Узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя

Авторы патента:

Лосев Александр Иванович (RU)

Бурдачев Дмитрий Александрович (RU)

F23R3/28 - отличающиеся подачей топлива (горелки F23D)

Владельцы патента RU 2614268:

Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") (RU)

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к устройствам форсажных камер турбореактивных двухконтурных двигателей, в частности к узлам подачи топлива в форсажную камеру. Узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя содержит топливные коллекторы со штуцерами подвода топлива. Топливные коллекторы выполнены за одно целое с корпусом, который посредством элементов крепления соединен с верхней обечайкой диффузора и с креплением верхнего кольцевого стабилизатора пламени. При этом указанный корпус в плоскости поперечного сечения имеет прямоугольную форму, а топливные коллекторы выполнены кольцевыми. Достигается уменьшение потери полного давления в проточной части форсажной камеры, увеличение тяги и уменьшение коксообразования в топливных коллекторах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к устройству форсажных камер турбореактивных двухконтурных двигателей, в частности к узлам подачи топлива в форсажную камеру.

Из уровня техники известно устройство для подачи топлива в форсажную камеру по патенту RU 2358139, который выбран в качестве наиболее близкого аналога (прототипа). Устройство содержит топливные коллекторы со штуцерами подвода топлива. Узел подачи топлива выполнен для стабилизатора пламени, который присоединен к обечайке и к корпусу наружного контура. Недостаток устройства заключается в том, что крепление данного узла к наружному корпусу утяжеляет конструкцию в целом и увеличивает потери полного давления в проточной части форсажной камеры. Кроме того, устройство предназначено для подачи топлива только для стабилизатора пламени и не затрагивает вариант отдельного размещения топливных коллекторов с распылителями топлива.

Технический результат заявленного изобретения заключается в уменьшении потерь полного давления в проточной части форсажной камеры, увеличение тяги и уменьшении коксообразования в топливных коллекторах.

Технический результат достигается тем, что узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя содержит топливные коллекторы со штуцерами подвода топлива. Топливные коллекторы выполнены за одно целое с корпусом, корпус посредством элементов крепления соединен с верхней обечайкой диффузора и с креплением верхнего кольцевого стабилизатора пламени. При этом корпус в плоскости поперечного сечения имеет прямоугольную форму, а топливные коллекторы выполнены кольцевыми.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:

На фиг. 1 - общий вид на узел подачи топлива в форсажную камеру.

На фиг. 2 - вид на корпус с коллекторами подачи топлива и штуцерами подвода топлива.

На фиг. 3 - сечение А-А (вид на карбюраторные стабилизаторы).

Узел подачи топлива в форсажную камеру содержит: верхнюю обечайку диффузора 1; корпус с коллекторами подачи топлива 2; корпус наружного контура 3, штуцеры подвода топлива 4, карбюраторные стабилизаторы 5.

Узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя содержит топливные коллекторы со штуцерами подвода топлива. Штуцеры подвода топлива размещены во внешнем контуре. К штуцерам присоединяются трубопроводы подвода топлива, имеющие элементы крепления с корпусом наружного контура (на фигурах не показаны). Топливные коллекторы выполнены за одно целое с корпусом, имеющим в плоскости поперечного сечения, преимущественно, прямоугольную форму, выбранную из расчета обеспечения беспрепятственного тока газа в проточной части форсажной камеры. Выполнение топливных коллекторов за одно целое с корпусом может быть осуществлено, например, следующим образом. В корпусе кольцевой детали, имеющей в плоскости поперечного сечения прямоугольную форму, выполняются пазы. Далее, на пазы, выполненные в корпусе детали, устанавливаются металлические ленты и свариваются с корпусом с образованием неразъемной конструкции в виде единого неразъемного корпуса с кольцевыми каналами внутри, выполняющими функцию топливных коллекторов. Топливные коллекторы, выполненные за одно целое с корпусом, скомпонованы последовательно друг за другом. Корпус, посредством элементов крепления, соединен с одной стороны с верхней обечайкой диффузора, а с другой - с креплением верхнего кольцевого стабилизатора пламени. Указанное соединение, образует непрерывный разделитель потоков вплоть до теплозащитного экрана форсажной камеры. Помимо этого, верхний кольцевой и радиальные карбюраторные стабилизаторы объединены в узел, имеющий крепление только к корпусу, который выполнен за одно целое с топливными коллекторами.

