ОБЕЧАЙКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2017 года по МПК F23R3/06 F23R3/50 

Изобретение относится к обечайке камеры сгорания турбомашины.

Обечайка, рассматриваемая в данном случае, ограничивает жаровую трубу, в которой осуществляется сгорание, и которая подвергается значительному нагреву внутренней поверхности, тогда как ее наружная поверхность омывается потоком свежего воздуха, выходящего из компрессоров турбомашины и перемешивающегося с выхлопными газами ниже по потоку от обечайки перед поступлением в турбины.

Через такую обечайку проходят разные типы отверстий, среди которых разбавляющие отверстия относительно большого диаметра, предназначенные для пропускания части наружного потока в жаровую трубу для улучшения состава горючей смеси, и вентиляционные отверстия более тонкие, более многочисленные и распределенные на самой большой части поверхности обечайки для обеспечения поступления воздуха наружного потока, функцией которых является защита обечайки от перегрева, образуя поток, скользящий в направлении ниже по потоку по внутренней поверхности обечайки, и граничный слой, более прохладный, чем продукты горения.

Этот граничный слой плохо преобразуется непосредственно ниже по потоку от отверстий больших диаметров, которые прерывают скользящий поток, при этом соответствующие части обечайки, полностью или почти полностью подвергаемые нагреву, испытывают деформации и напряжения вследствие различных объемных расширений, которые могут явиться причиной появления трещин.

В документе ЕР-А-1 703 207 описана камера сгорания, в которой может быть использовано изобретение. Упомянутые выше проблемы описаны также в заявке на французский патент под номером 11 53232, в которой предложена модификация классической конструкции обечайки для преобразования пограничного слоя непосредственно ниже по потоку от отверстий большого диаметра и, таким образом, разгрузить обечайку. Другое решение, кроме того, предложено в настоящем изобретении.

В общем, оно касается обечайки камеры сгорания турбомашины, содержащей разбавляющие отверстия и вентиляционные отверстия, окружающие разбавляющие отверстия и более многочисленные и более тонкие, чем последние, отличающейся тем, что она содержит пластинки, проходящие над и вокруг разбавляющих отверстий на внешней стороне обечайки, при этом обечайка лишена вентиляционных отверстий в участках, расположенных над пластинками, а каждая из пластинок содержит выступ крепления к обечайке и отверстие, проходящее над одним из соответствующих разбавляющих отверстий, и при этом через пластинки проходят отверстия, направленные к упомянутым участкам обечайки.

Основной достигаемый эффект состоит в том, что вокруг обечайки существует повышенное давление, которое заставляет воздух струйно поступать через отверстия пластинки, который сталкивается с наружной поверхностью обечайки и осуществлять в этом месте желаемое охлаждение с большей интенсивностью, чем через вентиляционные отверстия, расположенные через обечайку, через которые воздух проходит очень быстро. Вместо этого воздух, засасываемый под пластинку, течет по наружной поверхности обечайки после попадания на нее, направляясь к разбавляющему отверстию, и эта продолжительность течения вызывает более значительный отвод тепла. Когда воздух входит в разбавляющее отверстие, довольно малая скорость, с которой он движется, может позволить ему довольно легко принять касательное направление в сторону ниже по потоку, что будет способствовать восстановлению пограничного слоя на внутренней поверхности обечайки и улучшит вентиляцию.

При необходимости, пластинки могут быть параллельными обечайке или наклонены относительно нее в осевом направлении обечайки. Отверстия в пластинках расположены предпочтительно перпендикулярно обечайке, но они могут быть также расположены наклонно, все эти размещения предназначены для каждого конкретного случая.

Предпочтительно, что пластинки больше проходят в направлении ниже по потоку обечайки, чем в других направлениях, от центров отверстий, так как участки обечайки, которые подвергаются интенсивному нагреву, точно расположены ниже по потоку от этих отверстий. Во всяком случае, пластинки могут испытывать сужение в этом направлении ниже по потоку обечайки, так как пограничный слой восстанавливается по той же форме, оконтуривая отверстия разбавления.

Другую положительную характеристику получают, если каждая из пластинок содержит внутренний выступ, окружающий соответствующее отверстие и проходящий к соответствующему проходу разбавления, что позволяет одновременно подавать воздух, всасываемый непосредственно через отверстия разбавления, проходя через отверстие пластинки, и воздух, всасываемый отверстиями пластинки и выдуваемый на обечайку, который проходит вокруг этого внутреннего выступа.

