RU2138732C1

RU2138732C1 - Fuel injector for gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2138732C1
Application number: RU97118970A
Authority: RU
Inventors: М.С. Хрящиков; Ю.Е. Кириевский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: dual-orifice fuel injectors for gas-turbine engines. SUBSTANCE: fuel injector has with fuel feed passages which is connected with threaded bush provided with internal circular projection on side of outlet of fuel passages with adapter and fuel atomizer between them. adapter is telescopically connected with body and atomizer; atomizers are arranged inside adapter and its end faces form circular slots together with internal projection of bush and body. EFFECT: enhanced operational reliability and economical efficiency of gas-turbine engine due to overflow of fuel between end faces of atomizers and adapters when threaded bush is heated; stable trajectories of fuel atomization in flame tubes of combustion chamber. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двухканальным форсункам для инжекции жидкого топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащим средство для уменьшения перетекания топлива между торцами завихрителей и распылителей. The invention relates to two-channel nozzles for injecting liquid fuel into the combustion chamber of a gas turbine engine, comprising means for reducing the flow of fuel between the ends of the swirlers and sprayers.

Известна двухканальная центробежная форсунка, содержащая корпус с каналами подачи жидкого топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними завихрители и распылители топлива.[1]. Known two-channel centrifugal nozzle containing a housing with channels for supplying liquid fuel, connected to a threaded sleeve made with an inner annular protrusion on the exit side of the fuel channels, and between them swirlers and atomizers of fuel. [1].

В известной форсунке завихрители и распылители прижимаются пружиной к внутреннему кольцевому выступу зажимной втулки. Это усложняет конструкцию форсунки и не исключает перетекания топлива между плоскостями стыка завихрителей и распылителей, т.к. у них площадь каналов при гидравлических пульсациях больше площади контакта с корпусом форсунки. При циклических нагревах пружины и релаксации напряжений в материале пружины, особенно при достижении установленного ресурса, наблюдались нерасчетные перетекания топлива из главного канала в пусковой, нарушения углов и траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания, повышенные расходы топлива. In a known nozzle, swirlers and nozzles are pressed by a spring against the inner annular protrusion of the clamping sleeve. This complicates the design of the nozzle and does not exclude the flow of fuel between the junction planes of the swirlers and sprayers, because they have a channel area with hydraulic pulsations larger than the area of contact with the nozzle body. During cyclic heating of the spring and relaxation of stresses in the spring material, especially when reaching the set life, there were incalculable flow of fuel from the main channel to the start-up, violation of the angles and trajectories of the fuel spray in the flame tubes of the combustion chamber, and increased fuel consumption.

Наиболее близкой к заявляемой является топливная форсунка ФР-30ДС, содержащая корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними переходник и распылители топлива.[2]. Closest to the claimed is a fuel nozzle FR-30DS, comprising a housing with fuel supply channels connected to a threaded sleeve made with an inner annular protrusion on the exit side of the fuel channels, and between them an adapter and fuel sprayers. [2].

Недостатком известной форсунки, принятой за прототип, является возможность перетекания топлива между торцами распылителей и переходника, а также нерасчетные расходы и давления между каналами А (первой ступени) и Б (второй ступени), а вследствие этого, нарушение углов распыла топливных конусов и траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания, повышенные выбросы вредных веществ, повреждение лопаток турбины и пожары двигателя. Это объясняется уменьшением или исчезновением натяга между плоскостями стыка распылителей и завихрителей, который создавался усилием затяжки резьбовой втулки с корпусом форсунки. Исчезновение натяга и уплотнения между распылителями и завихрителями наблюдалось при прогреве двигателя, при достижении установленного ресурса работы и перегреве форсунок. A disadvantage of the known nozzle adopted as a prototype is the possibility of fuel flowing between the ends of the nozzles and the adapter, as well as the off-design costs and pressures between the channels A (first stage) and B (second stage), and as a result, violation of the spray cone of the fuel cones and spray path fuel in the combustion tube chimneys, increased emissions of harmful substances, damage to turbine blades and engine fires. This is due to a decrease or disappearance of the interference between the junction planes of the nozzles and swirls, which was created by the tightening force of the threaded sleeve with the nozzle body. The disappearance of interference and compaction between the nozzles and swirls was observed when the engine warmed up, when the specified service life was reached and the nozzles overheated.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении экономичности и надежности газотурбинного двигателя за счет исключения перетекания топлива между торцами распылителей и переходника при нагреве резьбовой втулки, а также в обеспечении устойчивых траекторий распыла топлива в жаровых трубах камеры сгорания. The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at increasing the efficiency and reliability of a gas turbine engine by eliminating the flow of fuel between the ends of the nozzles and the adapter when the threaded sleeve is heated, as well as providing stable trajectories of fuel spray in the flame tubes of the combustion chamber.

