ИСПАРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, к камерам сгорания газотурбинных двигателей и может найти применение в конструкциях камер сгорания с испарительными трубками.
Для большинства камер сгорания ГТД эффективное сжигание топлива реализуется при перепадах давления воздуха на стенках жаровой трубы 2-3% от полного давления воздуха на стенках жаровой трубы.
Наиболее близкой к предлагаемой является испарительная камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая жаровую трубу с отверстиями, в полости которой установлены испарительные трубки, внутри которых расположены трубки подачи топлива (The Model Turbo-Prop Engine For Home Construction, By Kyrt Schreckling dipl.-ing. The modeler's world series. 2000, p. 53).
При этом воздух, поступающий в полость жаровой трубы через отверстия в ее стенках, активно участвует в организации структуры течения в жаровой трубе, процессах горения, тепломассообмена и формирования температурного поля, а воздух, поступающий в испарительные трубки, служит для предварительной подготовки топливовоздушной смеси и охлаждения испарительных трубок, предотвращению нагарообразования и коксования топлива.
Недостатком данного устройства является неэффективное сжигание топлива, что обусловлено низкой интенсивностью процессов тепломассообмена в жаровой трубе. Скорость воздуха в испарительных трубках камеры сгорания составляет от 40 до 50 м/с, что обеспечивает достаточно эффективное охлаждение испарительных трубок, время пребывания топливовоздушной смеси, перемешивание топлива с воздухом, но не является оптимальной для основных отверстий жаровой трубы. Скорость около 40-50 м/с реализуется при очень низких, менее 1%, перепадах давления на стенках жаровой трубы (динамическом напоре течения воздуха в отверстиях) и не является достаточным для эффективного сжигания топлива.
Технической задачей полезной модели является создание конструкции испарительной камеры сгорания, обеспечивающей получение в основных отверстиях жаровой трубы оптимальных скоростей воздуха при сохранении величин скоростей в испарительных трубках за счет увеличения перепада давления воздуха на стенках жаровой трубы.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности сжигания топлива в жаровой трубе за счет дросселирования расхода воздуха на входе в испарительные трубки.
Технический результат достигается тем, что в испарительной камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей жаровую трубу с отверстиями, в полости которой установлены испарительные трубки, внутри которых расположены трубки подачи топлива, в отличие от известной, на входе в испарительные трубки установлены дросселирующие устройства, при этом отношение площади проходного сечения дросселирующего устройства к площади проходного сечения испарительной трубки составляет от 0,33 до 0,71.
На фиг. изображена предлагаемая испарительная камера сгорания газотурбинного двигателя.
Испарительная камера сгорания газотурбинного двигателя содержит жаровую трубу 1 с отверстиями 2 в ее наружной и внутренней стенках. В полости 3 жаровой трубы 1 расположены испарительные трубки 4, установленные во фронтовом устройстве 5. Количество испарительных трубок обычно равно или кратно количеству меридиональных рядов основных отверстий 2. Внутри испарительных трубок 4 расположены трубки 6 для подачи топлива, установленные на топливном коллекторе 7.
На входе в испарительные трубки 4 установлены дросселирующие устройства 8, которые выполнены, например, в виде местного сужения, диафрагм или жиклеров. Отношение площади проходного сечения дросселирующего устройства к площади проходного сечения испарительной трубки составляет от 0,33 до 0,71.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Воздух из полости камеры сгорания через отверстия 2 в наружной и внутренней стенках жаровой трубы 1 и через испарительные трубки 4 поступает в полость 3 жаровой трубы. Топливо поступает в трубки 6 для подачи топлива, натекает на внутреннюю поверхность испарительных трубок 4, в которых полностью или частично испаряется, смешивается с воздухом и в виде топливовоздушной смеси поступает в полость 3 жаровой трубы 1. При этом воздух, поступающий в полость жаровой трубы через отверстия 2 в ее наружной и внутренней стенках, активно участвует в организации структуры течения в жаровой трубе, процессах горения, тепло-массообмена и формировании температурного поля, а воздух, поступающий в испарительные трубки 4, служит для предварительной подготовки топливовоздушной смеси и охлаждения испарительных трубок, предотвращению нагарообразования и коксования топлива.
При прохождении воздуха через дросселирующие устройства расход воздуха определяется их площадью и перепадом давления на них, который приблизительно равен среднему перепаду давления воздуха на стенках и в основных отверстиях жаровой трубы, скорость течения в испарительных трубках уменьшается пропорционально изменению площадей и приобретает оптимальные для процессов испарения и смесеобразования значения при оптимальных значения перепада давления и скорости в отверстиях жаровой трубы, и тем самым повышается эффективность сжигания топлива в жаровой трубе.
Пример работы предлагаемой камеры сгорания.
др
и.тр
др
и.тр
При работе газотурбинного двигателя при постановке на входе в испарительные трубки дросселирующих устройств с отношением площади их проходного сечения к площади проходного сечения испарительной трубки f/f. от 0,33 до 0,71 (или отношением соответствующих диаметров d/d от 0,58 до 0,85) обеспечивается перепад давления воздуха на стенках жаровой трубы 2-3%. Скорость воздуха в испарительных трубках составляет 40-50 м/с, при этом оптимальные скорости воздуха в отверстиях в стенках жаровой трубы получаются в диапазоне 70-120 м/с. При этом площади отверстий жаровой трубы выбираются аналогично камерам сгорания с традиционными системами подачи топлива.