ТОПЛИВНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ФОРСУНКАМИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
FUEL HEADER WITH NOZZLES OF GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей, в частности к защите топливного коллектора и форсунок от коксования, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетическом машиностроении и других областях техники, где используются газотурбинные агрегаты.
При работе газотурбинного двигателя стенки топливного коллектора с форсунками нагреваются под воздействием теплового потока воздуха из компрессора и теплового излучения стенок жаровой трубы камеры сгорания, внутри которой расположен топливный коллектор. При этом температура поверхности стенок топливоподводящих каналов коллектора достигает высоких значений, при которых происходит окисление углеводородов топлива растворенным в нем кислородом. Образующиеся при этом на стенках каналов коллектора коксоотложения смываются потоком топлива и засоряют дозирующие каналы распыливающих деталей форсунок, что приводит к нарушениям в работе камеры сгорания. Применение теплозащиты в виде специальных покрытий или других теплобарьерных устройств снижает температуру нагрева коллектора и, как следствие, уменьшает коксовые отложения на стенках его каналов.
Известен топливный коллектор с форсунками газотурбинного двигателя, содержащий теплозащитное покрытие в виде асбестовой ленты, намотанной на наружную поверхность топливного коллектора. Теплозащитное покрытие снижает температуру коллектора, благодаря чему уменьшаются коксовые отложения на стенках коллектора (см. патент RU №37151, кл. F02C 7/22, опубл. 10.04.2004).
Недостаток известного топливного коллектора заключается в неэффективности защиты от коксовых отложений, что отрицательно сказывается на надежности топливного коллектора.
Задача предложенного изобретения - повышение надежности работы топливного коллектора.
Поставленная задача достигается тем, что в топливном коллекторе с форсунками газотурбинного двигателя, содержащем корпус с теплозащитным устройством и соединенные с корпусом коллектора корпусы форсунки с топливоподводящими каналами и собранными в них распыливающими деталями, согласно изобретению корпус коллектора выполнен из кольцевых, соединенных между собой деталей с образованием, по меньшей мере, одного топливораспределительного канала, гидравлически сообщенного с топливоподводящими каналами корпусов форсунок, при этом к корпусу коллектора прикреплены экраны с образованием вокруг наружной поверхности корпуса воздушной или вакуумированной полости, а в топливоподводящих каналах корпусов форсунок герметично закреплены втулки для прохода топлива с образованием между ними и стенкой корпусов форсунок кольцевых вакуумированных полостей.
Наличие в топливоподводящих каналах корпусов форсунок втулок с образованием между ними и стенкой корпусов форсунок кольцевых вакуумированных полостей позволяет обеспечить эффективную тепловую защиту форсунок, уменьшив, тем самым, коксообразование на стенках топливных каналов в корпусах форсунок и вероятность засорения частицами кокса дозирующих каналов распыливающих деталей форсунок.
Наличие экранов на наружной поверхности корпуса коллектора, расположенных с образованием вокруг наружной поверхности корпуса воздушной или вакуумированной полости, позволяет также обеспечить эффективную тепловую защиту коллектора и уменьшить, тем самым, коксообразование на стенках топливных каналов его корпуса.
Наличие воздушной или вакуумированной полостей является существенным признаком, так как они обеспечивают эффективную тепловую защиту расположенных внутри этих полостей топливных каналов в корпусе коллектора и корпусах форсунок.
Детали корпуса коллектора могут быть выполнены точением и соединены между собой сваркой. Такое выполнение позволяет повысить ресурсную надежность коллектора при работе двигателя на режимах максимальной нагрузки, поскольку такая конструкция менее подвержена разрушениям, возникающим из-за высокого давления топлива в коллекторе и из-за вибрационного воздействия со стороны контактирующих с коллектором других узлов двигателя.
В пазах между корпусами форсунок и элементами крепления коллектора в камере сгорания может быть расположено теплозащитное устройство в виде многослойной кремнеземной ленты, закрытой экранами, прикрепленными к корпусу коллектора. Это позволяет обеспечить дополнительную защиту коллектора от теплового воздействия.
Данное изобретение может быть использовано применительно как к однокаскадным топливным коллекторам, так и двухкаскадным топливным коллекторам. Поскольку двухкаскадные топливные коллекторы наиболее сложны в конструктивном выполнении и область их применения шире, чем однокаскадных коллекторов, пример конкретного использования и работа данного коллектора рассмотрены на примере двухкаскадного топливного коллектора авиационного газотурбинного двигателя.
