Система впрыска топлива для камеры сгорания турбомашины, содержащей кольцевую стенку с сужающимся внутренним профилем
Изобретение относится главным образом к системе впрыска топливовоздушной смеси в днище кольцевой камеры сгорания турбомашины, которая включает по меньшей мере два топливных форсуночных устройства, одно из которых - центральная форсунка (26) и второе - кольцевая периферическая форсунка (43), расположенная вокруг указанной центральной форсунки (26), и внутренний кольцевой канал (71) воздухозаборника, в который заходит центральная форсунка (26), чтобы обеспечить смешение топлива, поступающего из центральной форсунки (26), и воздуха, принятого во внутреннем кольцевом канале (71), и по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30) воздухозаборника, который позволяет обогащать воздухом эту смесь и стабилизировать зону горения предварительного впрыска. Внутренний кольцевой канал (71) и указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30) разделяет промежуточная кольцевая стенка (70), которая простирается вокруг центральной форсунки (26) и имеет сужающийся внутренний профиль (70а). Внутренний кольцевой канал (71) не имеет завихрителя, который позволяет генерировать вращательное движение. Также представлены кольцевая камера сгорания и турбомашина. Изобретение позволяет улучшить контроль сжигания топлива путем получения более однородного сжигания сердцевины зоны горения предварительного впрыска, а также позволяет улучшить контроль распыления и испарения топлива. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области камер сгорания турбомашин и, в частности, к области систем впрыска топливовоздушной смеси в эти камеры сгорания.
Изобретение применимо к любому типу наземных или авиационных турбомашин, в частности к турбомашинам летательного аппарата, таким как турбореактивные или турбовинтовые двигатели.
Изобретение относится более конкретно к системам с двухконтурным впрыском топлива, которые содержат центральную форсунку, называемую обычно форсункой предварительного впрыска (pilot), которая поставляет постоянный расход топлива, оптимизированный для низких режимов работы, а также периферическую кольцевую форсунку, называемую также основной форсункой, которая поставляет переменный расход топлива, оптимизированный для высоких режимов, причем эта периферическая форсунка представлена, например, типом, называемым обычно multipoint (с многоточечным впрыском).
Эти системы впрыска топлива были разработаны с целью обеспечения работы камер сгорания с обедненной топливом топливовоздушной смесью (обычно речь идет о камере сгорания со ступенчатым сжиганием обедненной топливной смеси), и главным образом для лучшего расчета впрыска топливовоздушной смеси при различных режимах работы камер сгорания, чтобы снизить при этом расход топлива и эмиссию загрязнений, таких как окислы азота и дыма, и обеспечить, таким образом, соответствие с установленными нормативами, касающимися выброса производимых загрязняющих веществ при высокой рабочей мощности.
Уровень техники
Из заявки на французский патент FR 2 958 015 А1, в частности, уже известны существующие системы впрыска вышеуказанного типа согласно уровню техники.
Фиг. 1 иллюстрирует пример так называемой обедненной топливом, ступенчатой кольцевой камеры сгорания 10 турбомашины. Кольцевая камера сгорания 10 содержит обычно две кольцевые стенки, соответственно внутреннюю 12 и наружную 14, которые ограничивают ее и которые соединены между собой выше по потоку с кольцевой стенкой днища 16 камеры и ниже по потоку соответственно с внешним картером 18 турбомашины и с внутренней обечайкой 20, связанной с диффузором 22, помещенным впереди камеры сгорания 10 и предусмотренным для рассеивания известным образом в этой камере сгорания сжатого воздуха, поступающего из компрессора турбомашины (на фиг. 1 не показан).
Днище 16 камеры содержит, как правило, равномерно распределенные вокруг оси камеры отверстия, в которых установлены системы 24 подачи воздуха и топлива, каждая из которых предназначена, чтобы генерировать факел пламени в камере сгорания 10.
Системы впрыска 24 камеры сгорания 10, показанные на фиг. 1, относятся к типу, включающему центральную форсунку, называемую также форсункой предварительного впрыска, а также периферическую кольцеобразную форсунку, называемую также основной форсункой, которая представлена здесь типом с многоточечным впрыском.
Как показано детально на фиг. 2, которая предлагает изображение в увеличенном масштабе системы впрыска 24, показанного на фиг. 1, центральная топливная форсунка 26 образована соплом, выходящим на центральную ось 28 системы, которая представляет собой по существу ось симметрии для тел вращения, образующих систему впрыска 24.
