СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ ОСНОВНОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
FUEL SYSTEM OF MAIN COMBUSTION CHAMBER OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности, к системе топливопитания основной камеры сгорания газотурбинного двигателя и топливному коллектору с форсунками для распиливания жидкого топлива.
Процессы смесеобразования в камерах сгорания газотурбинных двигателей существенно влияют на организацию горения, надежность и экономичность работы камер сгорания, термический режим отдельных элементов двигателей.
Известна полезная модель №64324 камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающая корпус, топливный коллектор, форсунки, зивихрители, диффузоры и жаровую трубу с внешним и внутренним кожухом, на котором имеются охлаждающие средства, при том, что жаровая труба разделена на две зоны горения: дежурную и основную, а топливный коллектор представляет собой блок из двух коллекторов, один из которых соединен с форсунками дежурной зоны, а другой - с форсунками основной зоны. Недостатком указанной модели является значительная длина жаровой трубы, определяемая разнесением зон горения и коллекторов с форсунками по длине камеры сгорания. При этом минимальный расход топлива для горения в дежурной зоне значителен, а кратковременная отсечка подачи топлива в нем вызывает погасание пламени в камере сгорания.
Наиболее близким прототипом является коллектор основной камеры сгорания с центробежными двухконтурными форсунками открытого типа с противонагарными колпачками, которые обладают конструктивной способностью к восстановлению горения в основной камере сгорания за счет истекающих из нижних форсунок остатков топлива в трубопроводах коллектора при кратковременных отсечках подачи топлива в коллекторы при срабатывании антипомпажной системы, стоп-крана или клапана сброса и останова (см. например, Кирпичев А.С., Коцюбинский С.В., Мосягин В.В. Восстановление горения в основной камере сгорания с форсунками открытого типа // Климовские чтения-2012: Перспективные направления развития предприятий авиадвигателестроения: сборник докладов международной научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2012. - 132…140 с.). Недостатком описанного коллектора является ограничение длительности удержания пламени на торце форсунки объемом остаточного топлива, определяющейся временем опорожнения трубопроводов и топливного коллектора, а так же возможность погасания этого остаточного горения при эволюциях самолета.
Задачей изобретения является сохранение длительного горения на одной или нескольких дежурных форсунках при отсечках подачи топлива в коллектор малого расхода для последующего восстановления горения без использования системы воспламенения.
Поставленная задача решается тем, что в системе топливопитания выделяется дежурная (одна или более) центробежная двухконтурная форсунка открытого типа с противонагарным колпачком, которая при отсечках подачи топлива в коллектор малого расхода переходит на автономное питание с дежурным расходом топлива, обеспечивающим поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха, поступающего к торцу форсунки через каналы противонагарного колпачка. При этом зона горения организуется завихрением этого воздуха непосредственно за торцом форсунки.
Для восстановления режимов работы двигателя во все форсунки коллектора малого расхода, включая дежурную, подается расход топлива, определяемый агрегатом управления двигателем исходя из давления и расхода воздуха в камеру сгорания, и за счет переброса пламени от зоны горения дежурной форсунки восстанавливается горение во всем объеме камеры сгорания.
В качестве дежурной форсунки может быть использована пусковая форсунка.
В дежурной форсунке автономное питание малого расхода может подаваться через центральное сопло.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении восстановления горения в основной камере сгорания после резких сбросов расхода топлива, срабатывании антипомпажной системы, отказе свечей зажигания и т.п.
Система топливопитания основной камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая насосный блок, топливный бак, регулятор расхода топлива, распределитель, датчик давления, блок управления, топливные коллекторы малого и основного расходов и форсунки, которая также дополнительно содержит дежурный топливный коллектор включающий по меньшей мере одну двухконтурную форсунку открытого типа, состоящую из корпуса, резьбовых фильтров, сопел распыливания малого и основного расходов топлива и противонагарного колпачка, при этом магистраль подачи топлива к форсункам дежурного коллектора содержит отсечной и обратный клапаны, а магистраль подачи топлива форсунок коллектора малого расхода связана с магистралью подачи топлива дежурных форсунок через обратный клапан.
Топливо к соплам малого расхода форсунок дежурного топливного коллектора подается с расходом, пропорциональным расходу воздуха через противонагарный колпачок.
В качестве форсунок дежурного топливного коллектора используются пусковые форсунки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлены:
Фиг. 1 Система топливопитания для обеспечения дежурного горения, где
1 - камера сгорания ГТД;
2 - топливный коллектор дежурных форсунок;
3 - топливный коллектор форсунок малого расхода;
4 - топливный коллектор форсунок основного расхода;
5 - форсунки;
6 - насосный блок;
7 - топливный бак;
8 - регулятор расхода топлива;
9 - распределитель;
10 - датчик давления;
11 - отсечной клапан;
12 - обратные клапаны, а) - в магистрали топливного коллектора дежурных форсунок, б) - в магистрали, связывающей топливный коллектор дежурных форсунок с топливным коллектором форсунок малого расхода;
13 - блок управления.
