Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя. Кольцевая камера сгорания

4. Типы основных камер сгорания гтд и организация процесса горения в них

Рис. 9.3. Типы основных камер сгорания

Основные камеры сгорания авиационных ГТД могут иметь разнообразные формы проточной части и различное конструктивное выполнение. Применяются практически камеры сгорания трех основных типов (рис. 9.3): а  трубчатые (индивидуальные), б  трубчато-кольцевые и в  кольцевые.

Трубчатая (вверху на рис. 9.3) камера сгорания состоит из жаровой трубы 1, внутри которой организуется процесс горения, и корпуса (кожуха) 2. На двигателях обычно устанавливалось несколько таких камер. В современных авиационных ГТД трубчатые камеры сгорания практически не используются.

В трубчато-кольцевой камере все жаровые трубы заключены в общий корпус, имеющий внутреннюю и наружную поверхности, охватывающие вал двигателя.

В кольцевой камере сгорания (внизу на рис. 9.3) жаровая труба имеет в сечении форму кольца, также охватывающего вал двигателя.

Расположение и тип форсунок, используемых для подачи топлива в камеры сгорания, также могут быть различными. Однако, несмотря на большое разнообразие схем и конструктивных форм основных камер сгорания, процесс горения в них организуется практически одинаково.

Одной из важнейших особенностей организации процесса горения в основных камерах сгорания ГТД является то, что он должен протекать при сравнительно больших коэффициентах избытка воздуха. При реализуемых в настоящее время температурах газа перед турбиной порядка = 1800...1600 К и ниже, как уже отмечалось, значение коэффициента избытка воздуха (среднее для всей камеры) должно составлять 2,0…3,0 и более. При таких значенияходнородная топливо-воздушная смесь, как было указано выше, не воспламеняется и не горит. При резком уменьшении подачи топлива в двигатель, которое может иметь место в условиях эксплуатации, коэффициент избытка воздуха может достигать еще существенно больших значений (до 20…30 и более).

Вторая важная особенность этих камер состоит в том, что скорость потока воздуха или топливо-воздушной смеси в них (выбираемая с учетом требований к габаритным размерам двигателя) существенно превышает скорость распространения пламени. И, если не принять специальных мер, пламя будет унесено потоком за пределы камеры сгорания

Поэтому организация процесса горения топлива в основных камерах ГТД основывается на следующих двух принципах, позволяющих обеспечить устойчивое горение топлива при больших значениях и высоких скоростях движения потока в них:

1. Весь поток воздуха, поступающий в камеру сгорания, разделяешься на две части, из которых только одна часть (обычно меньшая) подается непосредственно в зону горения (где за счет этого создается необходимый для устойчивого горения состав смеси). А другая часть направляется в обход зоны горения (охлаждая снаружи жаровую трубу) в так называемую зону смешения (перед турбиной), где смешивается с продуктами сгорания, понижая в нужной мере их температуру;

2. Стабилизация пламени в зоне горения обеспечивается путем создания в ней зоны обратных токов, заполненной горячими продуктами сгорания, непрерывно поджигающими свежую горючую смесь.

Рис. 9.4. Схема основной камеры сгорания

Для примера на рис. 9.4 показана схема одного из вариантов трубчато-кольцевой камеры сгорания. Камера состоит из жаровой трубы 1 и корпуса 2. В передней части жаровой трубы, которую называют фронтовым устройством, размещаются форсунка 3 для подачи топлива и лопаточный завихритель 5. Для уменьшения скорости воздуха в камере на входе в нее (за компрессором) выполняется диффузор 4, благодаря которому скорость воздуха перед фронтовым устройством обычно не превышает 50 м/с.

Воздух, поступающий в камеру сгорания из компрессора, делится на две части. Одна часть направляется в зону горения, а вторая часть  в зону смешения. Часть воздуха, поступающая в зону горения, в свою очередь делится еще на две части. Первая часть, так называемый первичный воздух (см. рис. 9.4), поступает непосредственно через фронтовое устройство к месту расположения факела распыла топливной форсунки и используется для формирования богатой топливной смеси такого состава, который обеспечивал бы на всех режимах достаточно быстрое и устойчивое сгорание.

Вторая его часть (так называемый вторичный воздух ) через боковые отверстия в жаровой трубе поступает в камеру для завершения процесса горения (первичного воздуха для этого недостаточно). Общее количество воздуха, поступающего в зоны горения (т.е.) обеспечивает в ней коэффициент избытка воздуха порядка= 1,6…1,8, что соответствует устойчивому горению, полному сгоранию и температуре порядка 1800…1900 К.

Если допустимая температура газов перед турбиной ниже этой величины, необходимый для её уменьшения третичный (или смесительный) воздух поступает в жаровую трубу через задние ряды отверстий или щелей, быстро снижая их температуру до допустимой. При этом важно подчеркнуть, что, если какая-то часть топлива не успеет сгореть до попадания в зону смешения, то дальнейшее ее догорание практически уже не произойдет, так как коэффициент избытка воздуха возрастает до значений, превышающих предел устойчивого горения.

Число, расположение и форма отверстий для подвода третичного воздуха подбираются таким образом, чтобы обеспечить желаемое поле температур газа перед турбиной.

Подвод первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу должен быть организован так, чтобы в зоне горения создавалась нужная структура потока. Эта структура должна обеспечить хорошее смешение топлива с воздухом и наличие мощных обратных токов, обеспечивающих надежное воспламенение свежей смеси на всех режимах работы камеры.

Рис. 9.5. Зона обратных токов

в основной камере сгорания

Структура потока в передней части жаровой трубы камеры сгорания с так называемым лопаточным завихрителем показана схематично на рис. 9.5. Воздух поступает сюда через завихритель 1, лопатки которого закручивают поток (подобно лопаткам входного направляющего аппарата компрессора). Далее воздух движется вдоль поверхности жаровой трубы в виде конической вихревой струи. Вихревое движения воздуха приводит к понижению давления в области за завихрителем, вследствие чего в эту область устремляется газ из расположенных дальше от фронтового устройства участков жаровой трубы. В результате здесь возникает зона обратных токов, граница которой показана на рисунке линией 5. Топливо-воздушная смесь, образовавшаяся за фронтовым устройством, при запуске двигателя поджигается огненной струей, создаваемой пусковым воспламенителем 6 (см. рис. 9.4). Но в последующем горячие продукты сгорания вовлекаются в зону обратных токов и обеспечивают непрерывное поджигание свежей смеси. Кроме того, горячие газы, циркулирующие в этой зоне, являются источником теплоты, необходимой для быстрого испарения топлива.

Могут использоваться и другие схемы основных камер сгорания  с несколькими форсунками (несколькими рядами форсунок), с другими способами создания зоны обратных токов и т.д. Но общие принципы организации рабочего процесса в них остаются такими же.

ФОРСАЖНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

ГОРЕНИЯ В НИХ

Рис. 9.6. Схема форсажной камеры сгорания

Состав горючей смеси в форсажной камере отличается от такового в основных камерах сгорания прежде всего тем, что на расчетном режиме их работы температура газа на выходе из неё составляет 2000…2300 К, что может быть достигнуто только при суммарном коэффициенте избытка воздуха , уже не требующем снижения для организации процесса горения. Поэтому в форсажной камере отпадает необходимость разделения её на зону горения и зону смешения. Кроме того, температура среды, в которую впрыскивается топливо, здесь выше, чем в основных камерах сгорания, что облегчает процесс испарения топлива и последующего воспламенения смеси. Но скорость потока газа в форсажных камерах по габаритным соображениям приходится иметь значительно более высокой, чем в основных камерах (порядка нескольких сотен м/с). Поэтому для стабилизации процесса горения в них также организуются зоны обратных токов. Кроме того, в связи с тем, что коэффициент избытка воздухав форсажной камере на её расчетном режиме близок к единице, необходимо обеспечит такое распределение впрыскиваемого топлива по пространству камеры, при котором по возможности было бы исключено местное переобогащение смеси, ведущее к неполному сгоранию.

На рис. 9.6 показана типичная схема форсажной камеры сгорания, установленной за турбиной ТРД. На входе в камеру имеется небольшой диффузор 7. За ним расположено фронтовое устройство, состоящее из нескольких стабилизаторов пламени 5 (пластин или колец vобразного сечения) и большого числа (часто нескольких десятков) форсунок 1, объединенных в несколько топливных коллекторов (на рис. 9.6 их два). Большое число форсунок обеспечивает равномерность состава смеси по объему камеры, а наличие нескольких коллекторов позволяет путем их частичного отключения сохранить на пониженных режимах (т.е. при сниженном общем расходе топлива) необходимый для устойчивого горения состав смеси около тех форсунок, которые еще не отключены.

studfiles.net

Кольцевая камера сгорания

Использование: в области теплоэнергетики для сжигания топлива в газотурбинных установках. Сущность: воздух и природный газ, проходя через лопаточные регистры и перфорированные стенки стабилизаторов, охлаждают их. Продукты из топочного объема отводятся через два выхлопных патрубка, что позволяет исключить перегрев торцевых поверхностей. 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания топлива в газотурбинных установках (ГТУ), а также в других топливосжигающих устройствах.

Известна кольцевая камера сгорания ГТУ, содержащая паровые трубы, по меньшей мере два кольцевых направляющих лопаточных регистра с лопатками, установленными под углами 120-180оС, и кольцевые стабилизаторы, расположенные с постоянным шагом между указанными лопаточными регистрами [1] . Недостаток аналога связан с проблемой охлаждения стенки внутренней паровой трубы. Закрученный поток воздуха, выходя из внутреннего лопаточного регистра, под действием центробежных сил открывается от стенки, что создает условия для ее перегрева. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и принятой в качестве прототипа является кольцевая камера сгорания, на одной из торцовых поверхностей (вход) которой расположены горелочные устройства, представляющие собой коаксиально расположенные кольцевые лопаточные завихрители и размещенные между ними кольцевые топливные коллекторы. К противоположной торцовой поверхности (выход) камеры подсоединено устройство отвода дымовых газов [2] . Основным недостатком этой кольцевой камеры сгорания является проблема перегрева, а следовательно, и охлаждения внутренней и внешней боковых поверхностей камеры. К другим недостаткам камеры относятся повышенная неравномерность температурного поля, обусловленная различными расходами воздуха через наружный и внутренний лопаточные регистры, а также трудность обеспечения устойчивости горения в камерах сгорания с малыми радиусами кольцевого канала (требование малого радиуса может быть обусловлено компоновкой камеры сгорания). Целью изобретения является повышение надежности работы кольцевой камеры сгорания путем предотвращения перегрева ее стенок. Указанная цель достигается тем, что в кольцевой камере сгорания с горелочными устройствами и устройством для отвода дымовых газов горелочные устройства расположены по всему периметру ее боковых поверхностей, а устройство отвода дымовых газов выполнено в виде двух выхлопных патрубков, подсоединенных к торцам камеры. Размещение горелочных устройств по всему периметру боковых поверхностей камеры сгорания позволяет исключить перегрев внутренней и внешней боковых стенок камеры, а размещение двух выхлопных патрубков для отвода продуктов сгорания с противоположных торцов корпуса снимает проблему охлаждения его торцевых стенок. Это обеспечивает повышение надежности работы камеры сгорания. Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез кольцевой камеры сгорания; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б и В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - вид по стрелке Г на фиг. 2 (изометрия). Камера сгорания содержит корпус 1 с расположенными на боковых противоположных стенках горелочными устройствами 2 и примыкающие к противоположным торцам корпуса 1 выхлопные патрубки 3 для отвода продуктов сгорания. Горелочные устройства 2 представляют чередующиеся между собой плоские лопаточные регистры 4 и стабилизаторы 5 с перфорированными стенками. При этом напротив каждого регистра 4 на внешней боковой стенке корпуса 1 расположен стабилизатор 5 на противоположной внутренней боковой стенке корпуса 1 (фиг. 2). Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух и топливо (природный газ) подаются соответственно через лопаточные регистры 4 и перфорированные стенки стабилизаторов 5, чередующихся между собой и расположенных на внутренней и внешней боковых стенках корпуса 1, образующих кольцевую камеру сгорания. Угол установки лопаток в регистрах 4 составляет 45-60о, причем направление смещения потоков в этих регистрах 4 чередуется (фиг. 3). За каждым стабилизатором 5 образуются рециркуляционные зоны, в которых происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его выгорание. При работе камеры сгорания интенсивность выгорания природного газа и выравнивания температурного поля обуславливается высокой интенсивностью турбулентности в среде в рабочем объеме камеры сгорания, генерируемой как за счет чередующихся направлений смешения потоков в лопаточных регистрах, расположенных по разные стороны от стабилизаторов 5, так и за счет смещенного расположения стабилизаторов 5 и регистров 4 на внутренней и внешней боковых цилиндрических поверхностях корпуса 1. Воздух и природный газ, проходя через лопаточные регистры и перфорированные стенки стабилизаторов 5 соответственно, охлаждают регистры 4 и стабилизаторы 5, образующие внутреннюю и внешнюю боковые стенки кольцевой камеры сгорания, тем самым повышая надежность работы камеры в целом. Продукты сгорания из топочного объема отводятся через два выхлопных патрубка 3, подсоединенных к противоположным торцам корпуса 1, что позволяет исключить перегрев указанных торцевых поверхностей камеры сгорания. Таким образом, данное техническое решение позволяет обеспечить интенсивность выгорания топлива и повысить надежность работы кольцевой камеры сгорания за счет отсутствия термонапряженных поверхностей, требующих охлаждения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 626314, кл. F 23 R 3/34, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР N 1430685, кл. F 23 R 3/14, 1987.