Эта центральная форсунка 26 связана, как правило, с двумя каналами воздухозаборника, внутренним каналом 29, в который входит центральная форсунка 26, так что распыленное этой центральной форсункой 26 топливо может сразу же смешиваться с воздухом, поступившим в этот канал, и наружным кольцевым каналом 30, который входит ниже по потоку в систему впрыска 24, что позволяет дополнительное обогащение воздухом топливовоздушной смеси.
Оба указанных канала воздухозаборника 29 и 30 пересекаются, как правило, наклонными лопатками 32 и 34, предназначенными для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси 28 системы впрыска 24, чтобы способствовать гомогенизации топливовоздушной смеси в системе впрыска.
Каждый из двух указанных каналов воздухозаборника 29 и 30 обычно называют также завихрителем (vrille), и, как правило, он ограничен с наружной стороны кольцеобразной стенкой 36, соответственно 38, с сужающимся/расширяющимся профилем, называемой часто трубкой Вентури, которая предусмотрена, как известно, чтобы исключить переброску пламени в систему впрыска 24 за счет ускорения истечения в зоне ниже носика топливной форсунки.
В показанном на фиг. 2 примере оба канала воздухозаборника 29 и 30, а также ограничивающие их кольцеобразные стенки 36 и 38, простираются по существу по оси 28 системы впрыска.
Центральная топливная форсунка 26 снабжается, как правило, по трубопроводу 40, расположенному частично в поперечине 42 внешнего картера 18 камеры сгорания 10 (см. фиг. 1).
Далее, периферическая или многоточечная топливная форсунка 43 образована кольцевым рядом топливных эжектирующих отверстий 44, которые расположены, например, в верхнем по потоку участке 46 стенки 38 в форме усеченного конуса, ограничивающем наружный кольцевой проход 30 (см. фиг. 2).
Топливные эжектирующие отверстия 44 периферической форсунки 43 сообщаются с распределительной кольцеобразной полостью 48, которая получает топливо по трубопроводу 50, расположенному частично в поперечине 42, и эти топливные эжектирующие отверстия 44 выходят в периферический кольцевой канал 52, который снабжен кольцевым пространством 53, принимающим воздушный поток, предусмотренный для смешения в указанном канале 52 с топливом, поступившим из указанной периферической форсунки 43.
Указанное кольцевое пространство забора воздуха 53 пересекают наклонные лопатки 54, которые предназначены для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси 28 системы впрыска 24.
Периферический кольцевой канал 52 ограничен с внутренней стороны кольцеобразной стенкой 38 и с наружной стороны кольцеобразной, расширяющейся ниже по потоку чашей 56, включающей средства 58 для монтажа системы впрыска 24 в днище 16 камеры сгорания 10.
В представленном на фиг. 1 и 2 примере кольцевое пространство забора воздуха 53 имеет форму усеченного конуса и ограничено с внутренней стороны участком усеченного конуса 46 кольцеобразной стенки 38, так что образует отверстие, обращенное радиально наружу.
В рабочем режиме топливо через топливные эжектирующие отверстия 44 периферической форсунки 43 проникает в периферический кольцевой канал 52 и это топливо контактирует здесь с воздушным потоком, который циркулирует в канале 52, что способствует распылению топлива, то есть распылению этого топлива в форме мельчайших капелек.
В целом, в системах впрыска, содержащих двухконтурный впрыск топлива, например, таких как описанная выше система впрыска 24, центральная форсунка предварительного впрыска доставляет расход топлива, который по существу является постоянным для всех режимов работы камеры сгорания и оптимизирован для низких режимов, тогда как периферическая или основная форсунка 43 доставляет повышенный расход топлива, оптимизированный соответственно, для высокого режима, и не доставляет топливо для низкого режима. Следовательно, возможно иметь два типа зон турбулентного горения, как показано на фиг. 1: зону горения с предварительным впрыском Р, в которой генерируется факел пламени, богатый топливом вследствие недостаточного расхода воздуха, и зону горения с многоточечным впрыском М, в которой генерируется факел пламени с низким содержанием топлива вследствие высокого расхода воздуха.
