Устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к устройствам для сжигания топлива, и может быть использовано в основных камерах сгорания (ОКС) газотурбинных двигателей. Техническим результатом изобретения является снижение неравномерности поля температур в выходном сечении ОКС в осевом и радиальном направлении, уменьшение ее потребной длины, возможность охлаждения наружного и внутреннего корпусов камеры сгорания, за счет обеспечения симметричности потока в окружном и радиальном направлении, а также интенсификации процессов смешения первичного и вторичного потоков, за счет введения расширяющегося канала перед кольцевой полостью, в котором установлены экраны-разделители потока, совместно с уголковым стабилизатором, которые имеют возможность перемещения в осевом направлении. Изобретение от известных отличается тем, что устройство разделения рабочего тела установлено перед кольцевой полостью и состоит из наружной и внутренней обечайки, наружного и внутреннего экранов-разделителей потока, при этом наружная обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру наружного корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, внутренняя обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру внутреннего корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, внутренняя и наружная обечайки соединены между собой силовыми пластинами в количестве N≥3, где N - натуральное число, расположенными в радиальном направлении и проходящими на 1/3 глубины кольцевой полости, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, при этом входной диаметр наружного экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру наружной обечайки в соотношении 0,95…0,7, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, входной диаметр внутреннего экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру внутренней обечайки в соотношении 1,05…1,3, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен между экранами-разделителями потока, с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин. 3 ил.

 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к устройствам для сжигания топлива, и может быть использовано в основных камерах сгорания (ОКС) газотурбинных двигателей (ГТД).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для сжигания топлива в ГТД, которое содержит наружный и внутренний корпус, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потока, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы на наружном корпусе кольцевой полости. В каждом первичном канале выполнены симметричные прямоугольные вырезы, соответствующие его размеру, с проходящими через них неподвижными разделителями потока, а также в торцевой части кольцевой полости дополнительно установлены два кольца с возможностью вращения вокруг продольной оси, диаметр одного из которых соответствует диаметру наружного корпуса, второго - диаметру внутреннего корпуса, при этом на наружном кольце выполнены 2N прорези, где N - натуральное четное число, соответствующее количеству первичных каналов, в каждом первичном канале установлены по две выполненные по профилю крыла пластины, шарнирно закрепленные на внутреннем кольце, с возможностью перемещения вокруг продольной оси двигателя по прорезям на наружном кольце и вокруг своей центральной оси. Длина прорези соответствует ходу пластины от минимального до максимального размера первичного канала, а так же в каждом первичном канале установлены уголковые стабилизаторы пламени с углом раскрытия 55-60 градусов по направлению потока, которые жестко закреплены на наружном и внутреннем кольцах равноудаленно по окружности, при этом точка крепления на наружном кольце находится между прорезями соответствующего канала (см. «Устройство для сжигания топлива в высокотемпературном газотурбинном двигателе», Патент RU№2531477, МПК. F23R, опубл. 20.10.2014 г., Бюл. №29).

Недостатками прототипа являются:

- высокая неравномерность поля температур в выходном сечении камеры сгорания в осевом и радиальном направлении, обусловленная формой проходных окружных площадей между элементами проточной части;

- увеличение потребной длины камеры сгорания, связанное с тем, что воздух делится на первичный и вторичный потоки по секторам, в соотношении, определяемом углом установки подвижных разделителей потока, что в свою очередь увеличивает длину зоны смешения;