Расположение узла подачи топлива в форсажную камеру позволяет избежать загромождения внутреннего контура (горячей части) и внешнего контура форсажной камеры (холодной части) за счет того, что топливные коллекторы выполнены за одно целое с корпусом. Выполнение топливных коллекторов за одно целое с корпусом и соединение данного корпуса с верхней обечайкой диффузора и с креплением верхнего кольцевого стабилизатора пламени приводят к существенному уменьшению потерь полного давления в проточной части форсажной камеры. Уменьшение потерь полного давления достигается за счет перемещения коллекторов с проточной части внутреннего контура на границу внутреннего и внешнего контура и исключения необходимости использовать громоздкую систему креплений и подвесов для их монтажа в форсажной камере. Предлагаемое расположение узла подачи топлива в форсажную камеру позволяет применить в конструкции корпуса наружного контура титановые сплавы, например, ВТ20, что приведет к снижению массы форсажной камеры. В предложенной конструкции существенно упрощается подвод топлива к топливным коллекторам по сравнению с топливными коллекторами в виде кольцевых трубок. Кроме того, топливные коллекторы граничат с внутренним контуром форсажной камеры, что оптимизирует температуру топлива в коллекторах и дает возможность снизить вероятность коксообразования, особенно для двигателей с малой степенью двухконтурности. Учитывая, что температура горячего газа, например, на «земном» режиме, может составлять до 1000°C, температура стенки коллекторов становится существенно выше температуры стенки (370°C), приводящей к коксообразованию.

Работа устройства заключается в следующем. При включении форсажной камеры через подвижное соединение в корпусе наружного контура и штуцеры подвода топлива 4 осуществляется подача топлива в кольцевые топливные коллекторы. На внутренней стенке топливных коллекторов при помощи сварных соединений смонтированы топливные распылители, например, радиально направленные под определенным углом к оси двигателя. Через форсунки в распылителях топливо попадает в проточную часть форсажной камеры.

Топливо из пускового коллектора (ближний к стабилизатору), расположенного рядом с верхним стабилизатором пламени, подается в карбюраторы стабилизаторов. Обогащенная топливовоздушная смесь из карбюраторов попадает в зону обратных токов, располагающуюся за стабилизаторами по потоку газа, где она смешивается с газом и образует смесь, близкую к стехиометрической. В зоне обратных токов происходит воспламенение смеси от запального устройства, например от свечи. Далее происходит розжиг форсажной камеры. По мере увеличения степени форсирования двигателя, например при перемещении ручки управления двигателем, топливо подается в остальные топливные коллекторы. Далее происходит распыление топлива через распылители с форсунками. Топливо, попадая за стабилизаторы, обеспечивает его сжигание и получение дополнительной тяги двигателя. Учитывая, что корпус с топливными коллекторами 2 располагается на границе внешнего и внутреннего контура, он выполняет также роль разделителя потока, который может быть характерен, например, для двигателя с малой степенью двухконтурности. При этом, в отличие от подачи топлива через трубчатые коллекторы, из-за отсутствия подвесов и других элементов крепления коллекторов, практически отсутствует загромождение проточной части как внешнего, так и внутреннего контура, что уменьшает потери полного давления газа, и, следовательно, двигатель имеет большую тягу.

1. Узел подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двухконтурного двигателя содержит топливные коллекторы со штуцерами подвода топлива, отличающийся тем, что топливные коллекторы выполнены за одно целое с корпусом, который посредством элементов крепления соединен с верхней обечайкой диффузора и с креплением верхнего кольцевого стабилизатора пламени.

2. Узел подачи топлива по п. 1, отличающийся тем, что корпус в плоскости поперечного сечения имеет прямоугольную форму.

3. Узел подачи топлива по п. 1, отличающийся тем, что топливные коллекторы выполнены кольцевыми.

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания содержит камеру горения и проточный патрубок, который в окружном направлении окружает по меньшей мере часть камеры горения.

Блок топливных форсунок и блок камеры сгорания // 2605164

Блок топливных форсунок, применяемый в турбинном двигателе, содержит группу топливных форсунок. Группа топливных форсунок расположена внутри воздушной напорной камеры, ограниченной корпусом.

Камера сгорания (варианты) и способ распределения топлива в камере сгорания // 2604146

Камера сгорания содержит пучок трубок, который проходит в радиальном направлении по меньшей мере через часть камеры сгорания. Указанный пучок трубок имеет верхнюю по потоку поверхность, отделенную в осевом направлении от нижней по потоку поверхности.

Способ впрыска топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и система впрыска для его осуществления // 2598502

Способ впрыска топлива осуществляют посредством системы воздушно-топливного смешения, имеющей геометрическую ось центральной симметрии (X′X), в камеру сгорания газотурбинного двигателя.