Камеры сгорания, оборудованные системами впрыска вышеописанного типа, имеют тем не менее, при низком рабочем режиме относительно высокие уровни выбросов загрязняющих веществ, например, таких как окись углерода или углеводороды.
Уровни эмиссии загрязнителей зависят от качества сжигания топлива в этих камерах сгорания и, следовательно, как известно, от качества распыливания и испарения топлива, доставляемого форсунками систем впрыска, а также от присутствия зон рециркуляции для контроля топливовоздушной смеси в камере сгорания.
В частности, здесь рассматривается случай выброса загрязняющих веществ при низком режиме нагрузки. При низкой нагрузке согласно принципиальным условиям процесса пламя в зоне горения с многоточечным впрыском М отсутствует и присутствует лишь зона горения с предварительным впрыском Р. Таким образом, как иллюстрирует фиг. 1, относительно крупные капельки топлива 60 быстро транспортируются центрифугированием от центральной топливной форсунки 26 в зону горения при многоточечном впрыске М с высоким расходом воздуха, что приводит, таким образом, к получению плохого сжигания вследствие «заморозки» химических реакций, когда невыработанное топливо поступает в зону горения многоточечного впрыска М с высоким расходом воздуха, и, таким образом, к получению выбросов загрязнителей при низком режиме. Согласно фиг. 1 прекращение химических реакций может начаться с того момента, как топливо достигает разграничительной линии между зоной горения предварительного впрыска Р и зоной горения многоточечного впрыска М. Кроме того, как показано на фиг. 1, топливо впрыскивается центральной топливной форсункой 26 в направлении истечения воздушного потока, что значительно снижает уровень распыливания капелек 60 и их испарение.
Прекращение химических реакций и впрыскивание топлива в направлении истечения воздушного потока представляют собой два явления, приводящих к снижению качества сжигания в камере сгорания при низком режиме и, следовательно, приводящих к увеличению уровней эмиссий веществ, вредных для окружающей среды.
Таким образом, очевидна необходимость сохранения зоны горения предварительного впрыска Р в достаточной мере стабильной и соответственно турбулентной, без слишком большого проникновения в зону горения многоточечного впрыска М. В частности, капельки 60, поступающие из центральной топливной форсунки 26, не должны быть быстро центрифугированы на кольцевую стенку 38 (см. фиг. 1), чтобы создать пленку распыленного топлива в зоне среза истечений зон горения предварительного впрыска Р и многоточечного впрыска М. Кроме того, в отличие от конфигурации с фиг. 1, существует необходимость, чтобы распределение топлива в зоне горения предварительного впрыска Р не контактировало (interfère) с зоной горения многоточечного впрыска М. Действительно, ссылаясь на фиг. 1, согласно предшествующему уровню техники, когда при низком режиме работы лишь центральная форсунка 26 доставляет топливо, химические реакции быстро прекращаются вследствие сильного истечения потока расхода воздуха из зоны горения многоточечного впрыска М.
В целом, улучшение распределения топлива в зоне горения предварительного впрыскивания, а также улучшение распыла и испарения топлива, подаваемого топливной форсункой предварительного впрыскивания в систему впрыска с двухконтурным впрыскиванием топлива, признаются желательными при низком режиме работы, чтобы дополнительно снизить уровни выброса вредных для окружающей среды веществ, таких как окислы азота, окись углерода и углеводороды.
Кстати, документы WO 01/51787 А1, US 5833141 А и US 6543235 В1 описывают различные варианты реализации предшествующего уровня техники.
Сущность изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы устранить недостатки, присущие предшествующему уровню техники.
Изобретение ставит задачей, в частности, улучшить контроль контактирования зон сжигания предварительного впрыска и многоточечного впрыска, чтобы получить зону горения предварительного впрыска, в значительной степени отличающуюся от зоны многоточечного впрыска, а также быстрый распыл и испарение топлива, доставляемого исключительно при низком режиме работы форсункой предварительного впрыска.
