ФРОНТОВОЕ УСТРОЙСТВО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к фронтовым устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в области турбо-машиностроения, в частности двигателестроения.
Известно фронтовое устройство камеры сгорания, содержащее топливную форсунку и корпус, в котором имеется завихритель с закручивающими элементами (патент РФ №160988, МПК F23R 3/16, опубл. 10.04.2016). Завихритель расположен в передней стенке и имеет поверхность, образованную выходными кромками закручивающих элементов завихрителя. В передней стенке под закручивающими элементами вокруг распылителя топливной форсунки выполнен один окружной ряд отверстий. Количество отверстий совпадает с количеством закручивающих элементов. Оси выходных кромок закручивающих элементов расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через оси отверстий для подвода воздуха. Топливо из форсунки подается во внутреннюю полость фронтового устройства, смешивается с воздухом, поступающим в эту полость из завихрителя, и далее закрученный поток топливо-воздушной смеси поступает внутрь жаровой трубы.
Недостатком известного решения является повышенный уровень выбросов вредных веществ в продуктах сгорания. Причиной повышенного уровня выбросов вредных веществ является наличие повышенной окружной неравномерности скорости потока воздуха на выходе из завихрителя, и, соответственно, повышенной окружной неравномерности состава топливовоздушной смеси.
Повышенная неравномерность скоростей и состава топливовоздушной смеси связана с местным затенением потока выходными кромками закручивающих элементов. В следе за кромкой каждого закручивающего элемента имеются пониженные скорости воздуха и, соответственно, пониженный расход воздуха (пониженный коэффициент избытка воздуха), т.е. в следе за кромкой каждого закручивающего элемента имеются зоны с повышенным содержанием топлива.
Для снижения неравномерности под каждым закручивающим элементом, в следе за выходной кромкой, выполнены отверстия для подвода воздуха. Это обеспечивает в следе за закручивающими элементами местную скорость потока воздуха и местный расход воздуха близкие к средним окружным значениям на выходе из закручивающих элементов. Это снижает неравномерность состава топливовоздушной смеси за закручивающими элементами в центральной зоне полости корпуса фронтового устройства. Однако в периферийной зоне полости корпуса фронтового устройства в следе за закручивающими элементами имеется повышенная неравномерность состава топливовоздушной смеси. При горении топливовоздушной смеси при повышенной неравномерности на режимах с коэффициентом избытка воздуха во фронтовом устройстве α>1 переобогащение топливом приводит к увеличению температуры горения в этих зонах и увеличению выбросов NOx. При горении топливовоздушной смеси на режимах с коэффициентом избытка воздуха α<1 в условиях недостатка воздуха для полного сгорания топлива переобогащение топливом приводит к уменьшению температуры горения в этих зонах и, соответственно, к увеличению выбросов СО и способствует образованию дыма.
x
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижения выбросов вредных веществ (оксида азота NO, окиси углерода СО) и дымления за счет повышения равномерности состава топливовоздушной смеси.
Технический результат достигается тем, что во фронтовом устройстве камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка, и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток с выходными кромками, расположенный концентрично топливной форсунке, между завихрителем и топливной форсункой в передней стенке корпуса выполнен один окружной ряд отверстий для подвода воздуха, оси которых расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов, в отличие от известного в передней стенке корпуса концентрично топливной форсунке над осерадиальным завихрителем выполнен дополнительный ряд отверстий для подвода воздуха, при этом оси дополнительных отверстий расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси выходных кромок закручивающих элементов.
Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез фронтового устройства камеры сгорания ГТД; фиг. 2 - вид А; фиг. 3 - схема расположения отверстий и выходных кромок закручивающих элементов в завихрителе.
Фронтовое устройство камеры сгорания (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором имеется завихритель 2. Завихритель 2 снабжен закручивающими элементами 3, при этом завихритель 2 расположен на передней стенке 4 корпуса 1 и имеет поверхность, образованную выходными кромками 5 закручивающих элементов 3 завихрителя 2. В передней стенке 4 корпуса 1 выполнены отверстия 6 под закручивающими элементами 3 вокруг распылителя 7 топливной форсунки 8. Отверстия 6 расположены в следе за закручивающими элементами 3. Количество отверстий 6 соответствует количеству закручивающих элементов 3. В передней стенке 4 корпуса 1 выполнен дополнительный ряд отверстий 9 для подвода воздуха над закручивающими элементами 3. Отверстия 9 расположены в следе за закручивающими элементами 3, при этом оси отверстий 6 и 9 расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси 10 выходных кромок закручивающих элементов 3. Количество дополнительных отверстий 9 соответствует количеству закручивающих элементов 3.
Предложенная конструкция работает следующим образом. Воздух, попадающий во внутреннюю полость 11 корпуса 1 через закручивающие элементы 3, создает закрученный поток. Через отверстия 6 и 9, расположенные в следе за закручивающими элементами 3, во внутреннюю полость 11 корпуса 1 подается дополнительный воздух. Это обеспечивает в следе за закручивающими элементами 3 местную скорость потока воздуха и местный расход воздуха, близкие к средним окружным значениям на выходе из закручивающих элементов 3.
В закрученный поток воздуха попадает топливо, вытекающее из распылителя 7 топливной форсунки 8. Из-за подвода дополнительного воздуха в следе за закручивающими элементами 3 через отверстия 6 топливовоздушная смесь имеет повышенную равномерность по коэффициенту избытка воздуха в центральной зоне внутренней полости 11 корпуса 1, через отверстия 9 - в периферийной зоне внутренней полости 11 корпуса 1. Из внутренней полости 11 корпуса 1 топливовоздушная смесь попадает в полость жаровой трубы 12, где происходит сгорание топлива.
Топливовоздушная смесь с повышенной равномерностью состава обеспечивает горение в жаровой трубе 12 без локальных зон, переобогащенных топливом, что способствует снижению уровня вредных выбросов NOx, СО и дымления.
Таким образом, данное техническое решение позволяет обеспечить снижение выбросов вредных веществ NOx, СО и дымления, за счет более равномерного состава топливовоздушной смеси.