RU88394U1

RU88394U1 - GAS-TURBINE ENGINES AND PLANTS INJECTOR, SPRAYING HIGH VISCOUS FUEL

Info

Publication number: RU88394U1
Application number: RU2009116805/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Васильев; Александр Алексеевич Свириденков; Виктор Иванович Ягодкин; Анна Израилевна Майорова
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2009-11-10

Abstract

Форсунка для газотурбинных двигателей и установок, распиливающая высоковязкое топливо низконапорными системами подачи топлива, содержащая корпус, установленные в нем камеру закручивания с соплом, топливную иглу, входящую в сопло, область подвода топлива в камеру закручивания, отличающаяся тем, что область подвода топлива включает расположенные вдоль корпуса канал для подвода топлива, связанный с магистралью подвода топлива, и коллектор, соединенные сквозными отверстиями, и шнек для завихрения подводимого топлива, установленный на выходе коллектора в камеру закручивания, дополнительно снабжена каналом перепуска топлива из камеры закручивания в сливную магистраль, пружиной, подвижным поршнем, установленным на конце пружины, обращенным к соплу, причем подпоршневая полость связана с магистралями подвода и слива топлива с образованием в ней при перемещении поршня топливного гидроцилиндра переменного объема, перемещающего пружину с топливной иглой.A nozzle for gas turbine engines and plants, cutting high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems, comprising a housing, a swirling chamber with a nozzle installed therein, a fuel needle entering the nozzle, an area for supplying fuel to the swirling chamber, characterized in that the fuel supply region includes housing a channel for supplying fuel, connected to the fuel supply line, and a collector connected through holes, and a screw for swirling the fuel supplied, mounted on the outlet The collector’s ode to the swirl chamber is additionally equipped with a fuel bypass channel from the swirl chamber to the drain line, a spring, a movable piston mounted on the end of the spring facing the nozzle, and the piston cavity is connected to the fuel supply and drain lines with the formation of a fuel piston during movement hydraulic cylinder of variable volume, moving the spring with a fuel needle.

Description

Полезная модель относится к топливоподающим системам энергетических установок, точнее - касается форсунки для газотурбинных двигателей и установок, распыливающей высоковязкое топливо.The utility model relates to fuel-supplying systems of power plants, more precisely, concerns a nozzle for gas turbine engines and plants spraying highly viscous fuel.

Полезная модель может быть использована в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), газотурбинных установок (ГТУ) с низконапорными системами подачи топлива.The utility model can be used in the combustion chambers of gas turbine engines (GTE), gas turbine units (GTU) with low-pressure fuel supply systems.

Известна форсунка для распыливания дизельного топлива, в частности для большого двухтактного дизельного двигателя, содержащая наружный корпус, сквозной топливный канал, входящий в сопло, клапан с ползунком, который подвергается воздействию в направлении к седлу клапана предварительно нагруженной пружины сжатия, а в противоположном направлении посредством давления топлива в топливном канале. (патент РФ №2126095, опубл. 1999 г.). Работающая на сжатие пружина действует на продольно перемещаемый ползунок клапана в направлении его закрытия. Первый поршень, находящийся с одного конца пружины сжатия, совместно с неподвижным компонентом определяет границы первой камеры давления, которая сообщается с каналом для прохода топлива посредством другого канала. Границы второй камеры давления определяются первым поршнем и вторым поршнем. Когда первый поршень под давлением топлива в первой камере перемещается из крайнего положения при минимальном объеме в камере, открывается сечение соединение для прохождения потока между двумя камерами, при этом во второй камере создается давление. Создание давления в камерах приводит к автоматическому нагружению пружины сжатия. Когда форсунка находится в закрытом положении, топливо, заключенное во второй камере, удерживает пружину сжатия в нагруженном состоянии. Форсунка позволяет создать увеличенное давление открытия при повышенных нагрузках двигателя. Однако данное изобретение не позволяет осуществлять мелкодисперсное распыливание.Known nozzle for spraying diesel fuel, in particular for a large two-stroke diesel engine, comprising an outer casing, a through fuel channel included in the nozzle, a valve with a slider that is exposed to a preloaded compression spring towards the valve seat, and in the opposite direction by pressure fuel in the fuel channel. (RF patent No. 2126095, publ. 1999). The compression spring acts on the longitudinally movable valve slider in the direction of its closing. The first piston located at one end of the compression spring, together with the stationary component, defines the boundaries of the first pressure chamber, which communicates with the channel for the passage of fuel through another channel. The boundaries of the second pressure chamber are determined by the first piston and the second piston. When the first piston under pressure of fuel in the first chamber moves from its extreme position with a minimum volume in the chamber, a connection section is opened for the flow to pass between the two chambers, and pressure is generated in the second chamber. The creation of pressure in the chambers leads to automatic loading of the compression spring. When the nozzle is in the closed position, the fuel enclosed in the second chamber holds the compression spring in a loaded state. The nozzle allows you to create increased opening pressure at high engine loads. However, this invention does not allow fine spraying.

