Двухтопливная форсунка
DUAL-FUEL NOZZLE

Изобретение относится к устройствам с непосредственным впрыскиванием жидкого углеводородного топлива в капельном состоянии или газообразного углеводородного топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и подготовкой топливовоздушной смеси для сжигания в зоне горения с участием воздуха.
Известна одноконтурная горелка [патент №2493490], сущность заключается в том, что она, содержит завихритель, в полых лопатках которого выполнены отверстия  подвода газа в межлопаточные полости завихрителя, сопло, пустотелый корпус, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой  и отверстия  подвода газа к сменной дроссельной шайбе, расположенной внутри корпуса, и далее к полым лопаткам завихрителя. Для крепления горелки к газораспределительному устройству, горелка содержит шлицевую гайку  с уплотнительными кольцами.
Недостатком указанного устройства является, отсутствие возможности работы на двух видах топлива.
Известна горелка для сжигания жидкого и газообразного топлива [патент РФ №2039320, F23D 17/00], содержащая корпус, жидкотопливную форсунку, внутреннюю газоподающую трубу с выходными отверстиями. Воздухоподающая обечайка имеет на выходе коническую перфорированную перегородку с углом раскрытия, по меньшей мере, равным углу раскрытия факела жидкотопливной форсунки. Внешний канал образован обечайкой и корпусом и через отверстия сообщен с газовым коллектором. В наружной обечайке передней части канала установлен кольцевой уголковый стабилизатор, образующий с обечайкой полость. Перегородка имеет отверстия, а обечайка - окна для выхода поступающего внутрь обечайки воздуха. Обечайка вместе со стабилизатором имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса. Известное устройство невозможно использовать в газотурбинных приводах из-за больших габаритов, низкой эффективности работы в составе газотурбинных приводов.
Недостатком также является, как указано в самом патенте, недостаточная устойчивость факела при работе на жидком топливе, поэтому предназначена для работы на газе.
Известным устройством является горелка [патент РФ №2197685, F23D 17/00, 27.01.2003], предназначенная для сжигания топлива, преимущественно в камерах сгорания ГТУ. Горелка содержит завихритель воздуха с лопатками и сообщающийся с каналом подвода топлива газораздающий насадок с газораздающими отверстиями, размещенными между лопатками завихрителя воздуха. Газораздающий насадок имеет дополнительный ряд газораздающих отверстий, расположенных перед лопатками завихрителя воздуха. Кроме того, горелка может быть дополнительно снабжена форсункой жидкого топлива, установленной на оси горелки.
Недостатками данного устройства являются низкая эффективность работы форсунки на жидком топливе из-за впрыска топлива в зону горения без предварительной подготовки, и малого угла распыла топлива, а также наличие громоздкого лопаточного завихрителя воздуха.
Известна камера сгорания [патент РФ 2 107 230, F23R 3/46 (1995.01)] с топливными форсунками с выполненными зацело с завихрителями втулками смешения топлива  и потока воздуха.
Недостатками данного устройства являются отсутствие фильтрующих элементов для использования жидкого топлива, а так же не возможность применения двух видов топлива.
Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением как  по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, известна также форсунка (горелка) камеры сгорания двигателя НК-16-18СТ, содержащая корпус завихрителя включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, пустотелый корпус форсунки содержащий внутренний канал с установленным шнеком и дроссельной шайбой, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой, шлицевую гайку с уплотнительными кольцами, для крепления горелки к газораспределительному устройству, дросселирующую шайбу (см. Двигатель НК-16-18СТ. Серия 2. «Руководство по технической эксплуатации». Стр. 126).
Основными недостатками данного технического решения указанной форсунки (горелки):
Отсутствие фильтрации топлива, из-за отсутствия фильтрующих элементов.
Не возможность переключение с одного вида топлива на другой вид топлива без остановки газотурбинного двигателя по причине отсутствия двух раздельных каналов подвода топлива.
Не эффективность работы форсунки на жидком топливе из-за отсутствия распыливающего элемента,
Низкая полнота сгорания топлива в следствие формирования слабо закрученной струи газа из за наличия шнека.
Недостаточное качество распыла газа форсункой по причине загромождения канала прохода газа шнеком.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно;
- обеспечение фильтрации жидкого топлива,
- обеспечение переключение с одного вида топлива на другой вид топлива без остановки газотурбинного двигателя,
- обеспечение эффективности работы на жидком топливе,
- повышение полноты сгорания топлива,
- обеспечение высокого качество распыла газа,
Технический результата достигается тем, что корпус форсунки имеет два канала подвода топлива, во внутреннюю часть корпуса форсунки установлена газораспределительная втулка в центр которой установлен удлиненный сетчатый фильтр и центробежный распылитель жидкого топлива, между корпусом форсунки и корпусом завихрителя установлен струйный распылитель газа.
