Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F23R3/00 - Камеры сгорания непрерывного действия, использующие жидкое или газообразное топливо

Владельцы патента RU 2783576:

Болотин Николай Борисович (RU)

Изобретение относится к газотурбинным двигателям. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания. Возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания. Технический результат - уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания. 5 ил.

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей - ГТД.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493492, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г.

Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешний и внутренний корпусы, внешний и внутренний кожуха, установленные с зазором относительно внешнего и внутреннего корпусов. Число форсуночных модулей выполнено кратным четырем

Недостатки: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493495, МПК F23R 3/00, опубл. 20.09.2013 г., прототип.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровой трубой с внешним кожухом жаровой трубы, сообщающими внешний кольцевой зазор между внешним кожухом, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания,

Недостаток: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.

Задачи создания изобретения: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.

Достигнутые технические результаты: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.

Решение указанных задач достигнуто в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания. Согласно изобретению, возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите, и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.

Возможность закрутки продуктов сгорания может быть выполнена за счет размещения форсунок на форсуночной плите под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания и за счет размещения отверстий охлаждения жаровой трубы под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…5, где:

на фиг. 1 приведена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя,

на фиг. 2 приведен вид А,

на фиг. 3 приведен вид В,

на фиг. 4 приведен разрез С-С,

на фиг. 5 приведен разрез В-В.

Перечень признаков, принятых в описании:

жаровая труба 1,

внешний кожух 2 жаровой трубы 1,

внешний кольцевой зазор 3,

корпус камеры 4,

полость жаровой трубы 5,

форсуночная плита 6,

форсунка 7,

коллектор 8,

топливная система 9,

полость 10,

отверстия для подачи охлаждающего воздуха 11,

отбортовка 12,

карманы для подачи воздуха 13,

перфорация. 14,

отверстия для воздуха 15,

ϕ₁ - угол наклона форсунок,

ϕ₂ - угол наклона отбортовок,

ϕ₃ - угол наклона карманов для подачи воздуха.

Предложена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя - ГТД повышенной экономичности (фиг. 1) содержит жаровую, трубу 1 с внешним кожухом жаровой трубы 2, сообщающими внешний кольцевой зазор 3 между внешним кожухом 2 жаровой трубы 1 и корпусом камеры 4 с полостью жаровой трубы 5.

На входном торце жаровой трубы 1 (Фиг. 2) установлена форсуночная плита 6 с форсунками 7 и коллектором 8, к входу которого присоединена топливная система 9.

Воздушный тракт включает полость 10 (фиг. 1) между компрессором (на фиг. 1-5 не показан) и кольцевой камерой сгорания.

На жаровой трубе 1 выполнены отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха с отбортовками 12 и карманы 13 для заброса охлаждающего воздуха внутрь полости 5 жаровой трубы 1 на значительную глубину.

Отбортовки 12 отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха (фиг. 4) предназначены для создания направления охлаждающего воздуха с целью его закрутки вдоль оси OO кольцевой камеры сгорания в пределах пограничного слоя.

На карманах для подачи воздуха 13 (фиг. 5) выполнена перфорация. 14 для охлаждения карманов 13.

На фиг. 3 приведен вид В на форсунок 7 и форсуночной плиты 6. Форсуночная плита 6 выполнена ступенчатой с внутренней стороны, а форсунки 7 установлены таким образом, чтобы их оси O₁O₁ были наклонены к продольной оси камеры сгорания OO на угол ϕ₁. Оптимальный угол наклона ϕ₁=7…30°.

На фиг. 4 приведен разрез С-С отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха. На фиг. 4 видно, что воздух, проходящий через отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха, закручивается вдоль внешнего кожуха 2 жаровой трубы 1. Это достигнуто выполнением отбортовок 12 под углом ϕ₂=7…30° к продольной оси камеры сгорания OO. Но продукты сгорания внутри кольцевой камеры сгорания не закручиваются.

Оптимальный угол ϕ₂=7…30°

На фиг. 5 приведен разрез В-В закрутки продуктов сгорания во всем объеме кольцевой камеры сгорания. Это достигнуто применением карманов 13 для подачи воздуха, значительно выступающих внутрь жаровой трубы 1 и оси которых наклонены к плоскостям, проходящим через продольную ось кольцевой камеры сгорания ОО под углом ϕ₃.

Оптимальный угол ϕ₃=7…30°

Карманы 13 для подачи воздуха 13 содержат перфорацию 14 для воздуха. Перфорация для воздуха 14 предназначена для охлаждения карманов 13 для подачи воздуха.

РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При запуске газотурбинного двигателя (фиг. 1…5) стартером (не показан) раскручивают вал, который раскручивает рабочие колеса компрессора и турбины (не показано).

Топливный газ при запуске ГТД поступает в топливную систему 9, потом в коллектор 8 и далее в форсунки 7 (фиг. 1). Топливо перемешивается с воздухом, который через отверстия 15 поступает в форсунки 7.

Форсунки 7 выполнены топливо-воздушными и воздух, необходимый для горения топлива поступает через отверстия для воздуха 15 (фиг. 1, 2 и 3), выполненные в форсуночной плите 6 и в форсунках 7.

В результате этого интенсивно закручивается весь объем продуктов сгорания и топливо сгорает полости жаровой трубы 5 более полно.

Это позволило повысить полноту сгорания и уменьшить окружную неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания.

Применение изобретения позволило:

- повысить полноту сгорания топлива в камере сгорания,

- уменьшить эмиссию вредных веществ,

- снизить окружную неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания за счет закрутки продуктов сгорания в кольцевой камере сгорания предложенными средствами,

- упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и при необходимости отказаться от его охлаждения, например, применив керамику.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания, отличающаяся тем, что возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к способу изготовления жаровой трубы (ЖТ) камеры сгорания, и может быть использовано при изготовлении охлаждаемых жаровых труб камер сгорания с туннельным охлаждением, преимущественно для малоразмерных газотурбинных двигателей. Согласно изобретению формообразование обечаек внешней оболочки 9, наружной стенки 5 и внутреннего экрана 10 жаровой трубы осуществляют методом ротационной вытяжки, а каналы охлаждения формируют в виде расположенных равномерно по окружности обечайки наружной стенки окон 21 с направляющими элементами, разделенных соответствующими перемычками.

Топливная форсунка и камера сгорания газовой турбины // 2774929

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей. Топливная форсунка содержит множество каналов и включает в себя: первый канал, через который проходит топливо или воздух для горения, второй канал, через который проходит топливо или воздух для горения и который отличается от первого канала, причем топливная форсунка включает в себя элементы конструкции, и неразъемный элемент конструкции топливной форсунки из этих элементов конструкции составляет по меньшей мере область, в которой размещены первый канал и второй канал.

Кожух камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2774090

Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение в конструкциях камер сгорания газотурбинным двигателям (ГТД) наземного и промышленного применения. Описан кожух камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющий разъем в горизонтальной плоскости, каждая из двух половин которого снабжена двумя продольными фланцами, соединяемыми болтами с гайками.

Топливовоздушная форсунка // 2767678

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для сжигания газа в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Предложена топливовоздушная форсунка, содержащая корпус 1 завихрителя включающего лопаточный завихритель 3, смесительную втулку 4, корпус форсунки 2, содержащий внутренний канал, уплотнительные кольца 11, дросселирующую шайбу 7, корончатую гайку 10.

Камера сгорания газовой турбины и способ изготовления топливной форсунки // 2766382

Изобретение относится к камере сгорания газовой турбины. Камера сгорания газовой турбины содержит топливную форсунку, которую формуют посредством трехмерного аддитивного производства, топливная форсунка имеет первую область, в которой металлические порошки являются спеченными, и вторую область, которая окружена первой областью и в которой металлические порошки являются неспеченными.

Сжигающее устройство газотурбинной установки // 2763016

Изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки. Сжигающее устройство газотурбинной установки содержит горелку для горения предварительно приготовленной смеси и камеру сгорания для сжигания топлива и воздуха, подаваемых из горелки для горения предварительно приготовленной смеси, причем горелка для горения предварительно приготовленной смеси содержит топливную форсунку для впрыска топлива, подаваемого из системы подачи топлива, и канал для предварительно приготовленной смеси для смешения топлива, впрыскиваемого из топливной форсунки, и воздуха, подаваемого из воздушного канала, и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, при этом топливная форсунка содержит: сужающийся участок, наружный диаметр которого постепенно уменьшается от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, плоский участок, проходящий от сужающегося участка в направлении дальней стороны топливной форсунки и имеющий постоянный наружный диаметр от ближней стороны к дальней стороне топливной форсунки, топливный канал, образованный в топливной форсунке и проходящий в осевом направлении топливной форсунки, и множество групп отверстий для впрыска топлива, образованных в топливной форсунке для обеспечения сообщения по текучей среде между топливным каналом и наружной стороной топливной форсунки, причем каждая группа включает в себя по меньшей мере одно отверстие для впрыска топлива, при этом указанные группы отстоят друг от друга в осевом направлении топливной форсунки, причем указанные группы отверстий для впрыска топлива включают в себя по меньшей мере одну группу отверстий для впрыска топлива, образованных на сужающемся участке.

Способ сжигания предварительно подготовленной "бедной" топливовоздушной смеси жидкого и (или) газообразного топлива и воздуха в трехконтурной малоэмиссионной горелке (варианты) // 2761713

Изобретение относится к областям, где имеют место процессы смесеобразования и сжигания «бедных» смесей жидких или газообразных топлив и воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что высокое качество «бедной» смеси газообразного или жидкого топлива и воздуха обеспечивают за счет их двухступенчатого предварительного смешения: струйного смешения компонентов и дополнительного пропускания образовавшейся смеси через проницаемый элемент; в основной циркуляционной зоне сжигают предварительно подготовленную высококачественную «бедную» смесь основного газообразного или жидкого топлива и воздуха, поддерживая в ней концентрацию топлива гораздо меньше нижнего концентрационного предела распространения пламени, а устойчивость горения «бедной» смеси обеспечивают за счет тепла дополнительной циркуляционной зоны, в которой пилотное газообразное топливо сжигают диффузионно.

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую трубчатую камеру сгорания // 2761262

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины, при этом трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку, по меньшей мере одну жаровую трубу, ограничивающую пространство горения, имеющее ось камеры сгорания, при этом жаровая труба содержит: внутренний трубчатый элемент, наружный трубчатый элемент, перекрывающий, по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент и расположенный на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента для образования зазора для охлаждающего воздуха, при этом наружный трубчатый элемент содержит расположенный выше по потоку конец, соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента.

Узел камеры сгорания газотурбинного двигателя с конструктивным элементом, обеспечивающим захватываемый вихрь // 2748110

Изобретение относится к технологиям снижения выбросов в газотурбинных двигателях, а конкретнее - к способам и узлам камер сгорания, предусматривающим использование захватываемого вихря для снижения выбросов NOx в газотурбинных двигателях. Представлен узел 100 камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющий конструктивный элемент, обеспечивающий захватываемый вихрь 66.

Датчик ионизационный сигнализатора пламени // 2741747

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига форсажной камеры. Заявлен датчик ионизационный сигнализатора пламени, который содержит центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента.