КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F23R3/60 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).

Известна камера сгорания ГТД, содержащая корпус и размещенную внутри него кольцевую жаровую трубу, в которой одна последняя секция выполнена двухстенной и перфорированной (патент США N 4901522, МПК F 23 R 3/60, 1990).

Недостатком этой камеры сгорания является ее малый ресурс работы из-за возникновения температурных напряжений в стенках жаровой трубы в результате разности температур этих стенок.

Наиболее близкой к заявляемой является камера сгорания газотурбинного двигателя (патент РФ N 2066424, МПК F 23 R 3/06, 1996), содержащая кольцевую двухстенную перфорированную жаровую трубу, состоящую из двух стенок, причем внутренняя стенка жаровой трубы выполнена из продольных сегментов, имеющих ряд поясов заградительного охлаждения и фланцы (передние и задние) для крепления этих сегментов.

Недостатком этой камеры сгорания является то, что продольные сегменты выполнены с разной толщиной стенок по длине сегментов. Это приводит при быстрых переходных режимах двигателя к неравномерному по времени нагреву разных частей сегмента и, следовательно, к короблению сегментов. Кроме того, такому короблению сегментов способствует наличие жестких фланцевых соединений сегментов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение ресурса работы камеры сгорания (путем снижения температурных напряжений стенок жаровой трубы) при относительно малом расходе охлаждающего воздуха.

Технический результат достигается в камере сгорания ГТД, содержащей корпус и размещенную внутри него кольцевую сегментную двухстенную перфорированную жаровую трубу с горелками, причем внутренние огневые стенки жаровой трубы выполнены в виде продольных сегментов, соединенных с наружными стенками жаровой трубы при помощи плавающих фланцев.

Передние фланцы сегментов установлены между фланцами наружных стенок на сферических дистанционных втулках, а задние фланцы сегментов - на сферических втулках, размещенных на дистанционных цилиндрических втулках с возможностью осевого перемещения.

Продольные сегменты с постоянной толщиной стенки снабжены продольными отбортовками, прилегающими к поверхности наружных стенок жаровой трубы.

Между горелками и жаровой трубой установлен кольцевой газосборник богатой топливовоздушной смеси, состоящий из передней конфузорной части и задней диффузорной части, в последней из которых размещены патрубки для подвода вторичного воздуха.

Технический результат достигается за счет продольных сегментов, закрепленных между фланцами наружных стенок на сферических втулках, обеспечивающих безлюфтовую подвеску с одновременной компенсацией разности температурных расширений стенок, что снижает температурные напряжения при работе в условиях высоких температур.

Это позволяет применить предлагаемую камеру сгорания для газотурбинных двигателей, работающих при высокотемпературных режимах или дает возможность увеличить ресурс ее работы путем снижения температурных напряжений стенок жаровой трубы без увеличения расхода охлаждающего воздуха.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1-4, где
на фиг. 1 представлен продольный разрез камеры сгорания ГТД;
на фиг. 2 показан поперечный разрез по AA согласно фиг. 1;
на фиг. 3 изображен элемент 1 согласно фиг. 1;
на фиг. 4 показан элемент 11, согласно фиг. 1.

Камера сгорания ГТД содержит корпус 1 и размещенную внутри него кольцевую двухстенную перфорированную жаровую трубу 2 с горелками 3. Внутренние огневые стенки 4 жаровой трубы 2 выполнены в виде продольных сегментов 5, соединенных с наружными стенками 6 жаровой трубы 2 при помощи передних фланцев 7 и задних фланцев 8. Передние фланцы 7 продольных сегментов 5 установлены между разъемными фланцами 9 наружных стенок 6 на сферических дистанционных втулках 10, а задние фланцы 8 продольных сегментов 5 установлены между фланцами 11 на сферических втулках 12, размещенных на дистанционных цилиндрических втулках 13 с возможностью осевого перемещения.

Между горелками 3 и жаровой трубой 2 установлен кольцевой газосборник 14 богатой топливовоздушной смеси, который состоит из передней конфузорной части 15 и задней диффузорной части 16. В задней диффузорной части 16 газосборника 14 размещены патрубки 17 для подвода вторичного воздуха.

Продольные сегменты 5 снабжены продольными отбортовками 18 (см. фиг. 2), прилегающими к поверхности наружных стенок 6 жаровой трубы 2.

Камера сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.

