Результат интеллектуальной деятельности: СОДЕРЖАЩИЙ ПРЕДКАМЕРУ МОДУЛЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПРЕДУСМАТРИВАЮЩЕЙ СГОРАНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2420-546589RU/042

СОДЕРЖАЩИЙ ПРЕДКАМЕРУ МОДУЛЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПРЕДУСМАТРИВАЮЩЕЙ СГОРАНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к области турбомашин, а конкретнее - к области камер сгорания предусматривающих сгорание при постоянном объеме, турбомашин.

Изобретение применимо к наземным или авиационным турбомашинам, а в качестве примера - к турбомашинам воздушных судов, таким, как турбореактивные двигатели и турбовинтовые двигатели.

Точнее, оно посвящено камере сгорания, предусматривающей сгорание при постоянном объеме, турбомашины, включающей в себя предкамеру, а также к турбомашине, включающей в себя такой модуль камеры сгорания.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Камера сгорания турбомашины обычно работает в соответствии с термодинамическим циклом Брайтона, предусматривая называемое сгорание при постоянном давлении.

Вместе с тем, для некоторого прироста удельного потребления предусмотрена замена камеры сгорания по циклу Брайтона камерой сгорания по термодинамическому циклу Хамфри, предусматривающей так называемое сгорание при постоянном объеме, или «СПО», что приводит к воплощению изохорического процесса.

В качестве примере, отметим, что в заявке FR 2945316 A1 на патент описано создание камеры сгорания, предусматривающей СПО. Эта камера содержит на входе клапан впуска сжатого газа, выполненный с возможностью переключения между открытым положением и закрытым положением, и включает в себя на выходе клапан выпуска выхлопных газов, тоже выполненный с возможностью переключения между открытым положением и закрытым положением. Положения клапанов изменяют синхронизировано, чтобы воплотить три последовательные фазы цикла Хамфри, а именно: впуск - сгорание - выпуск.

Поскольку воплощаемый процесс является изохорическим, цикл Хамфри подразумевает сохранение нагрузки в течение некоторого периода времени в физически замкнутом объеме. Этот рабочий режим вызывает появление импульсной системы. В самом деле, происходит забор воздуха из компрессора внутрь камеры сгорания. Затем, после смыкания кулачков, искра инициирует сгорание в камере. Как только это сгорание заканчивается, камеру открывают, давая горячим газам выйти в турбину для выработки мощности или непосредственно в сопло для создания аэродинамического давления.

Конкретнее, процесс сгорания при постоянном объеме согласно циклу Хамфри требует подвода энергии в каждый цикл сгорания, чтобы иметь возможность запуска сгорания посредством распространения фронта пламени. В частности, такое сгорание требует значительной энергии, подвод которой со временем повторяется.

Среди современных решений, целью которых является подвод энергии, необходимой для воспламенения в камере сгорания, предусматривающей СПО, известно решение, заключающееся в том, что воспламенение инициируют с помощью системы воспламенения посредством электрической дуги. Однако такое решение подразумевает использование системы, стойкой к внешним воздействиям и избыточной. Также известно решение, заключающееся в использовании выхлопных газов предыдущего цикла сгорания или даже выхлопных газов из близкой или соседней камеры сгорания. Однако такая система очень сложна в управлении и может понизить потенциал, присущий системе сгорания. Поэтому современные решения не являются полностью удовлетворительными.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вследствие этого, задачей изобретения состоит в том, чтобы, по меньшей мере, частично удовлетворить вышеупомянутые потребности и преодолеть вышеупомянутые недостатки, связанные с вариантами осуществления технических решений.

В частности, изобретение имеет задачей обеспечение альтернативного решения по подводу энергии, необходимой для воспламенения в камере сгорания, предусматривающей сгорание при постоянном объеме, турбомашины.

Таким образом, задача изобретения в соответствии с одним из его аспектов, состоит в том, чтобы разработать модуль камеры сгорания турбомашины, включающий в себя, по меньшей мере, одну камеру сгорания, предусматривающую сгорание при постоянном объеме, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя - выше по потоку от упомянутой, по меньшей мере, одной камеры сгорания, предусматривающей сгорание при постоянном объеме, - предкамеру, выполненную с возможностью выработки горячих газообразных продуктов сгорания, подаваемых в упомянутую, по меньшей мере, одну камеру сгорания, предусматривающую сгорание при постоянном объеме, чтобы обеспечить воспламенение этих продуктов.