На фиг.1 изображен фрагмент топливного коллектора с форсунками;
на фиг.2 изображено сечение Б-Б фиг.1 - выполнение корпуса коллектора с воздушной полостью;
на фиг.3 изображено сечение В-В фиг.1;
на фиг.4 изображено сечение Б-Б фиг.1 - выполнение корпуса коллектора с вакуумированной полостью.
Топливный коллектор с форсунками газотурбинного двигателя содержит корпус 1, представляющий собой конструкцию из соединенных между собой, например, при помощи электронно-лучевой сварки кольцевых точеных деталей 2, 3, 4. Количество деталей может быть другим. Взаимное расположение кольцевых деталей корпуса коллектора образует топливораспределительные каналы 5 и 6 соответственно первого и второго каскадов. С корпусом коллектора 1 соединены, например, при помощи электронно-лучевой сварки кронштейны 7 для крепления коллектора в камере сгорания и корпусы форсунок 8 (внутри которых собраны распыливающие детали форсунки) с топливоподводящими каналами 9 и 10 соответственно первого и второго каскадов. Топливораспределительные каналы 5 и 6 гидравлически сообщены через систему отверстий 11 и 12, выполненных в детали 2, соответственно с топливоподводящими каналами 9 и 10.
В топливоподводящем канале 9 первого каскада корпуса каждой топливной форсунки 8 герметично размещена, например впаяна, втулка 13 с образованием между ней и стенкой корпуса форсунки кольцевой вакуумированной полости (зазора) 14. Вакуумирование полости (зазора) 14 осуществляется при заварке технологического отверстия в стенке корпуса форсунки 8 с помощью заглушки 16 в вакуумной камере.
В случае выполнения коллектора двухкаскадным втулки 14 могут располагаться либо только в топливоподводящих каналах первого каскада корпусов форсунок (как в данном случае), являющихся наиболее уязвимыми с точки зрения коксообразования, либо в топливоподводящих каналах обоих каскадов указанного корпуса.
Топливо через канал 15 втулки 13 поступает к распыливающим деталям первого каскада форсунок. Наличие вакуумированной полости 14 необходимо для обеспечения эффективной тепловой защиты топливного канала 15 в корпусах форсунок 8 для предотвращения процессов коксоотложения на его стенке.
Тепловая защита наружной поверхности корпуса коллектора обеспечивается с помощью двух теплобарьерных «систем». При этом под наружной поверхностью понимается поверхность, которая омывается потоком набегающего горячего воздуха.
Первая «система» тепловой защиты позволяет обеспечить тепловую изоляцию той части наружной поверхности корпуса коллектора, на которой расположены корпусы форсунок 8 и элементы крепления коллектора к камере сгорания, например кронштейны 7, и осуществляется при помощи теплозащитного устройства, выполненного, например, в виде уложенной в пазах между корпусами форсунок 8 и кронштейнами 7 кремнеземной ленты, закрытой экранами 18.
Вторая «система» защиты позволяет обеспечить тепловую изоляцию остальной части наружной поверхности корпуса коллектора. Она осуществляется при помощи соединенных между собой, например, сваркой экранов 19 и 20 (см. фиг.2) или экранов 21 и 22 (см. фиг.4), которые соединены, например, сваркой с деталью 2 корпуса коллектора и расположены вокруг деталей корпуса 2, 3, 4 с образованием воздушной полости (см. фиг.2) или с образованием вакуумированной полости 24 (см. фиг.4). При этом вакуум в полости 24 образуется при заварке технологического отверстия в экране 21 или 22 в вакуумной камере.
При работе двигателя топливо через соответствующие топливоподводы (не показаны) поступает в топливораспределительные каналы 5 и 6 соответственно первого и второго каскадов корпуса коллектора, откуда через отверстия 11 и 12 детали 2 оно поступает соответственно в топливоподводящие каналы 15, 9 и 10 корпусов форсунок и далее к распыливающим деталям форсунок.
При этом в течение длительного срока эксплуатации за счет сваренных между собой точеных кольцевых деталей 2, 3, 4 корпуса 1 коллектора обеспечиваются необходимые прочность и герметичность коллектора с форсунками, испытывающего воздействие высокого давления протекающего через него топлива и вибрационных нагрузок со стороны контактирующих с ним других узлов двигателя.
Предложенная тепловая защита топливных каналов коллектора с форсунками способствует подавлению процессов коксования в нем топлива и предохраняет стенки его каналов от коксовых отложений, что существенно снижает вероятность засорения частицами кокса дозирующих каналов распыливающих деталей форсунок коллектора.