ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к авиадвигателестроению и, в частности, форсажным камерам.

Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевым стабилизатором пламени и противовибрационным экраном, установленным на корпусе (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М., Машиностроение, 1969, с. 445).

Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевым стабилизатором пламени, расположенным коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде полого обтекателя с перфорацией на концевом участке (патент США N2934891, НКИ 60-261, опубл. 1960 г.).

Задача изобретения - интенсификация гашения колебаний давления и скорости газа.

Для этого в форсажной камере газотурбинного двигателя, содержащей установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевым стабилизатором пламени, расположенным коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде полого обтекателя с перфорацией на нем, перфорация на обтекателе выполнена в виде двух участков - один в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 60-70% его длины по оси, - второй на выходе обтекателя, причем перфорация в начале обтекателя снабжена цилиндрическими втулками, а ее площадь выбрана в пределах 10-60% от площади перфорации на выходе обтекателя. В отверстиях цилиндрических втулок со стороны внутренней стенки обтекателя установлены заглушки, выполненные из пористого материала. Отверстия перфорации размещены вдоль продольных образующих обтекателя, внутри которого установлены продольные перегородки, образующие различные объемы, соединенные отверстиями перфорации с проточной частью форсажной камеры. В продольных перегородках выполнены отверстия с центрами, расположенными на концентрических окружностях, лежащих в плоскостях перпендикулярных продольной оси обтекателя.

Новым здесь является то, что перфорация на обтекателе выполнена в виде двух участков - один в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 60-70% его длины по оси, - второй на выходе обтекателя, причем перфорация в начале обтекателя снабжена цилиндрическими втулками, а ее площадь выбрана в пределах 10-60% от площади перфорации на выходе обтекателя. В отверстиях цилиндрических втулок со стороны внутренней стенки обтекателя установлены заглушки, выполненные из пористого материала. Отверстия перфорации размещены вдоль продольных образующих обтекателя, внутри которого установлены продольные перегородки, образующие различные объемы, соединенные отверстиями перфорации с проточной частью форсажной камеры. В продольных перегородках выполнены отверстия с центрами, расположенными на концентрических окружностях, лежащих в плоскостях, перпендикулярных продольной оси обтекателя.

При наступлении режима вибрационного горения в форсажной камере возникают периодические колебания давления и скорости газа. Акустические колебания газа вызывают колебания газа в отверстиях перфорации обтекателя. Перфорированный обтекатель воздействует на колебания газа в форсажной камере как резонансный поглотитель (резонатор Гельмгольца). Поскольку акустическое поле внутри обтекателя аналогично полю в четвертьволновом резонаторе, колебания давления через перфорацию выхода обтекателя совершаются с запаздыванием по отношению к колебаниям давления газа в камере сгорания у перфорации, расположенной перед стабилизатором. Расположение перфорации, отстоящей от конца обтекателя на 60-70% его длины, позволяет совместно с установкой в ней втулок провести оптимальную настройку обтекателя как резонатора Гельмгольца и обеспечить эффективное гашение акустических колебаний в широком диапазоне рабочих режимов форсажной камеры. Установка заглушек из пористого материала, например из металлорезины, во втулки увеличивает потери колебательной энергии. При развитии в форсажной камере, имеющей продольные перегородки, акустических колебаний диссипация энергии колебаний происходит в отверстиях и втулках. Благодаря тому, что объемы различны, можно настроить обтекатель на поглощение энергии акустических колебаний различных мод камеры сгорания. Настройка осуществляется подбором объемов полостей, количества и диаметра отверстий, количества, диаметра и длины втулок. Наличие отверстий в перегородках позволяет еще больше расширить поглощение энергии колебаний по частотам.

На фиг.1 представлен продольный разрез форсажной камеры;
на фиг.2 представлена форсажная камера с продольными перегородками;
на фиг.3 - поперечный разрез камеры с продольными перегородками.