Формула изобретения

КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ, содержащая горелочные устройства, выполненные в виде чередующихся между собой лопаточных регистров с противоположным направлением закрутки лопаток и стабилизаторов с перфорированными стенками, и патрубок отвода дымовых газов, примыкающий к одному из торцов камеры, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения перегрева ее стенок, наружная и внутренняя боковые поверхности камеры сгорания образованы указанными горелочными устройствами, расположенными вдоль их образующих, а другой торец камеры снабжен дополнительным патрубком отвода дымовых газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

www.findpatent.ru

Кольцевая камера - сгорание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Кольцевая камера - сгорание

Cтраница 1

Кольцевые камеры сгорания ( рис. 7.17, б) характеризуются единым огневым пространством. По сравнению с многотрубчатой кольцевая камера более проста, имеет меньшие габариты и меньшее гидравлическое сопротивление, создает более равномерное температурное поле. [2]

Кольцевая камера сгорания размещена между радиальным диффузором компрессора и обоймой турбины высокого давления в общем корпусе турбоагрегата. Она дискового типа, состоит из двух полукольцевых частей с горизонтальным разъемом. Горелки присоединены к кольцевому трубчатому коллектору изогнутыми трубками со штуцерными разъемами. Коллектор топливного газа выполнен разъемным и оснащен одним газопроводящим патрубком и двадцатью отводами с установленными в них дроссельными шайбами диаметром 7 мм. [3]

Кольцевые камеры сгорания имеют несколько пламенных труб, обычно от 4 до 16, которые располагаются вокруг турбокомпрес-сорной группы. Все пламенные трубы могут быть заключены в общий цилиндрический корпус, или каждая пламенная труба может иметь отдельный корпус. Такие камеры сгорания применяются в установках без регенераторов. [4]

Кольцевая камера сгорания состоит из двух цилиндров, сделанных из листовой стали, между которыми помещено семь пламенных труб из нержавеющей стали, обмурованных клинкером. [6]

Кольцевая камера сгорания обеспечивает эффективный рабочий процесс, в результате которого двигатель имеет малый уровень дымления. [7]

Кольцевые камеры сгорания отличаются от камер сгорания других типов меньшим количеством деталей и своей компактностью. [9]

Применена кольцевая камера сгорания, что потребовало соответствующего изменения корпуса турбогруппы. Система охлаждения масла - воздушная. Все элементы маслоснабжения ( кроме маслоохладителей) и регулирования размещены на турбоблоке. Маслосистемы ГТУ и нагнетателя объединены. [10]

Зажигание газовоздушной смеси в кольцевой камере сгорания осуществляют электрозапальными свечами типа СД-5-АНМ-Т, установленными в двух пусковых горелках. Свечи с помощью высоковольтных кабелей подсоединены к пусковым катушкам зажигания КР-1, размещенным на раме-маслобаке. [11]

Дисковые форсунки в основном используют в кольцевых камерах сгорания газотурбинных установок, где необходимо подавать топливо по кругу. Чашечные форсунки нашли применение в топках паровых котлов. В открытых форсунках топливо выходит Из распылителя по всей окружности чаши или диска, а в закрытых форсунках топливо поступает в зону горения через систему небольших отверстий. Одноконтурные форсунки имеют один распылитель, а многоконтурные - систему концентрично расположенных распылителей. [13]

Примером типичной камеры сгорания современного двигателя является кольцевая камера сгорания ДТРД RB. [15]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей. Кольцевая камера сгорания содержит перегородку, разделяющую ее объем на центральную и периферийные части, которая выполнена двойной цилиндрической формы, и вращающуюся форсунку, расположенную диаметрально напротив цилиндрической перегородки. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания топлива и расширить диапазон устойчивой работы компрессора на нерасчетных режимах, уменьшить эмиссию вредных веществ. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к кольцевым камерам сгорания ГТД.

Известна кольцевая камера сгорания ГТД противоточного полупетлевого типа, содержащая жаровую трубу в виде наружного и внутреннего кожухов, между которыми образовано кольцевое пространство горения, в которое поступает сжатый воздух из компрессора ГТД [1]. Наружный кожух имеет цилиндрическую оболочку, переходящую в передней части в закругленную стенку вблизи компрессора, а в задней части камеры сгорания размещено множество топливных форсунок. Недостатком такой камеры сгорания является повышенная окружная неравномерность поля температур, что снижает ресурс камеры сгорания и турбины. Известна выбранная за ближайший аналог кольцевая камера сгорания ГТД, содержащая вращающуюся на роторе ГТД форсунку, подающую топливо в пространство жаровой трубы между внутренним и наружным кожухами. Поток газов в полости камеры сгорания движется сначала радиально, затем в осевом направлении, при этом воздух из компрессора подается в полость внутреннего кожуха через полые лопатки соплового аппарата турбины [2]. Недостатком известной камеры сгорания является недостаточная полнота сгорания топлива и малый диапазон устойчивой работы компрессора на нерасчетных режимах работы, повышенная эмиссия вредных веществ в атмосферу. Задачей изобретения является повышение полноты сгорания топлива и расширение диапазона устойчивой работы компрессора на нерасчетных режимах, уменьшения эмиссии вредных веществ. Поставленная задача решается тем, что в кольцевой камере сгорания ГТД, содержащей корпус, жаровую трубу, имеющую наружный и внутренний кожухи с воздушными отверстиями и перегородку, разделяющую объем камеры на центральную и периферийную части, перегородка выполнена двойной, цилиндрической формы, а вращающаяся форсунка расположена диаметрально напротив цилиндрической перегородки. Размещение форсунки напротив кольцевой перегородки и выполнение перегородки двойной позволяет уменьшить эмиссию вредных веществ за счет улучшения перемешивания топливо - воздушной смеси и повышения полноты сгорания, а также повысить надежность и ресурс камеры сгорания и турбины за счет уменьшения окружной неравномерности поля температур в камере. На чертеже изображен продольный разрез предлагаемой камеры сгорания ГТД. Камера сгорания расположена в двигателе между компрессором 1 и турбиной 2, содержит корпус 3, жаровую трубу 4 в виде наружного кожуха 5 и внутреннего кожуха 6. Наружный кожух 5 соединен с внутренним кожухом 6 через наружное кольцо 7 и внутреннее кольцо 8 посредством полых лопаток 9 соплового аппарата (СА) турбины 2. Внутренней частью наружный кожух 5 соединен со стенкой 10, которая прикреплена к спрямляющему аппарату 11 последней ступени компрессора 1. Камера сгорания имеет вращающуюся форсунку 12, закрепленную на валу 13 двигателя, и неподвижную форсунку 14, предназначенную для подачи топлива во внутреннюю полость вращающейся форсунки 12 и представляющую собой втулку, охватывающую вал 13 и прикрепленную одним концом через стенку 15 к внутреннему кожуху 6 камеры сгорания. Топливо к неподвижной форсунке 14 подается по трубопроводу 16, проходящему через полую лопатку 9 СА турбины и через корпус 3. Между кожухом 5 и корпусом 3 имеется кольцевая полость 17, а между кожухом 5 и стенкой 10 - полость 18. Внутренний кожух 6 выполнен с двойной цилиндрической кольцевой перегородки 19, внутри которой образована полость 20. Между стенкой 15 и кожухом 6 образована полость 21. В наружном кожухе 5 имеются отверстия 22 для прохода воздуха, во внутреннем кожухе 6 - отверстия 23. Форма кожухов 5,6 жаровой трубы образует в полости камеры сгорания зоны горения 1 и II и зону смешения III. В процессе работы двигателя сжатый воздух из компрессора 1 через спрямляющий аппарат 11 поступает в полость 18 и 17. Затем через полые лопатки 9 воздух поступает в полости 20, 21. Охлаждая лопатки 9 и стенки внутреннего кожуха 6, воздух поступает в зону I горения подогретым за счет этого примерно на 100oC. Количество, форма и расположение отверстий 22 и 23 в стенках жаровой трубы 5 и 6 обеспечивает пленочное охлаждение ее стенок и интенсивное перемешивание воздуха с топливом, поступающим через трубопровод 16, неподвижную форсунку 14 и вращающуюся форсунку 12. Таким образом, в зоне I происходит подготовка топливо-воздушной смеси. Благодаря подогреву воздуха (за счет охлаждения стенок жаровой трубы и лопаток 9), поступающего в зону горения, ускоряются химические реакции горения, в результате в камере успевает сгореть окись углерода (СО) и углеводороды (НС), т.е. улучшается полнота сгорания и уменьшается эмиссия вредных веществ в атмосферу. При запуске двигателя воспламенение топлива и начальное горение происходит в зоне I, имеющей малый объем, что при малом начальном расходе топлива позволяет получить обогащенную смесь, благоприятную для воспламенения. Малый расход пускового топлива позволяет избежать забросы (увеличение) температуры газов при запуске и, таким образом, повысить надежность и ресурсодвигателя. На номинальном режиме работы двигателя оптимальное соотношение топлива и воздуха получается в зоне II, где происходит полное сгорание топлива. При переходе на режим малой мощности за счет уменьшения расхода топлива и сохранения расхода воздуха практически постоянным, оптимальное соотношение топлива и воздуха переходит в зону I, следовательно, поддерживается устойчивая работа камеры сгорания и на режиме малой мощности в зоне 1. Поскольку зоны I и II расположены ближе к оси двигателя, для них имеется благоприятное соотношение площади и объема жаровой трубы для эффективного охлаждения стенок. В зоне III происходит смешение продуктов сгорания с поступающим через отверстия 22 воздухом. Зона III расположена на периферии камеры сгорания и имеет объем значительно больший, чем зоны I и II, и относительно большую протяженность, этот фактор обеспечивает эффективное перемешивание продуктов сгорания с поступающим для разбавления воздухом, т.е. более равномерное поле температур перед турбиной, что повышает надежность и ресурс турбины и камеры сгорания двигателя.

