КАМЕРА СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F23R3/16 

Изобретение относится к камерам сгорания турбореактивных двигателей, преимущественно к камерам сгорания стационарных газотурбинных установок авиационного типа, и может быть успешно использовано в турбоэнергомашиностроении, газотурбинных приводах газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов.

Известна камера сгорания турбовинтового двигателя, содержащая плавный кольцевой диффузор, кожух, оболочки, жаровую трубу и форсунки (1).

Недостатком такой кольцевой камеры сгорания является относительно большая длина диффузора и чувствительность стабильности ее работы к полю давлений на выходе из компрессора.

Известна камера сгорания, содержащая кольцевой диффузор, кожух, оболочки, жаровую трубу, форсунки (2).

Недостатком этой камеры сгорания является невозможность демпфирования колебаний давления в газовоздушном тракте камеры сгорания в случае их спонтанного возникновения.

Задачей изобретения является повышение устойчивой работы камеры сгорания во всем диапазоне эксплуатации турбореактивного двигателя или газотурбинной установки.

Указанная задача достигается тем, что камера сгорания содержащая кольцевой диффузор, кожух, оболочки, жаровую трубу, форсунки и выполненную, по меньшей мере, на наружной стенке диффузора замкнутую кольцевую полость, образованную силовой и перфорированной стенками, сообщенную различными перфорационными отверстиями с полостью проточной части диффузора, при этом перфорированная стенка выполнена заподлицо с профилем диффузора, а силовая стенка отстоит от него.

Кроме того, замкнутая кольцевая полость разделена на части, по меньшей мере, двумя продольными радиальными перегородками, закрепленными в ней.

Далее, различные перфорационные отверстия со стороны внутренней части замкнутой кольцевой полости закрыты металлорезиной, закрепленной изнутри на перфорированной стенке диффузора.

Новым здесь является то, что, по меньшей мере, на наружной стенке диффузора выполнена замкнутая кольцевая полость, образованная силовой и перфорированной стенками, сообщенная различными перфорационными отверстиями с полостью проточной части диффузора, при этом перфорированная стенка выполнена заподлицо с профилем диффузора, а силовая стенка отстоит от него.

При этом замкнутая кольцевая полость разделена на части, по крайней мере, двумя радиальными перегородками, закрепленными в ней, а различные перфорационные отверстия со стороны внутренней части замкнутой кольцевой полости закрыты металлорезиной, закрепленной изнутри на перфорированной стенке диффузора.

Выбрав расположение замкнутой кольцевой полости, образованной силовой и перфорированной стенками, по меньшей мере, на наружной стенке диффузора камеры сгорания и сообщив ее различными перфорационными отверстиями с полостью проточной части диффузора, мы получаем возможность повысить устойчивость работы камеры сгорания во всем диапазоне эксплуатации камеры сгорания путем демпфирования колебаний давления в полости проточной части - между сечениями выхода из компрессора высокого давления и входа в турбину высокого давления.

Выбрав конструкцию замкнутой кольцевой полости так, что она может быть разделена на части продольными радиальными перегородками, мы получаем возможность расширить диапазон демпфирования колебаний давления в камере сгорания по режимам работы.

Выбрав конструкцию замкнутой кольцевой полости так, что различные перфорационные отверстия изнутри ее могут быть закрыты металлорезиной, мы получаем возможность еще больше расширить диапазон демпфирования колебаний давления по частоте.

Такое выполнение замкнутых резонаторных полостей на стенках диффузора камеры сгорания позволяет обеспечить устойчивую работу камеры сгорания в широком диапазоне эксплуатации турбореактивного двигателя или газотурбинной установки и таким образом достижении задачи изобретения.

На приведенных чертежах показана конструкция камеры сгорания турбореактивного двигателя или газотурбинной установки.

На фиг. 1 показан продольный разрез камеры сгорания с демпфирующим устройством в диффузоре.

На фиг. 2 демпфирующее устройство дано укрупненно.

На фиг. 3 показан элемент поперечного сечения по резонаторной полости, выполненной на наружной стенке диффузора.

На фиг. 4 показана зависимость коэффициента К - эффективности демпфирования колебаний давления, от f - частоты колебаний давления в камере сгорания для демпфирующего устройства, показанного на фиг. 3.