- высокая вероятность прогара наружного и внутреннего корпусов камеры сгорания в зонах первичных каналов, в связи с горением топливовоздушной смеси в их непосредственной близости.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для сжигания топлива, содержащем наружный и внутренний корпус, образующие кольцевую полость, устройство разделения воздуха и уголковый стабилизатор пламени, согласно изобретению устройство разделения рабочего тела установлено перед кольцевой полостью и состоит из наружной и внутренней обечайки, наружного и внутреннего экранов-разделителей потока, при этом наружная обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру наружного корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, внутренняя обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру внутреннего корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, внутренняя и внешняя обечайки соединены между собой продольными силовыми пластинами в количестве N≥3, где N - натуральное число, расположенными в радиальном направлении и проходящими на 1/3 глубины кольцевой полости, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими силовыми пластинами, при этом входной диаметр наружного экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру наружной обечайки в соотношении 0,95…0,7, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, входной диаметр внутреннего экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру внутренней обечайки в соотношении 1,05…1,3, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен посередине между экранами-разделителями потока с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для сжигания топлива в газотурбинном двигателе, содержащем наружный и внутренний корпус, образующие кольцевую полость, уголковый стабилизатор пламени и устройство разделения воздуха, которое установлено перед кольцевой полостью и состоит из наружной и внутренней обечаек, наружного и внутреннего экранов-разделителей потока, при этом наружная обечайка и внутренняя обечайка представляют собой тела вращения относительно продольной оси двигателя, которые соединены между собой продольными силовыми пластинами, расположенными в радиальном направлении, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими силовыми пластинами, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен между экранами-разделителями потока с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин, что обеспечивает выравнивание поля скоростей по проточной части устройства, за счет симметричного расположения элементов в ней, что в свою очередь приводит к выравниванию поля температур на выходе из ОКС, уменьшает ее потребную длину, а образованные вторичные каналы обеспечивают охлаждение наружного и внутреннего экранов-разделителей потока. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Схема построения устройства приведена на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлен продольный разрез ОКС, где обозначено: 2-1 - наружная обечайка и 2-2 - внутренняя обечайка, образующие входной расширяющийся канал, переходящий в кольцевой канал, образованный 1-1-наружным корпусом и 1-2-внутренним корпусом, 4 - силовые пластины, имеющие 6-3-прорези для перемещения 5-уголкового стабилизатора пламени, 6-1 - прорези для перемещения 3-1-наружного экрана-разделителя потока и 6-2-прорези для перемещения 3-2-внутреннего экрана-разделителя потока. Положение наружного экрана-разделителя потока 3-1, внутреннего экрана-разделителя потоков 3-2 и уголкового стабилизатора пламени 5 соответствуют максимальному режиму работы двигателя (сплошные линии) и минимальному режиму работы двигателя (прерывистые линии).

На фиг. 2 представлен вид спереди устройства для сжигания топлива, на котором обозначены: 4 - силовые пластины, внутренний корпус 1-2, внутренняя обечайка 2-2, уголковый стабилизатор пламени 5, наружная обечайка 2-1, наружный корпус 1-1, наружный 3-1 и внутренний 3-2 экраны-разделители потока.

На фиг. 3а представлен вариант реализации совместного перемещения вдоль продольной оси двигателя уголкового стабилизатора пламени 5, наружного 3-1 и внутреннего 3-2 экрана-разделителя потоков, которые соединены через 9-крепления с 8-системой тяг, которая в свою очередь приводится в движение 7-гидроприводом, который может быть выполнен, например [Ю.П. Тихомиров, «Системы управления авиационных силовых установок», Издательство Военно-воздушной академии им. профессора H.Е. Жуковского, 2003 год, с. 341].

На фиг. 3б представлен разрез силовой пластины по уровню прорези в ней, на котором обозначено: система тяг 8, прорезь 6-3 для перемещения уголкового стабилизатора пламени 5 и силовая пластина 4.

Наружная обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру наружного корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, внутренняя обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру внутреннего корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, внутренняя и наружная обечайки могут быть соединены между собой продольными силовыми пластинами аэродинамического профиля в количестве N≥3, где N - натуральное число, расположенными в радиальном направлении и проходящими на 1/3 глубины кольцевой полости, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин с помощью гидропривода и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя ограниченного близлежащими силовыми пластинами, при этом входной диаметр наружного экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру наружной обечайки в соотношении 0,95…0,7, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, входной диаметр внутреннего экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру внутренней обечайки в соотношении 1,05…1,3, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен посередине между экранами-разделителями потока с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин. Элементы конструкции камеры сгорания могут быть выполнены из конструкционных материалов, обладающих высокой жаропрочностью и жаростойкостью.

