RU2349840C1 - Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя - Google Patents

Abstract

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха. На входе в жаровую трубу расположено кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и с размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы. Для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка. Для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков. На входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители воздуха. Наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители. Камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей. Смежные по радиусу основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей. Пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом. Каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага. Изобретение обеспечивает создание компактной камеры сгорания, получение высокой эффективности ее работы и устойчивости горения, снижение уровня дымления и эмиссии вредных выбросов. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) и может быть использовано в камерах сгорания авиационных ГТД и наземных установок.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №2226652 С2, 7 F23R 3/34, 28.05.2002), которая содержит корпус, а в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части фронтовым устройством, включающим топливные форсунки. Каждая из топливных форсунок выполнена в виде корпуса-стойки, ориентированного в плоскости, проходящей через продольную ось жаровой трубы или рядом, с двумя горелочными модулями, каждый из которых снабжен осевым и (или) радиальным завихрителем воздуха. Горелочные модули в поперечном сечении жаровой трубы образуют два концентричных ряда на фронтовом устройстве. Горелочные модули в каждой форсунке расположены в разных рядах. Расстояния от центра каждого модуля внутреннего ряда до центров двух ближайших модулей внутреннего и наружного рядов идентичны. Расстояния от центра каждого модуля наружного ряда до центров двух ближайших модулей внутреннего ряда равны расстоянию между центрами модулей внутреннего ряда. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность и ресурс двигателя. Однако камера сгорания с модулями только одной конструктивной схемы не может для всех режимов работы двигателя обеспечить высокой эффективности горения жидких углеводородных топлив при низком уровне дымления и эмиссии вредных веществ продуктов сгорания (CnHm, CO, Nox).

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение является камера сгорания ГТД фирмы General Electric Company с устройством смешения топлива для уменьшения эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания (Патент США №6,550,251 В1, НКИ 60/776, Apr.22, 2003). Данная камера сгорания выполнена кольцевой, содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, а внутренний кольцевой элемент, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители. В этой камере сгорания на разных режимах работы двигателя работают кольцевые ряды вспомогательных и основных модулей в разных сочетаниях. При запуске двигателя и на режиме малого газа только один верхний ряд вспомогательных модулей работает на богатой топливовоздушной смеси. На основных режимах верхний ряд вспомогательных модулей и внутренний ряд основных модулей работают совместно на бедной топливовоздушной смеси. Это обеспечивает оптимальные условия для снижения эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания углеводородного топлива на основных режимах и необходимый уровень полноты сгорания топлива на основных режимах и режиме малого газа. Однако при такой схеме расположения модулей в кольцевых рядах не полностью используются возможности каждого отдельного вспомогательного модуля на дополнительное поддержание процесса устойчивого горения в близлежащих боковых основных модулях.

Одной из важнейших задач при разработке камер сгорания является снижение уровня эмиссии загрязняющих веществ. Основное внимание уделяется снижению дымления (сажи) и снижению в продуктах сгорания несгоревших углеводородов (CnHm), моноокиси углерода (СО) и оксида азота (NOx). Эмиссия этих веществ характерна для любой тепловой машины, работающей на природном топливе. Средствами снижения уровня эмиссии вредных выбросов для ГТД могут быть либо устройства и способы их уменьшения в камере сгорания двигателя, либо устройства и способы обработки выхлопных газов двигателя. По массовым характеристикам устройства и способы обработки выхлопных газов годятся только для наземных газотурбинных установок, а устройства и способы снижения уровня эмиссии вредных выбросов в камере сгорания подходят как для авиационных, так и для наземных газотурбинных двигателей, (см. Технический перевод №15060 ФГУП ЦИАМ им.Баранова, «Камеры сгорания ГТД и технология снижения уровня эмиссии: состояние и перспективы», 2000 г., стр.2-44).

В основу изобретения положено решение следующих задач:

- создание компактной кольцевой камеры сгорания ГТД;

- получение высокой эффективности и устойчивости горения в компактной камере сгорания ГТД;

- снижение уровня дымления и эмиссии вредных веществ (CnHm, CO, NOx) в продуктах сгорания компактной камеры сгорания ГТД.

Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемая кольцевая камера сгорания ГТД содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, а внутренний кольцевой элемент, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители.

Согласно изобретению камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей, где по радиусу смежные основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей, причем пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом, а каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага. Таким образом, каждый вспомогательный модуль оказывается в окружении четырех близлежащих основных модулей. При такой схеме расположения модулей в кольцевых рядах полностью используются энергетические возможности каждого отдельного вспомогательного модуля по поддержанию процесса устойчивого горения в близлежащих боковых основных модулях, и обеспечивается более быстрое и полное перемешивание жидкого топлива с воздухом, подаваемым в камеру. Такая схема расположения модулей с топливными форсунками уменьшает масштаб зон смешения топлива с воздухом, увеличивает их число, сокращает время пребывания топливовоздушной смеси в зоне горения и ускоряет выгорание закрученной, обладающей высокой турбулентностью топливовоздушной смеси. Это обеспечивает сокращение длины камеры сгорания, повышение эффективности и устойчивости горения в камере сгорания, уменьшение дымления и эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания топлива. Кроме того, данная конструкция камеры сгорания:

- при запуске двигателя ускоряет переброс пламени по фронту от вступивших в работу модулей, которые расположены рядом с воспламенителями, к модулям, которые расположены дальше от воспламенителей, что уменьшает время выхода двигателя на устойчивый режим работы;

- при запуске позволяет дополнительно подключить основные модули, что сокращает время запуска;

- повышает дисперсность распыла топлива и скорость его перемешивания с воздухом, закрученным в каналах сужающихся на выходе модулей.

Существенные признаки изобретения могут иметь развитие и уточнение:

- первые поперечные пояса отверстий на наружной и внутренней обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства на удалении, составляющем от 0,15 до 0,30 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками, что ограничивает оптимальные размеры зоны циркуляции обратных токов продуктов сгорания за вспомогательными модулями, а это обеспечивает устойчивый запуск и работу двигателя;

- основная и вспомогательная топливные системы соединены своими коллекторами соответственно с рядами топливных форсунок основных и вспомогательных модулей, что расширяет возможности регулирования камеры сгорания с целью получения высокой эффективности и устойчивости горения, а также снижения уровня дымления и эмиссии вредных веществ на всех режимах работы двигателя;

- так как в конструкции данных модулей при низком давлении подачи топлива в камеру смешения осуществляется его пневматический распыл, то форсунки отдельных рядов выполняют функцию дозаторов и могут быть выполнены центробежными или струйными, что определяется возможностями производства;

- кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружного и внутреннего каналов основных модулей и кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружных каналов вспомогательных модулей выполнены осевыми, что обеспечивает компактность конструкции модулей;

- лопатки воздушных завихрителей наружных каналов основных и вспомогательных модулей направлены в одну сторону, а это при работе увеличивает турбулентность и максимальную поверхность контакта взаимодействующих между собой свежей топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, что повышает эффективность горения в компактной камере сгорания и обеспечивает хорошую стабилизацию горения;

- вспомогательный модуль снабжен дополнительным кольцевым каналом, образованным зазором между наружным кольцевым элементом и фланцевой втулкой, имеющим отверстия на выходе, что позволяет надежно охладить элементы конструкции модуля;

- во вспомогательном модуле расширяющаяся часть кольцевого элемента наружного канала на выходе выполнена конусной с углом раскрытия от 90 до 120°, что позволяет образовать устойчивую зону обратных токов продуктов сгорания топлива за ней;

- кольцевой завихритель воздуха внутреннего канала вспомогательного модуля выполнен с тангенциальными равнорасположенными отверстиями или радиальным лопаточным, что позволяет выполнить модуль компактным и сделать его технологичным;

- стенки внутренних кольцевых элементов вспомогательных и основных модулей на выходе имеют острую кромку, омываемую с двух сторон закрученными воздушными потоками, что обеспечивает эффективное дробление на мелкие капли пелены топлива, образующейся на стенках кольцевых элементов, чем создаются условия для образования гомогенной топливовоздушной смеси в модулях обоих видов;

- угол наклона отдельной лопатки завихрителя наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля к его продольной оси составляет от 50 до 75°, что обеспечивает за модулем существование протяженной зоны обратных токов продуктов сгорания, позволяющей иметь устойчивый запуск и широкий диапазон устойчивой работы двигателя даже на холодном воздухе;

- во вспомогательном модуле лопатки завихрителя воздуха наружного канала, элементы тракта завихрителя воздуха внутреннего канала и элементы тракта топливной форсунки на выходе направлены в одну сторону, что обеспечивает устойчивое течение за модулем и широкий диапазон устойчивой работы камеры сгорания на «бедных» топливовоздушных смесях;

- в основном модуле лопатки завихрителей воздуха наружного и внутреннего каналов направлены в противоположные стороны, а закрученные в них воздушные потоки на выходе при слиянии образуют поток высокой турбулентности, что приводит к быстрому и эффективному дроблению топливной пелены, стекающей с разделяющей потоки острой кромки;

- угол наклона отдельной лопатки завихрителей основного модуля к его продольной оси на выходе составляет от 30 до 45°, что обеспечивает условия отсутствия образования зон обратных токов за модулем, что, в свою очередь, ведет к высокофорсированному малоэмиссионному горению топлива в потоке высокой турбулентности.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием кольцевой камеры сгорания ГТД и ее работы со ссылкой на чертежи, представленные на фиг.1-6, где:

На фиг.1 изображен продольный разрез кольцевой камеры сгорания ГТД;

На фиг.2 - схема расположения вспомогательных и основных модулей на фронтовом устройстве со стороны жаровой трубы по виду А фиг.1;

На фиг.3 - продольный разрез Б-Б по вспомогательному модулю на фиг.2;

На фиг.4 - продольный разрез В-В по основному модулю на фиг.2;

На фиг.5 - вид Г на фиг.3 снаружи на лопаточный завихритель наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля;

На фиг.6 - вид Д на фиг.4 снаружи на лопаточные завихрители наружного и внутреннего каналов основного модуля.

Кольцевая камера сгорания ГТД (см. фиг.1) содержит расположенные соосно наружный 1 и внутренний 2 корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор 3 и размещенную в кольцевой полости 4 между корпусами 1 и 2 жаровую трубу.

Жаровая труба выполнена из наружной 5 и внутренней 6 обечаек с поперечными поясами отверстий 7 подвода воздуха и включает расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство 8. Фронтовое устройство 8 имеет блок обращенных в сторону выхода 9 жаровой трубы ряда 10 (см. фиг.2) равномерно размещенных по окружности вспомогательных модулей 11 и расположенных под ним концентрично внутреннего ряда 12 основных модулей 13 для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Каждый модуль 11 и 13 (см. фиг.3, 4) выполнен с отдельной топливной форсункой 14 и 15 вдоль своей продольной оси соответственно вспомогательной или основной топливных систем и размещенными вокруг каждой топливной форсунки 14 и 15 воздушными осесимметричными трактами. Форсунки 14 и 15 могут быть выполнены одноканальными или, что лучше, двухканальными. Двухканальные форсунки обеспечивают оптимальную устойчивую работу камеры сгорания во всем диапазоне давлений подачи топлива.

Воздушный тракт вспомогательного модуля 11 (см. фиг.2, 3) разделен продольно наружным 16 и внутренним 17 кольцевыми элементами на наружный 18 и внутренний 19 каналы. Наружный канал 18 состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал 19 - из сужающегося участка.

Воздушный тракт основного модуля 13 (см. фиг.2, 4) разделен продольно наружным 20 и внутренним 21 кольцевыми элементами на наружный 22 и внутренний 23 каналы. Наружный канал 22 и внутренний канал 23 выполнены сужающимися, где внутренний кольцевой элемент 21, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе.

На входе наружные каналы 18 и 22 для всех модулей и внутренние каналы 23 для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха 24, 25 и 26, а внутренние каналы 19 вспомогательных модулей -кольцевые завихрители 27.

Кольцевые завихрители воздуха 27 (см. фиг.3) внутреннего канала 19 вспомогательного модуля 11 (см. фиг.2) в зависимости от конструкции и технологии производства могут быть выполнены в виде кольцевых наборов сквозных тангенциальных отверстий или в виде радиальных лопаток во внутреннем кольцевом элементе 17 (не показано). Стенка внутреннего кольцевого элемента 17 ограничивающего канал 19 имеет на выходе острую кромку.

Наружный кольцевой элемент 16 вспомогательного модуля 11 установлен на фронтовом устройстве 8 через фланцевую втулку 28 и скреплен со своей топливной форсункой 14 через лопаточный завихритель 24 и внутренний кольцевой элемент 17.

Наружный кольцевой элемент 20 основного модуля 13 выполнен совместно с фланцевой втулкой 29 и установлен на фронтовом устройстве 8. С топливной форсункой 15 кольцевой элемент 20 соединен через кольцевые завихрители 25, 26 и внутренний кольцевой элемент 21.

Камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду 10 вспомогательных модулей 11 наружный ряд 30 основных модулей 13. По радиусу смежные основные модули 13 наружного 30 и внутреннего 12 рядов составляют между собой отдельную пару модулей 31 (см. фиг.2), которая расположена симметрично относительно ряда 10 вспомогательных модулей 11. Пары 31 основных модулей 13 рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом. Каждый вспомогательный модуль 11 установлен относительно соседних радиальных пар 31 основных модулей 13 со смещением по углу на половину их шага. Межосевое расстояние между смежными вспомогательными 11 и основными 13 модулями составляет от 0,5 до 1,0 от расстояния между наружным 30 и внутренним 12 рядами основных модулей 13.