Посредством изобретения достигается возможность выработки - выше по потоку от камеры (камер) сгорания, предусматривающей (предусматривающими) СПО, модуля сгорания в соответствии с изобретением, посредством предкамеры - горячих газов, подводящих энергию, необходимую для воспламенения в камере (камерах) сгорания, предусматривающей (предусматривающими) СПО. В частности, изобретение может дать желаемую емкость, предусматриваемую для того, чтобы обеспечить воспламенение в камере (камерах) сгорания, предусматривающей (предусматривающими) СПО, в так называемых «тяжелых» условиях эксплуатации, в частности - в случае холода или высокогорья. Таким образом, изобретение может дать возможность встроить в модуль сгорания турбомашины специальную систему для теплового воспламенения в одной или нескольких камерах сгорания, предусматривающих СПО, для ограничения дестабилизации двигателя и для оптимизации кпд двигателя.

Модуль камеры сгорания в соответствии с изобретением может дополнительно предусматривать одну или несколько следующих характеристик, взятых в отдельности или в соответствии с любыми технически возможными комбинациями.

Предкамера преимущественно предусматривает сгорание при постоянном давлении, что приводит к воплощению изобарического процесса.

Упомянутая, по меньшей мере, одна камера сгорания, предусматривающая СПО, преимущественно включает в себя клапан впуска сжатого газа, выполненный с возможностью допускать открытое положение, а также закрытое положение, в котором он противодействует впуску сжатого газа, а кроме того - клапан выпуска выхлопных газов, выполненный с возможностью допускать открытое положение, а также закрытое положение, в котором он противодействует выпуску выхлопного газа наружу из камеры.

С другой стороны, конфигурация предкамеры предпочтительно обеспечивает выработку главным образом выхлопных газов, содержащих монооксид углерода и молекулярный водород.

Кроме того, в соответствии с одним альтернативным вариантом осуществления, модуль в соответствии с изобретением может включать в себя - ниже по потоку от предкамеры и выше по потоку от упомянутой, по меньшей мере, одной камеры сгорания, предусматривающей сгорание при постоянном объеме, - модуль катализатора окисления, делающий возможным, в частности, увеличение расхода молекулярного водорода горячих газообразных продуктов сгорания, подаваемых в упомянутую, по меньшей мере, одну камеру сгорания, предусматривающую сгорание при постоянном объеме, чтобы обеспечить воспламенение этих продуктов.

Модуль в соответствии с изобретением предпочтительно включает в себя множество камер сгорания, предусматривающих сгорание при постоянном объеме, распределенных вокруг оси вращения турбомашины.

Кроме того, предкамера может обеспечивать подачу горячих газообразных продуктов сгорания в камеру сгорания, предусматривающую сгорание при постоянном объеме, посредством системы типа центробежного распределителя.

Помимо этого, одна задача изобретения в соответствии с еще одним из его аспектов состоит в том, чтобы разработать турбомашину, отличающуюся тем, что она включает в себя модуль камеры сгорания, охарактеризованный ранее.

Модуль камеры сгорания и турбомашина в соответствии с изобретением могут предусматривать любую из характеристик, приведенных выше, взятых в отдельности или в соответствии с любыми технически возможными комбинациями с другими характеристиками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематический вид сбоку газогенератора турбореактивного двигателя, включающего в себя возможную камеру сгорания, предусматривающую сгорание при постоянном объеме, в соответствии с изобретением, а

фиг.2 - схематический вид спереди модуля камеры сгорания согласно фиг.1.

На всех чертежах одинаковые позиции могут обозначать одинаковые или аналогичные элементы.

Кроме того, разные части, представленные на чертежах, не обязательно вычерчены в неизменном масштабе, чтобы сделать чертежи читабельнее.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Отметим, что по всему тексту описания термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» надлежит рассматривать в связи с главным направлением F нормального потока газов (из положения выше по потоку в положение ниже по потоку) для турбомашины. С другой стороны, под осью T турбомашины понимается радиальная ось симметрии турбомашины. Осевое направление турбомашины соответствует направлению оси T турбомашины. Радиальное направление турбомашины - это направление, перпендикулярное оси T турбомашины. Кроме того, если не упоминается иное, прилагательные и обстоятельства «осевое», «радиальное», «аксиально» и «радиально» употребляются применительно к вышеупомянутым осевому и радиальному направлениям.

Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь - на схематическом виде сбоку - представлен возможный вариант осуществления газогенератора 1 турбомашины воздушного судна, предпочтительно турбореактивного двигателя, включающего в себя возможный модуль 4 камеры сгорания, предусматривающей сгорание при постоянном объеме (СПО), в соответствии с изобретением.

