Усовершенствованные форсунки камеры сгорания газотурбинной установки

Изобретение может быть использовано в газотурбинных двигателях. Форсунка (1) камеры сгорания газотурбинной установки содержит систему (5) подачи текучей среды, корпус (4) форсунки, форсуночную головку (6), привод (7). Корпус (4) форсунки проходит вдоль продольной оси (Z-Z). Форсуночная головка (6) расположена на корпусе (4) форсунки и выполнена с возможностью впрыска текучей среды в направлении (Х-Х) с наклоном относительно продольной оси (Z-Z). Привод (7) выполнен с возможностью выборочного приведения форсунки (1) во вращение вокруг продольной оси (Z-Z) так, чтобы изменять направление (Х-Х) впрыска текучей среды, а также с возможностью обеспечивать изменение ориентации форсунки (1) путем вращения вокруг продольной оси (Z-Z) с амплитудой, меньшей или равной 90°. Раскрыты камера сгорания, газотурбинный двигатель и летательный аппарат. Технический результат заключается в снижении расхода топлива на частичной нагрузке благодаря оптимизации работы камеры сгорания на всех рабочих режимах. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области камер сгорания для летательного аппарата и, в частности, относится к форсункам для таких камер сгорания.

Уровень техники

Как правило, форсунки, устанавливаемые в камерах сгорания летательных аппаратов, выполнены так, чтобы обеспечивать на различных режимах работы оптимальные показатели.

Эти различные режимы горения имеют, однако, очень разные характеристики, иногда связанные с совершенно противоположными условиями, из-за чего необходимо находить компромисс между различными показателями камеры.

С учетом этого современные форсунки имеют большой резерв с точки зрения возможности оптимизации.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение призвано предложить систему по меньшей мере частично отвечающую этим задачам.

В связи с этим, настоящим изобретением предложена форсунка камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая:

- систему подачи текучей среды,

- корпус форсунки, расположенный вдоль продольной оси,

- форсуночную головку, расположенную на корпусе форсунки и выполненную с возможностью впрыска указанной текучей среды в направлении с наклоном относительно продольной оси,

при этом указанная форсунка дополнительно содержит привод, выполненный с возможностью выборочного приведения форсунки во вращение вокруг продольной оси таким образом, чтобы изменять направление впрыска текучей среды, при этом привод выполнен с возможностью обеспечивать изменение ориентации форсунки путем вращения вокруг продольной оси с амплитудой, меньшей или равной 90°.

Как правило, система питания текучей средой содержит гибкую магистраль подачи текучей среды или жесткую магистраль подачи текучей среды, оснащенную герметичным шарниром на уровне форсунки.

Объектом изобретения является также камера сгорания, содержащая по меньшей мере одну вышеупомянутую форсунку.

Например, камера сгорания является гирационной камерой сгорания, в которой по меньшей мере одна форсунка установлена в наружной обечайке камеры сгорания.

Как правило, привод содержит систему управления, выполненную с возможностью изменения ориентации форсунки в зависимости от давления перепуска камеры сгорания и/или от давления топлива.

Кроме того, объектом изобретения является газотурбинный двигатель, содержащий вышеупомянутую камеру сгорания.

Объектом изобретения является также летательный аппарат, содержащий такой газотурбинный двигатель.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего иллюстративного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлен схематичный вид форсунки в соответствии с изобретением;

на фиг. 2А и 2В схематично показана работа форсунки.

На всех фигурах общие элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично показана заявленная форсунка, а фиг. 2А и 2В схематично иллюстрируют ее работу.

На фиг. 1 показана форсунка, установленная в стенке 2 камеры 3 сгорания, как правило, гирационной камеры сгорания, которая может быть, например, установлена в газотурбинном двигателе летательного аппарата.

В случае, когда камера 3 сгорания является гирационной камерой, форсунка 1 расположена в наружной обечайке камеры 3 сгорания.

Показанная форсунка 1 содержит корпус 4, конец 41 которого выступает во внутренний объем камеры 3 сгорания. Корпус 4 форсунки 1 проходит в продольном направлении, образующем продольную ось Z-Z.

В корпус 4 форсунки 1 встроена система 5 подачи текучей среды, обеспечивающая питание форсуночной головки 6, расположенной в конце 41 корпуса 4. Как правило, форсуночная головка 6 образована распылительным соплом.

В представленном примере система 5 подачи текучей среды является трубопроводом, проходящим по существу вдоль продольной оси Z-Z в корпусе 4.

Система 5 подачи текучей среды может содержать магистраль подачи текучей среды, имеющую, например, гибкий участок, или жесткую магистраль подачи текучей среды, оснащенную герметичным шарниром на уровне форсунки.

Показанный конец 41 имеет общую полусферическую форму, часть которой является полой для размещения форсуночной головки 6. Таким образом, форсуночная головка 6 определяет направление впрыска, которое на фигурах обозначено осью впрыска Х-Х. Эта ось впрыска Х-Х наклонена по отношению к продольной оси Z-Z под углом, строго находящимся в пределах от 0 до 90°.

Во время работы камеры 3 сгорания форсунку 1 используют для впрыска топлива в направлении впрыска, определяемом ориентацией форсуночной головки 6.

С целью оптимизации впрыска при любом рабочем режиме камеры 3 сгорания предложенная система содержит также привод 7, соединенный с корпусом 4 форсунки 1 через средства 71 приведения во вращение, в данном случае через зубчатое колесо.

Например, привод 7 содержит средства приведения во вращение при помощи зубчатой рейки, тяги или любых других соответствующих приводных средств.

Корпус 4 форсунки 1 соединен со стенками 2 камеры 3 сгорания через подшипники 83 и 84, выполненные с возможностью обеспечения степени свободы во вращении вокруг продольной оси Z-Z.

В представленном примере первый подшипник 83 расположен вблизи конца 41 корпуса 4, а второй подшипник 84 расположен с отступом на части корпуса 4, более удаленной от камеры 3 сгорания.

Как правило, между корпусом 4 форсунки 1 и стенкой 2 камеры 3 сгорания установлен изолирующий элемент 85, чтобы предохранять первый подшипник 83 и изолировать его от камеры сгорания.

Привод 7 позволяет поворачивать форсунку 1 вокруг продольной оси Z-Z. Как правило, амплитуда этого поворота ограничена, например, максимальным значением 180° или максимальным значением 90°.

На фиг. 2А и 2В представлены два вида в направлении А, показанном на фиг. 1. На этих двух фиг. 2А и 2В схематично представлен пример изменения ориентации форсунки 1, при этом направление впрыска, переходящее от оси Х-Х к оси X-X’, образует с осью Х-Х угол 90°.

Такое изменение ориентации форсунки 1 и, следовательно, направления впрыска текучей среды через форсуночную головку 6 позволяет оптимизировать впрыск в зависимости от рабочего режима камеры 3 сгорания.

Действительно, известные форсунки для камеры сгорания являются неподвижными и, следовательно, не позволяют адаптировать впрыск к рабочему режиму камеры сгорания, что приводит к повышенному расходу топлива на некоторых рабочих режимах, например, на режиме малого газа.

Предложенная конструкция позволяет оптимизировать работу камеры 3 сгорания при ее любом рабочем режиме и, следовательно, позволяет повысить надежность системы сгорания и одновременно улучшить расход при частичной нагрузке.

Обычно поворот с амплитудой порядка 90° является достаточным, чтобы обеспечить оптимизацию работы камеры сгорания на ее различных рабочих режимах.

Например, в камере 3 сгорания, содержащей несколько форсунок, каждой из этих форсунок можно управлять раздельно, чтобы оптимизировать работу камеры 3 сгорания.