Предложенная кольцевая камера сгорания характеризуется некоторыми конструктивными особенностями.

Первые поперечные пояса отверстий 7 на наружной 5 и внутренней 6 обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства 8 на удалении, составляющем от 0,15 до 0,30 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками 5 и 6 в этих поясах.

Основная топливная система (не показана) соединена своими коллекторами 32 соответственно с рядами 12, 30 топливных форсунок 15 основных модулей 13.

Вспомогательная топливная система (не показана) соединена своими коллекторами 33 соответственно с рядом 10 топливных форсунок 14 вспомогательных модулей 11.

В данной камере сгорания длина жаровой трубы составляет не более 1,5 величины максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной 5 и внутренней 6 обечайками. В модулях 11, 13 отдельных рядов 10, 12 и 30 топливные форсунки могут быть выполнены центробежными или струйными.

Кольцевые лопаточные завихрители воздуха 25 и 26 наружного 22 и внутреннего 23 каналов основных модулей 13 и кольцевые лопаточные завихрители воздуха 24 наружных каналов 18 вспомогательных модулей 11 выполнены осевыми. Лопатки завихрителей 24 и 25 воздушных наружных каналов 18 и 22 соответственно основных 13 и вспомогательных 11 модулей направлены в одну сторону. Вспомогательный модуль 11 снабжен дополнительным кольцевым каналом 34, образованным зазором между наружным кольцевым элементом 16 и фланцевой втулкой 28. Дополнительный кольцевой канал 34 имеет сквозные отверстия 35 по периферии расширяющейся части кольцевого элемента 16 наружного канала 18 на выходе.

Во вспомогательном модуле 11 расширяющаяся часть кольцевого элемента 16 наружного канала 18 на выходе выполнена конусной с углом раскрытия α от 90 до 120°.

Угол β наклона отдельной лопатки завихрителя 24 наружного канала 18 воздушного тракта вспомогательного модуля 11 к его продольной оси составляет от 50 до 75°. Во вспомогательном модуле 11 лопатки завихрителя воздуха 24 наружного канала 18, элементы тракта завихрителя воздуха 27 внутреннего канала 19 и элементы тракта топливной форсунки 14 на выходе направлены в одну сторону.

В основном модуле 13 лопатки завихрителей воздуха наружного 22 и внутреннего 23 каналов направлены в противоположные стороны. Величина углов γ наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха 25 и δ наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха 26 основного модуля 13 к плоскости, перпендикулярной продольной оси модуля, на выходе составляет от 30 до 45°. На наружном корпусе 1 установлен пусковой воспламенитель 36 для обеспечения начала работы камеры сгорания.

Камера сгорания работает следующим образом. На вход камеры сгорания подается поток воздуха, который через диффузор 3 поступает в полость перед фронтовым устройством 8, а оттуда в каналы вокруг жаровой трубы и каналы 18, 19, 22, 23 и 34 вспомогательных 11 и основных 13 модулей фронтового устройства 8. Из каналов вокруг жаровой трубы через отверстия 7 и каналы 18, 19, 22, 23 и 34 поток воздуха поступает во внутреннюю полость и на выход 9 жаровой трубы.

Далее включается вспомогательная топливная система и топливо через коллекторы 33 (см. фиг.3) поступает в форсунки 14 вспомогательных модулей 11 ряда 10 (см. фиг.2). Распыленное из форсунок 14 топливо направляется на сужающиеся стенки каналов 19, растекается по ним в виде пелены и перемещается на выход в сторону острых кромок внутренних кольцевых элементов 17. С острых кромок кольцевых элементов 17 пелена топлива стекает и уносится двумя воздушными односторонне закрученными в каналах 18 и 19 потоками в полость жаровой трубы. В процессе стекания и уноса с острых кромок кольцевых элементов 17 закрученными спутными потоками воздуха пелена топлива истончается, в ней появляются разрывы и перемешанные между собой воздух и топливо превращаются в однородную топливовоздушную смесь.