Предметом изобретения является также согласно одному из его аспектов система впрыска топливовоздушной смеси в днище кольцевой камеры сгорания турбомашины, которая включает:
- по меньшей мере два топливных форсуночных устройства, одно из которых - центральная форсунка и второе - кольцевая периферическая форсунка, расположенная вокруг указанной центральной форсунки, и
- внутренний кольцевой канал воздухозаборника, в который заходит центральная форсунка, чтобы обеспечить смешение топлива, поступающего из центральной форсунки, и воздуха, принятого во внутреннем кольцевом канале, и по меньшей мере наружный кольцевой канал воздухозаборника, который позволяет обогащать воздухом эту смесь и стабилизировать зону горения предварительного впрыска,
- согласно изобретению внутренний кольцевой канал и указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал разделяет промежуточная кольцевая стенка, которая простирается вокруг центральной форсунки и имеет сужающийся внутренний профиль.
Благодаря изобретению может быть получено более однородное сжигание сердцевины зоны горения предварительного впрыска и прогресс в контроле распыления и испарения топлива, доставляемого форсункой предварительного впрыска. Вокруг форсунки предварительного впрыска может быть образована сужающаяся воздушная пленка, чтобы обеспечить «направление» потока топлива от форсунки предварительного впрыска, главным образом, в зону горения предварительного впрыска, а не на периферии последней, по разделительной линии с зоной горения многоточечного впрыска. Этот улучшенный контроль сжигания топлива, доставляемого форсункой предварительного впрыска, может позволить избежать прекращения химических реакций вследствие высокого расхода воздуха в зоне горения многоточечного впрыска и снизить эмиссии загрязняющих веществ при низких режимах сжигания.
По ходу всего описания отмечается, что термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» следует рассматривать относительно основного направления F нормального течения воздуха и топлива (по потоку сверху вниз) для системы впрыска. Далее, определения «наружный профиль» и «внутренний профиль» соответственно ассоциируются с профилем, который направлен в противоположную сторону относительно центральной оси системы впрыска, и профилем, который направлен в сторону центральной оси впрыска. Наконец, термины «сужающийся» и «расширяющийся» находятся соответственно в связи с направлением на приближение к потоку, о котором идет речь, и направлением на удаление от указанного потока.
Кроме того, система впрыска согласно изобретению может включать один или несколько признаков, взятых каждый отдельно или в составе любых возможных технических комбинаций.
Периферическая кольцевая форсунка может относиться по типу, называемому обычно «с многоточечным впрыском».
Система впрыска согласно изобретению может содержать несколько наружных кольцевых каналов воздухозаборника, по меньшей мере два наружных кольцевых канала, по меньшей мере три или по меньшей мере также четыре наружных кольцевых канала.
Наружные кольцевые каналы могут быть радиально совмещены одни поверх других или могут быть радиально совмещены поверх внутреннего кольцевого канала.
Промежуточная кольцевая стенка простирается между внутренним кольцевым каналом и наружным кольцевым каналом, ближайшим к центральной оси системы впрыска.
Промежуточная кольцевая стенка имеет предпочтительно внутренний профиль, который сужается к центральной оси системы впрыска. Следовательно, под «сужающимся внутренним профилем» следует понимать, что внутренний профиль промежуточной кольцевой стенки выполнен исключительно сужающимся. В частности, исключается случай внутреннего профиля, расширяющегося относительно центральной оси системы впрыска, например сужающегося/расширяющегося внутреннего профиля. Иными словами, промежуточная кольцевая стенка может иметь критическое сечение на уровне ее ближнего конца от носика центральной форсунки.
Промежуточная кольцевая стенка может иметь, в частности, внутренний профиль, который сужается к центральной оси системы впрыска, так что течение распыленного центральной форсункой топлива и течение выходящего из внутреннего кольцевого канала воздуха по существу перпендикулярны. Направленность промежуточной кольцевой стенки, по существу перпендикулярное течение воздуха относительно впрыска топлива, может благоприятствовать распыливанию и испарению топлива. Следовательно, транспортировка капелек топлива, распыленных на выходе из форсунки предварительного впрыска, обуславливается потоком воздуха из внутреннего кольцевого канала по центральной оси системы впрыска, а не эффектом центробежного движения, и, следовательно, топливо может удаляться от зоны горения многоточечного впрыска, что обеспечивает лучшее распределение топлива в зоне горения предварительного впрыска.
Предпочтительно внутренний кольцевой канал неспособен генерировать вращательное движение (или по-английски, swirl). Иными словами, внутренний кольцевой канал не закручен для создания такого вращательного движения, то есть внутренний кольцевой канал лишен завихрителя, который позволяет генерировать вращательное движение.