Форсажная камера содержит установленное в корпусе 1 фронтовое устройство 2 с кольцевым стабилизатором пламени 3. Стабилизатор пламени 3 расположен коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде полого обтекателя 4, с перфорацией 5 на своем выходном участке и перфорацией 6 по периметру в начале перед стабилизатором пламени 3. Перфорация 6 в начале обтекателя имеет цилиндрические втулки 7 и выполнена перед стабилизатором пламени 3 на расстоянии от конца обтекателя, равном 60-70% его длины по его оси. Площадь перфорации 6 выбрана в пределах 10-60% от площади перфорации 5 выходного участка. В отверстия цилиндрических втулок 7 со стороны внутренней стенки обтекателя установлены заглушки 8, выполненные из пористого материала. Отверстия перфорации 5 и 6 размещены вдоль продольных образующих обтекателя 4, внутри которого установлены продольные перегородки 9, образующие различные объемы 10, соединенные отверстиями перфорации 5 и 6 с проточной частью форсажной камеры. В продольных перегородках 9 выполнены отверстия 11 с центрами, расположенными на концентрических окружностях, лежащих в плоскостях, перпендикулярных продольной оси обтекателя.

При работе форсажной камеры происходит выгорание топливно-воздушной смеси за стабилизатором пламени 3. При поступлении режима вибрационного горения в форсажной камере возникают периодические колебания давления и скорости газа. Акустические колебания газа вызывают колебания газа в отверстиях перфорации 5 и 6 обтекателя 4. Перфорированный обтекатель 4 воздействует на колебания газа в форсажной камере как резонансный поглотитель (резонатор Гельмгольца). Поскольку акустическое поле внутри обтекателя 4 аналогично полю в четвертьволновом резонаторе, колебания давления через перфорацию 5 выходного участка обтекателя 4 совершаются с запаздыванием по отношению к колебаниям давления газа в камере сгорания у перфорации 6. Расположение перфорации 6, отстоящей от конца обтекателя на 60-70% его длины, позволяет совместно с установкой в ней втулок 7 провести оптимальную настройку обтекателя 4 как резонатора Гельмгольца и обеспечить эффективное гашение акустических колебаний в широком диапазоне рабочих режимов форсажной камеры. Установка заглушек 8 из пористого материала, например из металлорезины, во втулки 7 увеличивает потери колебательной энергии. При развитии в форсажной камере, имеющей продольные перегородки 9, акустических колебаний диссипация энергии колебаний происходит в отверстиях 5 и втулках 7. Благодаря тому, что объемы 10 различны, можно настроить обтекатель 4 на поглощение энергии акустических колебаний различных мод камеры сгорания. Настройка осуществляется подбором объемов полостей 10, количества и диаметра отверстий 5, количества, диаметра и длины втулок 7. Наличие отверстий 11 в перегородках позволяет еще больше расширить поглощение энергии колебаний по частотам.

Использование: в авиадвигателестроении, в частности в форсажных камерах. Сущность изобретения: на обтекателе выполнена на двух участках перфорация, расположенная на определенной, защищаемой длине. При наступлении режима вибрационного горения в форсажной камере возникают периодические колебания давления и скорости газа. Акустические колебания газа вызывают колебания газа в отверстиях перфорации 5 и 6 обтекателя 4. Перфорированный обтекатель 4 воздействует на колебания газа в форсажной камере как резонансный поглотитель (резонатор Гельмгольца). Поскольку акустическое поле внутри обтекателя 4 аналогично полю в четвертьволновом резонаторе, колебания давления через перфорацию 5 выходного участка обтекателя 4 совершаются с запаздыванием по отношению к колебаниям давления газа в камере сгорания у перфорации 5. Расположение перфорации 6, отстоящей от конца обтекателя на 60 - 70% его длины, позволяет совместно с установкой в ней втулок 7 провести оптимальную настройку обтекателя 4 как резонатора Гельмгольца и обеспечить эффективное гашение акустических колебаний в широком диапазоне рабочих режимов форсажной камеры. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленные в корпусе фронтовое устройство с кольцевым стабилизатором пламени, расположенным коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде полого обтекателя с перфорацией на нем, отличающаяся тем, что перфорация на обтекателе выполнена в виде двух участков - один в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 60 - 70% от его длины по оси, второй на выходе обтекателя, причем перфорация в начале обтекателя снабжена цилиндрическими втулками, а ее площадь выбрана в пределах 10 - 60% от площади перфорации на выходе обтекателя. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в отверстиях цилиндрических втулок со стороны внутренней стенки обтекателя установлены заглушки, выполненные из пористого материала. 3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия перфорации размещены вдоль продольных образующих обтекателя, внутри которого установлены продольные перегородки, образующие различные объемы, соединенные отверстиями перфорации с проточной частью форсажной камерой. 4. Камера по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что в продольных перегородках выполнены отверстия с центрами, расположенными на концентрических окружностях, лежащих в плоскостях, перпендикулярных продольной оси обтекателя.