Эта топливовоздушная смесь поджигается воспламенителем 36. На режимах пониженной мощности вспомогательная топливная система может обеспечить устойчивую работу камеры сгорания. Для выхода на режимы большей мощности подключается основная топливная система. При этом топливо поступает через коллекторы 32 в форсунки 15 (см. фиг.4) основных модулей 13 рядов 12 и 30 (см. фиг.2). Распыленное из форсунок 15 топливо направляется на сужающиеся стенки каналов 23, растекается по ним в виде пелены и перемещается на выход в сторону острых кромок внутренних кольцевых элементов 21. С острых кромок кольцевых элементов 21 пелена топлива стекает и уносится двумя воздушными разносторонне закрученными в каналах 22 и 23 потоками воздуха в полость жаровой трубы. Процесс получения однородной топливовоздушной смеси в модулях 13 аналогичен такому же процессу в модулях 11. Выходящая из модулей 13 топливовоздушная смесь воспламеняется продуктами сгорания вспомогательного топлива из модулей 11. Стабильное горение основного топлива из модулей 13 обеспечивается устойчивой протяженной зоной обратных токов продуктов сгорания вспомогательного топлива.

Следует отметить, что вспомогательная топливная система включена на всех режимах работы двигателя, а расход основного и вспомогательного топлива определяется режимом работы двигателя.

Для снижения дымления и эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания топлива на режиме максимальной мощности возможно перераспределение расходов основного и вспомогательного топлива по коллекторам 32 и 33.

Эффективность горения топливовоздушных смесей основного и вспомогательного топлив в большом количестве зон малых масштабов, образованных вокруг вспомогательных модулей 11, определяется конструкцией вспомогательных 11 и основных 13 модулей, выбором межосевого расстояния между расположенными в трех рядах смежными вспомогательными и основными модулями и сочетанием режимов их работы.

Предложенная конструкция кольцевой камеры сгорания ГТД при подаче потока воздуха на вход в диффузор камеры сгорания и далее жаровую трубу через модули фронтового устройства с завихрением и подмешиванием воздуха к нему через отверстия в обечайках жаровой трубы позволяет сократить время пребывания топливовоздушной смеси в области горения и тем самым уменьшить дымление и выбросы вредных веществ (СО, CnHm, NOx) за счет более быстрого выгорания основного топлива в закрученных с высокой турбулентностью после модулей потоках воздуха, уменьшения масштаба смешения топлива с воздухом при установке двух рядов модулей основного топлива и большого числа форсунок подачи основного и вспомогательного топлива.

Claims (15)

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители воздуха, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители, отличающаяся тем, что камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей, где по радиусу смежные основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей, причем пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом, а каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага.

2. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что первые поперечные пояса отверстий на наружной и внутренней обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства на удалении, составляющем от 0,15 до 0,3 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками в этих поясах.

3. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что основная и вспомогательная топливные системы соединены своими коллекторами соответственно с рядами топливных форсунок основных и вспомогательных модулей.

4. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что длина жаровой трубы составляет не более 1,5 величины максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной и внутренней обечайками.

5. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в модулях отдельных рядов топливные форсунки могут быть выполнены центробежными или струйными.

6. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружного и внутреннего каналов основных модулей и кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружных каналов вспомогательных модулей выполнены осевыми.

7. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что лопатки воздушных завихрителей наружных каналов основных и вспомогательных модулей направлены в одну сторону.

8. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательный модуль снабжен дополнительным кольцевым каналом, образованным зазором между наружным кольцевым элементом и фланцевой втулкой.

9. Кольцевая камера сгорания по п.9. отличающаяся тем, что дополнительный кольцевой канал вспомогательного модуля снабжен сквозными отверстиями для охлаждающего воздуха, выполненными во фланцевой втулке на входе и по периферии расширяющейся части кольцевого элемента наружного канала на выходе.

10. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что во вспомогательном модуле расширяющаяся часть кольцевого элемента наружного канала на выходе выполнена конусной с углом раскрытия от 90 до 120°.

11. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой завихритель воздуха внутреннего канала вспомогательного модуля выполнен с тангенциальными равнорасположенными отверстиями по окружности или в виде радиального лопаточного, а стенка внутреннего кольцевого элемента ограничивающего канал имеет на выходе острую кромку.

12. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля к его продольной оси составляет от 50 до 75°.

13. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что во вспомогательном модуле лопатки завихрителя воздуха наружного канала, элементы тракта завихрителя воздуха внутреннего канала и элементы тракта топливной форсунки на выходе направлены в одну сторону.

14. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в основном модуле лопатки завихрителей воздуха наружного и внутреннего каналов на выходе направлены в противоположные стороны, а разделяющий каналы кольцевой элемент имеет на выходе острую кромку.

15. Кольцевая камера сгорания по п.14, отличающаяся тем, что угол наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха основного модуля к продольной оси модуля на выходе составляет от 30 до 45°.

Images