Форсунка с кислородной подпиткой

Изобретение используется в устройствах для распыления топлива в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Форсунка с кислородной подпиткой содержит корпус с топливным коллектором и выходным соплом, камеру закручивания и подвижный в осевом направлении шнековый завихритель с винтовыми каналами, сообщенный в выходном участке с пористой вставкой. Шнековый завихритель с винтовыми каналами снабжен осевым полым штоком и сильфонной подвеской, закрепленной на корпусе. Пористая вставка впаяна в неподвижный шнековый завихритель с винтовыми каналами. Каналы подвижного и неподвижного завихрителей выполнены идентичными и ориентированы по общей винтовой направляющей. Форсунка имеет дополнительный коллектор с каналом подвода кислорода с регулируемым по перепаду давлений в первом контуре газотурбинного двигателя проходным сечением. Изобретение обеспечивает устойчивое горение и расширяет диапазон устойчивой работы камеры сгорания на нерасчетных режимах. 2 ил.

 

Изобретение относится к камерам сгорания непрерывного действия, использующим жидкое топливо для распыления топлива, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) для распыления топлива.

Известны устройства, представляющие собой форсунки, используемые в газотурбинных двигателях, создающие требуемую газодинамическую структуру потока. В качестве топливных форсунок во фронтовых устройствах с аэродинамическим распылом используются центробежные струйные одноконтурные форсунки. Диапазон регулирования в таких форсунках можно расширить за счет последовательного включения в работу отдельных групп форсунок. Наиболее распространенными форсунками с двойным завихрителем являются аэродинамические форсунки. В этих форсунках топливная пелена распыляется скоростным потоком воздуха, а возникающий аэрозоль подается на границу раздела противоположно вращающемуся от лопаточных завихрителей потоку воздуха [1].

Недостатками данных форсунок являются: узкий диапазон регулирования расхода топлива через форсунку и невозможность кислородной подпитки.

Сущность заявляемого изобретения заключается в решении технической задачи обеспечения устойчивого горения и расширения диапазона устойчивой работы камеры сгорания на нерасчетных режимах работы ГТД путем введения в форсунку, имеющую корпус с топливным коллектором и выходным соплом, камеру закручивания и подвижный в осевом направлении шнековый завихритель с винтовыми каналами, снабженной полым осевым штоком и сильфонной подвеской, закрепленной на корпусе, при этом шток сообщен в выходном участке с пористой вставкой, которая впаяна в неподвижный шнековый завихритель с винтовыми каналами, причем каналы подвижного и неподвижного завихрителей выполнены идентичными и ориентированы по общей винтовой направляющей, дополнительного канала подвода кислорода с регулируемым по перепаду давлений в первом контуре ГТД проходным сечением.

Технический результат изобретения заключается в том, что использование дополнительной подачи кислорода в проточный канал на нерасчетных режимах, а также при запуске ГТД, подачи топлива по шнековым завихрителям в камеру закручивания, где оно смешивается с некоторой долей первичного воздуха, подводимого через полый шток, обеспечивает интенсивное предварительное смешение и дает на выходе из камеры закручивания хорошо подготовленную к быстрому сгоранию топливовоздушную смесь.

Существенными признаками, характеризующими изобретение во всех случаях, являются:

1. Наличие проходного канала форсунки, обеспечивающего регулируемую подачу кислорода.

Существенными признаками, характеризующими изобретение в частном случае, является:

1. Подвод кислорода посредствам дополнительного коллектора.

Применение указанных существенных отличительных признаков позволяет расширить диапазон устойчивой работы камеры сгорания на нерасчетных режимах работы ГТД и значительно увеличить высотность ГТД.

На фиг.1 представлена форсунка в продольном разрезе на нерасчетном режиме работы ГТД; на фиг.2 - то же, но на расчетном режиме работы ГТД.

Форсунка содержит корпус 1 с коллекторами подвода топлива 2, и подвода кислорода 3; выходным соплом 4 и каналом подвода воздуха из второго контура ГТД 5, камеру предварительного смешения 6, подвижный завихритель 7 шнековой формы, цилиндрический полый осевой шток 8 с сильфоном 9, закрепленной на корпусе 1.

Осевой шток 8 сообщен в выходном участке с пористой вставкой 10. Винтовые каналы завихрителя 7 и винтовые каналы неподвижного завихрителя 11 выполнены идентичными и ориентированы по общей винтовой направляющей. Вставка 10 изготовлена методом спекания сферического металлического порошка (пористость 25-30%) и заделана поверхностной экспресс - пайкой в глухое отверстие неподвижного завихрителя 11. Вставка 10 входит со скольжением в полый шток.

Форсунка работает следующим образом.

На нерасчетном режиме, при равенстве статического давления в первом и втором контуре (в камере над сильфоном и в проходном канале 12), проходные стенки канала подвода кислорода 3 имеет максимальную величину. В предварительной камере 6 происходит перемешивание топлива с кислородом подаваемого под давлением и подача этой смеси в камеру интенсивного перемешивания 4. При увеличении давления воздуха в первом контуре, увеличивается объем сильфона 9, что ведет к его перемещению совместно с полым штоком 8, в результате чего уменьшается проходное сечение канала подачи кислорода 3. На режиме авторотации, при остановке двигателя, происходит быстрое реагирование сильфона 9 на изменение давления в первом и втором контурах, что обеспечивает незамедлительную подачу кислорода и тем самым поддерживается непрерывность горения в основной камере сгорания.

Конструкция форсунки способствует значительному расширению диапазона устойчивого горения на нерасчетных режимах работы ГТД. Кроме того, форсунка обеспечивает горение в основной камере сгорания при изменении внешних условий и параметров полета.

Источники информации

1. Д.В.Хронин. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М., Машиностроение. 1989. с.412-413.

2. Авторское свидетельство СССР №1542184, кл. F23D 11/10, 1990 г. /прототип/.

Форсунка с кислородной подпиткой, содержащая корпус с топливным коллектором и выходным соплом, камеру закручивания и подвижный в осевом направлении шнековый завихритель с винтовыми каналами, снабженный осевым полым штоком и сильфонной подвеской, закрепленной на корпусе, сообщенный в выходном участке с пористой вставкой, которая впаяна в неподвижный шнековый завихритель с винтовыми каналами, причем каналы подвижного и неподвижного завихрителей выполнены идентичными и ориентированы по общей винтовой направляющей, отличающаяся тем, что имеет дополнительный коллектор с каналом подвода кислорода с регулируемым по перепаду давлений в первом контуре ГТД проходным сечением.