Богатая топливовоздушная смесь поступает из горелок 3 трубчатого типа в кольцевой газосборник 14. Так как начальная часть газосборника 14 выполнена конфузорно, то концентрация горючей смеси выравнивается по окружности, что создает одинаковые температурные условия работы для всех продольных сегментов 5, не вызывая дополнительные температурные напряжения из-за разности температуры по окружности.

Охлаждающий воздух из кольцевых каналов, образованных стенками корпуса 1 и наружными стенками 6 жаровой трубы 2, поступает в нормальные отверстия 19 наружных стенок 6.

При этом реализуется интенсивное многоструйное охлаждение внутренней огневой стенки жаровой трубы 2. Затем охлаждающий воздух поступает в полость жаровой трубы 2 через наклонные отверстия 20 продольных сегментов 5, образуя относительно холодную завесу в жаровой трубе 2 около поверхности продольных сегментов 5 (пленочное охлаждение). Для охлаждения фланцевых соединений жаровой трубы 2 часть охлаждающего воздуха проходит между фланцами 7 и 8 продольных сегментов 5 и фланцами 9 и 11 наружных стенок 6, зазор между которыми обеспечивается установкой дистанционных сферических втулок 10 и дистанционных цилиндрических втулок 13.

Кроме того, уменьшению температурных напряжений способствует плавающая подвеска продольных сегментов 5, которая работает следующим образом.

Продольные сегменты 5 своими продольными отбортовками 18 прилегают к поверхности наружных стенок 6 жаровой трубы 2, а своим передним фланцем 7 и задним фланцем 8 опираются на сферические дистанционные втулки 10 и сферические втулки 12, размещенные между соответствующими фланцами 9 и 11 наружных стенок 6.

При нагреве возникают разные температурные расширения наружной стенки 6 и продольных сегментов 5, что может вызвать значительные напряжения и коробления продольных сегментов 5. Для компенсации разности температурных расширений в осевом направлении передние фланцы 7 продольных сегментов 5 зафиксированы на сферических дистанционных втулках 10 неподвижно относительно наружной стенки 6, а задние фланцы 8 продольных сегментов 5 опираются на сферические подвижные втулки 12, перемещающиеся по дистанционным цилиндрическим втулкам 13 в осевом направлении в случае возникновения разности температурных расширений наружной стенки 6 и продольных сегментов 5.

Компенсация разности расширений переднего фланца 7 и заднего фланца 8 продольного сегмента 5 в радиальном направлении обеспечивается свободным их поворотом относительно сферических дистанционных втулок 10 и сферических подвижных втулок 12.

Камера сгорания может быть использована в высокотемпературных ГТД и ГТУ.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус и размещенную внутри него кольцевую сегментную двухстенную перфорированную жаровую трубу с горелками. Внутренняя стенка жаровой трубы выполнена из продольных сегментов, имеющих передние и задние фланцы, соединенные с передними и задними фланцами наружной стенки жаровой трубы. Передние фланцы продольных сегментов установлены между фланцами наружных стенок жаровой трубы на сферических дистанционных втулках. Задние фланцы продольных сегментов размещены между задними фланцами наружных стенок жаровой трубы на сферических втулках, опирающихся на дистанционные цилиндрические втулки с возможностью осевого перемещения. Изобретение позволяет увеличить ресурс работы камеры сгорания. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус и размещенную внутри него кольцевую сегментную двухстенную перфорированную жаровую трубу с горелками, причем внутренняя стенка жаровой трубы выполнена из продольных сегментов, имеющих передние и задние фланцы, соединенные с передними и задними фланцами наружной жаровой трубы, отличающаяся тем, что передние фланцы продольных сегментов установлены между фланцами наружных стенок жаровой трубы на сферических дистанционных втулках, а задние фланцы продольных сегментов размещены между задними фланцами наружных стенок жаровой трубы на сферических втулках, опирающихся на дистанционные цилиндрические втулки с возможностью осевого перемещения. 2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что между горелками и жаровой трубой установлен газосборник богатой топливовоздушной смеси, состоящий из передней конфузорной части и задней диффузорной части, в последней из которых размещены патрубки для подвода вторичного воздуха. 3. Камера сгорания по пп.1 и 2 отличающаяся тем, что продольные сегменты снабжены продольными отбортовками, прилегающими к поверхности наружных стенок жаровой трубы.