Отсутствие такого вращательного движения на уровне внутреннего кольцевого канала позволяет избежать резкого движения истечения воздуха, которое могло бы привести к транспортировке топлива в зону сгорания многоточечного впрыска.
Промежуточная кольцевая стенка может включать верхний по потоку, первый участок, простирающийся по существу по центральной оси системы впрыска, и нижний по потоку, второй участок, который сужается к центральной оси системы впрыска. Длина промежуточной кольцевой стенки и соответственно длина первого участка и/или второго участка может быть выбрана таким образом, чтобы быть достаточной, чтобы направить воздушный поток в сторону носика центральной форсунки.
Ориентация второго участка промежуточной круговой стенки в сторону центральной оси системы впрыска может соответствовать по существу ориентации носика центральной форсунки.
Промежуточная кольцевая стенка может простираться вдоль центральной оси вокруг центральной форсунки и может прерываться по существу при совмещении с носиком центральной форсунки. Таким образом, промежуточная кольцевая стенка может заканчиваться в той же плоскости, что и плоскость, в которой расположен носик центральной форсунки, причем эта плоскость по существу перпендикулярна центральной оси системы впрыска.
Подача воздуха из внутреннего кольцевого канала непосредственно к носику центральной форсунки по скосу сужающегося внутреннего профиля промежуточной кольцевой стенки может позволить исключить переброску пламени и, таким образом, продвинуть носик форсунки в зону горения предварительного впрыска, что благоприятствует лучшему разграничению зон предварительного впрыска и многоточечного впрыска. Наличие стенки с сужающимся/расширяющимся внутренним профилем, образующим трубку Вентури, может быть излишним в этом случае. Тем не менее, наличие такой стенки с сужающимся/расширяющимся внутренним профилем, образующим трубку Вентури, которая расположена при этом, в частности, на выходе промежуточной кольцевой стенки, может позволить при известных условиях дополнительно улучшить преграду переносу пламени, а также гомогенизацию топливовоздушной смеси. Кроме того, наличие нескольких наружных кольцевых каналов-завихрителей, то есть которые позволяют генерировать вращательное движение, может обеспечить лучший контроль рециркуляции между зонами сжигания предварительного впрыска и многоточечного впрыска или также способствовать смешению воздуха и топлива.
Указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал может быть способен пересекаться лопатками, а именно наклонными лопатками, предназначенными для придания проходящему через них воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси системы впрыска. Лопатки могут быть выбраны так, чтобы генерировать незначительное вращательное движение. Иными словами, в отличие от внутреннего кольцевого канала указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал может быть способен генерировать вращательное движение. Введение такого вращательного движения в указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал может позволить получить при определенных условиях лучшие показатели по сжиганию топлива из центральной форсунки. Такое вращательное движение, генерированное в указанном по меньшей мере одном наружном кольцевом канале за счет наличия лопаток, может позволить генерировать по меньшей мере одну зону рециркуляции, а именно зону рециркуляции на входе зоны горения предварительного впрыска и одну зону рециркуляции на выходе зоны горения предварительного впрыска вокруг зоны горения предварительного впрыска, образованной центральной форсункой. Указанная по меньшей мере одна зона рециркуляции может позволить стабилизировать факел пламени, генерируемый в зоне горения предварительного впрыска.
Более того, указанная по меньшей мере одна зона рециркуляции, а именно зона рециркуляции, расположенная ниже зоны горения предварительного впрыска, может позволить полное сжигание зоны горения предварительного впрыска.
Аэродинамическая структура и указанная по меньшей мере одна зона рециркуляции вокруг зоны горения предварительного впрыска могут контролироваться присутствием указанного наружного кольцевого канала воздухозаборника.
Указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал может быть ограничен с наружной стороны кольцевой стенкой, а именно кольцевой стенкой с сужающимся/расширяющимся внутренним профилем, на верхнем по потоку участке которой расположены топливные эжектирующие отверстия, образующие периферическую кольцевую форсунку. Эти топливные эжектирующие отверстия могут входить в периферический кольцевой канал, снабженный кольцевой полостью приема воздушного потока, предусмотренного для смешения в периферическом кольцевом канале с топливом, подаваемом периферической кольцевой форсункой.
Эта кольцевая стенка может иметь участок с сужающимся внутренним профилем, ориентированным к центральной оси системы впрыска. Этот участок с сужающимся внутренним профилем может быть совмещен поверх второго сужающегося участка ниже по потоку промежуточной кольцевой стенки. Этот участок с сужающимся внутренним профилем и второй сужающийся участок ниже по потоку промежуточной кольцевой стенки могут быть ориентированы к центральной оси системы впрыска, простираясь по существу параллельно один другому.
Кольцевая полость отбора воздушного потока может пересекаться лопатками, предназначенными для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси системы впрыска.
Предметом изобретения является также согласно другому из его аспектов кольцевая камера сгорания для турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну систему впрыска, такую как описана выше.
Предметом изобретения является также согласно другому из его аспектов турбомашина, отличающаяся тем, что она содержит кольцевую камеру сгорания, такую как описана выше.
Кольцевая камера сгорания и турбомашина согласно изобретению могут содержать любой из вышеназванных признаков, взятых отдельно или в составе любых возможных технических комбинаций с другими признаками.
Краткое описание чертежей
Изобретение в дальнейшем поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления, приводимым со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 представлен половинчатый вид в осевом разрезе кольцевой камеры сгорания турбомашины, содержащей систему впрыска согласно уровню техники,
на фиг. 2 - вид в осевом разрезе, иллюстрирующий в увеличенном масштабе систему впрыска камеры сгорания с фиг. 1,
на фиг. 3 - вид в осевом разрезе примера системы впрыска согласно изобретению,
на фиг. 4 - вид в изометрии зоны предварительного впрыска системы впрыска с фиг. 3,
на фиг. 5 - вид в осевом разрезе, иллюстрирующий образование зон рециркуляции, а именно между зоной горения предварительного впрыска и зоной горения многоточечного впрыска, полученных посредством системы впрыска с фиг. 3, и
на фиг. 6 - вид в осевом разрезе другого примера системы впрыска согласно изобретению.
В комплекте этих чертежей идентичными позициями могут обозначаться идентичные или аналогичные элементы.
Далее, различные части, представленные на чертежах, необязательно выполнены в одном масштабе для лучшего прочтения чертежей.
Детальное описание частных форм осуществления
Фиг. 1 и 2, относящиеся к кольцевой камере сгорания 10 турбомашины, которые содержат системы впрыска 24 согласно предшествующему уровню техники, уже были описаны в предыдущем изложении.
На фиг. 3-5 представлен первый пример системы впрыска 24 согласно изобретению. Фиг. 3 и 4 иллюстрируют соответственно систему впрыска 24 в осевом разрезе и в перспективе, на фиг. 5 показано образование зон рециркуляции между зоной горения предварительного впрыска и зоной горения многоточечного впрыска, полученных благодаря системе впрыска 24.
Такая система впрыска 24 может быть предусмотрена, чтобы оборудовать кольцевую камеру сгорания 10 турбомашины, а именно такую как описана выше со ссылкой на фиг. 1 и 2 и которая относится к типу, аналогичному системе впрыска 24 с фиг. 1 и 2. Таким образом, ниже описаны лишь элементы, относящиеся к системе впрыска 24 согласно изобретению, и на предыдущее описание можно сослаться в том, что касается элементов, аналогичных элементам на фиг. 1 и 2.
Как можно видеть именно на фиг. 3 и 4, система топливовоздушного впрыска 24 содержит центральную форсунку 26, снабженную носиком 26а, что позволяет распылять поток топлива С, и периферическую кольцевую форсунку 43, расположенную вокруг центральной форсунки 26. Периферическая кольцевая форсунка 43 представлена, в частности, типом с многоточечным впрыском.
Далее, система впрыска 24 содержит внутренний кольцевой канал 71 воздухозаборника, в который входит центральная форсунка 26 для смешения топлива С, поступающего из центральной форсунки 26, и воздушного потока, принятого во внутреннем кольцевом канале 71, чтобы избежать слишком сильного центрифугирования капелек топлива, а также наружный кольцевой канал 30 воздухозаборника, который генерирует вращательное движение в отличие от внутреннего кольцевого канала 71, что позволяет дополнительно обогащать воздухом эту смесь и стабилизировать зону горения предварительного впрыска Р, а также контролировать аэродинамические структуры зоны горения предварительного впрыска Р, зоны рециркуляции которой ЗРвход и ЗРвыход описаны в дальнейшем со ссылкой на фиг. 5.
Согласно изобретению внутренний кольцевой канал 71 и наружный кольцевой канал 30 разделены промежуточной кольцевой стенкой 70, которая простирается вокруг центральной форсунки 26 и которая имеет сужающийся внутренний профиль 70а.
В частности, промежуточная кольцевая стенка 70 содержит верхний по потоку, первый участок l1, простирающийся по существу прямолинейно по центральной оси 28 системы впрыска 24, вокруг центральной форсунки 26, и нижний по потоку, второй участок l2, который сужается к центральной оси 28 системы впрыска 24.
Далее, промежуточная кольцевая стенка 70 простирается вдоль центральной оси 28 вокруг центральной форсунки 26, затем прерывается по существу при совмещении с носиком 26а центральной форсунки 26, так что воздушный поток А1, поступающий из внутреннего кольцевого канала 71, и поток топлива С, поступающий из носика 26а центральной форсунки 26, оказываются смешенными один с другим в зоне высоких градиентов для улучшения распыления.
Промежуточная кольцевая стенка 70 также имеет сужающийся наружный профиль 70b напротив расширяющегося участка кольцевой стенки 38.
Внутренний кольцевой канал 71 и промежуточная внутренняя стенка 70 образуют вместе сужающуюся воздушную пленку, что позволяет более однородное сжигание сердцевины зоны горения предварительного впрыска Р.
Ориентация промежуточной кольцевой стенки 70, снабженной внутренним профилем 70, сужающимся к центральной оси 28 системы впрыска 24, может позволить получить впрыск топлива С по существу перпендикулярно воздушному потоку А1, поступающему из внутреннего кольцевого канала 71.
Впрыск топлива С по существу перпендикулярно воздушному потоку А1 может обуславливать направление транспорта капелек топлива С вдоль центральной оси 28 к зоне горения предварительного впрыска Р.
Предпочтительно поток топлива С удален, таким образом, от зоны горения многоточечного впрыска М, чтобы улучшить питание зоны горения предварительного впрыска Р.
На фиг. 5 иллюстрируются различия, полученные между зоной горения предварительного впрыска Р и зоной горения многоточечного впрыска М. Кроме того, как можно видеть на фиг. 3, поток топлива С здесь удален от воздушного потока А2, который поступает из периферического кольцевого канала 52 (называемого также основным завихрителем).
Далее, как можно видеть на фиг. 5, стабилизация факела на уровне зоны горения предварительного впрыска Р может требовать присутствия зоны рециркуляции ЗРвход возле носика 26а центральной форсунки 26 и зоны рециркуляции ЗРвыход, расположенной позади зоны горения предварительного впрыска Р.
Зона рециркуляции ЗРвход или ЗРвыход может быть генерирована, например, вращательным движением, полученным благодаря промежуточному завихрителю (наружный канал 30) и основному завихрителю (периферический канал 52), которые могут быть оснащены наклонными лопатками 34 и 54, как они описаны раньше.
Аэродинамическая структура и зоны рециркуляции ЗРвход и ЗРвыход вокруг зоны сжигания предварительного впрыска Р могут быть контролируемы за счет присутствия наружного канала 30 воздухозаборника.
Образование сужающейся воздушной пленки в зоне предварительного впрыска системы впрыска 24, полученной благодаря наличию промежуточной кольцевой стенки 70, наделенной сужающимся внутренним профилем 70а, может позволить получить факел пламени в зоне горения предварительного впрыска Р, существенно отличающейся от основного течения зоны горения многоточечного впрыска М, чтобы исключить прекращение реакций горения факела предварительного впрыска, а также быструю подачу топлива от центральной форсунки 26 с оптимизацией распыливания и испарения. Таким образом, это позволяет сильно улучшить сжигание топлива, а также дополнительно снизить уровень эмиссии вредных для окружающей среды веществ.
Со ссылкой на фиг. 6 показан второй пример системы впрыска 24 согласно изобретению.
В отличие от первого примера системы впрыска 24, представленного на фиг. 3-5, система впрыска 24 на фиг. 6 содержит два наружных кольцевых канала 30а и 30b воздухозаборника, радиально совмещенных один поверх другого.
