КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей и может найти применение в турбомашиностроении, в частности в авиадвигателестроении.
Известны камеры сгорания [Г.С.Скубачевский «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей» - 5-е изд., - М.: Машиностроение, 1981, с.401 и патент РФ №2151343 С1, опубл. 20.06.2000], содержащие корпус, по крайней мере, одну топливную форсунку с соплом и углом распыла топливного факела, установленную на корпусе, жаровую трубу, закрепленную в выходном сечении на корпусе и имеющую возможность смещения при нагревании сторону форсунки, по крайней мере, один завихритель, закрепленный неподвижно в осевом направлении на жаровой трубе, в который вставлена топливная форсунка, завихритель содержит наружное кольцо, снабженное насадком, выступающим внутрь жаровой трубы.
В этих конструкциях не определено соотношение размеров топливного факела с размерами насадка. Такой подход приводит к тому, что топливный факел может соударяться с насадком, как на режиме запуск-малый газ, так и на номинальном режиме, что приводит к раскрытию топливного факела и созданию зоны переобогащенной топливом у стенок жаровой трубы и, соответственно, к повышению температуры на стенках жаровой трубы ведущему к увеличению эмиссии NOx. Или, наоборот, не соприкасаться с насадком, как на режиме запуск-малый газ, так и на номинальном режиме, что приводит к ухудшению розжига топливовоздушной смеси. Таким образом распределение топлива получается оптимальным только для одного режима работы двигателя.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является обеспечение оптимального распределения топлива в жаровой трубе на различных режимах работы двигателя, т.е. обеспечение соударения топливного факела с насадком на режиме запуск-малый газ и отсутствие соударения топливного факела с насадком на номинальном режиме, за счет выполнения насадка с размерами, обеспечивающие соударение топливного факела с кромкой насадка.
Поставленная техническая задача решается тем, что камера сгорания, содержащая корпус, по крайней мере, одну топливную форсунку с соплом и углом распыла топливного факела β, установленную на корпусе, жаровую трубу, закрепленную в выходном сечении на корпусе, и имеющую возможность смещения при нагревании сторону форсунки, по крайней мере, один завихритель, закрепленный неподвижно в осевом направлении на жаровой трубе, в который вставлена топливная форсунка, завихритель содержит наружное кольцо, снабженное насадком, выступающим в сторону жаровой трубы и имеющим выходную кромку диаметром α.
Новым в предлагаемом решении является то, что насадок выполнен с учетом того, что соотношению половины диаметра α к расстоянию b от торца сопла форсунки до кромки насадка равно тангенсу половины угла β распыла топливного факела.
На фиг.1 представлен вид сбоку камеры сгорания газотурбинного двигателя.
На фиг.2 представлен вид сбоку камеры сгорания газотурбинного двигателя при номинальном режиме работе двигателя.
Камера сгорания содержит корпус 1, топливные форсунки 2, установленные на корпусе 1 и имеющие угол распыла топливного факела β. Жаровую трубу 3, закрепленную элементами крепления 4 в выходном сечении на корпусе 1 и имеющую возможность смещения при нагревании сторону форсунок 2. На жаровой трубе 3 неподвижно в осевом направлении установлены завихрители 5, в которые вставлены топливные форсунки 2.
Завихрители 5 содержат наружные кольца 6, снабженное насадками 7, выступающим в сторону жаровой трубы 2, диаметр выходной кромки насадка равен α, расстояние от торца сопла форсунки до кромки насадка равно b. Насадок выполнен с учетом того, что соотношение α/2 к b равно tg β/2.
Работа камеры сгорания осуществляется следующим образом. На режиме розжига тепловое расширение жаровой трубы 3 в сторону форсунок 2 отсутствует и, поскольку насадок выполнен с учетом того, что расстояние b от торца сопла форсунки до кромки насадка равно отношению половины диаметра α к тангенсу половины угла распыла топливного факела β, то топливный факел 8 форсунки 2 соударяется с кромкой 9 насадка 7. Образованные при этом частицы топлива за счет сил центробежных воздушного потока завихрителя 5 попадают в периферийную зону проточной части жаровой трубы. В этой зоне в районе запального устройства 10 создается смесь с повышенным содержанием топлива, что оптимально на режиме розжига.
При повышении режима работы двигателя температура стенок жаровой трубы 3, омываемых горячими газами, увеличивается относительно температуры корпуса 1 камеры сгорания. За счет этого жаровая труба 3 увеличивает свою длину. При выполнении элемента крепления 4 жаровой трубы 3 к корпусу 1 в ее выходной части, расширение происходит в сторону форсунок 2 и, соответственно, завихрители 5, закрепленные на жаровой трубе 3 перемещаются относительно форсунок 2 вверх по потоку. В результате такого смещения топливный факел 8 форсунки 2 перестает соударяться с кромкой 9 насадка 7 и все топливо из форсунки 2 попадает в центральную зону проточной части жаровой трубы 3. В периферийной зоне жаровой трубы 3 в это время образуется топливовоздушная смесь с пониженным содержанием топлива с пониженной местной температурой газа, что является оптимальным для такого режима работы двигателя, поскольку при этом устраняется перегрев стенок жаровой трубы.
Устранение повышенной местной температуры снижает уровень образования NOx в этой зоне.
Таким образом, благодаря тому, что насадок выполнен с размерами, обеспечивающими соударение топливного факела с кромкой насадка, осуществляется оптимальное распределения топлива в жаровой трубе на различных режимах работы двигателя.