустановок.

Изобретение относится к области авиационной техники. Электрохимический генератор низкотемпературной плазмы для поджига, стабилизации и оптимизации работы сверхзвуковой камеры сгорания содержит термохимический реактор со штуцером для подвода газа с химически активным компонентом.

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания состоит из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с симметричными аэродинамическими профилями, один из которых - анод, электрически изолирован от металлической стенки камеры сгорания и оборудован трубкой для подвода топлива и инжекторами для впрыска топлива в поток, при этом анод имеет излом так, что корневая часть анода имеет отрицательную стреловидность относительно направления потока, а концевая - нулевую стреловидность, а второй электрод - катод расположен в следе за первым и непосредственно закреплен на стенке камеры сгорания, в анод дополнительно встроены трубка и инжекторы для впрыска в поток одновременно с топливом химически активных добавок, торец концевой части анода со стороны набегающего потока имеет выступ в виде тонкой прямоугольной пластины, расположенной в плоскости симметрии пилона, задняя кромка пластины скошена и имеет скругления в угловых точках, при этом угол между торцевой поверхностью и задней кромкой анода также скруглен.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при создании и модернизации энергетических газотурбинных установок, потребляющих в качестве энергетического газотурбинного топлива природный газ и другие виды газообразного топлива.

Изобретение относится к горелкам для газовых турбин и, в частности, к горелкам, выполненным с возможностью стабилизации горения в двигателе. .

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в форсажной камере турбореактивного двигателя или в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) и может быть использовано в камерах сгорания авиационных ГТД и наземных установок. .

Изобретение относится к области двухконтурных турбореактивных двигателей, в частности к форсажным турбореактивным двигателям. .

Изобретение относится к энергетике. Устройство камеры сгорания с регулируемым зазором подачи охлаждающего воздуха для микрогазотурбинного двигателя содержит корпус, жаровую трубу и узел впрыска топлива, жаровая труба размещена внутри корпуса и расположена по оси камеры сгорания, причем между корпусом камеры сгорания и наружной поверхностью жаровой трубы образован кольцевой зазор воздушной рубашки, торцевой фланец.

Кольцевая камера сгорания турбомашины содержит две коаксиальные круговые стенки - внутреннюю и внешнюю, - соединенные своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры, содержащей отверстия для установки систем впрыска. Каждая из систем впрыска содержит форсунку и по меньшей мере один спиральный элемент, предназначенный для образования вращающегося потока воздуха, смешивающегося ниже по потоку с топливом, поступающим из форсунки, и по меньшей мере одну свечу зажигания, установленную в отверстии внешней круговой стенки ниже по потоку от систем впрыска. Свеча расположена по окружности между двумя соседними системами впрыска, которые выполнены таким образом, чтобы образовывать струи топливовоздушной смеси, вращающиеся в противоположных направлениях. Изобретение направлено на улучшение воспламенения струй топливной смеси. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх