PL187946B1 - Urządzenie stabilizujące płomień do dopalaczy w gazowych silnikach turbinowych - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie stabilizujace plomien do dopalaczy turbinowych w gazowych silnikach turbinowych z wenty- latorem powietrza chlodzacego typu bocznikowego skla- dajace sie z wielu chlodzonych powietrzem promienio- wych stabilizatorów plomienia, których promieniowo zewnetrzne konce sa zamontowane do obudowy dopalacza i sa polaczone z kanalem bocznikowym powietrza chlo- dzacego oraz maja podluzny kanal powietrza, który kon- czy sie na promieniowo wewnetrznym koncu wspomnia- nych stabilizatorów plomienia, na którym to koncu znaj- duje sie usytuowana obwodowo lukowa rynna zblizona ksztaltem w przekroju poprzecznym do litery V, której otwarty koniec jest zwrócony w kierunku zgodnym z przeplywem, znamienne tym, ze zewnetrzne promienio- wo konce kazdego stabilizatora plomienia (1) sa przegu- bowo i rozlaczalnie osadzone w obudowie (2) dopalacza na stycznej osi sworznia (11), zas rynny (14) odpowied- nich stabilizatorów plomienia (1) sa utworzone jako wspólny, integralny, pierscieniowy element podtrzymuja- cy i nosny F i g . 1 a PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie stabilizujące płomień do dopalaczy w gazowych silnikach turbinowych. Urządzenie to jest montowane w silnikach samolotowych.

Głównie w gazowych silnikach turbinowych do samolotów wojskowych stosuje się często dopalacze zapewniające chwilowy dodatkowy ciąg. W takim dopalaczu spala się mieszankę paliwa, gorącego powietrza z głównego kanału silnika głównego i zimnego powietrza z kanału bocznikowego. Warunkiem uzyskania zapłonu i spalania jest istnienie stabilnej strefy o małej prędkości przepływu gazu, przy czym dotychczas stosowano w tym celu stabilizatory płomienia. Kiedy temperatura dopalacza jest bardzo wysoka, zwłaszcza podczas zapłonu, stabilizatory płomienia pracują w bardzo surowych warunkach. Pomimo tego dopalaczy na ogół nie chłodzi się i dlatego ich żywotność jest krótka. Zaproponowano chłodzenie dopalaczy, ale ponieważ różnica temperatur pomiędzy różnymi częściami stabilizatorów płomienia może być przyczyną zmęczenia materiału małą liczbą cykli, to ich żywotność jest znacznie zmniejszona.

Znane chłodzone powietrzem stabilizatory płomienia są ujawnione w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,396,761 i 5,396,763 oraz we francuskim patencie nr 2 709 342.

Znane z tych rozwiązań stabilizatory płomienia montuje się na zewnętrznej obudowie silnika za pomocą śrub wymagających wzmacniania wspomnianej obudowy, co zwiększa jej wagę. Połączenia za pomocą śrub również przyczyniają się do zwiększenia czasu na konserwację i wymianę.

Znane z patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,396,761 stabilizatory płomienia podtrzymują na swoich promieniowo wewnętrznych końcach poprzeczną osłonę w kształcie rynny, która wraz z sąsiednim elementem tworzą obwodowy pomocniczy zespół osłonowy.

Znane ze stanu techniki urządzenie stabilizujące płomień składa się z wielu chłodzonych powietrzem promieniowych stabilizatorów płomienia, których promieniowo zewnętrzne końce są zamontowane do obudowy dopalacza i są połączone z kanałem bocznikowym powietrza chłodzącego. Ponadto mają one podłużny kanał powietrza, który kończy się na promieniowo wewnętrznym końcu wspomnianych stabilizatorów płomienia. Na tym końcu znajduje się usytuowana obwodowo łukowa rynna zbliżona kształtem w przekroju poprzecznym do litery V, której otwarty koniec jest zwrócony w kierunku zgodnym z przepływem.

Urządzenie stabilizujące płomień do dopalaczy w gazowych silnikach turbinowych z wentylatorem powietrza chłodzącego typu bocznikowego składające się z wielu chłodzonych powietrzem promieniowych stabilizatorów płomienia, których promieniowo zewnętrzne końce są zamontowane do obudowy dopalacza i są połączone z kanałem bocznikowym powietrza chłodzącego oraz mają podłużny kanał powietrza, który kończy się na promieniowo wewnętrznym końcu wspomnianych stabilizatorów płomienia, na którym to końcu znajduje się usytuowana obwodowo łukowa rynna zbliżona kształtem w przekroju poprzecznym do litery V, której otwarty koniec jest zwrócony w kierunku zgodnym z przepływem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zewnętrzne promieniowo końce każdego stabilizatora płomienia są przegubowo i rozłączalnie osadzone w obudowie dopalacza na stycznej osi sworznia, zaś rynny odpowiednich stabilizatorów płomienia są utworzone jako wspólny, integralny, pierścieniowy element podtrzymujący i nośny.

W stabilizatorze płomienia znajduje się podłużna rura wypama, której promieniowo wewnętrzny koniec jest umieszczony w pobliżu wewnętrznego końca stabilizatora płomienia, a jej promieniowo zewnętrzny koniec ze swoim otworem jest zwrócony w przybliżeniu ku napływającemu strumieniowi głównemu z turbiny gazowej, przed którym to, przepływowo, końcem rury wyparnej jest zamontowany rozpylacz paliwa do rozpylania paliwa do wspomnianego otworu rury, zaś ciśnienie wewnątrz przedniego końca stabilizatora płomienia dobiera się tak, żeby było większe niż ciśnienie wewnątrz rury wyparnej, natomiast w pewnej odległości do wewnątrz od tylnej ścianki stabilizatora płomienia, patrząc w kierunku głównego strumienia, znajduje się ścianka prowadząca, która ogranicza tylny kanał powietrza chłodzącego, w który jest kierowany, na promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia, strumień powietrza z wentylatora płynący wokół rury wyparnej i który to strumień rozpływa się szeroko na promieniowo zewnętrznym końcu stabilizatora płomienia.

187 946

Na promieniowo wewnętrznym końcu rury wypamej, po stronie wypływowej, jest uformowane wydłużenie w kształcie dziobka do stycznego rozprowadzania paliwa zapłonowego.

W rurze wyparnej, w jej obszarze przejściowym pomiędzy jej częściami wlotową a wylotową, jest zamontowany element prowadzący do utrzymywania w tym obszarze przepływu laminamego.

Na promieniowo wewnętrznym końcu odpowiednich stabilizatorów płomienia znajduje się przegubowe i rozłączalne połączenie do zamontowania wspólnego pierścieniowego elementu w kształcie rynny.

W promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia znajduje się otwór do kierowania określonego strumienia powietrza chłodzącego ku połączeniu stabilizatora płomienia ze wspólnym pierścieniowym elementem w kształcie rynny.

W jednym ze stabilizatorów płomienia jest zamontowana świeca zapłonowa, która jest wpuszczona w rurę wypamą.

Stabilizator płomienia składa się z elementów blaszanych, zaś tylna ścianka stabilizatora płomienia, patrząc w kierunku głównego przepływu, jest mocowana do reszty wspomnianych elementów za pomocą połączenia nitowego.

Dzięki wynalazkowi uzyskano to, że stabilizatory płomienia nie są już przymocowane swoimi promieniowo zewnętrznymi końcami do obudowy za pomocą sztywnych śrub łączących, ale za pomocą przegubowych sworzni. W ten sposób nie przenoszą momentu ani nie umożliwiają zwiększonej mobilności podczas rozszerzania się rury ogniowej silnika. Ponadto ulepszają rozprowadzanie przenoszenia obciążenia z całego stabilizatora płomienia na zewnętrzną obudowę silnika, ponieważ wspólny pierścieniowy element rozprowadza naprężenia na wszystkie stabilizatory płomienia, a stamtąd na obudowę silnika, co jest bardzo korzystne. Ponadto montaż stabilizatora płomienia na przegubowym sworzniu zapewnia podczas zabiegów konserwacyjnych i wymiany łatwość demontażu wspomnianych sworzni oraz demontaż całego stabilizatora płomienia bez konieczności demontażu całego silnika z samolotu. Zakładając również, że każdy ze stabilizatorów płomienia jest montowany na wspólnym pierścieniowym elemencie za pomocą podobnego złącza sworzniowego, wspomniane elementy można również, w razie potrzeby, łatwo wymieniać pojedynczo.

W stabilizatorze płomienia tego typu istnieje również problem niezawodnego uzyskiwania zapłonu dopalacza w pewnych częściach struktury płomienia, zwłaszcza podczas lotów samolotu na dużej wysokości.

Konstrukcja stabilizatora płomienia zapewnia niezawodny zapłon dopalacza we wszystkich warunkach pracy, nadal przy niskich kosztach produkcji. Ciśnienie wewnątrz przedniego końca stabilizatora płomienia dobiera się tak, żeby było wyższe od ciśnienia wewnątrz rury wyparnej. Ponieważ w pewnej odległości w kierunku wewnętrznym od tylnej ścianki stabilizatora płomienia, patrząc w kierunku głównego przepływu, znajduje się ścianka prowadząca, która ogranicza tylny kanał powietrza chłodzącego, do którego kieruje się, na promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia, powietrze z wentylatora płynące wokół rury wyparnej, to powietrze szeroko rozpływa się na promieniowo zewnętrznym końcu stabilizatora płomienia.

Dzięki tym właściwościom uzyskano teraz w bardzo prosty sposób ulepszony efekt chłodzenia stabilizatora płomienia bez żadnego ryzyka wystąpienia trudności podczas ponownego zapalania dopalacza, zwłaszcza na dużych wysokościach. Wynika to z rozdzielenia funkcji chłodzenia i odparowania w stabilizatorze płomienia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia w przekroju podłużnym część dopalacza w gazowym silniku turbinowym, oraz stabilizator płomienia, według wynalazku, w którym znajduje się korpus świecy zapłonowej, fig. 1b - stabilizator płomienia, według wynalazku, w przekroju poprzecznym bez świecy zapłonowej, fig. 2 - stabilizator płomienia według wynalazku, częściowo w rzucie od czoła, na którym widać zwłaszcza jeden ze stabilizatorów usytuowany za rozpylaczem paliwa, oraz fig. 3 - stabilizator płomienia według wynalazku, wykonany z blachy, w rzucie perspektywicznym, w układzie rozłożonym.

187 946

Jak wynika z rysunku, na obwodzie zewnętrznej obudowy gazowego silnika turbinowego, którego nie pokazano dalej, jest w równomiernych odstępach zawieszona w znany sposób pewna liczba skierowanych promieniowo stabilizatorów płomienia 1. W kierunku podłużnym, kołowy rząd stabilizatorów płomienia 1 jest rozmieszczony, korzystnie, na poziomie tylnego stożka centralnego silnika. Liczbę palcowych stabilizatorów płomienia można wybrać pomiędzy 8 a 16, przy czym w niniejszym przypadku wynosi ona 12. Zazwyczaj stabilizatory płomienia wytwarza się zginając blachę z materiału żaroodpornego, przy czym, korzystnie, mają one trójkątny przekrój poprzeczny z jednym ze swoich naroży wygiętym ku górze. W jednym ze stabilizatorów płomienia 1 znajduje się świeca zapłonowa 31.

Każdy ze stabilizatorów płomienia 1 ma być omywany strumieniem powietrza chłodzącego pochodzącym z otaczającego kanału 6 powietrza wewnątrz obudowy 2 silnika i kierowanego do otworu 7 w przedniej ściance stabilizatora płomienia 1 na jego skrajnie zewnętrznym promieniowo końcu. Uzyskuje się to za pomocą fałdy 8 w mieszaczu w wewnętrznej ściance kanału 6 powietrza.

Każdy ze stabilizatorów płomienia 1 jest przegubowo zawieszony na swoim promieniowo zewnętrznym końcu w otaczającej obudowie 2 silnika za pomocą pośrednich elementów mocujących 10 z wychodzącym stycznie przegubowym sworzniem 11. Takie przegubowe zawieszenie za pomocą sworznia 11 powoduje eliminację sił rozciągających oraz możliwość swobodnego rozszerzania się rury płomieniowej 12 podczas ogrzewania.

W jednym lub we wszystkich stabilizatorach płomienia 1 jest zamontowana podłużna rura wyparna 21, która swoim promieniowo wewnętrznym końcem wychodzi w pobliżu wewnętrznego końca stabilizatora płomienia 1. Promieniowo zewnętrzny koniec rury wyparnej 21 jest zwrócony swoim otworem w przybliżeniu w kierunku napływającego strumienia głównego z turbiny gazowej, przy czym wspomniana rura wyparna 21 ma na ogół kształt krzywoliniowy. Korzystnie, ten koniec rury wyparnej 21, który jest skierowany ku napływającemu strumieniowi głównemu wystaje lekko z przedniej ścianki stabilizatora płomienia 1, jak pokazano na fig. 3.

W pewnym odstępie przed wspomnianym wlotowym końcem rury wyparnej 21 znajduje się rozpylacz paliwa 22, który kieruje strumień paliwa ku wlotowemu końcowi rury wyparnej 21. Korzystnie, ciśnienie w przedniej części stabilizatora płomienia 1 dobiera się w taki sposób, żeby było wyższe niż ciśnienie w rurze wyparnej 21 ze względu na to, żeby w razie pęknięcia uniknąć możliwości przenikania odparowanego paliwa na zewnątrz niego.

Ponadto, według wynalazku, w pewnym odstępie do środka tylnej ścianki 1b stabilizatora płomienia 1, jak widać w kierunku głównego przepływu, znajduje się podłużna ścianka prowadząca 23, która ogranicza tylny kanał 24 powietrza chłodzącego. Zatem powietrze z wentylatora, wprowadzone w otwór 7 z fałdy 8 mieszacza, płynie promieniowo do środka przez cały stabilizator płomienia 1, opływając rurę wyparną 21 wzdłuż jej powierzchni zewnętrznej, po czym, ze względu na to, że stabilizator płomienia 1 jest prawie całkowicie zamknięty na końcu wewnętrznym strumień powietrza jest prowadzony wokół dolnego końca ścianki prowadzącej 23 i dalej ku górze kanałem 24, a następnie wypływa ze stabilizatora płomienia 1 skierowanym ku tyłowi wylotem 25 umieszczonym na promieniowo zewnętrznym końcu stabilizatora płomienia 1. Odpowiednio, pole powierzchni kanału 24 powietrza chłodzącego dobiera się w zasadzie tak, żeby było mniejsze niż pole przekroju poprzecznego pozostałej części stabilizatora płomienia 1, montując w nim rurę wypamą 21 w celu znaczącego zwiększenia prędkości przepływu powietrza chłodzącego, a tym samym zapewnienie bardziej intensywnego efektu chłodzenia.

Korzystnie, promieniowo wewnętrzne końce stabilizatorów płomienia 1 są połączone, w sposób rozłączalny, ze wspólnym integralnym podtrzymującym i nośnym pierścieniowym elementem w kształcie rynny 14 z otwartym końcem zwróconym ku tyłowi lub w dół, który to element tworzy osłonę. Korzystnie, zwrócona ku dołowi strona tego pierścieniowego elementu jest pokryta ceramiczną warstwą ochronną, tak zwaną warstwą TBC.

Korzystne jest jednak formowanie na promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia 1 małego kalibrowanego otworu dla powietrza chłodzącego, które następnie opływa punkt montażowy 30 i chłodzi go. Korzystne jest zaopatrzenie rury wypamej 21 w za6

187 946 krzywionym obszarze przejściowym pomiędzy jej częścią wlotową a wylotową w powierzchniowy element prowadzący 27 przystosowany do utrzymywania przepływu laminamego w tym obszarze, a tym samym do eliminacji turbulencji i samozapłonu odparowanego paliwa. Ponadto, rurę wypamą 21 można zaopatrzyć na jej promieniowo wewnętrznym końcu w podobne do dziobka wydłużenie 28 z zadaniem zapewnienia stycznego rozprowadzania zapalonego paliwa.

W przypadku, kiedy stabilizator płomienia 1, jak pokazano zwłaszcza na fig. 3, jest wykonany z blachy, jego tylna ścianka 1b, patrząc w kierunku głównego strumienia, może być przymocowana do pozostałego stabilizatora płomienia 1 za pomocą złącza nitowego umożliwiającego wyrównywanie naprężeń cieplnych.

Korzystnie, stabilizatory płomienia według wynalazku mają prostą konstrukcję z wygiętej blachy, dzięki czemu są tanie w produkcji. Łączenie części segmentowych przeprowadza się techniką wyginania, spawania i nitowania, w wyniku czego otrzymuje się konstrukcję, która może rozszerzać się i przemieszczać, nie pękając przy tym. Istnieje również możliwość wymiany stabilizatora płomienia i wszystkich jego części składowych bez konieczności demontażu silnika z samolotu. Podczas testów na silniku stwierdzono bardzo skuteczne chłodzenie promieniowych segmentów lub stabilizatora płomienia. Tylna ścianka lb segmentów, na którą działa ciepło konwekcyjne z płomienia, ma temperaturę na tyle niską, że są spełnione wymagania żywotności w warunkach eksploatacyjnych. Rury wypame, w których paliwo jest mieszane z powietrzem ze strumienia głównego, pod warunkiem takiego dobrania odległości parowania, żeby można było maksymalnie dużą ilość paliwa przeprowadzić w stan pary we wszystkich odpowiednich warunkach lotu.

