КАМЕРА СГОРАНИЯ ГТД И ФОРСУНОЧНЫЙ МОДУЛЬ
GTE COMBUSTION CHAMBER AND NOZZLE UNIT

Группа изобретений относится к газотурбинный двигателям, в том числе к авиационным и стационарным газотурбинным двигателям ГТД, и может найти применение в авиастроении, судостроении, на газоперекачивающих станциях и для пиковых энергетических установок в качестве привода для электрогенератора, предназначенного для выработки электроэнергии.
Известна камера сгорания ГТД по патенту РФ на изобретение №2375597, МПК F02C 7/22, опубл. 10.12.2009 г. Топливный коллектор камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую трубу для подачи топлива к форсункам, установленную внутри корпуса камеры, подводящий трубопровод и размещенный снаружи камеры входной штуцер, установленный в наружной втулке, прикрепленной к корпусу камеры с возможностью осевого перемещения, снабженный внутренней втулкой, выполненной в виде, по меньшей мере, одного звена, включающего два неподвижных кольца и подвижное кольцо, установленное между ними с возможностью поперечного перемещения. Неподвижные кольца соединены с наружной втулкой, а подвижное кольцо установлено с возможностью контактирования с входным штуцером. Устройство позволяет компенсировать термические напряжения, возникающие в наружной втулке и штуцере за счет различного термического расширения корпуса камеры сгорания и топливного коллектора в осевом и поперечном направлениях. Уменьшение диаметра поверхности до диаметра штуцера позволяет уменьшить утечки воздуха.
Недостатки - большая неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания, обусловленная небольшим количеством форсунок.
Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №2099640, МПК F23R 3/60, опубл. 20.12.2000 г.
Эта камера сгорания предназначена для газотурбинных установок (ГТД). На жаровой трубе в кольцевом пространстве между корпусом и трубой установлен перфорированный капот, на котором закреплены опорные устройства и горелки второго контура. Наличие термокомпенсаторов и выполнение наружной обечайки жаровой трубы из двух секций сводят к минимуму температурные напряжения.
Недостатки те же самые.
Известна камера сгорания по патенту РФ на изобретение №215888, МПК F23R 3/26, опубл. 10.11.2000 г.
Фронтовое устройство камеры сгорания для высокотемпературного газотурбинного двигателя с подводом топлива в топливные коллекторы через неподвижные разделители потока содержит фронтовое устройство, выполненное в виде ряда профилированных пластин.
Профилированные пластины установлены на входе в первичные каналы с возможностью перемещения друг относительно друга в окружном направлении при изменении площадей проходных сечений первичных каналов. Каждая из профилированных пластин состоит из неподвижной и подвижной частей, телескопически соединенных между собой. Неподвижные части телескопических пластин жестко закреплены на неподвижных разделителях потока. Ответные подвижные части пластин закреплены на подвижных разделителях потока. Топливные коллекторы с одного конца с помощью внутренних шаровых шарниров закреплены на неподвижных разделителях потока, а с другого конца шарнирно закреплены к поворотным тягам, вторые концы которых шарнирно крепятся к подвижным разделителям потока. Такое выполнение фронтового устройства расширяет диапазон устойчивого горения.
Недостатки этой камеры сгорания: эмиссия вредных веществ особенно на режиме «малого газа», неполное сгорание топлива, окружная и радиальная неравномерность поля температур на выходе их камеры сгорания.
Известна камера сгорания ГТД и форсуночный модуль по патенту РФ на изобретение №2493493, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г., прототип.
Эта камера сгорания содержит внешний корпус, жаровую трубу, форсуночную плиту и форсунки, кольцевой коллектор, установленный в передней полости на форсуночной плите, к которому присоединен топливопровод.
Недостаток - неполное сгорание топлива. Около 5% топлива не сгорает и выбрасывается в атмосферу в виде C, CO NO и т.д. Это повышает расход топлива и ухудшает экологию атмосферы.
Задачи создания изобретения: повышение полноты сгорания топлива в камере газотурбинного двигателя.
Достигнутые технические результаты: повышение полноты сгорания топлива в камере сгорания ГТД.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…8, где:
на фиг. 1 приведена схема камеры сгорания ГТД,
на фиг. 2 приведена плита с форсуночными модулями,
на фиг. 3 приведена схема подвода топлива к модулям,
на фиг. 4 приведена конструкция форсуночного модуля,
на фиг. 5 приведен разрез А-А,
на фиг. 6 приведена форсуночная плита,
на фиг. 7 приведен вид Б на плиту,
на фиг. 8 приведены графики времени жизни свободных радикалов.
Камера сгорания ГТД (фиг. 1…8) содержит внешний корпус 1, жаровую трубу 2, плиту 3 и коллектор 4 с полостью 5. Коллектор 4 установлен в воздушной полости 6 и к нему присоединен топливопровод 7.
На плите 3 установлены форсуночные модули 8, размещенные в два концентричных ряда. В плите 3 выполнены топливные каналы 9 для подвода топлива через кольцевые полости 10 к форсуночным модулям 8. Кроме того, в плите 3 выполнены сквозные отверстия 11 (фиг. 1, 3 и 6) для установки форсуночных модулей 8. При этом форсуночные модули 8 могут быть установлены в шахматном порядке.
Схема подвода и закрутки воздуха к форсуночным модулям 8 (фиг. 1, 6 и 7) включает воздушные каналы 12, образованные наклонными ребрами 13.
Форсуночный модуль 8 содержит корпус 14, центральное тело 15, струйную топливную форсунку 16, радиальное отверстие 17, выходящее в нее и сообщающееся с кольцевой полостью 10. Концентрично струйной топливной форсунке 16 выполнены каналы закрутки воздуха 18, образованные наклонными лопатками 19 (фиг. 4 и 5). Внутри струйной топливной форсунки 16 установлен центральный электрод 20, который изолирован от корпуса 14 изолятором 21. Все центральные электроды 20 всех модулей 8 соединены между собой электрически и соединены высоковольтным изолированным проводом 22, соединенным в свою очередь с блоком высокого напряжения 23, другой выход которого заземляющим проводом 24 соединен с внешним корпусом 1 камеры сгорания. Внешний корпус 1 камеры сгорания должен быть электрически связан с форсуночной плитой 3.
При работе ГТД, в составе которого находится камера сгорания, с блока высокого напряжения 23 подают потенциал на все центральные электроды 20 форсуночных модулей 8, при этом между центральным телом 15 и центральным электродом 20 возникает мощное электрическое поле, которое активирует топливо, т.е. образуются радикалы H, CH, CH2 и СН3, имеющие очень малое время жизни (порядка 30 наносек см. фиг. 8).
Однако учитывая, что активированное топливо практически сразу же сгорает, свободные радикалы успевают выполнить свою роль катализатора интенсификации процесса горения.
Конструкция предложенного форсуночного модуля 8 обеспечивает более качественное сжигание топлива.
Применение изобретения позволило:
1. Обеспечить полное сгорание топлива на всех режимах, особенно в режиме «малого газа».
2. Обеспечить уменьшение выброса вредных веществ за счет особенностей конструкции камеры сгорания и форсуночных модулей.