Смесительное устройство камеры сгорания

Смесительное устройство камеры сгорания включает в себя вспомогательный и основной смесители. Вспомогательный смеситель состоит из кольцевого корпуса, топливной форсунки в корпусе для распределения топливных капель в полости кольцевого корпуса и концентрично расположенного осевого завихрителя вверх по потоку от топливной форсунки. Осевой завихритель имеет лопатки для закрутки воздуха, идущего через завихритель для смешивания воздуха и топливных капель. Основной смеситель состоит из кольцевого корпуса, окружающего кольцевой корпус вспомогательного смесителя с образованием кольцевой полости между ними, множества отверстий в корпусе для введения топлива в кольцевую полость, завихрителя с лопатками для закрутки воздуха, для смешивания воздуха и топливных капель, распределенных в кольцевой полости отверстиями. Отверстия для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя расположены вверх по потоку относительно завихрителя (т.е. перед ним) и направлены на внутреннюю поверхность кольцевого корпуса основного смесителя. По меньшей мере, одна лопатка завихрителя выполнена с каналами для подвода топлива к отверстиям основного смесителя и к топливной форсунке вспомогательного смесителя. Изобретение повышает качество смесеобразования в смесительном устройстве камеры сгорания. 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение применимо в энергетике и авиации, преимущественно в области газотурбостроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Развитие газотурбинных двигателей и энергетических установок связано с непрерывным ростом температуры и скорости воздуха на входе в камеру сгорания, с ростом температуры газов на выходе из нее. Организация сгорания топлива при околостехиометрическом значении коэффициента избытка воздуха предъявляет очень жесткие требования к разработке новых камер сгорания, что требует новых подходов к проектированию их элементов.

Известна конструкция смесительного устройства камеры сгорания [Патент США № 6381964 В1, 07.05.2002 г.], выбранная в качестве прототипа. Она включает в себя

- вспомогательный смеситель, состоящий из кольцевого корпуса, топливной форсунки в корпусе для распределения топливных капель в полости кольцевого корпуса и множества концентрично расположенных осевых завихрителей вверх по потоку от топливной форсунки, каждый из которых имеет множество лопаток для закрутки воздуха, идущего через соответствующий завихритель, для смешивания воздуха и топливных капель, распределенных топливной форсункой в полости корпуса;

- основной смеситель, состоящий из кольцевого корпуса, окружающего корпус вспомогательного смесителя с образованием кольцевой полости между ними, множества отверстий в корпусе для введения топлива в кольцевую полость, завихрителя с множеством лопаток для закрутки воздуха для смешивания воздуха и топливных капель, распределенных в кольцевой полости отверстиями, расположенными по потоку воздуха после завихрителя.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на решение задачи расширения арсенала технических средств, повышения качества смесеобразования в смесительном устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя или энергетической установки; технический результат заключается в реализации этого назначения.

Повышение качества смесеобразования достигается сочетанием объемного и пленочного (испарительного) способов смесеобразования воздуха с жидким топливом путем выполнения отверстий для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя перед завихрителем таким образом, чтобы часть подаваемого ими топлива достигала внутренней поверхности корпуса с последующим его испарением со смоченной им поверхности.

Существенные признаки

Вспомогательный смеситель; основной смеситель; кольцевой корпус; топливная форсунка в корпусе; кольцевая полость; осевой завихритель с лопатками; осевой завихритель вспомогательного смесителя расположен концентрично и вверх по потоку воздуха от топливной форсунки; распределение топливных капель форсункой в полости корпуса; кольцевой корпус основного смесителя, окружающий корпус вспомогательного смесителя с образованием между ними кольцевой полости; отверстия в корпусе для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя.

Существенные отличительные признаки

Отверстия для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя расположены вверх по потоку относительно завихрителя (т. е. перед ним); отверстия для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя направлены на внутреннюю поверхность кольцевого корпуса основного смесителя; лопатка завихрителя выполнена с каналами для подвода топлива.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже представлена конструктивная схема смесительного устройства.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Смесительное устройство включает в себя

- вспомогательный смеситель 1, состоящий из кольцевого корпуса 2 с полостью 3, топливной форсунки 4 в корпусе 5 и концентрично расположенного осевого завихрителя 6 с лопатками 7, расположенного вверх по потоку от топливной форсунки 4;

- основной смеситель 8, состоящий из кольцевого корпуса 9, окружающего корпус 2 вспомогательного смесителя 1 с образованием кольцевой полости 10, и завихрителя 11 с лопатками 12. В корпусе 5 выполнены отверстия 13 для введения топлива в кольцевую полость 10, расположенные вверх по потоку относительно завихрителя 11 (т.е. перед ним). По меньшей мере, одна лопатка завихрителя выполнена с каналами 14 и 15 подвода топлива к топливной форсунке 4 вспомогательного смесителя 1 и к отверстиям 13 основного смесителя 8. Отверстия 13 направлены на внутреннюю поверхность 16 кольцевого корпуса 9 основного смесителя 8.

Вспомогательный смеситель включается в работу при подаче топлива в начале запуска и работает постоянно. Топливная форсунка 4 обеспечивает подачу и распределение топливных капель в полости 3 кольцевого корпуса 2 вспомогательного смесителя 1. Завихритель 6 с лопатками 7 обеспечивает закрутку воздуха перед его смешиванием с каплями топлива в полости 3 кольцевого корпуса 2 вспомогательного смесителя 1, распределенными в ней топливной форсункой 4.

Начало подачи топлива в основной смеситель 8 выбирается в зависимости от режима работы двигателя. Капли топлива вводятся и распределяются отверстиями 13 в кольцевой полости 10, образованной кольцевым корпусом 9 основного смесителя 8 и кольцевым корпусом 2 вспомогательного смесителя 1. Воздух, поступающий в эту полость через завихритель 11с лопатками 12, получает закрутку и смешивается с каплями топлива. Часть капель топлива достигает внутренней поверхности 16 кольцевого корпуса 9 основного смесителя 8. Самые крупные капли топлива, достигшие внутренней поверхности 16, дробятся на более мелкие, отражаясь от нее, и смешиваются с воздухом, поступающим в кольцевую полость 10. Остальные капли топлива смачивают внутреннюю поверхность 16 и, нагреваясь от нее, испаряются и смешиваются с воздухом в кольцевой полости 10. В результате повышается качество смесеобразования.

Смесительное устройство камеры сгорания, включающее в себя вспомогательный смеситель, состоящий из кольцевого корпуса, топливной форсунки в корпусе для распределения топливных капель в полости кольцевого корпуса и концентрично расположенного осевого завихрителя вверх по потоку от топливной форсунки, который имеет лопатки для закрутки воздуха, идущего через завихритель для смешивания воздуха и топливных капель, распределенных топливной форсункой в полости кольцевого корпуса, основной смеситель, состоящий из кольцевого корпуса, окружающего кольцевой корпус вспомогательного смесителя с образованием кольцевой полости между ними, множества отверстий в корпусе для введения топлива в кольцевую полость, завихрителя с лопатками для закрутки воздуха, для смешивания воздуха и топливных капель, распределенных в кольцевой полости отверстиями, отличающееся тем, что отверстия для введения топлива в кольцевую полость основного смесителя расположены вверх по потоку относительно завихрителя (т.е. перед ним) и направлены на внутреннюю поверхность кольцевого корпуса основного смесителя, а по меньшей мере одна лопатка завихрителя выполнена с каналами для подвода топлива к отверстиям основного смесителя и к топливной форсунке вспомогательного смесителя.