187 946 r-f?

187 946

22ΧΖ

L

M	z		======1 Π . . i
— Π	o-'	ρχ	\ i 25 12
7^			\ \^Jb

2L

21'

27' .23

30'

187 946

ο, ^eParti

artiei

Pt W, ydawn^UpPP h ^na2,o_O2f^-N_akf.

Pdso,

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie stabilizujące płomień do dopalaczy turbinowych w gazowych silnikach turbinowych z wentylatorem powietrza chłodzącego typu bocznikowego składające się z wielu chłodzonych powietrzem promieniowych stabilizatorów płomienia, których promieniowo zewnętrzne końce są zamontowane do obudowy dopalacza i są połączone z kanałem bocznikowym powietrza chłodzącego oraz mają podłużny kanał powietrza, który kończy się na promieniowo wewnętrznym końcu wspomnianych stabilizatorów płomienia, na którym to końcu znajduje się usytuowana obwodowo łukowa rynna zbliżona kształtem w przekroju poprzecznym do litery V, której otwarty koniec jest zwrócony w kierunku zgodnym z przepływem, znamienne tym, że zewnętrzne promieniowo końce każdego stabilizatora płomienia (1) są przegubowo i rozłączalnie osadzone w obudowie (2) dopalacza na stycznej osi sworznia (11), zaś rynny (14) odpowiednich stabilizatorów płomienia (1) są utworzone jako wspólny, integralny, pierścieniowy element podtrzymujący i nośny.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w stabilizatorze płomienia (1) znajduje się podłużna rura wypama (21), której promieniowo wewnętrzny koniec jest umieszczony w pobliżu wewnętrznego końca stabilizatora płomienia (1), a jej promieniowo zewnętrzny koniec ze swoim otworem jest zwrócony w przybliżeniu ku napływającemu strumieniowi głównemu z turbiny gazowej, przed którym to, przepływowo, końcem rury wypamej (21) jest zamontowany rozpylacz paliwa (22) do rozpylania paliwa do wspomnianego otworu rury, zaś ciśnienie wewnątrz przedniego końca stabilizatora płomienia (1) dobiera się tak, żeby było większe niż ciśnienie wewnątrz rury wypamej (21), natomiast w pewnej odległości do wewnątrz od tylnej ścianki (1b) stabilizatora płomienia (1), patrząc w kierunku głównego strumienia, znajduje się ścianka prowadząca (23), która ogranicza tylny kanał (24) powietrza chłodzącego, w który jest kierowany, na promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia (1), strumień powietrza z wentylatora płynący wokół rury wypamej (21) i który to strumień rozpływa się szeroko na promieniowo zewnętrznym końcu stabilizatora płomienia (1).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że na promieniowo wewnętrznym końcu rury wyparnej (21), po stronie wypływowej, jest uformowane wydłużenie (28) w kształcie dziobka do stycznego rozprowadzania paliwa zapłonowego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że w rurze wypamej (21), w jej obszarze przejściowym pomiędzy jej częściami wlotową a wylotową, jest zamontowany element prowadzący (27) do utrzymywania w tym obszarze przepływu laminamego.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że na promieniowo wewnętrznym końcu odpowiednich stabilizatorów płomienia (1) znajduje się przegubowe i rozłączalne połączenie (30) do zamontowania wspólnego pierścieniowego elementu w kształcie rynny (14).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że w promieniowo wewnętrznym końcu stabilizatora płomienia (1) znajduje się otwór do kierowania określonego strumienia powietrza chłodzącego ku połączeniu (30) stabilizatora płomienia (1) ze wspólnym pierścieniowym elementem w kształcie rynny (14).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w jednym ze stabilizatorów płomienia (1) jest zamontowana świeca zapłonowa (31), która jest wpuszczona w rurę wypamą(21).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że stabilizator płomienia (1) składa się z elementów blaszanych, zaś tylna ścianka (1b) stabilizatora płomienia (1), patrząc w kierunku głównego przepływu, jest mocowana do reszty wspomnianych elementów za pomocą połączenia nitowego.

   187 946