Формула изобретения

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, жаровую трубу, имеющую наружный и внутренний кожухи с воздушными отверстиями и перегородку, разделяющую объем камеры на центральную и периферийную части, вращающуюся форсунку, расположенную в центральной части, отличающаяся тем, что перегородка выполнена двойной цилиндрической формы, а вращающаяся форсунка расположена диаметрально напротив цилиндрической перегородки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

кольцевая камера сгорания - это... Что такое кольцевая камера сгорания?

кольцевая камера сгорания

Ringbrennkammer

кольцевая камера сгораниякольцевая КСКамера сгорания ГТД, в которой одна общая жаровая труба кольцевой формы расположена в кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами.[ГОСТ 23851-79]

Тематики

двигатели летательных аппаратов

Синонимы

EN

annular combustion chamber

DE

FR

chambre de combustion annul aire

Русско-немецкий словарь нормативно-технической терминологии. academic.ru. 2015.

кольматаж
кольцевая оправа верхнего стекла (компаса)

Смотреть что такое "кольцевая камера сгорания" в других словарях:

кольцевая камера сгорания — кольцевая КС Камера сгорания ГТД, в которой одна общая жаровая труба кольцевой формы расположена в кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов Синонимы кольцевая… … Справочник технического переводчика
Кольцевая камера сгорания — 124. Кольцевая камера сгорания Кольцевая КС D. Ringbrennkammer Е. Annular combustion chamber F. Chambre de combustion annulaire Камера сгорания ГТД, в которой одна общая жаровая труба кольцевой формы расположена в кольцевом пространстве,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
кольцевая камера сгорания — Одна общая для всего двигателя камера сгорания, имеющая кольцевую форму … Политехнический терминологический толковый словарь
трубчато-кольцевая камера сгорания — трубчато кольцевая КС Камера сгорания ГТД, в которой отдельные жаровые трубы расположены в общем кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов Синонимы трубчато… … Справочник технического переводчика
Трубчато-кольцевая камера сгорания — 125. Трубчато кольцевая камера сгорания Трубчато кольцевая КС D. Röhren Ringbrennkammer Е. Cannular combustion chamber F. Chambre de combustion cannulaire Камера сгорания ГТД, в которой отдельные жаровые трубы расположены в общем кольцевом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
кольцевая камера — 3.28 кольцевая камера: Пьезометрическое кольцо, соединенное с трубопроводом или первичным прибором. При этом подразумевается применение кольцевых отведений давления. Источник: ГОСТ Р ЕН 306 2011: Теплообменники. Измерения и точность измерений при … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
камера сгорания — замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, жидкого или твёрдого топлива в двигателях внутреннего сгорания. Камеры сгорания бывают периодического действия (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в пульсирующих… … Энциклопедия техники
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
ГОСТ 23851-79: Двигатели газотурбинные авиационные. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные авиационные. Термины и определения оригинал документа: 293. Аварийное выключение ГТД Аварийное выключение Ндп. Аварийное отключение ГТД D. Notausschaltung Е. Emergency shutdown F. Arrêt urgent… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Ам — марка авиационных двигателей, созданных под руководством А. А. Микулина (см. Московское научно производственное объединение Союз). Двигатели, разработанные по руководством его преемников С. К. Туманского, затем О. Н. Фаворского, имеют другие… … Энциклопедия техники

normative_ru_de.academic.ru

Кольцевая камера - сгорание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Кольцевая камера - сгорание

Cтраница 2

В конструкции турбоблока ( рама-маслобак, средний подшипник, компоновка кольцевой камеры сгорания, система охлаждения роторов и статора и др.) учтен опыт конструирования агрегата ГТН-6. [16]

В 1937 г. А. М. Люлька был разработан проект турбореактивного двигателя с осевым компрессором и кольцевой камерой сгорания, на несколько лет опередивший появление аналогичных проектов за рубежом. [17]

Основными элементами экспериментальной установки являются: газотурбинный двигатель /, состоящий из одноступенчатого центробежного компрессора а с односторонним входом, кольцевой камеры сгорания б, состоящей из четырех форкамер, одноступенчатой турбины в и реактивного сопла г. Входное устройство 2 представляет собой патрубок переменного сечения, спрофилированный по кривой лемнискаты с диаметром узкого сечения DB160 мм. Во входном устройстве смонтирован пьезометр 3, предназначенный для замера расхода воздуха, проходящего через проточную часть ГТД. [18]