Ориентацию форсунок можно изменять активно, например, сочетая вычислительное устройство и привод, или пассивно посредством управления при помощи давления воздуха в камере 3 сгорания и/или давления в системе 5 подачи текучей среды.

Например, для осуществления управления пассивного типа можно врезать трубопровод отбора давления внутри камеры 3 сгорания и/или внутри системы 5 подачи текучей среды для управления системой, такой как силовой цилиндр или поршень, действующий на средства 71 приведения во вращение, обеспечивая, таким образом, ориентацию форсунки 1.

Таким образом, управляющее давление можно отбирать внутри камеры 3 сгорания и/или внутри системы 5 подачи текучей среды, и оно преодолевает толкающее усилие, например, со стороны возвратного средства, такого как пружина, определяющая по умолчанию ориентацию форсунки 1. Изменение давления внутри камеры 3 сгорания и/или внутри системы 5 подачи текучей среды приводит, таким образом, к изменению ориентации форсунки 1, что позволяет оптимизировать впрыск. При этом сочетание силового цилиндра или поршня и средства отбора давления образует привод 7 пассивного типа, позволяющий осуществлять непрерывное управление ориентацией форсунки 1.

Для осуществления управления активного типа привод 7 может быть, например, выполнен таким образом, чтобы управлять ориентацией рассматриваемой форсунки в зависимости от давления, измеряемого внутри камеры 3 сгорания, в перепускном воздушном контуре камеры сгорания, или в зависимости от давления в системе 5 подачи текучей среды.

В целом привод 7 обычно управляет ориентацией рассматриваемой форсунки в зависимости от нагрузки двигателя, содержащего камеру сгорания. В примере, представленном на фиг. 1, схематично показан датчик 72, выполненный с возможностью измерения давления текучей среды в системе 5 подачи текучей среды, и привод 7 может управлять ориентацией форсунки 1 в зависимости от этого измерения.

Как правило, привод 7 выполнен таким образом, чтобы осуществлять непрерывное управление ориентацией форсунки 1, что позволяет, в частности, избегать явлений неустановившегося режима, которые могли бы привести к повреждению камеры сгорания.

1. Форсунка (1) камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая:

- систему (5) подачи текучей среды,

- корпус (4) форсунки, проходящий вдоль продольной оси (Z-Z),

- форсуночную головку (6), расположенную на корпусе (4) форсунки и выполненную с возможностью впрыска указанной текучей среды в направлении (Х-Х) с наклоном относительно продольной оси (Z-Z),

- привод (7), выполненный с возможностью выборочного приведения форсунки (1) во вращение вокруг продольной оси (Z-Z) так, чтобы изменять направление (Х-Х) впрыска текучей среды,

отличающаяся тем, что привод (7) выполнен с возможностью обеспечивать изменение ориентации форсунки (1) путем вращения вокруг продольной оси (Z-Z) с амплитудой, меньшей или равной 90°.

2. Форсунка (1) по п. 1, в которой система (5) питания текучей средой содержит гибкую магистраль подачи текучей среды или жесткую магистраль подачи текучей среды, оснащенную герметичным шарниром, соединяющим ее с форсункой (1).

3. Камера (3) сгорания, содержащая по меньшей мере одну форсунку по одному из пп. 1 или 2.

4. Камера (3) сгорания по п. 3, которая является гирационной камерой сгорания, при этом указанная по меньшей мере одна форсунка (1) расположена в наружной обечайке камеры сгорания.

5. Камера (3) сгорания по одному из пп. 3 или 4, в которой привод (7) содержит систему управления, выполненную с возможностью изменения ориентации форсунки (1) в зависимости от давления перепуска камеры сгорания и/или от давления топлива.

6. Газотурбинный двигатель, содержащий камеру (3) сгорания по одному из пп. 3-5.

7. Летательный аппарат, содержащий газотурбинный двигатель по п. 6.