| Реферат |
Изобретение относится к области двигателестроения, и в частности к малоразмерным газотурбинным двигателям с испарительными камерами сгорания. Камера сгорания состоит из внешней и внутренней стенок жаровой трубы, конфузорных каналов для закрутки воздуха, испарительных трубок, расположенных по окружности, испарительных трубок для подвода топливовоздушной смеси в первичную зону и зону догорания, эжекционных форсунок для предварительного смешения топлива и воздуха перед подачей в испарительную трубку. В камеру сгорания воздух от компрессора подводится для охлаждения стенок жаровой трубы камеры сгорания, далее нагреваясь за счет отвода тепла от стенок, попадает в жаровую трубу через конфузорные щели, выполненные на ее стенках в передней части камеры сгорания, вызывая формирование циркуляционного течения в первичной зоне, из которой продукты сгорания поступают в зону догорания, далее в зону смешения для формирования поля температуры и выходят из камеры сгорания в турбину.
Топливоподводящие узлы представляют собой эжекторы, при этом высоконапорными соплами являются струйные форсунки для подвода жидкого керосина, а через коаксиальные низконапорные сопла
подводится воздух из компрессора. Топливоподводящие узлы установленыпо оси в испарительных трубках. для подвода предварительно перемешанной топливовоздушной смесив первичную зону и в зону догорания. Пояса отверстий для подачи топливовоздущной смеси расположены на стенках испарительных трубок и размещены в первичной зоне и зоне догорания. Топливовоздушная смесь образуется
за счет смешения паров топлива с воздухом. Такое исполнение камеры сгорания благодаря применению эжекторов в качестве топливодводящих узлов позволяет увеличить ресурс испарительных
трубок, в результате охлаждения стенок, а также повысить полноту сгорания за счет предварительного перемешивания топлива с воздухом, сократить длину смешения топливовоздушной смеси.
Изобретение относится к области двигателестроения, и в частности к малоразмерным газотурбинным двигателям с высокоэффективным узлом камеры сгорания, а именно сэжекционнымспособом создания
топливно-воздушной смеси.
Известна схема (см. книга ТомасКампс (Thomas Kamps). Модели реактивных двигателей (Model Jet Engines) (3rd Edition), стр. 41, 1995 TrapletPublications Ltd [1]) состоит из входного устройства, центробежного компрессора, камеры сгорания с подводом испаренного топлива в первичную зону горения, осевой турбины. Недостатком такой конструкции является неполное сжигание топлива топлива из-за подвода жидкого топлива только в первичную зону горения через струйные форсунки, и как следствие, низкую полноту сгорания топлива не более 0,9.
Известна схема испарительной камеры сгорания (см. Патент № CN 100443805 C Дата: 29.09.2005 г. Evaporation tube type microengine combustor(Камера сгорания испарительного трубчатого типа для
микродвигателя) [2]). Камера сгорания состоит из наружной и внутренней стенок жаровой трубы и 3-12 Т-образных топливных форсунок, равномерно расположенных по окружности. За счет
тангенциального подвода воздуха из компрессора образуется вихревое течение в первичной зоне, которое стабилизирует пламя.
Недостатком такой конструкции является перегрев фронтовой части жаровой трубы камеры сгорания, что ведет к сокращению ресурса камеры сгорания.
Известна схема малоразмерного двигателя, выбранная за прототип (см. Пат. 2805397 РФ СПК F02K 3/00; F23R 3/32; F23R 3/346.
Малоразмерный газотурбинный двигатель. Дата: 09.03.2023 г. [3]), содержащий входное устройство, рабочее колесо центробежного компрессора, диффузорныйлопаточный канал центробежного
компрессора, вал, жаровую трубу камеры сгорания, топливный коллектор с трубками (испарительные), сопловой аппарат турбины, рабочее колесо турбины, выходное реактивное сопло. Особенностью
схемы является двухстадийная подача топлива в испаренном виде в первичную зону и зону догорания. Такой подвод топлива в жаровую трубу обеспечивает близкий к стехиометрии состав (α 1,0) для горения топливовоздушной смеси как в первичной зоне, так и в зоне догорания, и отсутствие переобогащенных топливом зон, что позволяет полное наиболее быстрое сгорание в пределах зоны горения.
Недостаткомпрототипа является, увеличенная длина испарительных трубок для полного смешения топливовоздушной смеси и сложность регулирования подачи жидкого топлива по испарительной
трубке в первичную зону и зону догорания. Это ведет к неконтролируемой величине полноты сгорания топлива, неравномерной подаче топлива в зону горения, и перегреву стенок жаровой трубы
камеры сгорания, находящихся вблизи.
Целью предлагаемого технического решения является повышение полноты сгорания топлива малоразмерного газотурбинного двигателя применением камеры сгорания с подводом топлива в
первичную и вторичную зоны горения через испарительные трубки и эжекторные топлиподводящие узлы.
Предлагается конструкция испарительной камеры сгорания с эжекторными топливоподводящими узлами (фиг 1). Камера сгорания состоит из внешней и внутренней стенок жаровой трубы,
конфузорных каналов для закрутки воздуха, испарительных трубок, расположенных по окружности, испарительных трубок для подвода топливовоздушной смеси в первичную зону и зону догорания,
эжекционных форсунок для предварительного смешения топлива и воздуха перед подачей в испарительную трубку.
В предлагаемой камере сгорания топливовоздушная смесь подается в две стадии через два ряда отверстий 2 и 6, расположенных по окружности испарительных трубок из топливного коллектора 10
через эжекторы 9. Причем, один ряд отверстий 2 расположен в первичной зоне 3 между головной частью камеры сгорания 12 и первым поясом отверстий подвода воздуха 5. Второй ряд отверстий 6
расположен в сечении проходящем через первый пояс отверстий подвода воздуха 5. Воздух от компрессора поступает через петлевую пластину 4, которая придает ему реверсивное направление вдоль
внутренней стенки, охлаждая ее от нагрева. Часть воздуха поступает через конфузорные щели 1, расположенные в головной части жаровой трубыкамеры сгорания, формируя первичную зону циркуляционного течения, и участвует в образовании топливовоздушной смеси для горения. Несгоревшая часть топлива поступает из первичной зоны 3 в зону догорания 7, куда поступает часть воздуха через отверстия 5 и разбавляет продукты сгорания из первичной зоны, для дальнейшего горения. Через отверстия 8 воздух поступает в зону смешения 11, где смешивается с продуктами сгорания из зоны догорания для формирования поля температуры на выходе из камеры сгорания.
Такой подвод топлива в жаровую трубу обеспечивает близкий к стехиометрии состав α (α 1,0) для горения топливовоздушной смеси как в первичной зоне 3, так и в зоне догорания 7 за первым поясом
отверстий, и отсутствие переобогощенных топливом зон, что позволяет осуществить полное наиболее быстрое сгорание в пределах зоны горения.
Отличительной чертой предлагаемой камеры сгорания является исполнение испарительной камеры сгорания с предварительным смешением топливовоздушной смеси в эжекторах 9 перед раздельной
подачей топлива и воздуха в первичную зону 3 и в зону догорания 7. Такой подвод топлива используется в двухзонных камерах сгорания в полномаштабных газотурбинных двигателях.
|