В 1945 - 1946 гг. А. М. Люлька, И. Ф. Козловым, С. П. Кувшинниковым и другими был спроектирован и построен турбореактивный двигатель ТР-1 с многоступенчатым осевым компрессором, кольцевой камерой сгорания, одноступенчатой турбиной и гидравлической системой регулирования. [19]

Двигатели CFG являются двухвальными ДТРД с большой степенью двухконтурности, передним расположением вентилятора, приводимого многоступенчатой турбиной, регулируемыми направляющими лопатками компрессора высокого давления, кольцевой камерой сгорания, системой воздушного охлаждения турбины и системой реверсирования тяги. [20]

Наконец, осенью 1959 г. был передан на испытания и с 1962 г. вошел в эксплуатацию пассажирский самолет Ан-24, снабженный двумя турбовинтовыми двигателями с осевыми десятиступенчатыми компрессорами, кольцевыми камерами сгорания и трехступенчатыми турбинами. [21]

Турбокомпрессорная группа включает в себя: осевой компрессор, выполненный по двухкаскадной схеме и состоящий из двух компрессоров ( низкого и высокого давления), турбины высокого и низкого давления для привода этих компрессоров, силовую турбину для привода нагнетателя, кольцевую камеру сгорания. [22]

Трансзвуковой вентилятор двигателя без ВНА и компрессор имеют большую напорность ступеней, что позволило сократить общее число ступеней компрессорной группы. Кольцевая камера сгорания с испарительными форсунками обеспечивает высокую полноту сгорания и низкий уровень выделения дыма и загрязняющих веществ, а также равномерное поле температур перед турбиной при малых потерях давления. Форсажная камера двигателя - общая для обоих контуров. Она имеет отдельные форсунки для подачи топлива в первичную и вторичную зоны горения, в камере применена эффективная система охлаждения, позволившая использовать в конструкции этого узла титановые сплавы. Сверхзвуковое регулируемое реактивное сопло обладает малым донпым сопротивлением. Створки сопла управляются гидросистемой, использующей топливо. Двигатель построен по простой силовой схеме, и его ротор опирается на три подшипника. [24]

Другим их недостатком является сложность экспериментальной доводки. Применяются кольцевые камеры сгорания главным образом в ГТД малой мощности. [26]

Расчет многотрубчатой и однотрубчатой ( г 1) камер сгорания выполняют аналогичным образом. Пламенная труба кольцевой камеры сгорания имеет весьма сложную конфигурацию. Поэтому рекомендуется при расчете такой камеры задаваться геометрическими соотношениями по прототипу, согласуя их с размерами последней ступени компрессора и первой ступени турбины. [27]

При вращении ротора вместе с головкой сопла частицы жидкости, выходящие из отверстий ( типа Сегенерова колеса), движутся по гиперболоидным поверхностям, образуя полый факел распыленной жидкости. Такие форсунки используют в газотурбинных двигателях с кольцевой камерой сгорания, внутри которой проходит вал турбины. [28]

Возможность уменьшения габаритов и превращения в блочное устройство, обусловленные интенсификацией технологических процессов, определенным образом влияет на создание более компактных конструкций. Так, в ряде газотурбинных двигателей получили применение кольцевые камеры сгорания, которые хорошо компонуются на корпусе агрегата, вписываясь в габариты, ограниченные выхлопной частью турбины. [30]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха. На входе в жаровую трубу расположено кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и с размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы. Для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка. Для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков. На входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители воздуха. Наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители. Камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей. Смежные по радиусу основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей. Пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом. Каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага. Изобретение обеспечивает создание компактной камеры сгорания, получение высокой эффективности ее работы и устойчивости горения, снижение уровня дымления и эмиссии вредных выбросов. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) и может быть использовано в камерах сгорания авиационных ГТД и наземных установок.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №2226652 С2, 7 F23R 3/34, 28.05.2002), которая содержит корпус, а в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части фронтовым устройством, включающим топливные форсунки. Каждая из топливных форсунок выполнена в виде корпуса-стойки, ориентированного в плоскости, проходящей через продольную ось жаровой трубы или рядом, с двумя горелочными модулями, каждый из которых снабжен осевым и (или) радиальным завихрителем воздуха. Горелочные модули в поперечном сечении жаровой трубы образуют два концентричных ряда на фронтовом устройстве. Горелочные модули в каждой форсунке расположены в разных рядах. Расстояния от центра каждого модуля внутреннего ряда до центров двух ближайших модулей внутреннего и наружного рядов идентичны. Расстояния от центра каждого модуля наружного ряда до центров двух ближайших модулей внутреннего ряда равны расстоянию между центрами модулей внутреннего ряда. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность и ресурс двигателя. Однако камера сгорания с модулями только одной конструктивной схемы не может для всех режимов работы двигателя обеспечить высокой эффективности горения жидких углеводородных топлив при низком уровне дымления и эмиссии вредных веществ продуктов сгорания (CnHm, CO, Nox).

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение является камера сгорания ГТД фирмы General Electric Company с устройством смешения топлива для уменьшения эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания (Патент США №6,550,251 В1, НКИ 60/776, Apr.22, 2003). Данная камера сгорания выполнена кольцевой, содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, а внутренний кольцевой элемент, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители. В этой камере сгорания на разных режимах работы двигателя работают кольцевые ряды вспомогательных и основных модулей в разных сочетаниях. При запуске двигателя и на режиме малого газа только один верхний ряд вспомогательных модулей работает на богатой топливовоздушной смеси. На основных режимах верхний ряд вспомогательных модулей и внутренний ряд основных модулей работают совместно на бедной топливовоздушной смеси. Это обеспечивает оптимальные условия для снижения эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания углеводородного топлива на основных режимах и необходимый уровень полноты сгорания топлива на основных режимах и режиме малого газа. Однако при такой схеме расположения модулей в кольцевых рядах не полностью используются возможности каждого отдельного вспомогательного модуля на дополнительное поддержание процесса устойчивого горения в близлежащих боковых основных модулях.

Одной из важнейших задач при разработке камер сгорания является снижение уровня эмиссии загрязняющих веществ. Основное внимание уделяется снижению дымления (сажи) и снижению в продуктах сгорания несгоревших углеводородов (CnHm), моноокиси углерода (СО) и оксида азота (NOx). Эмиссия этих веществ характерна для любой тепловой машины, работающей на природном топливе. Средствами снижения уровня эмиссии вредных выбросов для ГТД могут быть либо устройства и способы их уменьшения в камере сгорания двигателя, либо устройства и способы обработки выхлопных газов двигателя. По массовым характеристикам устройства и способы обработки выхлопных газов годятся только для наземных газотурбинных установок, а устройства и способы снижения уровня эмиссии вредных выбросов в камере сгорания подходят как для авиационных, так и для наземных газотурбинных двигателей, (см. Технический перевод №15060 ФГУП ЦИАМ им.Баранова, «Камеры сгорания ГТД и технология снижения уровня эмиссии: состояние и перспективы», 2000 г., стр.2-44).