Известно устройство топливной форсунки для горелки на жидком топливе, которая предназначена для газовой турбины, которая должна регулироваться от холостого хода до режима максимальной мощности, (патент РФ №2160413, опубл. 2000 г.). Устройство имеет главную ось, впускную область и примыкающую к ней область обратного потока. Впускная область расположена вдоль главной оси между топливной форсункой и областью обратного потока. Область обратного потока имеет кольцевой зазор, который сужается вниз по течению и который создается центрально расположенным сердечником.A device for a fuel nozzle for a burner for liquid fuel, which is designed for a gas turbine, which should be regulated from idle to maximum power, (RF patent No. 2160413, publ. 2000). The device has a main axis, an inlet region and an adjacent backflow region. The inlet area is located along the main axis between the fuel nozzle and the return flow area. The backflow region has an annular gap that narrows downstream and which is created by a centrally located core.

Топливо поступает во впускную область через впускной канал в тангенциальном направлении, за счет чего во впускной области образуется вихревое течение. Часть этого течения направляется в область обратного потока. Другая часть в форме вихря вытекает из топливной форсунки в камеру сгорания. За счет регулировочного клапана поперечное сечение обратного потока является переменным. Топливо вводится во впускную область при постоянном массовом потоке, и за счет установки регулировочным клапаном переменного поперечного сечения линии обратного потока автоматически происходит регулирование вводимого через топливную форсунку количества топлива. Соотношение количества топлива, направляемого через линию обратного потока к количеству топлива, поступающего в топливную форсунку составляет 1:30. Данная форсунка не позволяет осуществить мелкодисперсное распыление и не пригодна для высоконагруженных двигателей.Fuel enters the inlet region through the inlet channel in a tangential direction, due to which a vortex flow forms in the inlet region. Part of this flow is directed to the reverse flow region. Another part in the form of a vortex flows from the fuel nozzle into the combustion chamber. Due to the control valve, the cross section of the return flow is variable. Fuel is introduced into the inlet region at a constant mass flow, and due to the control valve setting a variable cross-section of the return flow line, the amount of fuel introduced through the fuel nozzle is automatically regulated. The ratio of the amount of fuel sent through the return flow line to the amount of fuel entering the fuel nozzle is 1:30. This nozzle does not allow fine spraying and is not suitable for highly loaded engines.

Наиболее близким техническим решением является центробежная форсунка для распыливания вязких горючих жидкостей в камерах сгорания.(патент РФ №2242675, опубл. 2004 г.). Центробежная форсунка содержит корпус с соплом и камеру закручивания. К камере закручивания с противоположной стороны присоединена отводная труба. Форсунка дополнительно содержит трубу подачи жидкого топлива с соплом, выполняющим роль струйного насоса. Данное техническое решение может быть использовано для распыливания горючих жидкостей в топках котлов. Оно не позволяет осуществлять мелкодисперсное распыливание требуемое для двигателей летательных аппаратов.The closest technical solution is a centrifugal nozzle for spraying viscous combustible liquids in combustion chambers (RF patent No. 2242675, publ. 2004). The centrifugal nozzle comprises a housing with a nozzle and a twisting chamber. An outlet pipe is attached to the swirl chamber on the opposite side. The nozzle further comprises a liquid fuel supply pipe with a nozzle acting as a jet pump. This technical solution can be used for spraying flammable liquids in boiler furnaces. It does not allow the finely dispersed atomization required for aircraft engines.