Устройство сгорания с импульсным разделением топлива // 2595292

Дано описание управляющего блока устройства сгорания и устройства сгорания, например, газовой турбины, который на основе по меньшей мере одного рабочего параметра определяет, находится ли устройство сгорания в заданной рабочей фазе.

Инжектор камеры сгорания газовой турбины с двойной топливной системой и камера сгорания, снабженная, по меньшей мере, одним таким инжектором // 2584741

Инжектор камеры сгорания газовой турбины содержит двойную цепь впрыска топлива и воздушный контур. Цепи впрыска топлива состоят из топливной системы запуска и главной цепи питания топливом, предназначенной для работы во всех режимах полета после воспламенения.

Устройство впрыска для камеры сгорания турбомашины // 2583486

Устройство впрыска топлива для кольцевой камеры сгорания турбомашины содержит управляющую цепь, постоянно питающую инжектор, выходящий в первую трубку Вентури, и многоточечную цепь.

Способ зажигания для камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2577426

Способ зажигания для камеры сгорания газотурбинного двигателя, питаемой топливом через форсунки и имеющей свечу зажигания, содержит первоначальную фазу, во время которой в камеру впрыскивают топливо с постоянным расходом одновременно с активизацией свечи зажигания, и, - при отсутствии воспламенения в камере в конце первоначальной фазы, - вторую фазу.

Узел камеры сгорания, в частности для газовой турбины // 2573090

Система сгорания содержит корпус, камеру сгорания, расположенную внутри корпуса, разделительную стенку и клапан, расположенный на корпусе, для обеспечения прохождения выходного потока текучей среды из внутреннего объема корпуса наружу корпуса, в зависимости от рабочего положения клапана.

Камера сгорания, содержащая множество каналов, с тангенциальными потоками, вращающимися в противоположных направлениях // 2568028

Камера сгорания, в частности для газотурбинного двигателя, имеет кольцевую форму вокруг оси и содержит внутреннюю кольцевую стенку, наружную кольцевую стенку и кольцевую торцевую стенку камеры, продолжающиеся вокруг указанной оси.

Возбуждение дополнительного лазера для устойчивости горения // 2614754

Изобретение относится к энергетике. Система сжигания содержит камеру (100) сгорания, имеющую концевую секцию (101) и предсекцию (102) сгорания, продолжающуюся от концевой секции (101) вдоль центральной оси (103) камеры (100) сгорания, турбулизирующее устройство (110), необязательное запальное горелочное устройство (120) и светоизлучающее устройство (130), которое испускает во внутренний объем (104) предсекции (102) сгорания электромагнитное излучение (131), характеризующееся тем, что оно может генерировать подачу энергии в запальный факел (122) или основной факел (108) для стабилизации запального факела (122) или основного факела (108). Также представлен способ управления системой сжигания для газовой турбины. Изобретение позволяет уменьшить количество топлива, необходимого для запального факела, уменьшить выбросы, а также позволяет достичь стабильного процесса сжигания. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления узла топливной форсунки, способ изготовления кольца топливной форсунки и кольцо топливной форсунки // 2614894

Группа изобретений относится к способам изготовления узла топливной форсунки и кольца топливной форсунки и к кольцу топливной форсунки. Способ изготовления узла 100 топливной форсунки включает использование торцевой заглушки 104 топливной форсунки, расположение кольца топливной форсунки в полости торцевой заглушки 104 и прикрепление кольца топливной форсунки к торцевой заглушке 104 для формирования элементов, проходящих в указанную полость и соответствующих или торцевой заглушке 104 топливной форсунки, или вкладышу 102 топливной форсунки, или им обоим с обеспечением закрепления вкладыша 102 топливной форсунки внутри торцевой заглушки 104 в ее полости. Группа изобретений направлена на упрощение закрепления вкладыша в полости торцевой заглушки с возможностью съема и обеспечение возможности многократной установки вкладыша в торцевую заглушку и его многократного извлечения с небольшим повреждением или без повреждения узла по меньшей мере заданное число раз, что, в свою очередь, сводит к минимуму нежелательные эксплуатационные проблемы, обусловленные отсутствием герметичности соединения и возникновением протечек. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система для подачи топлива в камеру сгорания (варианты) // 2618765