В основу изобретения положено решение следующих задач:

- создание компактной кольцевой камеры сгорания ГТД;

- получение высокой эффективности и устойчивости горения в компактной камере сгорания ГТД;

- снижение уровня дымления и эмиссии вредных веществ (CnHm, CO, NOx) в продуктах сгорания компактной камеры сгорания ГТД.

Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемая кольцевая камера сгорания ГТД содержит расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, а внутренний кольцевой элемент, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители.

Согласно изобретению камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей, где по радиусу смежные основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей, причем пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом, а каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага. Таким образом, каждый вспомогательный модуль оказывается в окружении четырех близлежащих основных модулей. При такой схеме расположения модулей в кольцевых рядах полностью используются энергетические возможности каждого отдельного вспомогательного модуля по поддержанию процесса устойчивого горения в близлежащих боковых основных модулях, и обеспечивается более быстрое и полное перемешивание жидкого топлива с воздухом, подаваемым в камеру. Такая схема расположения модулей с топливными форсунками уменьшает масштаб зон смешения топлива с воздухом, увеличивает их число, сокращает время пребывания топливовоздушной смеси в зоне горения и ускоряет выгорание закрученной, обладающей высокой турбулентностью топливовоздушной смеси. Это обеспечивает сокращение длины камеры сгорания, повышение эффективности и устойчивости горения в камере сгорания, уменьшение дымления и эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания топлива. Кроме того, данная конструкция камеры сгорания:

- при запуске двигателя ускоряет переброс пламени по фронту от вступивших в работу модулей, которые расположены рядом с воспламенителями, к модулям, которые расположены дальше от воспламенителей, что уменьшает время выхода двигателя на устойчивый режим работы;

- при запуске позволяет дополнительно подключить основные модули, что сокращает время запуска;

- повышает дисперсность распыла топлива и скорость его перемешивания с воздухом, закрученным в каналах сужающихся на выходе модулей.

Существенные признаки изобретения могут иметь развитие и уточнение:

- первые поперечные пояса отверстий на наружной и внутренней обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства на удалении, составляющем от 0,15 до 0,30 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками, что ограничивает оптимальные размеры зоны циркуляции обратных токов продуктов сгорания за вспомогательными модулями, а это обеспечивает устойчивый запуск и работу двигателя;

- основная и вспомогательная топливные системы соединены своими коллекторами соответственно с рядами топливных форсунок основных и вспомогательных модулей, что расширяет возможности регулирования камеры сгорания с целью получения высокой эффективности и устойчивости горения, а также снижения уровня дымления и эмиссии вредных веществ на всех режимах работы двигателя;

- так как в конструкции данных модулей при низком давлении подачи топлива в камеру смешения осуществляется его пневматический распыл, то форсунки отдельных рядов выполняют функцию дозаторов и могут быть выполнены центробежными или струйными, что определяется возможностями производства;

- кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружного и внутреннего каналов основных модулей и кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружных каналов вспомогательных модулей выполнены осевыми, что обеспечивает компактность конструкции модулей;

- лопатки воздушных завихрителей наружных каналов основных и вспомогательных модулей направлены в одну сторону, а это при работе увеличивает турбулентность и максимальную поверхность контакта взаимодействующих между собой свежей топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, что повышает эффективность горения в компактной камере сгорания и обеспечивает хорошую стабилизацию горения;

- вспомогательный модуль снабжен дополнительным кольцевым каналом, образованным зазором между наружным кольцевым элементом и фланцевой втулкой, имеющим отверстия на выходе, что позволяет надежно охладить элементы конструкции модуля;

- во вспомогательном модуле расширяющаяся часть кольцевого элемента наружного канала на выходе выполнена конусной с углом раскрытия от 90 до 120°, что позволяет образовать устойчивую зону обратных токов продуктов сгорания топлива за ней;

- кольцевой завихритель воздуха внутреннего канала вспомогательного модуля выполнен с тангенциальными равнорасположенными отверстиями или радиальным лопаточным, что позволяет выполнить модуль компактным и сделать его технологичным;

- стенки внутренних кольцевых элементов вспомогательных и основных модулей на выходе имеют острую кромку, омываемую с двух сторон закрученными воздушными потоками, что обеспечивает эффективное дробление на мелкие капли пелены топлива, образующейся на стенках кольцевых элементов, чем создаются условия для образования гомогенной топливовоздушной смеси в модулях обоих видов;

- угол наклона отдельной лопатки завихрителя наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля к его продольной оси составляет от 50 до 75°, что обеспечивает за модулем существование протяженной зоны обратных токов продуктов сгорания, позволяющей иметь устойчивый запуск и широкий диапазон устойчивой работы двигателя даже на холодном воздухе;

- во вспомогательном модуле лопатки завихрителя воздуха наружного канала, элементы тракта завихрителя воздуха внутреннего канала и элементы тракта топливной форсунки на выходе направлены в одну сторону, что обеспечивает устойчивое течение за модулем и широкий диапазон устойчивой работы камеры сгорания на «бедных» топливовоздушных смесях;

- в основном модуле лопатки завихрителей воздуха наружного и внутреннего каналов направлены в противоположные стороны, а закрученные в них воздушные потоки на выходе при слиянии образуют поток высокой турбулентности, что приводит к быстрому и эффективному дроблению топливной пелены, стекающей с разделяющей потоки острой кромки;

- угол наклона отдельной лопатки завихрителей основного модуля к его продольной оси на выходе составляет от 30 до 45°, что обеспечивает условия отсутствия образования зон обратных токов за модулем, что, в свою очередь, ведет к высокофорсированному малоэмиссионному горению топлива в потоке высокой турбулентности.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием кольцевой камеры сгорания ГТД и ее работы со ссылкой на чертежи, представленные на фиг.1-6, где:

На фиг.1 изображен продольный разрез кольцевой камеры сгорания ГТД;

На фиг.2 - схема расположения вспомогательных и основных модулей на фронтовом устройстве со стороны жаровой трубы по виду А фиг.1;

На фиг.3 - продольный разрез Б-Б по вспомогательному модулю на фиг.2;

На фиг.4 - продольный разрез В-В по основному модулю на фиг.2;

На фиг.5 - вид Г на фиг.3 снаружи на лопаточный завихритель наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля;

На фиг.6 - вид Д на фиг.4 снаружи на лопаточные завихрители наружного и внутреннего каналов основного модуля.

Кольцевая камера сгорания ГТД (см. фиг.1) содержит расположенные соосно наружный 1 и внутренний 2 корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор 3 и размещенную в кольцевой полости 4 между корпусами 1 и 2 жаровую трубу.