Газогенератор 1 обычно включает в себя - в положениях от находящегося выше по потоку к находящемуся ниже по потоку - один или несколько модулей 2 компрессоров, модуль 4 камеры сгорания и один или несколько модулей 3 турбин. Модули 2 компрессоров и модули 3 турбин обычно соединены посредством системы 5 валов, которая приводит в движение приемник турбомашины воздушного судна, например - вентилятор (не представлен) в случае турбореактивного двигателя.

В соответствии с изобретением, модуль 4 камеры сгорания включает в себя множество камер 7 сгорания, предусматривающих СПО, а выше по потоку от них - предкамеру 6, выполненную с возможностью выработки горячих газообразных продуктов сгорания, подаваемых в камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, чтобы обеспечить воспламенение этих продуктов.

Предкамера 6 преимущественно является предусматривающей сгорание при постоянном давлении. Она вырабатывает струи горячего газа выше по потоку от камер 7 сгорания, предусматривающих СПО, чтобы подвести энергию, требующуюся для воспламенения этого газа.

Изобарическая предкамера 6 находит вполне конкретное применение при работе на богатой смеси для выработки выхлопных газов с примесью главным образом монооксида углерода, CO, и молекулярного водорода, H₂. Таким образом, эти газы являются подводимыми для воспламенения в главные камеры 7 сгорания предусматривающие СПО, и благоприятствуют восстановлению при задержке инициирования сгорания по отношению к выхлопным газам, вырабатываемым с низким содержанием CO и H₂.

На фиг.2 представлен посредством схематического вида спереди поперечно оси вращения T турбомашины модуль 4 камеры сгорания согласно фиг.1.

Как можно увидеть на этой фиг.2, множество камер 7 сгорания, предусматривающих СПО равномерно распределены вокруг системы 5 валов, центрированной на оси Т двигателя.

Обеспечивают, например, 4 камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, но это число ни в коем случае не является ограничительным. Все они предпочтительно идентичны.

Кроме того, число этих камер 7 сгорания, предусматривающих СПО, предпочтительно является четным числом, чтобы иметь возможность нейтрализовать два барабана камеры, диаметрально противоположные, в случае аномалии одного из них и тем самым избежать асимметрий потока на входе турбины.

В самом деле, камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, скомпонованы в так называемой барабанной конфигурации, будучи предназначенными предпочтительно для того, чтобы оставаться неподвижными относительно кожуха двигателя при эксплуатации турбомашины.

Каждая камера 7 сгорания предусматривает СПО и закрыта на своих концах двумя синхронизированными клапанами впуска и выпуска, чтобы воплотить три последовательные фазы цикла Хамфри, а именно: впуск - сгорание - выпуск. Даже если они идентичны, камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, предпочтительно являются преднамеренно сдвинутыми по фазе друг относительно друга в связи с воплощением цикла Хамфри. В качестве примера, отметим, что некоторая заданная камера, находящаяся в фазе впуска, может примыкать к другой камере, находящейся в фазе сгорания, и т.п.

С другой стороны стороны, как можно заметить на рассматриваемой фиг.2, изобарическая предкамера 6 обеспечивает подачу горячих газообразных продуктов сгорания в камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, через систему 8 типа центробежного распределителя, которая позволяет распределять горячие газы в камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, как представлено стрелками D на фиг.2.

Кроме того, хотя это и не отображено, также есть возможность использовать - ниже по потоку от предкамеры 6 и выше по потоку от камер 7 сгорания, предусматривающих СПО, - модуль катализатора окисления. Тем самым, этот катализатор окисления размещается на выходе предкамеры 6 и обеспечивает, в частности, увеличение расхода молекулярного водорода H₂ горячих газообразных продуктов сгорания, подаваемых в камеры 7 сгорания, предусматривающие СПО, создавая возможность воспламенения этих продуктов. В самом деле, известно, что высокий расход молекулярного водорода благоприятствует стойкости системы сгорания к разбавлению остаточными газами. Поэтому оказывается возможным повышение надежности всей предусматриваемой системы.

Конечно, изобретение не ограничивается только что описанным вариантом осуществления. Специалисты в данной области техники смогут внести в него различные модификации.

Термин «включающий (-ую, -ее) в себя один (одну, одно)» следует понимать как синонимичный термину «включающий (-ую, -ее) в себя, по меньшей мере, один (одну, одно)», если не указано иное.