Патент на изобретение №2358139

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА И ТОПЛИВА К КОЛЬЦУ ФОРСУНОК В ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЕ

(57) Реферат:

Устройство для подачи воздуха и топлива к кольцу форсунок в форсажной камере в двухконтурном турбореактивном двигателе содержит множество лопастей стабилизатора пламени, расположенных в форсажной камере и проходящих радиально вокруг оси камеры в основной поток из внешнего корпуса. Кольцо форсунок расположено в основном потоке и выполнено из секторов кольца, установленных, по существу, в непрерывной последовательности на лопастях стабилизатора пламени и содержащих топливоподающую направляющую и коллекторные камеры, и средства для подачи воздуха в коллекторные камеры и топлива в топливоподающую направляющую. Средства для подачи воздуха и топлива проходят между кольцом форсунок и внешним корпусом форсажной камеры внутрь лопастей стабилизатора пламени и присоединены к коллекторным камерам и топливоподающей направляющей через концы секторов кольца. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности турбореактивного двигателя путем ограничения потерь напора основного потока и путем улучшения условий, при которых топливо впрыскивается в основной поток через кольцо форсунок. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к подаче топлива и воздуха в кольцо форсунок в форсажной камере, в частности в двухконтурном турбореактивном двигателе.

В основном, как, например, раскрыто в патенте США 5400589, системы форсажной камеры в турбореактивных двигателях включают в себя множество лопастей стабилизатора пламени, проходящих радиально относительно оси турбореактивного двигателя от внешнего корпуса форсажной камеры в горячий основной поток, образуемый газом сгорания, причем каждый стабилизатор пламени содержит канал подачи топлива, который проходит радиально внутри лопасти от внешнего корпуса.

Кольцо форсунок поддерживается нижними по потоку частями лопастей стабилизатора пламени и проходит либо в основной поток вблизи от границы между основным потоком и холодным вторичным потоком, вырабатываемым вентилятором турбореактивного двигателя и протекающим вокруг форсажной камеры, либо непосредственно во вторичный поток. Кольцо может быть изготовлено из секторов, чьи обращенные друг к другу концы расположены, по существу, конец к концу и установлены на лопастях стабилизатора пламени. Эти секторы кольца снабжаются топливом при помощи каналов, соединенных радиально с внешним корпусом, и они также снабжаются воздухом, получаемым от вторичного потока.

Когда кольцо форсунок проходит в часть форсажной камеры, которая переправляет основной поток, его средствам подачи топлива и воздуха необходимо пройти через вторичный поток, а также через часть основного потока, и вышеуказанные средства приводят к относительно большим потерям напора в этих потоках, таким образом снижая эффективность турбореактивного двигателя.

Так как температура основного потока в форсажной камере может достигать 2000К при форсажном режиме, необходимо обеспечить средства для подачи топлива в форсажную камеру с тепловой защитой, которая может привести к дополнительному увеличению потерь напора в основном и вторичном потоках.

Основной целью настоящего изобретения является обеспечение решения этих проблем, которое является простым, недорогим и эффективным.

С этой целью согласно изобретению создано устройство для подачи воздуха и топлива к кольцу форсунок в форсажной камере в двухконтурном турбореактивном двигателе, причем форсажная камера содержит множество лопастей стабилизатора пламени, проходящих радиально вокруг оси камеры в основной поток из внешнего корпуса, при этом кольцо форсунок расположено в основном потоке и выполнено из секторов кольца, установленных, по существу, в непрерывной последовательности на лопастях стабилизатора пламени и содержащих топливоподающую направляющую и коллекторные камеры, и средства для подачи воздуха в коллекторные камеры и топлива в топливоподающую направляющую, причем средства для подачи воздуха и топлива проходят между кольцом форсунок и внешним корпусом форсажной камеры внутрь лопастей стабилизатора пламени и присоединены к коллекторным камерам и топливоподающей направляющей через концы секторов кольца.

Предпочтительно, коллекторные камеры снабжаются воздухом через, по меньшей мере, один из их концов, выходящий вовнутрь лопасти стабилизатора пламени, радиальная наружная часть которой включает в себя захватывающее отверстие для захвата части вторичного потока, протекающего во внешнем корпусе.

Предпочтительно, воздушные коллекторные камеры имеют соответствующие отверстия для впуска воздуха на каждом из своих концов, образованных вырезами в концах секторов кольца форсунок.

Предпочтительно, топливоподающая направляющая проходит, по существу, по всей длине сектора от одного его конца и присоединена на этом конце к каналу, проходящему, по существу, радиально внутри лопасти стабилизатора пламени к внешнему корпусу.

Предпочтительно, направляющая поддерживается радиальными элементами, установленными в секторе кольца форсунок и имеющими воздушную коллекторную камеру, опирающуюся на него с верхней по потоку стороны, и стенку для температурной защиты направляющей на нижней по потоку стороне.

Предпочтительно, упомянутый канал и направляющая для подачи топлива лопасти стабилизатора пламени находятся, по существу, в одной плоскости, содержащей ось форсажной камеры.

Предпочтительно, упомянутый канал находится сверху по потоку от подающего канала для подачи лопасти стабилизатора пламени.

Предпочтительно, упомянутый радиальный канал присоединен к подающей направляющей сектора кольца форсунок через колено, закрепленное в отверстии поперечного конца стенки сектора кольца форсунок, причем указанная стенка образует отверстие для входа воздуха, направленное вниз по потоку через сектор кольца форсунок.

Предпочтительно, имеется девять секторов кольца и девять лопастей стабилизатора пламени, причем лопасти отстают друг от друга на угол примерно 40°.

Таким образом, средства для подачи воздуха и топлива к секторам кольца форсунок размещены внутри лопастей стабилизатора пламени и таким образом термически защищены лопастями стабилизатора пламени. Кроме того, такое расположение не приводит к дополнительным потерям напора в основном и вторичном потоках и не снижает эффективность турбореактивного двигателя.

При этом каждый сектор кольца индивидуально снабжается топливом через радиальный канал, находящийся в лопасти стабилизатора пламени, при этом радиальный канал и топливоподающий канал лопасти стабилизатора пламени преимущественно находятся в одной плоскости, содержащей ось форсажной камеры, для снижения потерь напора. В качестве примера канал для снабжения сектора форсунок топливом расположен сверху по потоку от подающего канала лопасти стабилизатора пламени.

Другие преимущества и отличительные признаки изобретения станут понятными после прочтения следующего описания, приведенного в виде неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 – схематический частичный вид осевого сечения форсажной камеры двухконтурного турбореактивного двигателя;

фиг. – 2 схематический частичный вид в перспективе сектора кольца форсунок, удерживаемого лопастью стабилизатора пламени;

фиг.3 – схематичный вид спереди со стороны нижнего по потоку конца топливоподающей направляющей сектора кольца форсунок согласно настоящему изобретению;

фиг.4 – схематический вид сверху сектора кольца форсунок с фиг.3;

фиг.5 – сечение с фиг.3 по линии V-V;

фиг.6 – сечение с фиг.3 по линии VI-VI.

На фиг.1 показана часть форсажной камеры 2 двухконтурного турбореактивного двигателя, причем камера расположена снизу по потоку от турбины турбореактивного двигателя.

Форсажная камера 2 содержит, по существу, цилиндрический внешний корпус 4 относительно оси 6 и внутреннюю цилиндрическую стенку 8, соосную с внешним корпусом 4 и сообщающуюся с ним для образования кольцевого пространства 10, проходящего сверху вниз по потоку, в котором протекает холодный или вторичный поток турбореактивного двигателя, вырабатываемый вентилятором на верхнем по потоку конце турбореактивного двигателя и предназначенный для увеличения силы тяги и охлаждения компонентов турбореактивного двигателя.

Внутренняя стенка 8 образует внутреннее цилиндрическое пространство 12, проходящее сверху вниз по потоку, в котором протекает горячий или основной поток турбореактивного двигателя, состоящий из отработанного газа из камеры сгорания турбореактивного двигателя.

Форсажный режим служит для увеличения силы тяги турбореактивного двигателя и заключается во введении воздуха и топлива в основной поток и сжигания смеси в форсажной камере 2.

Эта камера 2 имеет некоторое количество лопастей стабилизатора пламени 14, проходящих наискось в плоскостях, содержащих ось 6, при этом их радиальные внутренние концы смещены вниз по потоку.

Лопасти 14 стабилизатора пламени поддерживаются корпусом 4 и имеют соответствующие радиальные наружные части, проходящие через вторичный поток, и радиальные внутренние части, проходящие через основной поток.

Радиальные внутренние части каждой лопасти 14 образованы полостью V-образного сечения, угол которой расположен навстречу потоку, и которая закрыта с нижней по потоку стороны изогнутой стенкой 16, образующей тепловой защитный экран для топливоподающего канала 18, проходящего по лопасти 14 и имеющего внешний конец, закрепленный в отверстии внешнего корпуса 4 подходящими средствами.

В радиальной внешней части лопасти 14 угол V-образного сечения срезан для образования отверстия для захвата части вторичного потока. Две боковые стенки 20 этого участка V-образного сечения прикрепляются к вышеупомянутому корпусу 4 посредством перемычек 22, представляющих отверстия для прохождения крепежных средств типа болта и гайки или тому подобных.

Кольцевое пространство для прохождения вторичного потока, по существу, разделено на две части по радиальному размеру снизу по потоку от лопасти 14 стабилизатора пламени кольцевой стенкой 24, установленной между внутренним корпусом 8 и кольцом 26 форсунок, установленным в основном потоке на нижних по потоку частях лопастей 14 стабилизатора пламени, так что при работе часть вторичного потока проникает в каждую лопасть 14 и протекает в камеру 28 воздушного потока, расположенную в лопасти 14 и проходящую вдоль подающего канала 18, сверху по потоку от него. Камера 28 имеет отверстия, распределенные по ее длине и выходящие в направлении подающего канала 18, который сам по себе имеет отверстия для распыления топлива, выходящие в направлении вниз по потоку и образованные в стенке его радиальной внутренней части, которая проходит в основной поток.

Каждая лопасть 14 стабилизатора пламени имеет две, по существу, параллельные пластины 30 и 32 вблизи от ее радиальной внешней части, причем эти пластины являются соответственно радиальной внутренней пластиной и радиальной внешней пластиной, при этом они обе сориентированы по периферии и служат для поддержки и направления кольца 26 форсунок, причем внешняя пластина 32 имеет, по существу, прямоугольное отверстие 34 на ее верхней по потоку стороне, открывающееся вовнутрь лопасти 14 стабилизатора пламени (фиг.2).

Эти пластины 30 и 32 имеют примерно прямоугольные формы и проходят соосно вниз по потоку от лопасти 14. Пластины 30 и 32 имеют отверстия для прохождения средств крепления кольца 26 форсунок, причем радиальная внутренняя пластина 30 дополнительно содержит, по существу, цилиндрическое отверстие 36 для прохождения подающего канала 18 лопасти 14 стабилизатора пламени.

Кольцо 26 форсунок выполнено из кольцевых секторов 38, расположенных, по существу, в непрерывной последовательности, и каждый из них располагается между двух лопастей 14 стабилизатора пламени.

Обращенные друг к другу концы секторов 38 кольца 26 форсунок зацепляются между вышеупомянутыми пластинами 30 и 32 лопастей 14 и включают в себя, по существу, полукруглые выемки 40 на уровне вышеупомянутых отверстий для прохождения средств крепления кольца 26 форсунок к пластинам 30, 32.

Ниже приведено описание фиг.2-6.

Каждый сектор 38 кольца имеет в основном U-образное сечение с закругленной перемычкой и двумя фланцами 42 и 44 соответственно, включающими в себя радиально внутренний фланец и радиально внешний фланец, которые соединены на их верхних по потоку концах закругленной перемычкой, при этом внутренний фланец 42 является, по существу, цилиндрическим и имеет центр на оси 6 форсажной камеры 2, а внешний фланец 44 слегка изогнут в осевом сечении и проходит наискось наружу в направлении вниз по потоку.

Каждый сектор 38 кольца имеет топливоподающее средство в форме круглой дугообразной направляющей 46, проходящей по периферии внутри сектора 38 кольца, и канал 48, расположенный между одним концом направляющей 46 и соединительным средством, установленным в отверстии внешнего корпуса 4, причем этот канал 48 проходит через отверстие 34 пластины 32 и проходит, по существу, радиально между боковыми стенками 20 внешней части лопасти 14.

Направляющая 46 имеет отверстия для распыления топлива, которые направлены вниз по потоку, и она поддерживается внутри сектора 38 кольца двумя радиальными элементами 49, расположенными между фланцами 42 и 44 сектора 38 и опирающимися на внутреннюю поверхность фланцев 42 и 44, при этом эти элементы 49 удерживаются у фланцев 42 и 44 подходящими средствами 50, например колышками, имеющимися в элементах 49 и входящими в зацепление с отверстиями во фланцах 42 и 44.

Верхние по потоку кромки элементов 49 включают в себя U-образные вырезы, с которыми взаимодействует направляющая 46, эта направляющая термически защищена на нижней по потоку стороне изогнутой стенкой 52, образованной между нижними по потоку концами фланцев 42 и 44 сектора 38 кольца 26 форсунок, и опирается на вогнутые снизу по потоку кромки элементов 49, при этом изогнутая стенка 52 не показана на фиг.3 в целях ясности.

Изогнутая стенка 52 проходит практически по всей длине сектора кольца 38 и крепится к нему подходящими средствами, такими как заклепки 54, причем радиальный внутренний и внешний концы стенки 52, удаленные от внутренних поверхностей фланцев 42 и 44, крепятся посредством штифтов 56, равномерно расположенных по этим поверхностям для образования кольцевых пазов для впрыскивания воздуха и топлива в основной поток.

Конец направляющей 46, удаленный от канала 48, закрыт, и соединение между направляющей 46 и каналом 48 осуществляется посредством колена 58.

Каждый сектор 38 кольца содержит воздушную коллекторную камеру 60, проходящую вдоль подающей направляющей 46 сектора 38, сверху по потоку от него, и опирающуюся на радиальные элементы 49. По всей своей длине камера 60 имеет отверстия 61, открывающиеся вниз по потоку по направлению к подающей направляющей 46 и вверх по потоку по направлению к перемычке сектора 38 кольца.

Вырез 62 образован на каждом конце каждого сектора 38 кольца на фланцах 42 и 44, где они соединяются на верхней по потоку стороне, причем вырезы 62 на обращенных друг к другу концах двух секторов 38 кольца, поддерживаемого лопастью 14, находятся, по существу, на одном уровне с отверстием 34 пластины 32 лопасти 14 для прохождения части вторичного потока в коллекторные камеры 60.

Каждый вырез 62 закрыт снизу по потоку поперечной стенкой 64, образуя часть воздушной коллекторной камеры 60 сектора 38 кольца, или установлен в секторе 38 кольца в соответствии с нижней по потоку стенкой коллекторной камеры 60.

Одна из двух поперечных стенок 64 сектора 38 кольца включает в себя отверстие для прохождения колена 58, соединяющего канал 48 с направляющей 46, причем колено 58 удерживается в вышеуказанном отверстии посредством втулки 66.

При работе часть вторичного потока, которая проникает в лопасти 14 стабилизатора пламени, проходит через вышеупомянутое отверстие 34 в пластине 32 и проходит через вырезы 62 на обращенных друг к другу концах двух секторов 38 кольца, установленных на лопасти 14, и затем попадает внутрь коллекторных камер 60 этих двух секторов 38 кольца и проходит через отверстия в камерах по направлению к подающей направляющей 46. Смесь, содержащая этот воздух и топливо, распыленное направляющей 46, впрыскивается в основной поток с целью воспламенения в нем.

При форсажном режиме температура вторичного потока 12 составляет около 450К, например, в то время как температура основного потока 14 достигает 2000К. Поток воздуха в секторе 38 кольца обеспечивает охлаждение средства для подачи воздуха и топлива в секторы 38 кольца, так как они больше не подвергаются непосредственно воздействию основного потока. Устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает увеличение эффективности турбореактивного двигателя путем ограничения потерь напора основного потока и путем улучшения условий, при которых топливо впрыскивается в основной поток через кольцо форсунок.

В показанном примере форсажная камера может иметь девять лопастей 14 стабилизатора пламени, равноудаленных друг от друга и расположенных вокруг оси 6 турбореактивного двигателя через интервал примерно в 40°, при этом между ними расположены девять секторов 38 кольца форсунок.

Формула изобретения

1. Устройство для подачи воздуха и топлива к кольцу форсунок в форсажной камере в двухконтурном турбореактивном двигателе, причем форсажная камера содержит множество лопастей стабилизатора пламени, проходящих радиально вокруг оси камеры в основной поток из внешнего корпуса, при этом кольцо форсунок расположено в основном потоке и выполнено из секторов кольца, установленных, по существу, в непрерывной последовательности на лопастях стабилизатора пламени и содержащих топливоподающую направляющую и коллекторные камеры, и средства для подачи воздуха в коллекторные камеры и топлива в топливоподающую направляющую, причем средства для подачи воздуха и топлива проходят между кольцом форсунок и внешним корпусом форсажной камеры внутрь лопастей стабилизатора пламени и присоединены к коллекторным камерам и топливоподающей направляющей через концы секторов кольца.

2. Устройство по п.1, в котором коллекторные камеры снабжаются воздухом через, по меньшей мере, один из их концов, выходящий вовнутрь лопасти стабилизатора пламени, радиальная наружная часть которой включает в себя захватывающее отверстие для захвата части вторичного потока, протекающего во внешнем корпусе.

3. Устройство по п.2, в котором воздушные коллекторные камеры имеют соответствующие отверстия для впуска воздуха на каждом из своих концов, образованных вырезами в концах секторов кольца форсунок.

4. Устройство по п.1, в котором топливоподающая направляющая проходит, по существу, по всей длине сектора от одного его конца и присоединена на этом конце к каналу, проходящему, по существу, радиально внутри лопасти стабилизатора пламени к внешнему корпусу.

5. Устройство по п.4, в котором направляющая поддерживается радиальными элементами, установленными в секторе кольца форсунок и имеющими воздушную коллекторную камеру, опирающуюся на него с верхней по потоку стороны, и стенку для температурной защиты направляющей на нижней по потоку стороне.

6. Устройство по п.4, в котором упомянутый канал и направляющая для подачи топлива лопасти стабилизатора пламени находятся, по существу, в одной плоскости, содержащей ось форсажной камеры.

7. Устройство по п.6, в котором упомянутый канал находится сверху по потоку от подающего канала для подачи лопасти стабилизатора пламени.

8. Устройство по п.4, в котором упомянутый радиальный канал присоединен к подающей направляющей сектора кольца форсунок через колено, закрепленное в отверстии поперечного конца стенки сектора кольца форсунок, причем указанная стенка образует отверстие для входа воздуха, направленное вниз по потоку через сектор кольца форсунок.

9. Устройство по п.1, в котором имеются девять секторов кольца и девять лопастей стабилизатора пламени, причем лопасти отстают друг от друга на угол примерно 40°.

РИСУНКИ