Камеры сгорания ГТД и ГТУ работают в широком диапазоне изменения расхода топлива. Мелкодисперсность и равномерность распределения капель топлива в факеле распыла оказывают существенное влияние на дымление и равномерность поля температур в выходном сечении камеры сгорания, а также на зону устойчивой работы камеры сгорания. Так, например, у газотурбинного двигателя при переходе на номинальный режим с режима запуска расход топлива может уменьшается в 20-30 раз. В простой центробежной форсунке расход топлива приблизительно равен корню квадратному из перепада давления на форсунке, поэтому для увеличения расхода топлива в 30 раз требуется увеличить перепад давления в 900 раз. Применяемые в настоящее время топливные насосы обеспечивают максимальное давление перед форсунками примерно равное (7,5-8)10⁶ Па. Это давление не может быть существенно повышено без усложнения и утяжеления топливной аппаратуры при уменьшении ее надежности. Если - максимальное давление подачи составляет (7,5-8)10⁶ Па, то для уменьшения расхода в 30 раз необходимо снизить давление до (8-9)10³ Па. Но при столь низком давлении топливная струя, вытекающая из форсунки, практически уже не распадается на капли, а образует пузырь, т.е. невозможно получить требуемый мелкодисперсный распыл, что приведет к увеличению склонности топливно-воздушного факела к пульсациям, и в свою очередь ведет к уменьшению зоны устойчивой работы камеры сгорания, и снижению полноты сгорания топлива.Combustion chambers of gas turbine engines and gas turbines operate in a wide range of changes in fuel consumption. The fineness and uniformity of the distribution of fuel droplets in the spray plume have a significant effect on smoke and uniformity of the temperature field in the outlet section of the combustion chamber, as well as on the area of stable operation of the combustion chamber. So, for example, in a gas turbine engine, when switching to the nominal mode from the start mode, fuel consumption can be reduced by 20-30 times. In a simple centrifugal nozzle, fuel consumption is approximately equal to the square root of the differential pressure on the nozzle, therefore, to increase fuel consumption by 30 times, it is necessary to increase the pressure drop by 900 times. Currently used fuel pumps provide a maximum pressure in front of the nozzles of approximately equal to (7.5-8) 10 ⁶ Pa. This pressure cannot be significantly increased without complicating and weighting the fuel equipment while reducing its reliability. If - the maximum supply pressure is (7.5-8) 10 ⁶ Pa, then to reduce the flow rate by 30 times, it is necessary to reduce the pressure to (8-9) 10 ³ Pa. But at such a low pressure, the fuel jet flowing out of the nozzle practically does not break up into droplets, but forms a bubble, i.e. it is impossible to obtain the required finely dispersed spray, which will lead to an increase in the propensity of the fuel-air torch to pulsations, and in turn leads to a decrease in the zone of stable operation of the combustion chamber, and a decrease in the completeness of fuel combustion.

В основу технической задачи положена задача создания форсунки для газотурбинных двигателей и установок, распыливающей высоковязкое топливо низконапорными системами подачи топлива с сохранением требуемой мелкодисперсности распыла, при этом расход топлива может регулироваться от холостого хода до режима максимальной мощности.The technical task is based on the task of creating a nozzle for gas turbine engines and installations spraying high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems while maintaining the required fine dispersion of the spray, while the fuel consumption can be regulated from idle to maximum power.

Техническим результатом является распыливание высоковязкого топлива низконапорными системами подачи топлива с сохранением требуемой мелкодисперсности распыла, при регулировании расхода топлива от холостого хода до режима максимальной мощности.The technical result is the spraying of high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems while maintaining the required fine dispersion of the spray, while controlling the fuel consumption from idle to maximum power.

