ФРОНТОВОЕ УСТРОЙСТВО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может найти применение в конструкциях камер сгорания газотурбинных двигателей.
Наиболее близким является фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащее топливную форсунку с топливоподводящим каналом, в корпусе которой установлена распределительная втулка с образованием кольцевой полости, сообщенной с топливоподводящим каналом, во втулке выполнены сквозное осевое отверстие для подвода воздуха и радиальные отверстия для подачи топлива, сообщающие осевое отверстие с кольцевой полостью форсунки, и смеситель с закручивающими элементами, расположенный между форсункой и жаровой трубой, при этом внутренняя полость смесителя сообщена с внутренней полостью жаровой трубы (патент РФ на полезную модель №10243, МПК F23R 3/20, опубл. 16.06.1999).
Отложений нагара на форсунке не происходит благодаря ее размещению вне полости жаровой трубы, но возможны отложения нагара на конической вставке, вынесенной в зону обратных токов жаровой трубы. Недостатком этого фронтового устройства является наличие телескопического соединения распределительной втулки с центральным телом смесителя, из-за утечек топлива через монтажный зазор, что способствует образованию переобогащенных топливом зон, ведет к увеличению неравномерности температурного поля за камерой сгорания и росту выбросов вредных веществ (окиси углерода СО и оксида азота NOx) в продуктах сгорания.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение нагарообразования на форсунке, повышение полноты сгорания топлива, а также снижение уровня окиси углерода СО и оксида азота NOx в продуктах сгорания, повышение равномерности температурного поля на выходе из камеры сгорания.
Дополнительным техническим результатом является повышение надежности камеры сгорания за счет упрощения конструкции.
Технический результат достигается тем, что во фронтовом устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем топливную форсунку с топливоподводящим каналом, в корпусе которой установлена распределительная втулка с образованием кольцевой полости, сообщенной с топливоподводящим каналом, во втулке выполнены сквозное осевое отверстие для подвода воздуха и радиальные отверстия для подачи топлива, сообщающие осевое отверстие с кольцевой полостью форсунки, и смеситель с закручивающими элементами, расположенный между форсункой и жаровой трубой, при этом внутренняя полость смесителя сообщена с внутренней полостью жаровой трубы, в отличие от известного, отверстие для подвода воздуха форсунки выполнено в виде двух последовательно расположенных участков, один из которых выполнен диффузорным и сообщен с внутренней полостью смесителя, при этом во втулке выполнены дополнительные тангенциальные отверстия для подачи топлива с возможностью его закрутки в направлении противоположном закрутке потока в закручивающих элементах смесителя, и сообщающими диффузорный участок осевого отверстия с кольцевой полостью форсунки.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлено предлагаемое фронтовое устройство камеры сгорания.
Фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит топливную форсунку 1 с топливоподводящим каналом 2. В корпусе форсунки соосно установлена распределительная втулка 3 с образованием кольцевой 4 полости, сообщенной с топливоподводящим каналом 2.
Во втулке 3 форсунки выполнено сквозное осевое 5 отверстие для подвода воздуха в виде двух последовательно расположенных участков, один 6 участок выполнен, например, прямым, а второй 7 участок - диффузорным.
Между форсункой 1 и жаровой трубой 8 расположен смеситель 9 с закручивающими элементами 10, при этом внутренняя полость 11 смесителя 9 сообщена с внутренней полостью 12 жаровой трубы 8 и с диффузорным участком 7 осевого 5 отверстия втулки 3.
Во втулке 3 выполнены радиальные 13 отверстия для подачи топлива, сообщающие участок 6 осевого 5 отверстия с кольцевой 4 полостью форсунки 1, и дополнительные тангенциальные 14 отверстия для подачи топлива, сообщающие диффузорный участок 7 осевого 5 отверстия с кольцевой 4 полостью форсунки 1. Тангенциальные 14 отверстия выполнены с возможностью закрутки топлива в направлении противоположном закрутке потока воздуха в закручивающих элементах 10 смесителя 9.
Фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.
Воздух, попадающий во фронтовое устройство через закручивающие элементы 10, создает закрученный поток, который формирует зону обратных токов с обратным течением продуктов сгорания и несгоревшего топлива во внутренней полости 12 жаровой трубы 8 за внутренней полостью 11 смесителя 9.
В кольцевую 4 полость форсунки 1 по топливоподводящему каналу 2 подается топливо, которое через отверстия 13 и 14 поступает в сквозное осевое 5 отверстие форсунки. Продвигаясь по сквозному осевому 5 отверстию форсунки топливо смешивается с воздухом, который подается в сквозное осевое 5 отверстие форсунки из полости за диффузором (не показан). За счет закрутки топлива в отверстиях 14 закрученный поток топлива движется вдоль поверхности диффузорного участка 7 осевого 5 отверстия и поступает во внутреннюю полость 11 смесителя 9, где взаимодействует с потоком воздуха, закрученным закручивающими элементами 10. Во внутренней полости 11 смесителя происходит эффективное перемешивание топлива с воздухом с дальнейшим поступлением топливовоздушной смеси во внутреннюю полость 12 жаровой трубы 8, где происходит ее сгорание.
Поток топлива, благодаря его закрутке в отверстиях 14, втекает в закрученный поток воздуха во внутренней полости 11 смесителя 9 в виде сплошного полого конуса, при этом происходит эффективное его перемешивание с воздухом, в результате чего во внутреннюю полость 12 жаровой трубы 8 подается однородная топливовоздушная смесь.
По осевому 5 отверстию втулки 3 непрерывно проходит топливовоздушная смесь, препятствующая отложению нагара на торцевой стенке форсунки и участвующая в горении. Из-за отсутствия не перемешанных с воздухом струй топлива повышается полнота его сгорания, а также снижаются выбросы вредных веществ и выравнивается температурное поле на выходе из камеры сгорания.