Сущность технического решения заключается в том, что в топливной форсунке для газотурбинного двигателя, содержащей корпус с каналами подачи топлива, соединенный с резьбовой втулкой, выполненной с внутренним кольцевым выступом со стороны выхода топливных каналов, а между ними переходник и распылители топлива, согласно изобретению переходник телескопически соединен с корпусом и распылителями, при этом распылители размещены внутри переходника, а торцы последнего образуют с внутренним выступом резьбовой втулки и корпусом кольцевые щели. The essence of the technical solution lies in the fact that in the fuel nozzle for a gas turbine engine comprising a housing with fuel supply channels connected to a threaded sleeve made with an inner annular protrusion on the exit side of the fuel channels, and between them an adapter and fuel sprayers, according to the invention, the adapter is telescopic connected to the housing and the nozzles, while the nozzles are placed inside the adapter, and the ends of the latter form annular slots with the internal protrusion of the threaded sleeve and the housing.

Телескопическое соединение переходника с корпусом и распылителями, а также размещение распылителей внутри переходника позволяет последним под воздействием давления топлива перемещаться с возможностью скольжения до упора во внутренний кольцевой выступ резьбовой втулки, т.е. в сторону инжекции топлива. Это обеспечивает плотное герметичное соединение с возможностью скольжения пакета распылителей при термическом расширении и удлинении резьбовой втулки, т.е. при котором возможно появление зазоров между плоскостями стыка распылителей. Такое выполнение форсунки позволяет устранять перетекания топлива из канала Б (второй ступени) в канал А (первой ступени), а вследствие этого не нарушаются расчетные углы и траектории распыла топлива, исключаются: появление "длинных факелов", разрушение лопаток турбины и пожары двигателя. The telescopic connection of the adapter with the housing and the nozzles, as well as the placement of the nozzles inside the adapter, allows the latter to move with the possibility of sliding against the stop into the inner annular protrusion of the threaded sleeve, i.e. towards fuel injection. This provides a tight tight connection with the possibility of sliding the package of nozzles during thermal expansion and elongation of the threaded sleeve, i.e. in which there may be gaps between the junction planes of the nozzles. This embodiment of the nozzle allows eliminating the flow of fuel from channel B (second stage) to channel A (first stage), and as a result of this, the calculated angles and fuel spray paths are not violated;

Образование кольцевой щели между торцами корпуса форсунки и переходника увеличивает давление топлива на переходник вследствие увеличения площади, на которую воздействует вышеуказанное давление, что повышает надежность соединения распылителей с переходником. The formation of an annular gap between the ends of the nozzle body and the adapter increases the fuel pressure on the adapter due to the increase in the area affected by the above pressure, which increases the reliability of the connection of the nozzles with the adapter.

Образование кольцевой щели между другим торцем переходника и внутренним выступом резьбовой втулки позволяет создать буферную теплоизолирующую полость для перемещения переходника при нагреве и остывании резьбовой втулки, а также уменьшает нагрев переходника и распылителей. The formation of an annular gap between the other end of the adapter and the internal protrusion of the threaded sleeve allows you to create a buffer heat-insulating cavity for moving the adapter when heating and cooling the threaded sleeve, and also reduces the heating of the adapter and nozzles.

На фиг. 1 - изображен разрез верхней части камеры сгорания с топливной форсункой. In FIG. 1 - shows a section of the upper part of the combustion chamber with a fuel nozzle.

На фиг. 2 - элемент на фиг.1 (головка топливной форсунки). In FIG. 2 - element in figure 1 (the head of the fuel injector).

Топливная форсунка для газотурбинного двигателя содержит корпус 1 с каналом А первой ступени и каналами Б второй ступени подачи жидкого топлива 2, соединенный с резьбовой втулкой 3, выполненной с внутренним кольцевым выступом 4 со стороны выхода 5 топливного канала А и выхода 6 топливных каналов Б. Топливные каналы Б сообщены между собой на входе в корпус 1 топливной форсунки (не показано). Между торцем 7 корпуса 1 форсунки и торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 размещен переходник 9, а внутри этого переходника размещены распылитель 10 топлива 2 канала А первой ступени и распылитель 11 топлива 2 каналов Б второй ступени. Переходник 9 телескопически соединен по цилиндрическому пояску Д с корпусом 1 форсунки, а с распылителями 10 и 11 соединен диаметром D1, при этом распылители 10 и 11 размещены внутри переходника 9, т.е. охватываются его стенкой 12, образующей этот диаметр D1. Торец 13 переходника 9 образует с торцем 7 корпуса 1 форсунки кольцевую щель К. Торец 14 переходника 9 образует с торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 кольцевую щель К1. Полость P заполнена топливом 2 и сообщена с каналами Б второй ступени, полость В - воздушная полость. Кроме того, на фиг. 2 поз. 15 показан кожух, соединенный резьбой с втулкой 3, поз. 16 - кольцо уплотнительное между торцем 8 внутреннего кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3 и распылителем 11, поз. 17 - уплотнительное кольцо между корпусом 1 и втулкой 3. A fuel nozzle for a gas turbine engine comprises a housing 1 with a channel A of the first stage and channels B of the second stage of supplying liquid fuel 2 connected to a threaded sleeve 3 made with an inner annular protrusion 4 from the output side 5 of the fuel channel A and the output 6 of the fuel channels B. channels B are interconnected at the entrance to the housing 1 of the fuel nozzle (not shown). An adapter 9 is placed between the end face 7 of the nozzle body 1 of the nozzle and the end face 8 of the inner annular protrusion 4 of the threaded sleeve 3, and inside this adapter there is a fuel atomizer 10 of channel 2 of the first stage and a atomizer of fuel 11 of channel 2 of the second stage B. The adapter 9 is telescopically connected along the cylindrical girdle D to the nozzle body 1, and connected to the nozzles 10 and 11 with a diameter D1, while the nozzles 10 and 11 are located inside the adapter 9, i.e. covered by its wall 12, forming this diameter D1. The end face 13 of the adapter 9 forms an annular gap K. with the end face 7 of the nozzle body 1 of the nozzle K. The end face 14 of the adapter 9 forms an annular gap K1 with the end face 8 of the inner annular protrusion 4 of the threaded sleeve 3. The cavity P is filled with fuel 2 and is in communication with the channels B of the second stage, the cavity C is the air cavity. In addition, in FIG. 2 poses 15 shows a casing connected by a thread to a sleeve 3, pos. 16 - a sealing ring between the end face 8 of the inner annular protrusion 4 of the threaded sleeve 3 and the atomizer 11, pos. 17 - a sealing ring between the housing 1 and the sleeve 3.

