КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ANNULAR COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей - ГТД.
Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493492, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г.
Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешний и внутренний корпусы, внешний и внутренний кожуха, установленные с зазором относительно внешнего и внутреннего корпусов. Число форсуночных модулей выполнено кратным четырем
Недостатки: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.
Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493495, МПК F23R 3/00, опубл. 20.09.2013 г., прототип.
Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровой трубой с внешним кожухом жаровой трубы, сообщающими внешний кольцевой зазор между внешним кожухом, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания,
Недостаток: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.
Задачи создания изобретения: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.
Достигнутые технические результаты: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.
Решение указанных задач достигнуто в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания. Согласно изобретению, возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите, и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.
Возможность закрутки продуктов сгорания может быть выполнена за счет размещения форсунок на форсуночной плите под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания и за счет размещения отверстий охлаждения жаровой трубы под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…5, где:
на фиг. 1 приведена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя,
на фиг. 2 приведен вид А,
на фиг. 3 приведен вид В,
на фиг. 4 приведен разрез С-С,
на фиг. 5 приведен разрез В-В.
Перечень признаков, принятых в описании:
жаровая труба 1,
внешний кожух 2 жаровой трубы 1,
внешний кольцевой зазор 3,
корпус камеры 4,
полость жаровой трубы 5,
форсуночная плита 6,
форсунка 7,
коллектор 8,
топливная система 9,
полость 10,
отверстия для подачи охлаждающего воздуха 11,
отбортовка 12,
карманы для подачи воздуха 13,
перфорация. 14,
отверстия для воздуха 15,
1
ϕ - угол наклона форсунок,
2
ϕ - угол наклона отбортовок,
3
ϕ - угол наклона карманов для подачи воздуха.
Предложена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя - ГТД повышенной экономичности (фиг. 1) содержит жаровую, трубу 1 с внешним кожухом жаровой трубы 2, сообщающими внешний кольцевой зазор 3 между внешним кожухом 2 жаровой трубы 1 и корпусом камеры 4 с полостью жаровой трубы 5.
На входном торце жаровой трубы 1 (Фиг. 2) установлена форсуночная плита 6 с форсунками 7 и коллектором 8, к входу которого присоединена топливная система 9.
Воздушный тракт включает полость 10 (фиг. 1) между компрессором (на фиг. 1-5 не показан) и кольцевой камерой сгорания.
На жаровой трубе 1 выполнены отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха с отбортовками 12 и карманы 13 для заброса охлаждающего воздуха внутрь полости 5 жаровой трубы 1 на значительную глубину.
Отбортовки 12 отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха (фиг. 4) предназначены для создания направления охлаждающего воздуха с целью его закрутки вдоль оси OO кольцевой камеры сгорания в пределах пограничного слоя.
На карманах для подачи воздуха 13 (фиг. 5) выполнена перфорация. 14 для охлаждения карманов 13.
1
1
1
1
На фиг. 3 приведен вид В на форсунок 7 и форсуночной плиты 6. Форсуночная плита 6 выполнена ступенчатой с внутренней стороны, а форсунки 7 установлены таким образом, чтобы их оси OO были наклонены к продольной оси камеры сгорания OO на угол ϕ. Оптимальный угол наклона ϕ=7…30°.
2
На фиг. 4 приведен разрез С-С отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха. На фиг. 4 видно, что воздух, проходящий через отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха, закручивается вдоль внешнего кожуха 2 жаровой трубы 1. Это достигнуто выполнением отбортовок 12 под углом ϕ=7…30° к продольной оси камеры сгорания OO. Но продукты сгорания внутри кольцевой камеры сгорания не закручиваются.
2
Оптимальный угол ϕ=7…30°
3
На фиг. 5 приведен разрез В-В закрутки продуктов сгорания во всем объеме кольцевой камеры сгорания. Это достигнуто применением карманов 13 для подачи воздуха, значительно выступающих внутрь жаровой трубы 1 и оси которых наклонены к плоскостям, проходящим через продольную ось кольцевой камеры сгорания ОО под углом ϕ.
3
Оптимальный угол ϕ=7…30°
Карманы 13 для подачи воздуха 13 содержат перфорацию 14 для воздуха. Перфорация для воздуха 14 предназначена для охлаждения карманов 13 для подачи воздуха.
РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
При запуске газотурбинного двигателя (фиг. 1…5) стартером (не показан) раскручивают вал, который раскручивает рабочие колеса компрессора и турбины (не показано).
Топливный газ при запуске ГТД поступает в топливную систему 9, потом в коллектор 8 и далее в форсунки 7 (фиг. 1). Топливо перемешивается с воздухом, который через отверстия 15 поступает в форсунки 7.
Форсунки 7 выполнены топливо-воздушными и воздух, необходимый для горения топлива поступает через отверстия для воздуха 15 (фиг. 1, 2 и 3), выполненные в форсуночной плите 6 и в форсунках 7.
В результате этого интенсивно закручивается весь объем продуктов сгорания и топливо сгорает полости жаровой трубы 5 более полно.
Это позволило повысить полноту сгорания и уменьшить окружную неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания.
Применение изобретения позволило:
- повысить полноту сгорания топлива в камере сгорания,
- уменьшить эмиссию вредных веществ,
- снизить окружную неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания за счет закрутки продуктов сгорания в кольцевой камере сгорания предложенными средствами,
- упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и при необходимости отказаться от его охлаждения, например, применив керамику.