Система для подачи топлива в камеру сгорания содержит камеру горения и топливную форсунку, которая находится в проточном сообщении с камерой горения. Несколько каналов расположены в окружном направлении вокруг камеры горения для обеспечения с ней проточного сообщения. Камера для жидкого топлива находится в проточном сообщении с указанными каналами. Перегородка в окружном направлении окружает по меньшей мере часть камеры для жидкого топлива внутри указанных каналов и образует впадины вокруг камеры для жидкого топлива. Изобретение направлено на повышение кпд камеры сграния без увеличения выбросов NОx. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха // 2618799

Группа изобретений относится к топливным форсункам. Топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины содержит кольцевые каналы, предназначенные для доставки продуктов для сжигания. Кольцевой воздушный канал 62 предназначен для приема нагнетаемого компрессором воздуха. Смежно с осевым концом кольцевого воздушного канала 62 расположены завихрительные лопаточные каналы 64. Следующий первый кольцевой канал 66 расположен радиально внутри кольцевого воздушного канала 62 и имеет первые отверстия 68, расположенные смежно с осевым концом первого кольцевого канала 66 и ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов 64. Следующий второй кольцевой канал 70 расположен радиально внутри первого кольцевого канала 66 и имеет вторые отверстия 72, расположенные смежно с осевым концом второго кольцевого канала 70 и ниже по потоку от первых отверстий 68. Группа изобретений направлена на обеспечение простой конструкции с более эффективным распылением жидкого топлива в канале предварительного смешивания для снижения выбросов наряду с оптимальным использованием воздушной завесы. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Топливная форсунка, концевой узел топливной форсунки и газовая турбина // 2618801

Изобретение относится к энергетике. Топливная форсунка для камеры сгорания содержит топочную трубу и кольцевой центральный элемент, расположенный концентрически в указанной топочной трубе. Указанный кольцевой центральный элемент проходит вдоль продольной оси топливной форсунки и по меньшей мере частично ограничивает проточный канал для охлаждающего воздуха, проходящий через кольцевой центральный элемент. При этом концевой рассеивающий узел, расположенный на нижнем по потоку конце кольцевого центрального элемента, содержит отражающую пластину и крышку, причем указанные отражающая пластина и крышка по меньшей мере частично ограничивают охлаждающую полость между ними. Через отражающую пластину проходят охлаждающие отверстия для обеспечения проточного сообщения между каналом для охлаждающего воздуха и охлаждающей полостью. Также представлены концевой рассеивающий узел для топливной форсунки и газовая турбина. Изобретение позволяет улучшить устройство кольцевого центрального элемента, а также позволяет улучшить способ охлаждения концевой части центрального элемента. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2619673

Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для камеры сгорания газотурбинного двигателя осуществляется в трубчато-кольцевой камере сгорания, которая содержит множество распределенных по окружности труб замкнутых между двумя цилиндрическими кожухами. Указанные трубы ограничивают отдельные зоны сгорания. Каждая труба выполнена в виде трубчатого кожуха, имеющего верхний конец, расположенный выше по потоку и содержащий переднюю стенку, и имеющего нижний конец, расположенный ниже по потоку. Зона сгорания представляет собой трубчатый объем трубчатого кожуха, при этом трубчатый объем проходит в продольном направлении от передней стенки верхнего конца трубчатого кожуха до нижнего конца трубчатого кожуха. В передней стенке выполнено множество отверстий для воздуха. В трубчатом кожухе выполнены первые форсунки и вторые форсунки. Первые форсунки отстоят друг от друга и распределены по окружности вокруг зоны сгорания между передней стенкой и нижним концом трубчатого кожуха. Вторые форсунки отстоят друг от друга и распределены по окружности вокруг зоны сгорания между передней стенкой и первыми форсунками, которые расположены ниже по потоку от вторых форсунок в направлении нижнего конца трубчатого кожуха и лежат в первой плоскости, перпендикулярной продольному направлению трубчатого объема. Вторые форсунки расположены выше по потоку от первых форсунок в направлении верхнего конца трубчатого кожуха и лежат во второй плоскости, перпендикулярной продольному направлению трубчатого объема. Способ осуществляют следующим образом. Впрыскивают предварительно смешанную топливовоздушную смесь в трубчатый объем через первые форсунки, каждая из которых подает предварительно смешанную топливовоздушную смесь в трубчатый объем в направлении, образующем угол с касательной к трубчатому кожуху. Затем впрыскивают предварительно смешанную топливовоздушную смесь в трубчатый объем через вторые форсунки, каждая из которых подает предварительно смешанную топливовоздушную смесь в трубчатый объем в направлении, образующем угол с касательной к трубчатому кожуху. Предварительно смешанная топливовоздушная смесь, впрыскиваемая через первые форсунки, имеет первое соотношение топливо/воздух, а предварительно смешанная топливовоздушная смесь, впрыскиваемая через вторые форсунки, имеет второе соотношение топливо/воздух Второе соотношение топливо/воздух больше первого соотношения топливо/воздух. Впрыскивают выходящий из компрессора воздух через множество отверстий для воздуха через переднюю стенку в трубчатый объем в продольном направлении трубчатого объема. Впрыскивания предварительно смешанной топливовоздушной смеси в трубчатый объем через первые форсунки, впрыскивания предварительно смешанной топливовоздушной смеси в трубчатый объем через вторые форсунки и впрыскивания выходящего из компрессора воздуха через множество отверстий для воздуха через переднюю стенку в трубчатый объем обеспечивают создание ступенчатого топливовоздушного эффекта для улучшения горения и снижения выбросов NOx и СО. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Камера сгорания газотурбинного двигателя // 2620187

