Патент на изобретение №2315911

(54) КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую полость, образованную кожухом, жаровую трубу с блоком головок, зоной горения и зоной смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство. Кольцевая полость и передняя часть каждой головки блока головок выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью подачи воды в полость кожуха и подачи смеси водного раствора электролита и топлива через форсунку с кавитатором в каждую головку блока головок. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой дуги, электроды которой с возможностью зажигания и тушения вольтовой дуги, диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси установлены в каждой головке блока головок. Причем один из электродов выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом. Изобретение позволяет повысить экономическую и экологическую эффективность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к камерам сгорания, и может быть использовано в газотурбинных двигателях различного назначения.

Известна камера сгорания воздушно-реактивного двигателя, содержащая корпус, в полости которого установлена жаровая труба с зоной горения, зоной смешения, форсунку подачи топлива и воспламенительное устройство.

/А.с. СССР № 705211, F23R 3/14, 10.01.1980 г./ [1].

Недостатком известной камеры сгорания является ее работа на дорогом нефтяном топливе и токсичный выхлоп.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая кольцевую полость, образованную кожухом, жаровую трубу с блоком головок в передней своей части, зоной горения, зоной смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство.

/Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. – 5-е издание. – М.: Машиностроение, 1981 г., стр.397-401, рис.9.20./ [2].

Недостатком камеры сгорания аналога является ее низкая экономическая и экологическая эффективность в работе.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении экономической и экологической эффективности камеры сгорания газотурбинного двигателя

Поставленная задача решается тем, что в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей кольцеву полость, образованную кожухом, жаровую трубу с блоком головок, зоной горения и зоной смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство. Кольцевая полость и передняя часть каждой головки блока головок выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления чистой воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, через форсунку, выполненную с кавитатором в каждую головку блока головок. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них регулируемого, например, блоком управления постоянного тока, например, от бортовой электросети, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси установлены в каждой головке блока головок. При этом один из электродов может быть выполнен подвижным, например выполнен управляемым электромагнитным клапаном при зажигании вольтовой дуги, другой может быть выполнен конической формы и с конусным каналом.

Сущность изобретения схематично показана на чертеже.

Пример выполнения предлагаемого решения.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит кольцевую полость 1, образованную кожухом 2 и, например, герметизированную крышкой 3, кольцевую жаровую трубу 4 с зоной смешения 5 и герметичной передней частью каждой головки 6 блока головок. Систему подачи топлива с форсункой 7, регулируемой, например, блоком управления подачи и распыления чистой воды в кольцевую полость кожуха и с форсункой 8, выполненной с кавитатором, например, в виде местного сужения ее канала /не показано/, также регулируемой, например, блоком управления подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, в каждую головку блока головок. Воспламенительное устройство в виде электродов 9 и 10 вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них регулируемого, например, блоком управления постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения 11 вольтовой дуги паров смеси, через электроизолирующие втулки и прокладку 12 установлены в каждой головке блока головок. При этом один из электродов выполнен подвижным – перемещаемым электромагнитным клапаном 13 при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом 14. Жаровая труба в кожухе закреплена стаканами 15, ее тепловые удлинения происходят в сторону турбины 16.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.

Перед пуском в работу на электроды 9 и 10 вольтовой дуги, электроизолированных от корпуса втулками и прокладкой 12, подают регулируемый, например, блоком управления постоянный ток от бортовой электросети, например, силой 3-4 А. Включают электромагнитный клапан 13 и кратковременным контактом концом подвижного электрода 9 с электродом конической формы 10, в его конусном канале 14, зажигают вольтовую дугу. И через форсунку 8 с кавитатором в переднюю герметичную часть 6 каждой головки блока головок под давлением, например, 5-20 атм и под управлением блока управления подают смесь электролита, например водного раствора едкого кали, и топлива, например 5% метилового спирта. За счет кавитации в кавитаторе форсунки 8 часть подаваемой смеси диссоциирует, ионизируется и вся смесь тончайше распыляется, превращается в пар, за счет охлаждения элементов головки блока головок и по конусному каналу 14 поступает в зону горения 11 вольтовой дуги. Под воздействием горящей вольтовой дуги и за счет протекания постоянного тока через электролит смесь диссоциирует, ионизируется, воспламеняется, превращается в плазму и под давлением 5-20 атм и с температурой плазмы из зоны горения 11 вольтовой дуги в конусном канале 14 электрода 10 поступает в зону смешения 5 кольцевой жаровой трубы 4. В герметичную кольцевую полость 1 кожуха 2 через форсунку 7 также под давлением 5-20 атм и под управлением блока управления подают и распыляют, например, химочищенную воду, которая охлаждает кольцевую жаровую трубу 4, превращается в водяной пар и затем поступает в кольцевую зону смешения 5. В зоне смешения 5 продукты горения – плазма и водяной пар, поступающий из полости 1, смешиваются, температура плазмы нормализуется до приемлемого значения и затем поступает на турбину 16. При этом жаровая труба 4 в кожухе 2 крепится стаканами 15, ее тепловые удлинения происходят в сторону турбины. Электроды 9 и 10 охлаждаются проходящим через них и обтекающим их водяным паром. Для тушения вольтовой дуги отключают подачу постоянного тока на электроды 9 и 10 и прекращают подачу воды и смеси электролита и топлива в камеру сгорания.

Предлагаемая кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя в эксплуатации безопасна, высоко экономична и экологически безвредна. Найдет применение для газотурбинных двигателей различного назначения.

Формула изобретения

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая кольцевую полость, образованную кожухом, жаровую трубу с блоком головок, зоной горения и зоной смешения, систему подачи топлива и воспламенительное устройство, отличающаяся тем, что кольцевая полость и передняя часть каждой головки блока головок выполнены герметичными, система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива через форсунку, выполненную с кавитатором, в каждую головку блока головок, воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси установлены в каждой головке блока головок.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что один из электродов выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом.

РИСУНКИ