Поставленная задача решается тем, что форсунка для газотурбинных двигателей и установок, распыливающая высоковязкое топливо низконапорными системами подачи топлива, содержит корпус, установленные в нем камеру закручивания с соплом, топливную иглу, входящую в сопло, область подвода топлива в камеру закручивания, включающую расположенные вдоль корпуса канал для подвода топлива, связанный с магистралью подвода топлива, и коллектор, соединенные сквозными отверстиями, и шнек для завихрения подводимого топлива, установленный на выходе коллектора в камеру закручивания, дополнительно снабжена каналом перепуска топлива из камеры закручивания в сливную магистраль, пружиной, подвижным поршнем, установленным на конце пружины, обращенным к соплу, причем подпоршневая полость связана с магистралями подвода и слива топлива с образованием в ней при перемещении поршня топливного гидроцилиндра переменного объема перемещающим пружину с топливной иглой.The problem is solved in that the nozzle for gas turbine engines and plants, spraying high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems, contains a housing, a swirling chamber with a nozzle installed therein, a fuel needle entering the nozzle, an area for supplying fuel to the swirling chamber, including located along the housing a fuel supply channel connected to the fuel supply line, and a collector connected through holes, and a screw for swirling the fuel supplied, installed at the output of the call the vector into the swirl chamber, is additionally equipped with a channel for transferring fuel from the swirl chamber to the drain line, a spring, a movable piston mounted on the end of the spring facing the nozzle, and the piston cavity is connected to the fuel supply and drain lines with the formation of a fuel hydraulic cylinder during movement variable volume moving spring with a fuel needle.

В дальнейшем полезная модель поясняется описанием и чертежом конструкции форсунки.In the future, the utility model is illustrated by the description and drawing of the nozzle design.

Форсунка для газотурбинных двигателей и установок, распыливающая высоковязкое топливо низконапорными системами подачи топлива, согласно полезной модели, содержит корпус 1, установленную в нем камеру закручивания 2 с соплом 3, топливную иглу 4, входящую в сопло 3, область подвода топлива в камеру закручивания, включающую канал 5 для подвода топлива, коллектор 7, расположенные вдоль корпуса 1 и соединенные сквозными отверстиями 6, и шнек 10, для завихрения подводимого топлива, установленный на выходе коллектора 7 в камеру закручивания 2. Канал 5 связан с магистралью подвода топлива 8.An injector for gas turbine engines and plants spraying high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems, according to a utility model, comprises a housing 1, a swirling chamber 2 mounted therein with a nozzle 3, a fuel needle 4 included in the nozzle 3, an area for supplying fuel to the swirling chamber, including channel 5 for supplying fuel, a collector 7 located along the housing 1 and connected through holes 6, and a screw 10, for turbulence of the supplied fuel, installed at the outlet of the collector 7 into the twisting chamber 2. Channel 5 Yazan with fuel supply line 8.

Форсунка содержит также канал 11 перепуска топлива (отвода) из камеры закручивания 2 в сливную магистраль 9, перепускные отверстия 12, размещенные в корпусе 1 на выходе канала перепуска топлива. Регулировку отвода топлива из канала 11 с возможностью его полного закрытия при максимальной подаче топлива осуществляют системой регулирования, расположенной вне устройства (на чертеже не показана).The nozzle also includes a fuel bypass (exhaust) channel 11 from the swirl chamber 2 to the drain line 9, bypass holes 12 located in the housing 1 at the outlet of the fuel bypass channel. The adjustment of the fuel outlet from the channel 11 with the possibility of its complete closure at maximum fuel supply is carried out by a control system located outside the device (not shown in the drawing).

Топливная игла 4 подпружинена. Пружина 13 снабжена подвижным поршнем 16, установленным на ее конце, обращенным к соплу 3, а противоположным концом пружина 13 контактирует с втулкой 17 неподвижно установленной в корпусе 1. Подпоршневая полость 14 связана с магистралью 15 подвода топлива с образованием в подпоршневой области топливного гидроцилиндра переменного объема при перемещении поршня, и через который пружина 13 связана с топливной иглой 4.Fuel needle 4 is spring loaded. The spring 13 is equipped with a movable piston 16 mounted on its end facing the nozzle 3, and the opposite end of the spring 13 is in contact with the sleeve 17 fixedly installed in the housing 1. The piston cavity 14 is connected to the fuel supply line 15 with the formation of a variable volume fuel hydraulic cylinder in the piston region when moving the piston, and through which the spring 13 is connected with the fuel needle 4.

Совместно с втулкой 17, неподвижно установленной в корпусе, поршнем 16 топливная игла 4 определяет границы подпоршневой полости 14.Together with the sleeve 17, fixedly mounted in the housing, by the piston 16, the fuel needle 4 defines the boundaries of the piston cavity 14.

Форсунка работает следующим образом.The nozzle works as follows.

