Камера сгорания газотурбинного двигателя

 

Камера сгорания предназначена для сжигания топлива в газотурбинных двигателях. Камера сгорания содержит размещенную в корпусе жаровую трубу, состоящую из телескопически соединенных передней и задней частей. Задняя часть жаровой трубы жестко соединена с газосборником. Передняя часть жаровой трубы выполнена из одинакового числа отдельных продольных сегментов, шарнирно соединенных с фронтовым устройством и проставок, размещенных между сегментами и соединенных с последними направляющими с возможностью взаимного перекрытия. Передняя и задняя часть соединены фиксатором. Фронтовое устройство соединено с передней частью жаровой трубы и в нем установлены топливные форсунки. Кинематическое соединение сегментов с приводом выполнено в виде соединенных с последними синхронизирующих колец с проушинами, жестко закрепленных на сегментах кронштейнов с профилированными направляющими и роликов, размещенных в направляющих кронштейнов и закрепленных в проушинах. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к устройствам для сжигания топлива в газотурбинных двигателях.

Известна двухступенчатая кольцевая камера сгорания, содержащая наружный и внутренний корпусы, между которыми расположена жаровая труба, имеющая основную и вспомогательную зоны горения и зону смешения, в передней части фронтового устройства установлены ярусы форсунок для подачи топлива в основную и вспомогательную зоны горения, передняя часть камеры сгорания имеет устройство для регулирования перепуска воздуха и канал для регулируемого перепуска воздуха [1].

Недостатком известной камеры сгорания является недостаточно высокая экономичность камеры сгорания, обусловленная невыдерживанием оптимального количества и соотношения первичного и вторичного воздуха по всему объему жаровой трубы из-за постоянства ее геометрических размеров при изменении режима работы камеры сгорания. Постоянные геометрические размеры элементов камеры сгорания выбраны из условия обеспечения максимальной полноты сгорания топлива только на режиме максимальной мощности.

наиболее близким к предлагаемому из изобретению является сжигающее устройство газотурбинного двигателя, в частности авиационного, имеющее канал сжигания, ограниченный футеровкой внутри корпуса, который образует впускную приточную камеру для воздуха, поступающего от компрессора. Нормально топливо впрыскивают через форсунки, вставленные в кольцевой торец футеровки. Топливо сгорает в первичном воздухе, поступающем через впускные отверстия. Дополнительный воздух подают через завихрители, он проходит по охлаждающим каналам, в которые воздух поступает из приточной камеры футеровки через впускное отверстие. Последнее можно постепенно открывать или закрывать с помощью исполнительного механизма, благодаря чему количество воздуха в завихрителях и в охлаждающих каналах можно регулировать совместно. При повторном зажигании на высоте и, в некоторых случаях, для зажигания на земле используют клапанную втулку, которая может закрывать впускное отверстие, в результате чего зажигание будет происходить только в первичном воздухе в отверстии; одновременно открывают впускное отверстие для сжатого воздуха за задней (по потоку) части канала сгорания, так что воздух не теряется, а поступает в горящие газы и вместе с ними выходит через отверстие в турбину [2].

Недостатком данного сжигающего устройства является недостаточно эффективная работа на промежуточных и переходных режимах работы ГТД вследствие постоянства геометрических размеров жаровой трубы и объема зоны горения.

Задачей изобретения является повышение полноту сгорания топлива в широком диапазоне режимов работы и уменьшение гидравлических потерь.

Поставленная задача решается за счет того, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, размещенную в нем жаровую трубу, имеющую отверстия для подвода вторичного воздуха с изменяемой площадью проходного сечения, фронтовое устройство, соединенное с передней частью жаровой трубы, установленные во фронтовом устройстве топливные форсунки, газосборник, осевой привод, завихрители, жаровая труба выполнена состоящей из телескопически соединенных передней и задней частей, последняя из которых жестко соединена с газосборником, а первая выполнена из одинакового числа отдельных продольных сегментов, шарнирно соединенных с фронтовым устройством, и проставок, размещенных между сегментами и соединенных с последними направляющими с возможностью взаимного перемещения в окружном направлении, причем обе части соединены фиксатором. Кинематическое соединение сегментов с приводом может быть выполнено в виде соединенных с последними синхронизирующих колец с проушинами, жестко закрепленных на сегментах кронштейнов с профилированными направляющими, и роликов, размещенных в направляющих кронштейнов и закрепленных в проушинах.

На фиг. 1 изображен общий вид камеры сгорания при ее работе на максимальном режиме, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, при работе на сниженных по расходу топлива режимах; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2; на фиг. 4 - схема взаимного расположения сегментов и проставок передней части жаровой трубы, в поперечном сечении; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 2.

