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 корпус, в передней, по направлению потока воздуха, стенке которого установлена топливная форсунка, и осерадиальный завихритель с закручивающими элементами в виде лопаток, 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, при этом количество отверстий совпадает с количеством закручивающих элементов (патент на полезную модель №119071, МПК F23R 3/16, опубл. 10.08.2012). Завихритель, расположенный в передней стенке корпуса, имеет поверхность образованную выходными кромками закручивающих элементов. Отверстия для подвода воздуха расположены в плоскостях, проходящих между закручивающими элементами. Топливо из форсунки подается во внутреннюю полость фронтового устройства, смешивается с воздухом, поступающим в эту полость из завихрителя, и далее закрученный поток топливовоздушной 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 окружная неравномерность скорости потока вызвана наличием закручивающих элементов в канале завихрителя, частично перегораживающим проточную часть. За выходной кромкой каждого закручивающего элемента имеются пониженные скорости воздуха по сравнению со скоростью потока между закручивающими элементами и, соответственно, пониженный расход воздуха. Таким образом, в местах с пониженным расходом воздуха за выходными кромками закручивающих элементов, имеются зоны переобогащенные топливом.
Если фронтовое устройство работает в режиме с коэффициентом избытка воздуха α>1 (с количеством воздуха большим, чем требуется для полного сгорания топлива), то при горении топливовоздушной смеси за выходной кромкой каждого закручивающего элемента уменьшение расхода воздуха приводит к увеличению температуры горения в этих зонах и увеличению выбросов NOx.
Если фронтовое устройство работает в режиме с коэффициентом избытка воздуха α<1 (с количеством воздуха меньшим, чем требуется для полного сгорания топлива), то при горении топливовоздушной смеси за выходной кромкой каждого закручивающего элемента уменьшение расхода воздуха приводит к уменьшению температуры горения в этих зонах и, соответственно, к увеличению выбросов CO и способствует образованию дыма.
x
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижения выбросов вредных веществ (оксида азота NO, окиси углерода CO) 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, при этом количество отверстий совпадает с количеством закручивающих элементов, в отличие от известного оси выходных кромок закручивающих элементов расположены в радиальных плоскостях корпуса, проходящих через оси отверстий для подвода воздуха.
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 в виде лопаток, при этом завихритель 2 расположен в передней, по направлению потока воздуха, 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 вокруг распылителя топливной форсунки 7. Оси 8 отверстий 6 расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси 9 (фиг. 3) выходных кромок 5 закручивающих элементов 3. Количество отверстий 6 соответствует количеству закручивающих элементов 3.
Предложенная конструкция работает следующим образом.
Воздух, попадающий во внутреннюю полость 10 фронтового устройства через закручивающие элементы 3, создает закрученный поток. Через отверстия 6 во внутреннюю полость 10 подается дополнительный воздух. Так как отверстия 6 расположены на осях 9, проходящих через выходные кромки 5 закручивающих элементов 3, т.е. в следе за закручивающими элементами 3, то скорость потока воздуха и расход воздуха в следе за закручивающими элементами 3 увеличиваются и приближаются к значениям между закручивающими элементами. Таким образом, расход воздуха в следе за закручивающими элементами приближается к средним окружным значениям.
В поток воздуха на выходе из закручивающих элементов 3 попадает топливо, вытекающее из распылителя топливной форсунки 7. Из-за подвода дополнительного воздуха через отверстия 6 в следе за закручивающими элементами 3 равномерность топливовоздушной смеси повышается. Из внутренней полости 10 фронтового устройства топливовоздушная смесь попадает в полость жаровой трубы 11, где происходит сгорание топлива.
Топливовоздушная смесь с повышенной равномерностью состава обеспечивает горение в жаровой трубе 11 без локальных зон, переобогащенных топливом, что способствует снижению уровня вредных выбросов NOx, CO и дымления.
Таким образом, данное техническое решение, позволяет обеспечить снижение выбросов вредных веществ NOx, СО и дымления, за счет более равномерного состава топливовоздушной смеси.