ТОПЛИВОВОЗДУШНАЯ ГОРЕЛКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, и может найти применение в камерах сгорания газотурбинных двигателей, преимущественно с короткими жаровыми трубами.
Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания [Патент РФ №2134839 F23D 11/00, F02C 7/22 заявл. 02.04.1997, опубл. 20.08.1999], которая содержит установленные концентрично топливную форсунку и два завихрителя внутренний и наружный. Завихрители снабжены насадками, которые образуют кольцевой канал.
В процессе работы камеры сгорания топливо из форсунки впрыскивается во внутренний насадок, перемешивается с закрученным потоком воздуха, поступающего через внутренний завихритель, и выходит в зону горения жаровой трубы. Из кольцевого канала в жаровую трубу поступает закрученный поток воздуха от наружного завихрителя.
Недостатком такой топливовоздушной горелки является го, что топливоздушная смесь, выходящая из нее перемешивается с потоком воздуха из наружного завихрителя уже за пределами горелки - в полости жаровой трубы, что ведет к неполному сгоранию топлива, например в коротких жаровых трубах.
Известна другая топливовоздушная горелка камеры сгорания [Патент РФ №2157954 F23R 3/00, заявл. 05.09.1995, опубл. 20.10.2000], которая содержит установленные концентрично топливную форсунку и два завихрителя внутренний и наружный. Завихрители снабжены насадками, которые образуют кольцевой канал. Насадок внутреннего завихрителя выполнен конфузорным и снабжен отверстиями.
В процессе работы камеры сгорания топливо из форсунки впрыскивается во внутренний насадок, перемешивается с закрученным потоком воздуха, поступающего через внутренний завихритель. И выходит в жаровую трубу. При этом часть образовавшейся топливовоздушной смеси выходит через отверстия на внутреннем насадке в кольцевой канал, где перемешивается с закрученным потоком воздуха из наружного завихрителя и выходит в жаровую трубу. В такой конструкции перемешивание топливовоздушной смеси с воздухом из наружного завихрителя осуществляется в кольцевом канале топливовздушной горелки и в жаровую трубу поступает уже готовая смесь.
Недостаткам такой конструкции является то, что топливовоздушная смесь в канале двигается в одном направлении с закрученным потоком воздуха из наружного завихрителя. При этом частицы топлива проходят расстояние в закрученном воздушном потоке недостаточное для эффективного смешения с воздухом, что также может привести к неполному сгоранию топлива, например в коротких жаровых трубах.
Техническим результатом полезной модели является повышении эффективности смесеобразования в топливовоздушной горелке, посредством создания в кольцевом канале зоны обратных токов, увеличивающей расстояние, проходимое частицами топлива в кольцевом канале в закрученном потоке воздуха.
Поставленная задача решается тем, что топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит установленные концентрично топливную форсунку и два завихрителя. Завихрители снабжены насадками, которые между собой образуют кольцевой канал. Насадок внутреннего завихрителя выполнен конфузорным и снабжен отверстиями.
вых
вх
Новым в полезной модели является то, что кольцевой канал, образованный насадками выполнен диффузорным, при этом соотношение площадей сечения на выходе из канала F и входе в канал F соответствует условию:
вых
вх
к
вх
*
F/F>1,8+0,1L/h,
к
где L - длина диффузорного канала,
вх
h - высота на входе в диффузорный канал.
Для интенсификации закрутки потока воздуха около наружного насадка в качестве наружного завихрителя используется радиальный завихритель.
Для попадания оптимального количества топлива в полость кольцевого канала наружного завихрителя площадь отверстий на конфузорном насадке выполняется не менее половины площади его выходного отверстия.
На прилагаемом чертеже изображена предлагаемая топливовоздушная горелка.
вых
вх
Топливовоздушная горелка содержит установленные концентрично топливную форсунку 1 и два 2 и 3 завихрителя. Внутренний завихритель 2 снабжен конфузорным насадком 4 с отверстиями 5. Наружный завихритель 3 снабжен насадком 6. Насадки 4 и 6 образуют диффузорный кольцевой канал 7. Соотношение площадей сечения на выходе из канала F и входе в канал F соответствует условию:
вых
вх
к
вх
*
F/F>1,8+0,1L /h,
к
где L - длина диффузорного канала,
вх
h - высота на входе в диффузорный канал.
Топливовоздушная горелка камеры сгорания работает следующим образом.
вых
вх
к
вх
к
вх
*
В процессе работы камеры сгорания топливо из форсунки 1 впрыскивается внутрь конфузорного насадка 4, перемешивается с закрученным потоком воздуха, поступающим через внутренний завихритель 2 и выходит в центральную зону горения жаровой трубы 8. При этом часть получившейся топливовоздушной смеси через отверстия 5 в конфузорном насадке 4 попадает в диффузорный кольцевой канал 7. Согласно (Гриценко Е.А., Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. - Самара: СНЦ РАН, 2002, стр.128) в диффузорном кольцевом канале 7, выполненном с соотношением площадей сечения на выходе из канала F и входе в канал F больше чем 1,8+0,1L/h, где L - длина диффузорного канала, h - высота на входе в диффузорный канал, образуется отрыв потока и возникает местный вихрь в виде зоны обратных токов. На входе в диффузорный кольцевой канал 7 завихритель 3 создает закрученный поток воздуха, который под действием центробежных сил прижимается к наружному насадку 6, то есть вдоль него обеспечивается безотрывное течение потока воздуха. Соответственно, отрыв потока воздуха и образование зоны обратных токов происходит у поверхности внутреннего конфузорного насадка 4. Таким образом, топливовоздушная смесь из отверстий 5 попадает в зону обратных токов кольцевого канала 7, благодаря которой увеличивается расстояние, проходимое частицами топлива в закрученном потоке воздуха. При этом повышается эффективность перемешивания топливовоздушной смеси и воздуха из завихрителя 3.
Таким образом, в кольцевом канале топливовоздушной горелки обеспечивается максимально эффективное смешение топлива с воздухом, обеспечивающее полноту сгорания топлива даже в коротких жаровых трубах.