Каждый наружный канал 30 и 30b пересекают соответственно наклонные лопатки 34а и 34b, предназначенные для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси 28 системы впрыска 24 для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси 28 системы впрыска 24. Это вращательное движение может способствовать появлению зон рециркуляции ЗРвход и ЗРвыход, таких как описаны раньше.
Предпочтительно внутренний кольцевой канал 71 не способен сам по себе генерировать вращательное движение.
Далее, промежуточная кольцевая стенка 70 содержит верхний по потоку, первый участок l1, который простирается по существу прямолинейно по центральной оси 28 системы впрыска 24, вокруг центральной форсунки 26, и нижний по потоку, второй участок l2, который сужается к центральной оси 28 системы впрыска 24.
Далее, промежуточная кольцевая стенка 70 простирается вдоль центральной оси 28 вокруг центральной форсунки 26 и затем прерывается по существу при совмещении с носиком 26а центральной форсунки 26, как описано выше.
Наличие дополнительной кольцевой стенки 36 с сужающимся/расширяющимся профилем, или также трубки Вентури 36, может позволить еще больше улучшить эффект, полученный за счет промежуточной кольцевой стенки 70, в смысле устранения переброски факела пламени в систему впрыска 24.
Разумеется, изобретение не ограничено вышеописанными примерами осуществления. Специалисты могут предложить в этой области различные модификации.
Выражение «содержит один» следует понимать как синоним «содержит по меньшей мере один», если не указано противное.
1. Система впрыска топливовоздушной смеси (24) в днище кольцевой камеры сгорания (10) турбомашины, которая включает:
- по меньшей мере два топливных форсуночных устройства, одно из которых - центральная форсунка (26) и второе - кольцевая периферическая форсунка (43), расположенная вокруг указанной центральной форсунки (26), и
- внутренний кольцевой канал (71) воздухозаборника, в который заходит центральная форсунка (26), чтобы обеспечить смешение топлива, поступающего из центральной форсунки (26), и воздуха, принятого во внутреннем кольцевом канале (71), и по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30; 30а, 30b) воздухозаборника, который позволяет обогащать воздухом эту смесь и стабилизировать зону горения предварительного впрыска (Р), причем
внутренний кольцевой канал (71) и указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30; 30а, 30b) разделены промежуточной кольцевой стенкой (70), которая простирается вокруг центральной форсунки (26) и имеет сужающийся внутренний профиль (70а),
отличающаяся тем, что внутренний кольцевой канал (71) не имеет завихрителя, который позволяет генерировать вращательное движение.
2. Система впрыска по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточная кольцевая стенка (70) имеет внутренний профиль (70а), который сужается к центральной оси (28) системы впрыска (24), так что течение распыленного центральной форсункой (26) топлива и течение выходящего из внутреннего кольцевого канала (71) воздуха по существу перпендикулярны.
3. Система впрыска по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что промежуточная кольцевая стенка (70) содержит верхний по потоку, первый участок (l1), простирающийся по существу по центральной оси (28) системы впрыска (24), и нижний по потоку, второй участок (l2), который сужается к центральной оси (28) системы впрыска (24).
4. Система впрыска по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что промежуточная кольцевая стенка (70) простирается вдоль центральной оси (28) вокруг центральной форсунки (26) и прерывается по существу при совмещении с носиком (26а) центральной форсунки (26).
5. Система впрыска по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит несколько наружных кольцевых каналов воздухозаборника, а именно по меньшей мере два наружных кольцевых канала (30а, 30b).
6. Система впрыска по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один наружный кольцевой канал (30; 30а, 30b) способен генерировать вращательное движение, в частности, за счет пересекающих его наклонных лопаток, предназначенных для придания проходящему по ним воздушному потоку вращательного движения вокруг центральной оси (28) системы впрыска (24).
7. Система впрыска по п. 6, отличающаяся тем, что указанное вращательное движение, генерируемое в указанном по меньшей мере одном наружном кольцевом канале (30; 30а, 30b), позволяет генерировать по меньшей мере одну зону рециркуляции (ЗРвход, ЗРвыход) вокруг зоны горения предварительного впрыска (Р), образованной центральной форсункой (26).
8. Кольцевая камера сгорания (10) для турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну систему впрыска (24) по одному из предыдущих пунктов.
9. Турбомашина, отличающаяся тем, что она содержит кольцевую камеру сгорания (10) по п. 8.
