Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя
Изобретение относится к машиностроению, в частности к камерам сгорания. Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую полость, образованную кожухом, в которой расположены жаровые трубы, имеющие зону горения и зону смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство. Кольцевая полость и передняя часть каждой жаровой трубы выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена в виде форсунки для подачи простой воды в полость кожуха и форсунки, выполненной с кавитатором для подачи смеси водного раствора электролита и топлива в каждую жаровую трубу. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью зажигания и тушения вольтовой дуги, диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в каждой жаровой трубе. Причем один из электродов выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом. Изобретение позволяет повысить экономическую и экологическую эффективность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к двигателе строению, в частности к камерам сгорания, и может быть использовано в газотурбинных двигателях.
Известна камера сгорания воздушно-реактивного двигателя, содержит корпус, в полости которого установлена жаровая труба с зоной горения, зоной смешения и форсункой подачи топлива /А.с. СССР №705211, F 23 R 3/14, 10.01.1980 г./ [1].
Недостатком известной камеры сгорания является ее работа на дорогом нефтяном топливе и токсичный выхлоп.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является трубчато-кольцевая камера сгорания турбореактивного двигателя, содержит кольцевую полость, образованную кожухом, в которой расположены жаровые трубы, имеющие зону горения и зону смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство /Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. - 5-е издание. - М.: Машиностроение. 1981 г., стр.400-401, рис.9.21/ [2].
Недостатком камеры сгорания аналога является низкая экономическая и экологическая эффективность в работе.
Техническая задача решаемая предлагаемым изобретением заключается в повышении экономической и экологической эффективности трубчато-кольцевой камеры сгорания
Поставленная задача решается тем, что в трубчато-кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей кольцевую полость, образованную кожухом, в которой расположены жаровые трубы, имеющие зону горения и зону смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство. Кольцевая полость и передняя часть каждой жаровой трубы выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью регулируемой, например, блоком управления подачи и распыления простой воды в полость кожуха и с возможностью также регулируемой подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, через форсунку, выполненную с кавитатором, например, в виде местного сужения ее канала в каждую жаровую трубу. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью регулируемой, например, блоком управления подачи на них постоянного тока, например, от бортовой электросети, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, через электроизолирующие втулку и прокладку установлены в каждой жаровой трубе. При этом один из электродов вольтовой дуги может быть выполнен подвижным, например перемещаемым электромагнитным клапаном, при зажигании вольтовой дуги, другой может быть выполнен конической формы и с конусным каналом.
Сущность изобретения схематично показана на чертеже.
Пример выполнения предлагаемого решения.
Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит герметичную кольцевую полость 1, образованную кожухом 2, и расположенные в ней жаровые трубы 3 с герметичной передней частью 4, зоной смешения 5, форсунку 6 регулируемой подачи и распыления простой воды в герметичную полость, форсунку 7 с кавитатором в виде местного сужения канала /не показано/ также регулируемой подачи и распыления в зону горения 8 вольтовой /электрической/ дуги смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, воспламенительное устройство в виде электродов 9 и 10 вольтовой дуги, где один из электродов, например 9, выполнен перемещаемым, например, электромагнитным клапаном 11 при зажигании вольтовой дуги. Другой электрод выполнен конической формы и с конусным каналом 12. Установлены электроды в передней герметичной части каждой жаровой трубы, через электроизолирующие втулку и прокладку 13. Каждая жаровая труба в своей передней части закреплена корпусом 14 электрода к кожуху, ее тепловые удлинения происходят в сторону турбины 15.
Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.
Перед пуском в работу на электроизолированные от кожуха 2 втулкой и прокладкой 13 электроды 9 и 10 каждой вольтовой дуги подают регулируемый постоянный ток, например, силой 3-4 А. Включают электромагнитный клапан 11 и кратковременным контактом концом подвижного электрода 9 с конусным каналом 12 электрода 10 зажигают вольтовую дугу. Затем через форсунку 7 с кавитатором в переднюю герметичную часть 4 каждой жаровой трубы 3 под давлением, например, 5-20 атм и под управлением блока управления подают и распыляют смесь электролита, например, водного раствора едкого кали и топлива, например 5% метилового спирта. За счет кавитации в кавитаторе форсунки 7 часть подаваемой смеси диссоциирует, ионизируется, тончайше распыляется и за счет охлаждения передней части 4 жаровой трубы 3 смесь превращается в пар. Затем паровая смесь по конусному каналу 12 поступает в зону горения 8 вольтовой дуги. Здесь под воздействием горящей вольтовой дуги и за счет протекания постоянного тока через электролит смесь диссоциирует, ионизируется, воспламеняется, превращается в плазму и под давлением 5-20 атм и с температурой плазмы поступает в зону смешения 5 жаровой трубы 3. В герметичную кольцевую полость 1 кожуха 2 через форсунку 6 также под давлением 5-20 атм и под управлением блока управления подают и распыляют простую воду, которая охлаждает жаровые трубы 3, превращается в водяной пар и затем поступает в зону смешения 5. Здесь продукты горения - плазма и водяной пар - смешиваются, температура плазмы нормализуется до приемлемого значения и затем поступает на турбину 15. Тепловые удлинения жаровых труб 3 происходят от силового корпуса 14 электрода 9 в сторону турбины, Электроды 9 и 10 охлаждаются проходящим через них и обтекающим их водяным паром. Для тушения вольтовой дуги отключают подачу постоянного тока на электроды 9 и 10 и прекращают подачу воды и смеси электролита и топлива в камеру сгорания.
Предлагаемая трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя в эксплуатации безопасна, высоко экономична и экологически безвредна. Найдет применение для газотурбинных двигателей различного назначения.
1. Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая кольцевую полость, образованную кожухом, в которой расположены жаровые трубы, имеющие зону горения и зону смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство, отличающаяся тем, что кольцевая полость и передняя часть каждой жаровой трубы выполнены герметичными, система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита (водного раствора электролита) и топлива, через форсунку, выполненную с кавитатором в каждую жаровую трубу, воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой (электрической) дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси установлены в каждой жаровой трубе.
2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что один из электродов вольтовой дуги выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом.
