ТРУБЧАТАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК F23R3/46 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности двигателестроения.

Известна конструкция трубчатой камера сгорания ГТД Д049, содержащей две жаровые трубы, установленные коаксиально в двух кожухах. Недостатком данной конструкции является низкая эффективность конвективного охлаждения стенки жаровой трубы из-за постоянного снижения скорости и хладоресурса воздуха при протекании его вдоль жаровой трубы. Также наличие пламяперебрасывающей муфты, соединяющей одновременно кожухи и жаровые трубы, понижает надежность конструкции из-за необходимости обеспечения герметичности соединений и компенсации тепловых перемещений.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является конструкция трубчатой камеры сгорания ГТД (патент РФ №2450211, опубл. 10.05.2012, МПК F23R 3/00), содержащей жаровые трубы, размещенные внутри кожуха, где повышение эффективности конвективного охлаждения достигается постановкой снаружи жаровой трубы дополнительного кожуха с множеством отверстий, через которые воздух натекает на стенку жаровой трубы. Это обеспечивает равномерное охлаждение поверхности жаровой трубы. Но, одновременно, отверстия в кожухе создают дополнительное сопротивление движению воздуха к жаровой трубе, поэтому повышаются потери давления воздуха и понижается перепад давления на стенке жаровой трубы, что приводит к пониженной пробивной способности струй воздуха, втекающего в жаровую трубу и, следовательно, понижается интенсивность тепломассообменных процессов в жаровой трубе. Это приводит к увеличению неравномерности температурного поля за камерой сгорания, что понижает надежность работы ГТД.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение ресурса трубчатой камеры сгорания и надежности работы ГТД.

Технический результат достигается тем, что в конструкции трубчатой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей жаровые трубы, размещенные внутри кожуха, в отличие от известной, кожух состоит из центральной и боковых цилиндрических полостей, сообщающихся между собой, в боковых полостях размещены жаровые трубы, при этом оси боковых полостей наклонены, взаимно сближаясь по ходу движения воздуха, а оси жаровых труб смещены относительно осей соответствующих им боковых полостей и параллельны им.

В центральной полости установлен разделитель потока.

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез камеры сгорания; фиг. 2 - сечение А-А; фиг. 3 - сечение В-В, вариант 1, фиг. 4 - сечение В-В, вариант 2.

Предлагаемая камера сгорания (фиг. 1) содержит силовой корпус 1, расположенный между компрессором 2 и турбиной 3. На силовом корпусе 1, снабженным фланцем 4, установлена выносная трубчатая камера сгорания, включающая в себя кожух 5, снабженный присоединительным фланцем 6 и состоящий из центральной 7 и двух боковых 8 цилиндрических полостей, сообщенных между собою. Оси боковых полостей наклонены под углом «D», взаимно сближаясь одна с другой по ходу движения воздуха. Внутри кожуха 5 в боковых полостях 8 установлены две жаровые трубы 9, оси которых параллельны осям соответсвующих боковых полостей 8 и смещены на величину «е» относительно осей боковых полостей 8 (фиг. 3, 4). Жаровые трубы 9 соединены пламяперебрасывющим патрубком 10. На корпусе 5 установлены форсунки 11 и средства воспламенения 12. Жаровые трубы 9 соединены с сопловым аппаратом турбины 3 газосборным каналом 13. В центральной полости 7 размещен разделитель 14 потока воздуха.

Камера сгорания работает следующим образом.

Воздушный поток 15 после компрессора 2 поступает в центральную полость 7 корпуса 5, где делится на 2 части и поступает в боковые полости 8 к отверстиям 16 в жаровых трубах 9. При этом прямолинейное течение воздуха изменяется на циркуляционное (спиралевидное) вокруг жаровых труб 9. Циркуляция воздуха 15 вокруг жаровых труб может быть двусторонней - при расположении осей жаровых труб 9 и цилиндрических полостей 7, 8 в одной плоскости 17 (фиг. 3) и односторонней - при смещении осей жаровых труб 9 и цилиндрических полостей 7, 8 в необходимых для этого направлениях (фиг. 4). Наличие смещения «е» осей жаровых труб 9 относительно осей цилиндрических полостей 8 позволяет сохранить постоянную по величине скорость циркуляции воздуха вокруг жаровых труб.

Таким образом, две жаровые трубы были размещены в одном общем кожухе, образованным сообщенными между собой тремя цилиндрическими полостями: центральной - по которой воздух поступает воздух от компрессора, и двух боковых - в которых расположены жаровые трубы. При этом оси боковых полостей наклонены, взаимно сближаясь одна к другой по ходу движения воздуха, а оси жаровых труб смещены относительно осей соответствующих им боковых полостей и параллельны им. Благодаря этому обеспечивается монотонное уменьшение площади внутренней полости кожуха в направлении движения воздуха и происходит боковое натекание воздуха на жаровые трубы, переходящее затем в циркуляционное течение воздуха вокруг жаровых труб с примерно постоянной скоростью.

В результате данное техническое решение позволяет обеспечить равномерность конвективного охлаждения жаровой трубы, что увеличивает ресурс камеры сгорания. При оптимальных потерях давления воздуха в камере сгорания обеспечивается высокий перепад давления воздуха на стенке жаровой трубы, что благоприятствует качеству температурного поля за камерой сгорания и, следовательно, повышается надежность работы ГТД.

Этим обеспечивается монотонное уменьшение площади внутренней полости кожуха в направлении движения воздуха: от присоединительного фланца до отверстий жаровых труб, при этом происходит боковое натекание воздуха на жаровую трубу, переходящее затем в двустороннее течение воздуха вокруг жаровой трубы с примерно постоянной скоростью, то есть с наименьшими потерями полного давления воздуха в воздушной полости камеры сгорания.

Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит жаровые трубы, размещенные внутри кожуха. Кожух состоит из центральной и боковых цилиндрических полостей, сообщающихся между собой. В боковых полостях размещены жаровые трубы. Оси боковых полостей наклонены, взаимно сближаясь одна к другой по ходу движения воздуха. Оси жаровых труб смещены относительно осей соответствующих им боковых полостей и параллельны им. В центральной полости установлен разделитель потока. Изобретение направлено на повышение ресурса трубчатой камеры сгорания и надежности работы газотурбинного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая жаровые трубы, размещенные внутри кожуха, отличающаяся тем, что кожух состоит из центральной и боковых цилиндрических полостей, сообщающихся между собой, в боковых полостях размещены жаровые трубы, при этом оси боковых полостей наклонены, взаимно сближаясь одна к другой по ходу движения воздуха, а оси жаровых труб смещены относительно осей соответствующих им боковых полостей и параллельны им.

2. Трубчатая камера сгорания газотурбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что в центральной полости установлен разделитель потока.