Жаровая труба выполнена из наружной 5 и внутренней 6 обечаек с поперечными поясами отверстий 7 подвода воздуха и включает расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство 8. Фронтовое устройство 8 имеет блок обращенных в сторону выхода 9 жаровой трубы ряда 10 (см. фиг.2) равномерно размещенных по окружности вспомогательных модулей 11 и расположенных под ним концентрично внутреннего ряда 12 основных модулей 13 для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Каждый модуль 11 и 13 (см. фиг.3, 4) выполнен с отдельной топливной форсункой 14 и 15 вдоль своей продольной оси соответственно вспомогательной или основной топливных систем и размещенными вокруг каждой топливной форсунки 14 и 15 воздушными осесимметричными трактами. Форсунки 14 и 15 могут быть выполнены одноканальными или, что лучше, двухканальными. Двухканальные форсунки обеспечивают оптимальную устойчивую работу камеры сгорания во всем диапазоне давлений подачи топлива.

Воздушный тракт вспомогательного модуля 11 (см. фиг.2, 3) разделен продольно наружным 16 и внутренним 17 кольцевыми элементами на наружный 18 и внутренний 19 каналы. Наружный канал 18 состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал 19 - из сужающегося участка.

Воздушный тракт основного модуля 13 (см. фиг.2, 4) разделен продольно наружным 20 и внутренним 21 кольцевыми элементами на наружный 22 и внутренний 23 каналы. Наружный канал 22 и внутренний канал 23 выполнены сужающимися, где внутренний кольцевой элемент 21, разделяющий их, имеет острую кромку на выходе.

На входе наружные каналы 18 и 22 для всех модулей и внутренние каналы 23 для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха 24, 25 и 26, а внутренние каналы 19 вспомогательных модулей -кольцевые завихрители 27.

Кольцевые завихрители воздуха 27 (см. фиг.3) внутреннего канала 19 вспомогательного модуля 11 (см. фиг.2) в зависимости от конструкции и технологии производства могут быть выполнены в виде кольцевых наборов сквозных тангенциальных отверстий или в виде радиальных лопаток во внутреннем кольцевом элементе 17 (не показано). Стенка внутреннего кольцевого элемента 17 ограничивающего канал 19 имеет на выходе острую кромку.

Наружный кольцевой элемент 16 вспомогательного модуля 11 установлен на фронтовом устройстве 8 через фланцевую втулку 28 и скреплен со своей топливной форсункой 14 через лопаточный завихритель 24 и внутренний кольцевой элемент 17.

Наружный кольцевой элемент 20 основного модуля 13 выполнен совместно с фланцевой втулкой 29 и установлен на фронтовом устройстве 8. С топливной форсункой 15 кольцевой элемент 20 соединен через кольцевые завихрители 25, 26 и внутренний кольцевой элемент 21.

Камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду 10 вспомогательных модулей 11 наружный ряд 30 основных модулей 13. По радиусу смежные основные модули 13 наружного 30 и внутреннего 12 рядов составляют между собой отдельную пару модулей 31 (см. фиг.2), которая расположена симметрично относительно ряда 10 вспомогательных модулей 11. Пары 31 основных модулей 13 рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом. Каждый вспомогательный модуль 11 установлен относительно соседних радиальных пар 31 основных модулей 13 со смещением по углу на половину их шага. Межосевое расстояние между смежными вспомогательными 11 и основными 13 модулями составляет от 0,5 до 1,0 от расстояния между наружным 30 и внутренним 12 рядами основных модулей 13.

Предложенная кольцевая камера сгорания характеризуется некоторыми конструктивными особенностями.

Первые поперечные пояса отверстий 7 на наружной 5 и внутренней 6 обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства 8 на удалении, составляющем от 0,15 до 0,30 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками 5 и 6 в этих поясах.

Основная топливная система (не показана) соединена своими коллекторами 32 соответственно с рядами 12, 30 топливных форсунок 15 основных модулей 13.

Вспомогательная топливная система (не показана) соединена своими коллекторами 33 соответственно с рядом 10 топливных форсунок 14 вспомогательных модулей 11.

В данной камере сгорания длина жаровой трубы составляет не более 1,5 величины максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной 5 и внутренней 6 обечайками. В модулях 11, 13 отдельных рядов 10, 12 и 30 топливные форсунки могут быть выполнены центробежными или струйными.

Кольцевые лопаточные завихрители воздуха 25 и 26 наружного 22 и внутреннего 23 каналов основных модулей 13 и кольцевые лопаточные завихрители воздуха 24 наружных каналов 18 вспомогательных модулей 11 выполнены осевыми. Лопатки завихрителей 24 и 25 воздушных наружных каналов 18 и 22 соответственно основных 13 и вспомогательных 11 модулей направлены в одну сторону. Вспомогательный модуль 11 снабжен дополнительным кольцевым каналом 34, образованным зазором между наружным кольцевым элементом 16 и фланцевой втулкой 28. Дополнительный кольцевой канал 34 имеет сквозные отверстия 35 по периферии расширяющейся части кольцевого элемента 16 наружного канала 18 на выходе.

Во вспомогательном модуле 11 расширяющаяся часть кольцевого элемента 16 наружного канала 18 на выходе выполнена конусной с углом раскрытия α от 90 до 120°.

Угол β наклона отдельной лопатки завихрителя 24 наружного канала 18 воздушного тракта вспомогательного модуля 11 к его продольной оси составляет от 50 до 75°. Во вспомогательном модуле 11 лопатки завихрителя воздуха 24 наружного канала 18, элементы тракта завихрителя воздуха 27 внутреннего канала 19 и элементы тракта топливной форсунки 14 на выходе направлены в одну сторону.

В основном модуле 13 лопатки завихрителей воздуха наружного 22 и внутреннего 23 каналов направлены в противоположные стороны. Величина углов γ наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха 25 и δ наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха 26 основного модуля 13 к плоскости, перпендикулярной продольной оси модуля, на выходе составляет от 30 до 45°. На наружном корпусе 1 установлен пусковой воспламенитель 36 для обеспечения начала работы камеры сгорания.

Камера сгорания работает следующим образом. На вход камеры сгорания подается поток воздуха, который через диффузор 3 поступает в полость перед фронтовым устройством 8, а оттуда в каналы вокруг жаровой трубы и каналы 18, 19, 22, 23 и 34 вспомогательных 11 и основных 13 модулей фронтового устройства 8. Из каналов вокруг жаровой трубы через отверстия 7 и каналы 18, 19, 22, 23 и 34 поток воздуха поступает во внутреннюю полость и на выход 9 жаровой трубы.

Далее включается вспомогательная топливная система и топливо через коллекторы 33 (см. фиг.3) поступает в форсунки 14 вспомогательных модулей 11 ряда 10 (см. фиг.2). Распыленное из форсунок 14 топливо направляется на сужающиеся стенки каналов 19, растекается по ним в виде пелены и перемещается на выход в сторону острых кромок внутренних кольцевых элементов 17. С острых кромок кольцевых элементов 17 пелена топлива стекает и уносится двумя воздушными односторонне закрученными в каналах 18 и 19 потоками в полость жаровой трубы. В процессе стекания и уноса с острых кромок кольцевых элементов 17 закрученными спутными потоками воздуха пелена топлива истончается, в ней появляются разрывы и перемешанные между собой воздух и топливо превращаются в однородную топливовоздушную смесь.

