кольцевая камера сгорания
Классы МПК: | F23R3/18 средства стабилизации пламени, например стабилизаторы пламени в камерах дожигания реактивных двигательных установок |
Автор(ы): | Маркушин Н.А., Маркушин А.Н. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа Самарский научно- технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-04-30 публикация патента:
10.01.2001 |
Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя с двухзонно-последовательным сжиганием преимущественно жидкого и газообразного углеводородных топлив содержит корпус, расположенную в нем жаровую трубу, съемные форсунки малого газа и основного режима перед ней и выносной двухполостный, по крайней мере, топливный коллектор. Фронтовое устройство жаровой трубы выполнено из двух спаренных с щелевым зазором тонкостенных U-образных в сечении стабилизаторов пламени, наружный из которых в лобовой части имеет отверстия, расположенные соосно форсункам, а на выходе - удлиненные полки, скрепленные с кожухом вторичной части жаровой трубы. Внутренний стабилизатор имеет Г-образные патрубки с раструбами на входе соосно форсункам малого газа и соплами внутри полости стабилизатора. В зазоре стабилизаторами установлены группы фасонных тонкостенных патрубков, входные части которых вставлены плотно в соосные форсункам основного режима отверстия наружного стабилизатора, а выходные участки срезами размещены перед отверстиями внутреннего стабилизатора и образуют по окружности непрерывные цепи сегментных по форме сопел. Такое выполнение кольцевой камеры сгорания приводит к повышению полноты сгорания на промежуточных режимах работы. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Кольцевая камера ГТД с двухзонно-последовательным сжиганием преимущественно жидкого и газообразного углеводородных топлив, содержащая корпус, расположенную в нем жаровую трубу, съемные форсунки малого газа и основного режима перед ней и выносной двухполостный, по крайней мере, топливный коллектор с трубопроводами подвода топлива к форсункам, отличающаяся тем, что фронтовое устройство жаровой трубы выполнено из двух спаренных с щелевым зазором тонкостенных U-образных в сечении стабилизаторов пламени, наружный из которых в лобовой части имеет отверстия, расположенные соосно форсункам, и на выходе - удлиненные полки, скрепленные с кожухами вторичной части жаровой трубы, а внутренний стабилизатор - Г-образные патрубки с раструбами на входе соосно форсункам малого газа и соплами внутри полости стабилизатора на выходе загнутых в одном направлении по окружности участков патрубков, при этом полки стабилизатора на кромках имеют отбортовки, а перед ними ряд отверстий, в зазоре между стабилизаторами установлены группы фасонных тонкостенных патрубков, входные части которых вставлены плотно в соосные форсункам основного режима отверстия наружного стабилизатора, причем раздвоенные и плавно обжатые в щелевых зазорах выходные участки срезами размещены перед отверстиями внутреннего стабилизатора и образуют по окружности непрерывные цепи сегментных по форме сопел. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что Г-образные патрубки имеют конфузорно-диффузорные сопла с лепестками в виде гофров и отверстия между ними на кормовой части. 3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что внутренний стабилизатор по окружности набирается из сегментов и его полки могут быть изготовлены с продольными гофрами с максимальной высотой на кромках.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), работающим преимущественно на жидком и газообразном углеводородных топливах. Известны конструкции кольцевых камер сгорания (КС) с большим числом одноконтурных с воздушным распылом малорасходных форсунок, установленных в лобовой стенке двухъярусного фронтового устройства (ФУ) с топливным коллектором на входе, которые нашли применение в авиационных ГТД, например по а.с. N 308653, М. кл. P 23 P 3/00, 1983 г. Эти камеры по сравнению с ранними конструкциями трубчатого и трубчато-кольцевого типа имеют лучшие показатели по окружному полю температуры газа (ТГ*) на выходе, по тепловому состоянию стенок жаровой трубы (ЖТ) и высотности розжига; но одновременно имеют пониженную полноту сгорания на малом газе (МГ) и на промежуточных режимах вблизи МГ с большим содержанием токсичных выделений в виде CH и CO на выхлопе двигателя. Причина этого недостатка заложена самой конструкцией ФУ и объясняется следующим. При низких параметрах воздуха вблизи МГ и отсутствии четко организованных зон стабилизации процесса горения форсунки запуска (25% от общего количества) имеют растянутые низкотемпературные факелы пламени, поэтому не обеспечивают высокоэффективное горение "бедной" топливовоздушной смеси (ТВС) рабочих форсунок. Известны также более совершенные многогорельчатые кольцевые камеры с двухзонно-последовательным сжиганием топлива в ЖТ сначала в зоне МГ (![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