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор. Кольцевой коллектор, к которому присоединен топливопровод, установлен в передней полости на форсуночной плите. Внутри кольцевого коллектора концентрично выполнены два кольцевых электрода, соединенные изолированными высоковольтными проводами с блоком высокого напряжения. Изобретение направлено на повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система топливопитания камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2624783

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно к конструкциям основных камер сгорания. Система топливопитания камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевой топливный коллектор, установленный вокруг внешней стороны корпуса камеры сгорания, и множество кронштейнов крепления кольцевого коллектора. Каждый из кронштейнов выполнен из нескольких прямолинейных отрезков витого каната, расположенных в единой плоскости. Концы отрезков жестко соединены с крепежными фланцами. Отрезки витого каната дополнительно в средней части соединены между собой как минимум одной планкой. Отрезки витого каната дополнительно покрыты с внешней стороны эластичным материалом. Путем обеспечения достаточно жесткой опоры топливного коллектора на корпус камеры сгорания в осевом и окружном направлениях, компенсации тепловых расширений корпуса в радиальном направлении и демпфирования колебаний системы топливопитания камеры сгорания повышается ее надежность. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Тангенциальная кольцевая камера сгорания с предварительно смешанным топливом и воздухом для использования в газотурбинных двигателях // 2626887

Способ смешивания вступающих в реакцию горения веществ для газотурбинного двигателя включает в себя следующие шаги - обеспечивают камеру сгорания, содержащую наружную оболочку, внутреннюю оболочку и перфорированную переднюю стенку, топливные форсунки. Вводят предварительно смешанную топливовоздушную смесь в объем камеры сгорания, причем вступающие в реакцию вещества, впрыскиваемые топливными и воздушными форсунками, сгорают внутри указанной области и создают поле течения через камеру сгорания, которое вращается вокруг осевой линии двигателя. Впрыскивают выходящий из компрессора воздух через перфорированную переднюю стенку. Выполняют впрыскивание смеси через первый ряд форсунок, расположенных вблизи передней стенки и имеющих более высокое соотношение топливо/воздух, чем второй набор форсунок, вместе с впрыскиванием смеси ниже по потоку от топливных форсунок, тем самым обеспечивая требуемое смешивание и ступенчатый топливовоздушный эффект, что, в свою очередь, создает оптимальные условия сгорания и позволяет сократить выбросы NOx и СО из камеры сгорания в условиях частичной загрузки и/или полной загрузки. Выводят горячие продукты сгорания из камеры сгорания через кольцевое отверстие. Изобретение направлено на повышение эффективности горения и уменьшение токсичности выбросов продуктов сгорания. 6 ил.

Узел впрыска топлива и установка, содержащая узел впрыска топлива // 2632073

Изобретение относится к энергетике. Предложен трубный узел, который содержит кожух, ограничивающий топливное пространство и пространство для охлаждающей текучей среды, расположенное ниже по потоку от топливного пространства и отделенное от него промежуточной стенкой. Трубный узел также содержит трубки, которые проходят через указанный кожух и каждая из которых проточно соединена с указанной камерой подачи текучей среды и топочной камерой ниже по потоку от трубного узла, а также содержит заднюю пластину, расположенную у нижнего по потоку конца пространства для охлаждающей текучей среды. При этом задняя пластина имеет отверстие, которое проходит сквозь нее для содействия смешиванию текучих сред, поступающих из пространства для охлаждающей текучей среды и трубок. Также представлен топочный узел. Изобретение позволяет снизить тепловую нагрузку на заднюю пластину и трубки, а также увеличивает долговечность узла впрыска топлива. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.