Камера сгорания содержит корпус 1 и размещенную в нем телескопическую жаровую трубу, состоящую из передней и задней частей 2 и 3, соединенных соответственно с фронтовым устройством 4 и газосборником 5 и имеющих отверстия 6 для подвода вторичного воздуха. В фронтовом устройстве 4 установлены топливные форсунки 7 и завихрители 8. Камера сгорания содержит также осевой привод 9. Передняя часть 2 подвижная и выполнена из одинакового числа отдельных продольник сегментов 10,шарнирно соединенных с фронтовым устройством 4 и проставок 11, размещенных между сегментами 10 и соединенных с последними с возможностью взаимного перемещения в окружном направлении. Задняя часть 3 жестко закреплена с газосборником и тавровыми кронштейнами 12 с корпусом камеры сгорания. Сегменты 10 передней части 2 с наружной стороны кинематически соединены с приводом 9 в виде соединенных с последними синхронизирующих колец 13 с проушинами 14, жестко закрепленных на сегментах 10 кронштейнов 15 с профилированными направляющими 16 и роликов 17, размещенных в направляющих 16 кронштейнов 15 и закрепленных в проушинах 14. Проставки 11 в зоне фронтового устройства 4 соединены с сегментами 10 при помощи штифтов 18.

Позицией 19 на фиг. 1 обозначены оси вращения сегментов 10 в зоне их шарнирного соединения с фронтовым устройством 4. Подвижная передняя 2 и неподвижная задняя часть 3 жаровой трубы закреплены между собой фиксаторами 20, имеющими возможность перемещаться в продольном направлении, фиксируя минимальный объем жаровой трубы. В сегментах 10 передней части 2 жаровой трубы выполнены отверстия 21 с изменяемой площадью проходного сечения для подвода воздуха. Сегменты 10 снабжены профилированными отверстиями и направляющими, при помощи которых сегменты соединены между собой.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями являются: 1. Жесткое закрепление задней части жаровой трубы.

2. Сопряжение подвижной и неподвижной частей жаровой трубы при помощи фиксатора.

3. Фиксация задней части жаровой трубы с корпусом камеры сгорания при помощи таврового кронштейна.

4. Способ крепления сегментов подвижной части жаровой трубы.

5. Образование канала для подвода вторичного воздуха между подвижной и неподвижной частями жаровой трубы.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных технических решениях не обнаружены.

Применение всех новых признаков позволяет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания во всем диапазоне режимов работы, уменьшить гидравлическое сопротивление, что положительно влияет на коэффициент сохранения полного давления [3].

При запуске двигателя и при его работе на максимальном режиме передняя часть 2 жаровой трубы занимает положение, при котором она имеет максимальный объем, а отверстия 21 для подвода вторичного воздуха - максимальное проходное сечение. При этом первичный воздух поступает в жаровую трубу через завихрители 8, образуя за ними зону обратных токов, в которой происходит сгорание топлива, подаваемого в зону форсунками 7. Образовавшиеся продукты сгорания смешиваются с вторичным воздухом, поступающим через отверстия 6 и в виде однородной газовой смеси истекают из камеры сгорания. При изменении режима работы камеры сгорания, вследствие уменьшения расходов топлива и воздуха, уменьшается объем жаровой трубы, Для этого с помощью привода 9 перемещают синхронизирующее кольцо 13 в направлении выхода камеры сгорания, которое через профилированные направляющие 16 воздействует на сегменты 10 передней части 2 жаровой трубы. Происходящее при этом увеличение взаимного перекрытию отверстий 6 и в совокупности с уменьшением объема жаровой трубы, расхода поступающего в нее воздуха, обеспечиваются оптимальные для заданного режима работы двигателя условия для сгорания топлива в камере сгорания. Роль синхронизаторов при уменьшении объема играет непосредственно синхронизирующее кольцо и фиксатор.

Формула изобретения

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, размещенную в нем жаровую трубу, имеющую отверстия для подвода вторичного воздуха с изменяемой площадью проходного сечения, фронтовое устройство, соединенное с передней частью жаровой трубы, установленные во фронтовом устройстве топливные форсунки, газосборник, осевой привод, завихрители, отличающаяся тем, что жаровая труба выполнена из телескопически соединенных передней и задней частей, последняя из которых жестко соединена с газооборником, а первая выполнена из одинакового числа отдельных продольных сегментов, шарнирно соединенных с фронтовым устройством, и проставок, размещенных между сегментами и соединенных с последними направляющими с возможностью взаимного перемещения в окружном направлении, причем обе части соединены фиксатором.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что кинематическое соединение сегментов с приводом выполнено в виде соединенных с последними синхронизирующих колец с проушинами, жестко закрепленных на сегментах кронштейнов с профилированными направляющими, и роликов, размещенных в направляющих кронштейнов и закрепленных в проушинах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5