При включении подачи топлива, оно подается из магистрали подвода топлива одновременно в область подвода топлива в канал 5 через штуцер 8 и под поршень 16 через штуцер 15 насосом на максимальной производительности при любых режимах подачи топлива. Во время раскрутки топливного насоса происходит заполнение канала 5 и коллектора 7, игла остается в положении, запирающем сопло.When the fuel supply is turned on, it is supplied from the fuel supply line to the fuel supply area in channel 5 at the same time through the nozzle 8 and under the piston 16 through the nozzle 15 by the pump at maximum performance under any fuel supply conditions. During the spin-up of the fuel pump, the channel 5 and the collector 7 are filled, the needle remains in the position locking the nozzle.

При достижении заданного перепада давления топлива перемещается поршень 16 с увеличением объема гидроцилиндра и поджатием пружины 13, направленными на отжатие иглы 4 от сопла 3, и игла 4 переходит в положение открывающее сопло. Открытие сопла 3 происходит при заданном перепаде давления, при котором топливная пленка, вытекающая из форсунки, распадается на капли, позволяя получить требуемый мелкодисперсный распыл.When a predetermined pressure drop of the fuel is reached, the piston 16 moves with an increase in the volume of the hydraulic cylinder and the spring 13 is pressed, aimed at squeezing the needle 4 from the nozzle 3, and the needle 4 goes into the opening nozzle position. The opening of the nozzle 3 occurs at a given pressure drop, at which the fuel film flowing from the nozzle breaks up into droplets, allowing you to get the required fine spray.

Топливо через шнек 10 поступает в камеру 2, где образуется вихревое течение. Часть этого течения по каналу 11 перепускается в сливную магистраль через штуцер 9. Другая часть, получив суммарный импульс закрученного топливного потока, устремляется в сопло 3. Сохранение такого суммарного импульса топливом до прохождения им сопла обеспечивает на выходе из последнего закрутку конусной пленки топлива и хорошую мелкость распыливания на различных режимах работы, в том числе при запуске.Fuel through the screw 10 enters the chamber 2, where a vortex flow is formed. A part of this flow through the channel 11 is transferred to the drain line through the nozzle 9. The other part, having received the total impulse of the swirling fuel flow, rushes into the nozzle 3. The preservation of such a total impulse by the fuel until the nozzle passes through it ensures that the conical film of fuel swirls at the exit from the latter and good fineness spraying at various operating modes, including at startup.

Полезная модель позволяет получать заданное давление открытия иглы при пониженных нагрузках двигателя.The utility model allows you to obtain a given needle opening pressure at reduced engine loads.

С ростом нагрузки перепускной клапан 12 перекрывает канал 11 перепуска топлива до полного закрытия на максимальном режиме и все топливо устремляется в сопло.With increasing load, the bypass valve 12 blocks the fuel bypass channel 11 until it is completely closed at maximum speed and all fuel rushes into the nozzle.

После отключения топливоподачи топливная игла 4 вновь запирает сопло 3, исключая самопроизвольное подтекание топлива.After turning off the fuel supply, the fuel needle 4 again closes the nozzle 3, excluding spontaneous leakage of fuel.

При запуске камеры топливная игла позволяет сразу получить стабильный факел распыливания без постепенного его раскрытия и выливания топлива на стенки камеры. При отключении камеры топливная игла также позволяет резко прервать подачу топлива и избежать его попадания на горячие стенки камеры и как следствие образование нагара.When starting the chamber, the fuel needle allows you to immediately get a stable spray pattern without gradually opening it and pouring fuel on the walls of the chamber. When the camera is turned off, the fuel needle also allows you to abruptly interrupt the fuel supply and avoid getting it on the hot walls of the chamber and, as a result, the formation of soot.

Claims

A nozzle for gas turbine engines and plants, cutting high-viscosity fuel with low-pressure fuel supply systems, comprising a housing, a swirl chamber with a nozzle installed therein, a fuel needle entering the nozzle, a fuel supply region into the swirl chamber, characterized in that the fuel supply region includes housing a channel for supplying fuel, connected to the fuel supply line, and a collector connected through holes, and a screw for swirling the supplied fuel, mounted on the outlet The collector’s ode to the swirl chamber is additionally equipped with a fuel bypass channel from the swirl chamber to the drain line, a spring, a movable piston mounted on the end of the spring facing the nozzle, and the piston cavity is connected to the fuel supply and drain lines with the formation of a fuel piston during movement hydraulic cylinder of variable volume, moving the spring with a fuel needle.