Устройство работает следующим образом: воздух, подводимый в устройство для сжигания топлива, разделяется на первичный и вторичный в соотношении, определяемом пропускной способностью первичного канала, образованного между внутренним 3-2 и наружным 3-1 экранами-разделителями потока и вторичного канала, образованного наружным 3-1 и внутренним 3-2 экраном-разделителем потока и соответствующими им наружной 2-1 и внутренней 2-2 обечайкой. Процесс сжигания топлива осуществляется в первичных каналах путем его подвода и стабилизации пламени посредством уголкового стабилизатора пламени 5.

При работе газотурбинного двигателя на режимах повышенной мощности подвижные экраны-разделители потока максимально приближены к началу кольцевого расширяющегося канала с условием обеспечения достаточного расхода воздуха через вторичные каналы, для обеспечения эффективного охлаждения экранов-разделителей потока, при этом большая часть воздуха перераспределяется в первичные каналы, где за уголковым стабилизатором пламени 5 образуется интенсивная зона обратных токов, в которой происходит процесс сжигания топливовоздушной смеси. При переходе на режимы пониженной мощности подвижные экраны-разделители потока, совместно с уголковым стабилизатором пламени 5 перемещаются вдоль продольной оси двигателя, тем самым увеличивая вторичные проходные сечения, вследствие чего расход воздуха перераспределяется в пользу вторичного. Перемещение наружного 3-1, внутреннего 3-2 экранов-разделителей потока и уголкового стабилизатора пламени 5 осуществляется по прорезям в силовых пластинах 6-1, 6-2 и 6-3 соответственно, посредством гидропривода 7 системой тяг 8.

Данное устройство, предназначенное для сжигания топлива в ГТД, позволяет интенсифицировать процесс смешения топливовоздушной смеси и стабилизировать поле скоростей в проточной части за счет воздействия на структуру течения воздуха, а так же расширить диапазон устойчивой работы ОКС ГТД.

Устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе, содержащее наружный и внутренний корпус, образующие кольцевую полость, устройство разделения рабочего тела и уголковый стабилизатор пламени, отличающееся тем, что устройство разделения рабочего тела установлено перед кольцевой полостью и состоит из наружной и внутренней обечайки, наружного и внутреннего экранов-разделителей потока, при этом наружная обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру наружного корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, внутренняя обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру внутреннего корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, внутренняя и наружная обечайки соединены между собой силовыми пластинами в количестве N≥3, где N натуральное число, расположенными в радиальном направлении, и проходящими на 1/3 глубины кольцевой полости, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, при этом входной диаметр наружного экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру наружной обечайки в соотношении 0,95…0,7, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, входной диаметр внутреннего экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру внутренней обечайки в соотношении 1,05…1,3, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен между экранами-разделителями потока, с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, две горелки, камеру сгорания, расположенную ниже по потоку за указанными горелками, турбину, два температурных датчика ниже по потоку за указанной камерой сгорания.

Изобретение касается газовой турбины, а также способа ее эксплуатации. Газовая турбина имеет компрессор для подготовки воздуха, камеру сгорания с горелкой и турбину для сброса давления.

Группа изобретений относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и может найти применение в авиационных и стационарных газотурбинных двигателях, в том числе на газоперекачивающих агрегатах.

Изобретение относится к энергетике. Предлагается камера смешения форсажной камеры, которая включает внешний кольцевой корпус, кок-стекатель и оболочку, на которой расположены радиально направленные пилоны-воздуховоды, закрепленные с противоположной стороны на общем разделителе, который делит внутренний контур на центральную и вешнюю части, а также обеспечивает подачу воздуха наружного контура, через полости пилонов, непосредственно в центральную часть внутреннего контура, тем самым обеспечивая равномерное распределение кислорода по радиусу камеры смешения, однородное температурное поле на выходе из камеры смешения и эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов форсажной камеры.