Таким образом, поставленная задача в целом достигается тем, что
Для обеспечения фильтрации жидкого топлива во внутреннюю часть корпуса форсунки установлена газораспределительная втулка в центр которой установлен удлиненный сетчатый фильтр
Для обеспечения переключения с одного вида топлива на другой вид топлива без остановки газотурбинного двигателя корпус форсунки имеет два канала подвода топлива
Для обеспечения эффективности работы на жидком топливе во внутреннюю часть корпуса форсунки установлена газораспределительная втулка в центр которой установлен удлиненный сетчатый фильтр и центробежный распылитель жидкого топлива.
Для повышения полноты сгорания на конце форсунок установлен распылитель с отверстиями для выхода струй газа в закрученную струю воздуха, что позволяет организовать струйную подачу топлива в зону горения, вследствие чего обеспечивается полнота сгорания топлива.
Обеспечение высокого качества распыла газа с воздухом достигается за счет установки распылителя с отверстиями подающими струи газа в закрученный поток воздуха, что позволяет обеспечить на выходе из форсунки хорошо подготовленную топливновоздушную смесь.
Изобретением решается задача использования двух видов топлива - жидкого и газообразного, в частности, при работе камеры  сгорания газотурбинного двигателя. Переключение с одного вида топлива на другой вид топлива происходит без остановки газотурбинного двигателя. Повышение полноты сгорания. Это достигается улучшенным смешением топлива и воздуха, что, в свою очередь, способствует снижению уровня выбросов вредных веществ в атмосферу на всех режимах работы газотурбинного двигателя.
При внедрении изобретения достигается возможность применять в качестве топлива авиационный керосин, дизельное топливо, природный газ. Изобретение при необходимости позволяет модернизировать газотурбинные двигатели, работающие на газообразном топливе в двигатели с системой «газ плюс жидкое топливо» с минимальным количеством доработок и без изменения габаритных размеров. Двухтопливная форсунка улучшает эксплуатационные характеристики газотурбинных двигателей.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом:
Фиг. 1 - общий вид, продольный разрез.
Заявленная двухтопливная форсунка характеризуется наличием существенных  конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, двухтопливная форсунка (фиг. 1), содержит корпус завихрителя (1) включающего лопаточный завихритель (2), смесительную втулку (3), корпус форсунки (4) который установлен в газораспределительное устройство (5). Корпус завихрителя (1) содержит два канала подвода топлива: жидкого топлива (6) и газа (7). Во внутренний канал корпуса форсунки (4) установлена газораспределительная втулка (8) формирующая между корпусом форсунки (4) топливный канал (9), между корпусом форсунки (4) и газораспределительной втулкой (8) установлен распылитель (10) с отверстиями (11). В центр  газораспределительной втулки (8) установлен удлиненный сетчатый фильтр (12) и центробежный распылитель жидкого топлива (13). Для обеспечения герметичности двухтопливная форсунка содержит уплотнительные кольца (14), шлицевую гайку (15) которая при помощи резьбового соединения фиксирует корпус форсунки (4) в газораспределительном устройстве (5), а для обеспечения заданного расхода воздуха через лопаточный завихритель (2) имеет дросселирующую шайбу (16).
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости на стандартном оборудовании в КНИТУ-КАИ с применением современных материалов и технологий.
Поток воздуха (Фиг. 1.) пройдя через окна газораспределительного устройства движется через лопаточный завихритель (2), топливный газ поступает в отверстия (7) корпуса форсунки (4) и попадает в канал (9) образованный корпусом форсунки (4) и газораспределительной втулкой (8), затем выходит через отверстия (11) распылителя (10). Топливный газ прошедший через отверстия (11) в распылителе (10) смешивается с воздухом подаваемым через лопаточный завихритель (2) и подается во внутреннюю полость смесительной втулки (3).
При подаче жидкого топлива в отверстие (6) корпуса форсунки (4) попадает в центр газораспределительной втулки (8) проходит через сетчатый фильтр (12) и поступает в центробежный распылитель жидкого топлива (13). Жидкое топливо прошедшее через центробежный распылитель жидкого (13) топлива смешивается с воздухом подаваемым через лопаточный завихритель (2) и подается во внутреннюю полость смесительной втулки (3).
Предложенное изобретение увеличивает функциональные возможности газотурбинного двигателя и может быть использовано в авиации, энергетике и газовой промышленности.