RU220624U1 - Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности, двигателестроения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является повышение надежности и эффективности работы воздушного завихрителя в составе горелки камеры сгорания.

Технический результат достигается тем, что в топливовоздушной горелке камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей топливную форсунку и двухярусный воздушный завихритель, установленный неподвижно на передней стенке жаровой трубы и имеющий первый по потоку радиальный ярус, в отличие от известного, радиальный ярус завихрителя образован рядами тангенциальных отверстий, количество которых в каждом ряду составляет N=D/K, где D - внешний диаметр втулки в районе осей отверстий, в мм, К=1,5…2.0 - условный размер, в мм. На выходе из горелки завихритель содержит дополнительный ярус, эффективная площадь которого составляет 15…20% от суммарной эффективной площади горелки.

Description

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности, двигателестроения.

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) содержит топливную форсунку с отверстием (отверстиями) подачи и распыла жидкого или газообразного топлива и ярусы завихрителей воздуха, каждый из которых снабжен тангенциальными каналами в виде отверстий или пазов и конфузорно-диффузорным соплом.

Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания ГТД содержащая топливную форсунку, осевой и радиальный лопаточные завихрители воздуха, а также стабилизатор потока воздуха перед осевым завихрителем (патент №2224954, МПК F23R 3/20, опубл. 27.02.2004).

Недостатком данной конструкции является следующее.

Натекающий в осевой завихритель поток воздуха имеет тенденцию к срывам (особенно в следе за корпусом форсунки). Для устранения этого и выравнивания давления воздуха перед осевым завихрителем установлен стабилизатор конической формы, являющийся частью форсунки. Воздух в завихритель поступает через отверстия в стабилизаторе и щель между ним и втулкой завихрителя. Этот способ выравнивания поля давления приводит к потерям давления от перемешивания струй воздуха из отверстий и щели за стабилизатором, что снижает эффективность завихрителя. Так как расход воздуха через осевой завихритель является ключевой характеристикой горелки, необходимо с большой точностью выдерживать размер (расходной) щели у всех горелок камер сгорания, что может оказаться трудновыполнимо, поскольку расположение стабилизатора относительно завихрителя зависит не только от точности изготовления форсунки и завихрителя, но и от корпуса камеры сгорания (на который смонтированы форсунки) и жаровых труб, включающих завихрители.

Наиболее близкой к конструкции является топливовоздушная горелка камеры сгорания (патент № 64736, МПК F23С 3/00, опубл. 10.07.2007), содержащая топливную форсунку и воздушный завихритель, установленный неподвижно на передней стенке жаровой трубы и имеющий первый по потоку радиальный ярус. В итоге воздух в горелку поступает через ряд радиальных пазов, а к наружному (второму) ярусу завихрителя подводится из полости между наружной и внутренней стенкой фронта жаровой трубы через отверстия во внутренней стенке.

Недостатком такого конструкторского исполнения является следующее. Внутренняя стенка жаровой трубы содержит элементы второго (внешнего) яруса завихрителя (воздушные каналы и конусный насадок). В то же время первый ярус завихрителя базируется по головке форсунки, смонтированной на корпусе камеры сгорания и имеет возможность свободных (в пределах зазоров) радиальных перемещений для обеспечения сборки и устранения напряжений при температурных расширениях. Положение первого яруса определяется положением головки форсунки, закреплённой на корпусе камеры сгорания, а второй ярус входит в состав фронтовой стенки жаровой трубы. Температуры корпуса камеры сгорания и жаровой трубе в работе существенно отличаются и, значит, подвержены разным температурным расширениям, что, помимо допусков на изготовление деталей и сборочных единиц (ДСЕ), делает практически невозможным обеспечить соосность ярусов завихрителей на различных режимах работы двигателя. Данные взаимные смещения ярусов завихрителей могут негативно влиять на равномерность распыла и распределения топливовоздушной смеси за фронтовым устройством, проводящие к ухудшению температурного поля на выходе из камеры сгорания.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является повышение надёжности и эффективности работы воздушного завихрителя в составе горелки камеры сгорания.

Технический результат достигается тем, что в топливовоздушной горелке камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей топливную форсунку и воздушный завихритель, установленный неподвижно на передней стенке жаровой трубы, в отличие от известной завихритель выполнен трехярусным, первый по потоку ярус завихрителя образован рядами тангенциальных отверстий 5, количество которых в каждом ряду составляет N=D/K, где D – внешний диаметр втулки в районе осей отверстий, в мм, К=1,5…2,0 – условный размер, в мм., второй ярус образован тангенциальными пазами, третий ярус завихрителя расположен на выходе из горелки и образован рядом отверстий, сообщенными с кольцевой полостью, все ярусы выполнены соосными.

Данное решение поясняется рисунком (фиг.), на котором представлен общий вид топливовоздушной горелки камеры сгорания.

В состав топливовоздушной горелки камеры сгорания (фиг.) входит топливная форсунка 1, воздушный завихритель 2, смонтированный на стенку фронта жаровой трубы 3 внутри обтекателя 4, содержащий: втулку с тангенциальными отверстиями 5, камеру закручивания первого яруса 6, тангенциальные пазы 7 второго яруса, отверстия 8, полость 9 и щелевое сопло 10, образующее третий ярус горелки.

Количество отверстий первого яруса завихрителя связано соотношением: N=D/К, где D – внешний диаметр втулки в районе осей отверстий (мм). К – условный размер (коэффициент), равный К= (1,5…2,0) мм. Диаметр отверстий выбирается, исходя из необходимой площади горелки.

Основная площадь горелки приходится на первые два яруса (F₁+F₂), а эффективная площадь третьего яруса составляет:

F3 = (0,15…0,2) ^. (F₁+F₂).

Работа горелки осуществляется следующим образом.

Воздух через отверстия 5 поступает в камеру закручивания первого яруса завихрителя 6, где смешивается с топливом из форсунки 1. Ниже по потоку в топливовоздушную смесь подмешивается воздух из тангенциальных пазов 7 и далее – в зону горения жаровой трубы.

Для формирования факела распыла топливовоздушной смеси оптимальной формы - в его периферию подаётся воздух из щелевого сопла 10.

Таким образом, за счёт того, что первый по потоку воздуха ярус завихрителя включает ряд тангенциальных отверстий, выполненных в наружной втулке завихрителя, а горелка содержит ниже по потоку второй (с осерадиальными пазами) и третий ярус завихрителя, который представляет собой ряд отверстий с выходом в кольцевую полость, сообщающуюся с полостью фронта жаровой трубы, причем, все три яруса всегда взаимно соосны, поскольку принадлежат одному (трехъярусному) завихрителю, данное техническое решение позволяет повысить надёжность и эффективность работы воздушного завихрителя в составе горелки камеры сгорания ГТД.

Claims (1)

1. Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая топливную форсунку и воздушный завихритель, установленный неподвижно на передней стенке жаровой трубы, отличающаяся тем, что завихритель выполнен трехярусным, первый по потоку ярус завихрителя образован рядами тангенциальных отверстий, количество которых в каждом ряду составляет N=D/K, где D – внешний диаметр втулки в районе осей отверстий, в мм, К=1,5…2,0 – условный размер, в мм, второй ярус образован тангенциальными пазами, третий ярус завихрителя расположен на выходе из горелки и образован рядом отверстий, сообщенными с кольцевой полостью, все ярусы выполнены соосными.