Фиг. 2 Схема горения за торцом дежурной двухконтурной топливной форсунки открытого типа при дежурных расходах топлива, где
14 - корпус форсунки;
15 - резьбовой фильтр малого и дежурного расходов топлива;
16 - резьбовой фильтр основного расхода топлива;
17 - завихритель малого и дежурного расхода топлива;
18 - завихритель основного расхода топлива;
19 - сопло основного расхода топлива;
20 - сопло малого и дежурного расхода топлива;
21 - противонагарный колпачок;
22 - воздушный канал;
23 - тороидальная зона горения;
24 - зона обратных токов.
Система топливопитания камеры сгорания 1 включает топливный коллектор дежурных форсунок 2, топливный коллектор форсунок малого расхода 3, топливный коллектор форсунок основного расхода 4, двухконтурные топливные форсунки 5, насосный блок 6, связанный с топливным баком 7. Выход из насосного блока 6 посредством основной топливной магистрали через регулятор расхода топлива 8 связан с распределителем 9. Регулятор 8 и распределитель 9 осуществляют подачу и распределение топлива в коллекторы 2, 3 и 4. Датчик давления 10 камеры сгорания 1 связан с регулятором 8. В магистрали, осуществляющей подачу топлива к коллектору дежурных форсунок 2, установлен отсечной клапан 11 и обратный клапан 12-а). Магистраль топливного коллектора форсунок малого расхода 3, связана с магистралью топливного коллектора дежурных форсунок 2 через обратный клапан 12-б). Позицией 13 обозначен блок управления.
Дежурные форсунки состоят из корпуса 14, резьбового фильтра малого и дежурного расходов топлива 15, резьбового фильтра основного расхода топлива 16, завихрителя малого и дежурного расхода топлива 17, подающего топливо к соплу 20, завихрителя основного расхода топлива 18, подающего топливо к соплу 19, противонагарного колпачка 21, образующего воздушный канал 22, который создает тороидальную зону горения 23 у зоны обратных токов 24. Форсунки коллекторов 3 и 4 могут быть выполнены одноконтурными.
При работе двигателя в камеру сгорания 1 поступает воздух и пропорционально его расходу или давлению, измеряемому датчиком 10, из топливного бака 7 с помощью насосного блока 6, через регулятор расхода 8 и распределитель 9 осуществляется подача и дозирование топлива в топливный коллектор малого расхода 3 и топливный коллектор основного расхода 4. Часть топлива, дозированного регулятором 8 для топливного коллектора малого расхода 3, поступает через обратный клапан 12-б) в топливный коллектор дежурных форсунок 2. При этом на режиме основного горения блок управления 13 закрывает отсечной клапан 11 расхода топлива в топливный коллектор дежурных форсунок 2 и его форсунки выполняют функцию форсунок топливного коллектора малого расхода 3.
При подаче команды от блока управления 13 на включение дежурного режима подачи топлива происходит резкое прекращение подачи топлива в топливный коллектор основного расхода 4, топливный коллектор малого расхода 3 и форсунки коллектора дежурных форсунок 2 через обратный клапан 12-б). Одновременно с падением давления в топливном коллекторе малого расхода 3 открывается отсечной клапан 11 и топливо через обратный клапан 12-а), закрыв обратный клапан 12-б), поступает в топливный коллектор дежурных форсунок 2. Разрыв подачи топлива в трубопроводы дежурных форсунок 2 не допускается. Регулятор 8 пропорционально давлению воздуха, измеренного датчиком 10, через клапан 11 подает в топливный коллектор дежурных форсунок 2 дежурное количество топлива, необходимое для устойчивого горения в зоне 23, создавая за дежурными форсунками условие для оптимального горения топливовоздушной смеси даже при снижении расхода воздуха до околонулевых значений при авторотации или перед остановкой двигателя. Воздух, проходящий через канал 22 противонагарного колпачка 21, создает за ним тороидальную зону горения 23 за счет образования зоны обратных токов 24. Кинетическая энергия распыливания топлива, как составная часть поля скоростей за форсункой, исчезает, что вызывает уменьшение тороидальной зоны горения 23 и зоны обратных токов 24, приближая их вплотную к торцу противонагарного колпачка 21.
При подаче от блока управления 13 команды на возрастание режима работы происходит увеличение расхода топлива в топливный коллектор малого расхода 3. Обратный клапан 12-б) открывается давлением и топливо коллектора малого расхода 3 поступает в топливный коллектор дежурных форсунок 2. За счет кинетической составляющей распыливания топлива происходит увеличение зоны горения 23 и зоны обратных токов 24 с подключением дополнительного пристеночного слоя воздуха из фронтового устройства жаровой трубы к процессу горения. Это приводит к распространению пламени от дежурных форсунок 2 к форсункам топливного коллектора малого расхода 3 камеры сгорания и увеличению режима работы двигателя до параметров, заданных регулятором расхода топлива 8 по команде от блока управления 13. Отсечной клапан 11 при этом может быть закрыт как по команде от блока управления 13, так и давлением топлива, прошедшим обратный клапан 12-б) из топливного коллектора малого расхода 3 и закрывшим обратный клапан 12-а). Дальнейшее увеличение расхода топлива производит регулятор 8 через распределитель 9 в топливный коллектор основного расхода 4.