Камера сгорания турбореактивного двигателя или стационарной газотурбинной установки (ГТУ) содержит кольцевой диффузор 1, кожух 2, оболочки 3, жаровую трубу 4, центробежные или струйные газовые форсунки 5. На наружной стенке 6 диффузора 1 выполнена замкнутая полость 7, образованная силовой стенкой 8 и перфорированной стенкой 9, сообщенные различными перфорационными отверстиями 10 с полостью 11 проточной части 12 диффузора 1, при этом перфорированная стенка 9 выполнена заподлицо с профилем диффузора 13.

При этом может быть установлена с внутренней стороны проточной части 12 дополнительная перфорированная стенка 14, дополнительная силовая стенка 15, что образует дополнительную замкнутую резонаторную полость 16 и дополнительное демпфирующее устройство.

Кроме того, камера сгорания содержит замкнутые кольцевые полости 7, разделенные на части, по крайней мере, двумя радиальными перегородками 17, закрепленными в них, а различные перфорационные отверстия 10 со стороны внутренней части замкнутых кольцевых полостей 7, 16 закрыты металлорезиной 18, закрепленной на перфорированных стенках 9, 14.

Работа камеры сгорания турбореактивного двигателя или стационарной ГТУ осуществляется следующим образом.

При работе турбореактивного двигателя или ГТУ на переходных режимах и режимах, близких к максимальным, и максимальных режимах, где камера сгорания работает с максимальной тепловой нагрузкой во всем диапазоне рабочих условий, могут спонтанно возникать колебания давления в полости 11 газовоздушного тракта и в проточной части диффузора 12 между сечениями выхода из компрессора высокого давления и входа в турбину высокого давления, т.е. наблюдается неустойчивая работа камеры сгорания, что недопустимо.

Для подавления колебаний давления в камере сгорания она снабжена резонансным демпфирующим устройством в виде замкнутых кольцевых полостей 7, 16, сообщенных с полостью проточной части 12 диффузора 1, настроенных на диапазон частот колебаний наблюдаемых в камере сгорания при ее работе, расположенных на стенках кольцевого диффузора 1.

Воздух из компрессора высокого давления поступает в полость проточной части 12 кольцевого диффузора 1 и далее в жаровую трубу 4, где смешивается с топливом, поступающим через форсунки 5, и сгорает образуя продукты сгорания.

Если при работе камеры сгорания возникают колебания давления, они демпфируются предлагаемым демпфирующим устройством, основанным на принципе демпфирования колебаний давления резонатором Гельмгольца.

Таким образом реализуется диссипация энергии колебаний в нескольких настроенных на различные частоты резонаторах Гельмгольца, что не позволяет им развиваться до опасных значений амплитуд или полностью делает процесс горения устойчивым.

Реализация предложения обеспечивает устойчивую работу камеры сгорания во всем диапазоне рабочих условий турбореактивного двигателя или ГТУ.

Литература
1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. - М.: Машиностроение, 1994 г., стр. 385, рис. 9.22 - аналог.

2. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД. - М.: Мир, 1986 г., стр. 37, рис. 1.13 - прототип.

Изобретение относится к камерам сгорания турбореактивных двигателей, преимущественно к камерам сгорания стационарных газотурбинных установок авиационного типа, и может быть успешно использовано в турбоэнергомашиностроении, газотурбинных приводах газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов. Камера сгорания турбореактивного двигателя содержит кольцевой диффузор, кожух, оболочки, жаровую трубу, форсунки. По меньшей мере, на наружной стенке диффузора выполнена замкнутая кольцевая полость, образованная силовой и перфорированной стенками, сообщенная различными перфорационными отверстиями с полостью проточной части диффузора. Перфорированная стенка выполнена заподлицо с профилем диффузора, а силовая стенка отстоит от него. Изобретение приводит к повышению устойчивой работы камеры сгорания во всем диапазоне эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Камера сгорания турбореактивного двигателя, содержащая кольцевой диффузор, кожух, оболочки, жаровую трубу, форсунки, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на наружной стенке диффузора выполнена замкнутая кольцевая полость, образованная силовой и перфорированной стенками, сообщенная различными перфорационными отверстиями с полостью проточной части диффузора, при этом перфорированная стенка выполнена заподлицо с профилем диффузора, а силовая стенка отстоит от него.2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что замкнутая кольцевая полость разделена на части, по меньшей мере, двумя продольными радиальными перегородками, закрепленными в ней.3. Камера сгорания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что различные перфорационные отверстия со стороны внутренней части замкнутой кольцевой полости закрыты металлорезиной, закрепленной изнутри на перфорированной стенке диффузора