Хорошее сцепление достигается, если внутренний выступ зажат между фиксирующими секторами, расположенными в соответствующем отверстии разбавления, при этом сектора потока ограничены в упомянутом отверстии разбавления внутренним выступом и между фиксирующими секторами. Для облегчения прохождения потока со стороны ниже по потоку от отверстия разбавления, предпочтительно также, чтобы отверстие разбавления и внутренний выступ имели центры, смещенные в осевом направлении обечайки так, чтобы секторы потока имели основную поверхность ниже по потоку внутреннего выступа.

Другим аспектом изобретения является камера сгорания турбомашины, содержащая такую обечайку.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет общий вид камеры сгорания турбомашины и ее обечайку; и

- фиг. 2 и 3 более подробно представляют изобретение.

Камера сгорания турбомашины, в которой может быть использовано изобретение, схематично представлена на фиг. 1. Вспомним, что камеры сгорания являются кольцевыми вокруг оси турбомашины, так что фиг. 1 изображает только полуразрез вдоль оси. Обтекатель 1 содержит наружную обечайку 2, внутреннюю обечайку 3, причем обе имеют коническую форму и концентричны между собой, а дно кольцевой камеры 4 соединяет обечайки 2 и 3. Внутренний объем камеры сгорания, образующий жаровую трубу 16, ограничен обечайками 2 и 3 и дном камеры 4 и открывается со стороны, противоположной дну 4 отверстием 5. Камера сгорания окружена внешним корпусом 6 и внутренним корпусом 7, которые ограничивают тракт потока 10, при этом обтекатель разделяет внешний тракт на две части 8 и 9, которые оконтуривают и идут вдоль обтекателя 1. Воздух тракта потока 10 поступает из трубопровода 11, расположенного напротив отверстия 12, выполненного между задними обтекателями 13 и 14 обечаек 2 и 3 (в этом описании «задний» и «передний» рассматриваются в направлении потока воздуха). Инжекторы топлива 15 проходят через наружный кожух 6, отверстие 12 и дно камеры 4 до жаровой трубы 16. Свечи 17 также проходят через внешний корпус 6 впереди инжекторов топлива 15 и проходят через внешнюю обечайку 1 для размещения на одном уровне в жаровой трубе 16. Наибольшая часть потока воздуха поступает из трактов 8 и 9, даже если часть проникает под обтекатели 13 и 14 через отверстие 12.

Через обечайки 2 и 3 проходят многочисленные отверстия, тонкие и многочисленные вентиляционные отверстия 38 и отверстия 39 разбавления большего диаметра, менее многочисленные и распределенные по кругу или небольшому количеству кругов. Общий эффект от этих отверстий заключается в том, чтобы пропускать воздух трактов 8 и 9 в жаровую трубу 16 при меньшем давлении для различных целей. Изобретение может быть осуществлено на одной из обечаек 2 и 3.

Рассмотрим теперь фиг. 2 и 3. Пластинки 40 расположены на наружной поверхности обечайки 2 или 3 и вокруг отверстий 39 разбавления. Каждая из них содержит основную часть 41, проходящую над обечайкой 2 или 3, наружный выступ 42, окружающий основную часть 41 и закрепленный с обечайкой 2 или 3, при этом отверстие 43 проходит перед соответствующим отверстием 39 разбавления, но меньшего радиуса, причем внутренний выступ 44 окружает отверстие 43 и проходит в наибольшую часть глубины отверстия 39 разбавления, а отверстия 45 проходят через основную часть 41 и открываются перед участком, расположенным напротив обечайки 2 или 3, которые лишены здесь вентиляционных отверстий 38. Пластина 40 ограничивает, таким образом, камеру 49, почти закрытую перед обечайкой 2 или 3 соответствующего отверстия 39 разбавления. На фиг. 3 видно, что пластинка 40 имеет общую несколько треугольную форму, проходящую больше в направлении ниже по потоку и становящуюся все более узкой для того, чтобы соответствовать насколько возможно зоне обечайки 2 или 3, где могут возникнуть трещины. Отверстие 39 разбавления снабжено фиксирующими секторами 46, выступающими к центру упомянутого отверстия, которое может затронуть и сжать внутренний выступ 44. Этот внутренний выступ 44 и фиксирующие секторы 46 ограничивают секторы потока воздуха, пересекая отверстия 45 пластинок 40, в данном случае два боковых сектора 47, симметричных относительно осевого направления обечайки 2 или 3 и расположенного ниже по потоку сектора 48. Отмечается, что центры О1 и О2 внутреннего выступа 44 и отверстия 39 разбавления смещены по оси таким образом, что секторы 47 или 48 имеют неравномерную форму, и что расположенный ниже по потоку сектор 48 является более широким, что способствует потоку из камеры 49 через этот расположенный ниже по потоку сектор 48 и восстановлению пограничного вентиляционного слоя ниже по потоку от отверстия 39 разбавления.