1) чрезвычайно сложные в изготовлении кожуха ДТ с двойными стенками (внешними - силовыми, внутренними - плавающими из металло-керамических плиток, в виде черепицы, перфорированной мелкими отверстиями и каналами), т. к. простая традиционная конструкция кожухов с конвективно-пленочным охлаждением не имеет ресурса вследствие локальных зон перегревов от "горячих следов" за индивидуальными вихревыми горелками ФУ;
2) провалы полноты сгорания на промежуточных режимах работы МГ-ОР из-за задержки розжига сравнительно крупных высокоскоростных струй с "бедной" ТВС горелок зоны ОР;
3) конструкцией ФУ не обеспечивается стабильное поле ТГ* по радиусу, т. к. подача ТВС ОР осуществляется горелками лишь с периферии, а не с обеих сторон ЖТ. Проблемы по п. п.2 и 3 зарубежными фирмами решаются уже более 20 лет с помощью создаваемых вновь сложной электронно-цифровой системы управления топливоподачей и устройств перепуска первичного воздуха в ЖГ за зону горения. Таким образом, главной причиной несовершенства процесса горения топлива, усложнения конструкции и системы регулирования топливоподачей в одно- и двухзонных кольцевых КС является традиционное и неоправданное применение в ФУ набора ограниченного количества вихревых горелок или форсунок с воздушным распылом топлива. Задачей изобретения является усовершенствование конструкции КС с двухзонно-последовательным сжиганием топлива для повышения полноты сгорания на промежуточных режимах работы, снижения местных пиковых температур на стенках ЖТ и лопатках турбины, уровня выделений NOx до перспективных норм 3-8 г/кг и существенного упрощения конструкции без ухудшения других характеристик, а в итоге - создания унифицированного модуля ФУ для широкого класса типоразмеров камер ГТД различного назначения. Поставленная задача достигается тем, что в кольцевой камере ГТД с двухзонно-последовательным сжиганием преимущественно жидкого и газообразного углеводородных топлив, содержащей корпус, расположенную в нем жаровую трубу, съемные форсунки малого газа и основного режима перед ней и выносной двухполостный, по крайней мере, топливный коллектор с трубопроводами подвода топлива к форсункам, фронтовое устройство жаровой трубы выполнено из двух спаренных со щелевым зазором тонкостенных (U-образных в сечении стабилизаторов пламени, наружный из которых в лобовой части имеет отверстия, расположенные соосно форсункам, и на выходе - удлиненные полки, скрепленные с кожухами вторично части жаровой трубы, а внутренний стабилизатор - Г-образные патрубки с раструбами на входе, соосно форсункам малого газа и соплами внутри полости стабилизатора на выходе загнутых в одном направлении по окружности участков патрубков, при этом полки стабилизатора на кромках имеют отбортовки, а перед ними ряд отверстий, кроме того, в зазоре между стабилизаторами установлены группы фасонных тонкостенных патрубков, входные части которых вставлены плотно в соосные форсункам основного режима отверстия наружного стабилизатора, причем раздвоенные и плавно обжатые в щелевых зазорах выходные участки срезами размещены перед отверстиями внутреннего стабилизатора и образуют по окружности непрерывные цепи сегментных по форме сопел. Г-образные патрубки имеют конфузорно-диффузорные сопла с лепестками в виде гофров и отверстия между ними на кормовой части. Внутренний стабилизатор по окружности набирается из сегментов и его полки, кроме того, могут быть изготовлены с продольными гофрами с максимальной высотой на кромках. С целью исключения срывного течения ТВС в полости патрубков изменения площадей их каналов от входа до выходов выполняются плавными. Для обеспечения сжигания топлива с минимальными токсичными выбросами на всех режимах работы КС суммарная эффективная площадь проходных сечений каналов ФУ для первичного воздуха от суммарной эффективной площади проходных сечений ЖГ должна выдерживаться в пределах 0,6-0,8, а аналогичная им суммарная площадь каналов Г- образных патрубков от площади ФУ должна составлять 0,05-0,1. Поскольку в зонах МГ и ОР должно сжигаться соответственно 10-20% и 80-90% топлива, то, выбрав необходимую производительность форсунок, можно выдержать требуемые для эффективного сжигания топлива диапазоны по
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161065/8805.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/945.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161065/8805.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161020/8773.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161021/8776.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161037/963.gif)
![кольцевая камера сгорания, патент № 2161756](/images/patents/310/2161037/963.gif)
Класс F23R3/18 средства стабилизации пламени, например стабилизаторы пламени в камерах дожигания реактивных двигательных установок