| 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, обечайки в виде сужающихся каналов для предварительного смешения паров топлива и воздуха перед подачей в первичную зону. 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. Обечайки в виде сужающихся каналов, установленные во фронтовой части камеры сгорания противоточно испарительным трубкам, служат для индивидуального подвода воздуха в испарительную трубку через выполненные отверстия и быстрого смешения воздуха с парами топлива перед подачей в первичную зону, одновременно охлаждая стенки испарительных трубок от перегрева в области первичной зоны жаровой трубы. Топливо подается через струйные форсунки в испарительные трубки, где, нагреваясь, испаряется и смешивается с воздухом, который подводится коаксиально от компрессора. Испарительные трубки служат для подвода предварительно перемешанной топливовоздушной смеси в 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 обечайкам, в виде сужающихся каналов позволяет смешать топливно-воздушную смесь на короткой длине и обеспечить крепление испарительных трубок в первичной зоне, что одновременно, сказывается на охлаждении стенок испарительных трубок в области первичной зоны и позволяет продлить их ресурс.
Изобретение относится к области двигателестроения, и, в частности, к малоразмерным газотурбинным двигателям с высокоэффективным узлом камеры сгорания, а именно с предварительным смешением топливно-воздушной смеси с помощью обечаек в виде сужающихся каналов.
Известна схема (см. книга Томас Кампс (Thomas Kamps). Модели реактивных двигателей (Model Jet Engines) (3rd Edition), стр. 41, 1995 Traplet Publications 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, возникает зона повышенной температуры, что снижает ресурс испарительных трубок и ведет к их разрушению, особенно в области первичной зоны жаровой трубы.
Известна схема испарительной камеры сгорания газотурбинного двигателя (см. Патент RU № 187491 U1 Дата: 15.11.2018 г. [2]). Камера сгорания, содержащая жаровую трубу с внутренней и наружной стенками, образующими полость, в которой установлены испарительные трубки, трубки для подачи топлива и воспламенитель, который выполнен в виде пускового воспламенителя, сопло которого направлено на боковые поверхности испарительных трубок.
Недостатком такой конструкции является увеличение веса конструкции камеры сгорания и уменьшение объема жаровой трубы, в результате установки воспламенителя внутри жаровой трубы.
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, диффузорный лопаточный 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.
Недостатком прототипа 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 испарительных трубок, и как следствие, сокращению их ресурса.
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 обечайки в виде сужающихся каналов.
Предлагается конструкция испарительной камеры сгорания с обечайками в виде сужающихся каналов, установленными во фронтовой части камеры сгорания и по количеству равными количеству испарительных трубок (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, обечаек 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 фронтовой 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 во фронтовой части жаровой трубы камеры 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. Через пояс отверстий 14 в обечайках 13 воздух из компрессора, охлаждая стенки испарительных трубок, смешивается с топливно-воздушной смесью и подводится в первичную зону камеры сгорания.
Такой подвод топлива в жаровую трубу обеспечивает близкий к стехиометрии состав (α→1,0) для горения топливовоздушной смеси как в первичной зоне 3, так и в зоне догорания 7 за первым поясом отверстий, и отсутствие переобогащенных топливом зон, что позволяет осуществить полное наиболее быстрое сгорание в пределах зоны горения и увеличить ресурс испарительных трубок за счет их охлаждения в первичной зоне.
Отличительной чертой предлагаемой камеры сгорания является исполнение испарительной камеры сгорания с подводом воздуха через обечайки 13, расположенные во фронтовой части жаровой трубы и предварительное смешение топливовоздушной смеси перед подачей ее в первичную зону.
|