Особенность потока, обеспечиваемого пластинкой 40, является следующей. Воздух потока из трактов 8 или 9 с повышенным давлением вдувается в камеру 49 через отверстия пластинок 45 и охлаждает обечайку 2 или 3 вокруг соответствующего отверстия 39 разбавления, и, в частности, участка ниже по потоку, с наружной стороны. Этот воздух поступает далее в жаровую трубу 16 по секторам 47 и 48 потока, и, в частности, через трубу. Поступая в жаровую трубу 16, поток может снова быстро стать осевым по направлению ниже по потоку камеры сгорания и восстановить пограничный пограничный слой в вышеупомянутой зоне обечайки 2 или 3 ниже по потоку от отверстия 38 разбавления и способствовать его защите.

Основные части 41 пластинок 40 могут быть параллельными или нет участку напротив обечайки 2 или 3, а отверстия 45 - перпендикулярными или нет этому участку. Основные части 41 могут быть, в частности, наклонными в осевом направлении обечайки 2 или 3 по контуру 41' для лучшей преграды потоку воздуха, создавая более значительное препятствие.

Обечайка камеры сгорания турбомашины содержит отверстия (39) разбавления, вентиляционные отверстия (38), окружающие отверстия (39) разбавления и более тонкие и более многочисленные, чем последние. Обечайка содержит пластинки (40), проходящие над и вокруг отверстий (39) разбавления на внешней стороне обечайки (2, 3), при этом обечайка лишена вентиляционных отверстий (38) в частях, расположенных под пластинками. Каждая из пластинок содержит выступ (42) крепления к обечайке и отверстие (43), проходящее над одним из соответствующих отверстий разбавления. Через пластинки проходят отверстия (45), направленные к упомянутым частям обечайки. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и улучшение вентиляции. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Обечайка камеры сгорания турбомашины, содержащая отверстия (39) разбавления и вентиляционные отверстия (38), окружающие отверстия (39) разбавления и более тонкие и более многочисленные, чем последние, отличающаяся тем, что она содержит пластинки (40), проходящие над и вокруг отверстий (39) разбавления на внешней стороне обечайки (2, 3), при этом обечайка лишена вентиляционных отверстий (38) в частях, расположенных под пластинками, а каждая из пластинок содержит выступ (42) крепления к обечайке и отверстие (43), проходящее над одним из соответствующих отверстий разбавления, и при этом через пластинки проходят отверстия (45), направленные к упомянутым частям обечайки.

2. Обечайка по п. 1, отличающаяся тем, что основные части (41) пластинок (40) параллельны обечайке.

3. Обечайка по п. 1, отличающаяся тем, что основные части (41) пластинок наклонены относительно обечайки в осевом направлении обечайки.

4. Обечайка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что отверстия пластинок перпендикулярны обечайке.

5. Обечайка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что пластинки проходят больше в направлении ниже по потоку обечайки, чем в других направлениях, от центров отверстий разбавления.

6. Обечайка по п. 5, отличающаяся тем, что пластинки сужаются в направлении ниже по потоку обечайки.

7. Обечайка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что каждая из пластинок содержит внутренний выступ (44), окружающий соответствующее отверстие (43) и проходящий к соответствующему отверстию разбавления.

8. Обечайка по п. 7, отличающаяся тем, что внутренний выступ зажат между секторами (46), выступающими в соответствующее отверстие (39) разбавления, при этом секторы (47) потока ограничены в упомянутом соответствующем отверстии разбавления внутренним выступом и фиксирующими секторами.

9. Обечайка по п. 8, отличающаяся тем, что отверстия (39) разбавления и внутренние выступы (44) имеют центры (O1, O2), смещенные в осевом направлении обечайки таким образом, что секторы потока имеют основное распределение ниже по потоку от внутренних выступов.

10. Камера сгорания турбомашины, содержащая обечайку по одному из предыдущих пунктов.