Эта топливовоздушная смесь поджигается воспламенителем 36. На режимах пониженной мощности вспомогательная топливная система может обеспечить устойчивую работу камеры сгорания. Для выхода на режимы большей мощности подключается основная топливная система. При этом топливо поступает через коллекторы 32 в форсунки 15 (см. фиг.4) основных модулей 13 рядов 12 и 30 (см. фиг.2). Распыленное из форсунок 15 топливо направляется на сужающиеся стенки каналов 23, растекается по ним в виде пелены и перемещается на выход в сторону острых кромок внутренних кольцевых элементов 21. С острых кромок кольцевых элементов 21 пелена топлива стекает и уносится двумя воздушными разносторонне закрученными в каналах 22 и 23 потоками воздуха в полость жаровой трубы. Процесс получения однородной топливовоздушной смеси в модулях 13 аналогичен такому же процессу в модулях 11. Выходящая из модулей 13 топливовоздушная смесь воспламеняется продуктами сгорания вспомогательного топлива из модулей 11. Стабильное горение основного топлива из модулей 13 обеспечивается устойчивой протяженной зоной обратных токов продуктов сгорания вспомогательного топлива.

Следует отметить, что вспомогательная топливная система включена на всех режимах работы двигателя, а расход основного и вспомогательного топлива определяется режимом работы двигателя.

Для снижения дымления и эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания топлива на режиме максимальной мощности возможно перераспределение расходов основного и вспомогательного топлива по коллекторам 32 и 33.

Эффективность горения топливовоздушных смесей основного и вспомогательного топлив в большом количестве зон малых масштабов, образованных вокруг вспомогательных модулей 11, определяется конструкцией вспомогательных 11 и основных 13 модулей, выбором межосевого расстояния между расположенными в трех рядах смежными вспомогательными и основными модулями и сочетанием режимов их работы.

Предложенная конструкция кольцевой камеры сгорания ГТД при подаче потока воздуха на вход в диффузор камеры сгорания и далее жаровую трубу через модули фронтового устройства с завихрением и подмешиванием воздуха к нему через отверстия в обечайках жаровой трубы позволяет сократить время пребывания топливовоздушной смеси в области горения и тем самым уменьшить дымление и выбросы вредных веществ (СО, CnHm, NOx) за счет более быстрого выгорания основного топлива в закрученных с высокой турбулентностью после модулей потоках воздуха, уменьшения масштаба смешения топлива с воздухом при установке двух рядов модулей основного топлива и большого числа форсунок подачи основного и вспомогательного топлива.

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая расположенные соосно наружный и внутренний корпуса, установленный на входе в камеру сгорания кольцевой диффузор, размещенную в кольцевой полости между корпусами жаровую трубу, выполненную из наружной и внутренней обечаек с поперечными поясами отверстий подвода воздуха, расположенное на входе в жаровую трубу кольцевое фронтовое устройство, имеющее равномерно размещенные по окружности ряд вспомогательных модулей и расположенный под ним концентрично внутренний ряд основных модулей для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, где каждый модуль выполнен с отдельной топливной форсункой вдоль своей продольной оси соответственно основной или вспомогательной топливных систем и размещенным вокруг каждой топливной форсунки воздушным осесимметричным трактом, разделенным продольно кольцевыми элементами на наружный и внутренний каналы, причем для вспомогательного модуля наружный канал состоит из сужающегося и расширяющегося участков, а внутренний канал - из сужающегося участка, для основного модуля наружный и внутренний каналы состоят из сужающихся участков, при этом на входе наружные каналы для всех модулей и внутренние каналы для основных модулей имеют кольцевые лопаточные завихрители воздуха, а внутренние каналы вспомогательных модулей - кольцевые завихрители воздуха, кроме того, наружный кольцевой элемент каждого модуля установлен на фронтовом устройстве через фланцевую втулку и скреплен со своей топливной форсункой через внутренний кольцевой элемент и кольцевые завихрители, отличающаяся тем, что камера сгорания дополнительно содержит расположенный концентрично ряду вспомогательных модулей наружный ряд основных модулей, где по радиусу смежные основные модули наружного и внутреннего рядов составляют между собой отдельную пару модулей, которая расположена симметрично относительно ряда вспомогательных модулей, причем пары основных модулей рассредоточены по окружности с постоянным угловым шагом, а каждый вспомогательный модуль установлен относительно соседних радиальных пар основных модулей со смещением по углу на половину этого шага.

2. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что первые поперечные пояса отверстий на наружной и внутренней обечайках жаровой трубы расположены от фронтового устройства на удалении, составляющем от 0,15 до 0,3 от максимальной высоты кольцевого канала между ее обечайками в этих поясах.

3. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что основная и вспомогательная топливные системы соединены своими коллекторами соответственно с рядами топливных форсунок основных и вспомогательных модулей.

4. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что длина жаровой трубы составляет не более 1,5 величины максимальной высоты кольцевого канала между ее наружной и внутренней обечайками.

5. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в модулях отдельных рядов топливные форсунки могут быть выполнены центробежными или струйными.

6. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружного и внутреннего каналов основных модулей и кольцевые лопаточные завихрители воздуха наружных каналов вспомогательных модулей выполнены осевыми.

7. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что лопатки воздушных завихрителей наружных каналов основных и вспомогательных модулей направлены в одну сторону.

8. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательный модуль снабжен дополнительным кольцевым каналом, образованным зазором между наружным кольцевым элементом и фланцевой втулкой.

9. Кольцевая камера сгорания по п.9. отличающаяся тем, что дополнительный кольцевой канал вспомогательного модуля снабжен сквозными отверстиями для охлаждающего воздуха, выполненными во фланцевой втулке на входе и по периферии расширяющейся части кольцевого элемента наружного канала на выходе.

10. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что во вспомогательном модуле расширяющаяся часть кольцевого элемента наружного канала на выходе выполнена конусной с углом раскрытия от 90 до 120°.

11. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой завихритель воздуха внутреннего канала вспомогательного модуля выполнен с тангенциальными равнорасположенными отверстиями по окружности или в виде радиального лопаточного, а стенка внутреннего кольцевого элемента ограничивающего канал имеет на выходе острую кромку.

12. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха наружного канала воздушного тракта вспомогательного модуля к его продольной оси составляет от 50 до 75°.

13. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что во вспомогательном модуле лопатки завихрителя воздуха наружного канала, элементы тракта завихрителя воздуха внутреннего канала и элементы тракта топливной форсунки на выходе направлены в одну сторону.

14. Кольцевая камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в основном модуле лопатки завихрителей воздуха наружного и внутреннего каналов на выходе направлены в противоположные стороны, а разделяющий каналы кольцевой элемент имеет на выходе острую кромку.

15. Кольцевая камера сгорания по п.14, отличающаяся тем, что угол наклона отдельной лопатки завихрителя воздуха основного модуля к продольной оси модуля на выходе составляет от 30 до 45°.