Топливная форсунка для газотурбинного двигателя работает следующим образом. Первая ступень форсунки через канал А инжектирует топливо 2 распылителем 10, начиная от запуска двигателя при давлении топлива 2, достаточном для получения хорошего качества распыла на всех режимах. Вторая ступень форсунки через каналы Б, сообщающиеся между собой на входе в форсунку, вступает в работу при достижении давления топлива в первой ступени через канал А 14 кгс/см² не менее, и далее инжектирует топливо 2 распылителем 11 одновременно с первой ступенью через канал А. При работе форсунки на первой ступени А распыла топлива давление топлива 2 действует на площадь круга Д переходника 9 и прижимает его и распылители 10 и 11 к торцу 8 кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3. При работе форсунки на второй ступени Б распыла топлива давление топлива 2 действует в щелевом канале К на поверхность переходника 9, определяемую полостью P, заполненной топливом 2, и также прижимает его и распылители 10 и 11 к торцу 8 кольцевого выступа 4 резьбовой втулки 3. При этом плотное герметичное соединение по торцам распылителей 10 и 11 между переходником 9 и корпусом форсунки 1, а также между переходником 9 и распылителем 10 сохраняется при заданных давлениях топлива в каналах А и Б и температурных деформациях, исключаются перетекания топлива между торцами распылителей и переходника.The fuel nozzle for a gas turbine engine operates as follows. The first stage of the nozzle through channel A injects fuel 2 with a sprayer 10, starting from starting the engine at a fuel pressure of 2 sufficient to obtain good spray quality in all modes. The second stage of the nozzle through channels B, communicating with each other at the entrance to the nozzle, comes into operation when the fuel pressure in the first stage is reached through the channel A of 14 kgf / cm ² , and then injects fuel 2 with the atomizer 11 simultaneously with the first stage through channel A . When the nozzle is operating in the first stage A of the fuel spray, the fuel pressure 2 acts on the area of the circle D of the adapter 9 and presses it and the nozzles 10 and 11 against the end face 8 of the annular projection 4 of the threaded sleeve 3. When the nozzle is working in the second stage B of the fuel spray, the pressure is top Libya 2 acts in the slotted channel K on the surface of the adapter 9, defined by the cavity P filled with fuel 2, and also presses it and the nozzles 10 and 11 against the end 8 of the annular protrusion 4 of the threaded sleeve 3. In this case, a tight tight connection at the ends of the nozzles 10 and 11 between the adapter 9 and the nozzle body 1, as well as between the adapter 9 and the atomizer 10 is maintained at the specified fuel pressures in the channels A and B and temperature deformations, the flow of fuel between the ends of the atomizers and the adapter is excluded.

Источники информации:
1. Зуев В. С. и др. Камеры сгорания воздушно-реактивных двигателей М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1958, с.158, фиг.97.Sources of information:
1. Zuev V.S. et al. Combustion chambers of jet engines M: State Publishing House of the Defense Industry, 1958, p. 158, Fig. 97.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30. М.: Машиностроение, 1971, с.94, рис.106. 2. Aircraft dual-circuit turbojet engine D-30. M.: Mechanical Engineering, 1971, p. 94, Fig. 106.

Claims

A fuel nozzle for a gas turbine engine, comprising a housing with fuel supply channels connected to a threaded sleeve made with an inner annular protrusion on the exit side of the fuel channels, and between them an adapter and fuel sprayers, characterized in that the adapter is telescopically connected to the housing and sprayers, in this case, the nozzles are placed inside the adapter, and the ends of the latter form annular slots with the internal protrusion of the threaded sleeve and the housing.