КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям и может быть использована в качестве камер сгорания газотурбинных установок.
Известна трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинной энергетической установки, содержащая жаровые трубы, соединенные с газосборником, скрепленным с внешним и внутренним корпусами, полость которого образована его собственными кольцевыми стенками, при этом каждая из жаровых труб содержит на выходе в поперечном потоку направлении лобовую стенку, скрепленную со стенкой жаровой трубы и соединенную с газосборником, в жаровой трубе в плоскости лобовой стенки, обращенной к потоку, по периметру стенки жаровой трубы выполнены каналы, отличающаяся тем, что лобовая стенка соединена с газосборником с возможностью перемещения вдоль оси жаровой трубы, в последней перед лобовой стенкой выше по потоку выполнен минимум один ряд отверстий, от которых стенка жаровой трубы сплошная, а каналы в жаровой трубе выполнены щелевьми (патент на изобретение РФ № 2107227, опубл. 20.03. 1998 г.).
Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, которая содержит корпус, жаровую трубу, на фронтальной стенке которой размещены воздушные завихрители, а на боковых стенках - отверстия для подвода воздуха и, по меньшей мере, одно запальное устройство. Топливные форсунки установлены коаксиально воздушным завихрителям и выполнены в виде топливного завихрителя с тангенциальными каналами и/или выходного сопла. По меньшей мере, одна топливная форсунка, расположенная в зоне запального устройства, выполнена с суммарной площадью ее тангенциальных каналов и/или сопла, на 2-30% большей, чем у остальных форсунок (патент на изобретение РФ № 2250415, опубл. 20.04.2005 г.).
Наиболее близким техническим решением выбранным заявителем в качестве прототипа является кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, которая содержит наружный корпус и внутренний корпус, выполненный в виде газосборника, установленный на входе в камеру сгорания заборное устройство в виде кольцевого диффузора, газосборник размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха. На входе в газосборник расположено кольцевое фронтовое устройство, с лопаточным завихрителем (патент на изобретение РФ № 2349840, опубл. 20.03.2009 г.).
Недостатком данной конструкции является недостаточная надежность из-за возможного выноса языка пламени в сопловой аппарат и как следствие пережег лопаток первой ступени.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности камеры, стабилизация температуры по объему камеры, повышение равномерности смешения топлива.
Техническая задача достигается тем, что кольцевая камера сгорания газотурбинной установки содержит наружный каркас и газосборник, который размещен в кольцевой полости и выполнен из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, на входе в газосборник расположено фронтовое устройство с лопаточным завихрителем и топливной форсункой, отличается тем, что на входе в газосборник дополнительно установлен смеситель, выполненный в виде стакана, причем с одного торца стенки смесителя образуют входной цилиндр, который соединен с лопаточным завихрителем фронтового устройства, а с другого торца смеситель соединен с газосборником, смеситель снабжен поясами отверстий подвода воздуха для охлаждения поверхности смесителя и для поджима факела, отверстия пояса подвода воздуха для охлаждения поверхности смесителя выполнены неотбортованными и по диаметру меньше, чем отверстия пояса подвода воздуха для поджима факела.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:
- на входе в газосборник дополнительно установлен смеситель;
- смеситель выполнен в виде стакана;
- с одного торца стенки смесителя образуют входной цилиндр;
- входной цилиндр соединен с лопаточным завихрителем фронтового устройства;
- с другого торца смеситель соединен с газосборником;
- смеситель снабжен поясами отверстий для подвода воздуха;
- пояса отверстий подвода воздуха, предназначенные для охлаждения поверхности смесителя выполнены неотбортованными;
- пояса отверстий подвода воздуха предназначенные для охлаждения поверхности смесителя по диаметру меньше чем отверстия пояса подвода воздуха предназначенного для поджима факела.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На рисунке показана кольцевая камера сгорания. Заявляемая камера сгорания содержит наружный каркас 1, в кольцевой полости 2 расположен газосборник, который состоит из наружной обечайки 3 и внутренней обечайки 4. На входе в газосборник установлен смеситель, выполненный в виде стакана 10, с одного торца стенки стакана 10 образуют входной цилиндр 11, который соединен с лопаточным завихрителем 8 фронтового устройства 7. На смесителе 10 выполнены поперечные пояса отверстий 5, предназначенные для охлаждения смесителя 10, и отверстия 6, предназначенные для поджима факела, причем диаметр отверстий поперечных поясов 5 меньше чем диаметр отверстий поперечного пояса 6. Следует отметить, что отверстия поперечных поясов 5 выполнены неотбротованными, а отверстия поясов 6 выполнены отбортованными. На входе в газосборник расположено фронтовое устройство 7 с лопаточным завихрителем 8 и топливной форсункой 9.
Устройство работает следующим образом. Топливо подается по газоподводящей трубе 12 в топливную форсунку 9. В кольцевой полости 2 подается поток сжатого воздуха, который через входной цилиндр 11 смесителя 10 проходит через лопаточный завихритель 8, который турбулизирует поток газовой смеси. Газовая смесь воспламеняется обычным для таких систем способом, например при помощи воспламенителя искрового действия (на рисунке не показан), при этом во фронтовом устройстве 7 образуется факел пламени. Сжатый воздух поступает в смеситель 10 из кольцевой полости 2 через отверстия поперечных поясов 5, которые выполнены неотбортованными, поэтому воздух, выходя из этих отверстий, растекается по внутренней поверхности стакана 10 и обеспечивает охлаждение стенок стакана, предотвращая их прогорание. Часть сжатого воздуха поступает в смеситель через отверстия поясов 6, которые имеют диаметр больше, чем отверстия поперечных поясов 5, и выполнены отбортованными, вследствие этого в проистекающие столбы воздуха смесителе создают объем воздуха, направленный навстречу фронту факела пламени, который образует обратный вихрь и не дает пламени сорваться с форсунки, поджимая факел к фронтовому устройству, при этом происходит дополнительное перемешивание газовоздушной смеси и стабилизация температуры горения. Испытания заявляемой камеры сгорания показали, что выноса языка пламени в сопловой аппарат не происходит, а также обеспечивается минимальный перекос температурного поля перед турбиной высокого давления, и обеспечивается повышение полноты сгорания топлива.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности кольцевой камеры сгорания.