Камера сгорания газотурбинного двигателя с регулируемым распределением воздуха содержит корпус, размещенную в ней жаровую трубу с форсунками и завихрителем с входным коническим участком, состоящую из двух телескопически соединенных между собой передней и задней частей.

Изобретение относится к способу управления воздушным потоком, подаваемым в камеру сгорания, и к камере сгорания. Камера сгорания газовой турбины содержит корпус с трубопроводом подачи топлива для подачи топлива в корпус и трубопроводом подачи воздуха-носителя для подачи воздуха в корпус.

Система сгорания содержит корпус, камеру сгорания, расположенную внутри корпуса, разделительную стенку, клапан, расположенный на корпусе. Внутренний объем корпуса определен как объем внутри корпуса, но снаружи камеры сгорания.

Изобретение относится к энергетике. Способ смешивания разбавляющего воздуха с горячим основным потоком в системе последовательного сгорания газовой турбины, при этом газовая турбина содержит компрессор, первую камеру сгорания, соединенную ниже по потоку с компрессором, и горячие газы первой камеры сгорания впускают в промежуточную турбину или непосредственно во вторую камеру сгорания.

Устройство для сжигания топлива в газотурбинном двигателе содержит наружный и внутренний корпусы, образующие кольцевую полость, в которой установлены неподвижные и подвижные разделители потоков, образующие чередующиеся первичные и вторичные каналы.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус, расположенную в корпусе перфорированную жаровую трубу с зонами горения и разбавления, систему подачи топлива, систему подачи первичного и вторичного потоков воздуха и устройство зажигания топливовоздушной смеси.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к устройствам для сжигания топлива, и может быть использовано в основных камерах сгорания газотурбинных двигателей. Техническим результатом изобретения является снижение неравномерности поля температур в выходном сечении ОКС в осевом и радиальном направлении, уменьшение ее потребной длины, возможность охлаждения наружного и внутреннего корпусов камеры сгорания, за счет обеспечения симметричности потока в окружном и радиальном направлении, а также интенсификации процессов смешения первичного и вторичного потоков, за счет введения расширяющегося канала перед кольцевой полостью, в котором установлены экраны-разделители потока, совместно с уголковым стабилизатором, которые имеют возможность перемещения в осевом направлении. Изобретение от известных отличается тем, что устройство разделения рабочего тела установлено перед кольцевой полостью и состоит из наружной и внутренней обечайки, наружного и внутреннего экранов-разделителей потока, при этом наружная обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру наружного корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, внутренняя обечайка представляет собой тело вращения относительно продольной оси двигателя, выходной диаметр которой равен диаметру внутреннего корпуса, а входной и выходной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, внутренняя и наружная обечайки соединены между собой силовыми пластинами в количестве N≥3, где N - натуральное число, расположенными в радиальном направлении и проходящими на 13 глубины кольцевой полости, так же на силовых пластинах выполнены прорези в осевом направлении, наружный и внутренний экраны-разделители потока имеют возможность перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин и выполнены по форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, при этом входной диаметр наружного экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру наружной обечайки в соотношении 0,95…0,7, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 1,1…1,4, входной диаметр внутреннего экрана-разделителя потока относится ко входному диаметру внутренней обечайки в соотношении 1,05…1,3, а выходной и входной диаметры выбраны в соотношении 0,7…0,9, уголковый стабилизатор пламени выполнен в форме сектора тела вращения относительно продольной оси двигателя, ограниченного близлежащими продольными силовыми пластинами, и установлен между экранами-разделителями потока, с возможностью перемещения вдоль продольной оси двигателя по прорезям силовых пластин. 3 ил.

Наверх