ДИФФУЗОР ОСНОВНОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к диффузорам основных камер сгорания (ОКС) авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Для снижения скорости воздуха на входе в жаровую трубу ОКС и преобразования части кинетической энергии в прирост статического давления используется диффузор [1].

Известен безотрывный диффузор аэродинамического типа с профилированным каналом, который обеспечивает наименьшие потери полного давления и наибольшую равномерность поля скоростей [1].

Причем увеличение площади сечения канала происходит постепенно по длине канала, по закону плавного уменьшения давления и скорости. Конструктивно состоит из внешнего и внутреннего корпусов, образующих канал диффузора. Угол раскрытия диффузора от 7 до 12 градусов [1].

Основными недостатками такого диффузора являются: большая длина, что несомненно сказывается на массовых характеристиках двигателя, и чувствительность к изменению профиля скорости на входе.

Анализ литературы [1, 2, 3] свидетельствует, что наиболее эффективным является диффузор с элементами регулирования режима течения. Наибольшее распространение получили диффузоры с отсосом пограничного слоя для уменьшения его толщины в качестве средства предотвращения отрыва потока в диффузорах с большими углами раскрытия. Основное отличие от аэродинамического диффузора - увеличенный угол раскрытия, что ставит проблему отсоса пограничного слоя, образующегося при увеличении угла раскрытия выше 12 градусов, для предотвращения отрыва потока и возникновения застойной области.

Главными и основными недостатками существующих диффузоров является невозможность регулирования их по режимам работы ГТД с целью достижения максимальной эффективности. Щели для отсоса воздуха лучше всего было бы располагать непосредственно перед ожидаемой точкой отрыва потока. Однако, так как положение точки отрыва изменяется с изменением условий течения на входе в диффузор, щели обычно располагают у входа [1].

Наиболее близким к предложенному изобретению является диффузор основной камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя, содержащий корпус с расположенными в нем телескопическими кольцами, диффузорный канал [4].

Недостатком его также является невозможность его регулирования в зависимости от режима работы ГТД.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности работы диффузора в широком диапазоне режимов работы двигателя. Реальным решением этой проблемы является создание диффузора с регулируемым углом раскрытия и управляемым отсосом пограничного слоя.

Поставленная задача решается за счет того, что в диффузоре основной камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя, содержащем корпус с расположенными в нем телескопическими кольцами, диффузорный канал образован рядом телескопических колец, соединенных между собой фиксаторами, установленных с возможностью изменения формы диффузорного канала в зависимости от режима работы, принимая форму либо изоградиентного, либо канала с внезапным расширением.

Такое выполнение диффузора приводит к возможности регулирования канала диффузора путем изменения угла его раскрытия.

Применение щелей с регулируемой площадью проходного сечения для отсоса воздуха из диффузора.

На максимальных режимах и при запуске необходимо, чтобы размеры отрывных зон, потери полного давления были минимальными, а распределение давления было равномерным. Для этого целесообразно применять диффузор с внезапным расширением. При этом обеспечивается меньшая чувствительность профиля скорости на выходе из диффузора к изменениям профиля скорости на его входе, что является важным преимуществом в случаях, когда профиль скорости на выходе из компрессора зависит от режима работы двигателя и условий эксплуатации [2].

На пониженных режимах целесообразно иметь изоградиентный диффузор, который обеспечивает минимальные потери, связанные с отрывом потока, и меньшую несимметричность и неравномерность потока [1].

На фиг. 1 изображен общий вид диффузора при его работе на максимальном режиме, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, при работе на пониженных по мощности режимах; на фиг. 3 - разрез А-А в повернутом положении.

Предлагаемый диффузор содержит корпус 1 с телескопическими кольцами 2, фиксаторы 3, осевой привод 4, шток цилиндра 5, профилированное отверстие 6, в котором могут перемещаться фиксаторы 3.

При запуске двигателя и при его работе на максимальных режимах ряд телескопических колец 2 находится в убранном положении, при котором образуется канал с внезапным расширением. Щели, образующиеся между телескопическими кольцами, являются щелями для отсоса воздуха из зоны с повышенным давлением. Суммарная площадь образующихся щелей подбирается таким образом, чтобы отсос воздуха не превышал 3-4% от суммарного расхода воздуха. Согласно [1] отсос воздуха в указанных пределах позволяет значительно повысить эффективность диффузора с внезапным расширением и приблизить его по такому важному параметру, как коэффициент восстановления полного давления к изоградиентному диффузору. При изменении режима работы, связанного с уменьшением расхода воздуха при помощи осевого привода 4 происходит выдвижение телескопических колец 2, при этом осевой привод воздействует на переднее кольцо, а через фиксаторы 3 в осевое перемещение вовлекаются остальные кольца 2. При этом происходит постепенное уменьшение площади проходных сечений щелей и требуемое уменьшение расхода отсасывающего воздуха. При работе двигателя на пониженных режимах форма диффузора - изоградиентная, щели для отсоса воздуха отсутствуют.

Применение диффузора с элементами регулирования позволяет:
во-первых, выбирать оптимальную форму канала в зависимости от режимов работы;
во-вторых, уменьшить потери, связанные с трением газа о стенки, и потери, связанные с отрывом потока;
в-третьих, на максимальном режиме, за счет увеличения расстояния от места внезапного расширения до зоны реакций, уменьшить скорость потока, что положительно сказывается на процессе горения в камере сгорания.

Источники информации
1. А. Лефевр. Процессы в камерах сгорания ГТД. М.: Мир, 1986, с. 94, 115.

2. Майорова А.И., Ягодкин В.И. Методика и результаты расчетов течений в каналах с внезапным расширением. Труды ЦИАМ, N 883, 1980 год.

3. М. Е. Дейч, А.Е. Зарянкин. Гидрогазодинамика. М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 282, 283.

4. EP 0100135 A1, МПК 6 F 23 R 3/26, 1984, фиг. 3,3в.

Диффузор основной камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя содержит корпус с расположенными в нем телескопическими кольцами и диффузорный канал. Диффузорный канал образован рядом телескопических колец, соединенных между собой фиксаторами. Фиксаторы установлены с возможностью изменения формы диффузорного канала в зависимости от режима работы, принимая форму либо изоградиентного, либо канала с внезапным расширением. Такое выполнение диффузора повышает эффективность его работы на различных режимах работы газотурбинного двигателя. 3 ил.

Диффузор основной камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя, содержащий корпус с расположенными в нем телескопическими кольцами, диффузорный канал, отличающийся тем, что диффузорный канал образован рядом телескопических колец, соединенных между собой фиксаторами, установленных с возможностью изменения формы диффузорного каналов в зависимости от режима работы, принимая форму либо изоградиентного, либо канала с внезапным расширением.