Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2024 года по МПК F23R3/00 

Изобретение относится к устройствам для снижения скорости, формирования потока воздуха перед фронтовым устройством камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Из полезной модели RU 213844 известен диффузор камеры сгорания газотурбинного двигателя, который содержит преддиффузор, в качестве которого используется несколько секций профилированных поверхностей.

К недостаткам данной полезной модели можно отнести:

Не позволяет выполнить отбор воздуха на нужды двигателя,

Не позволяет выполнить измерение параметров в диффузоре камеры сгорания.

Из патента на изобретение RU 1032866 известен диффузор камеры сгорания газотурбинного двигателя содержащий наружную и внутреннюю обечайки и расположенные между ними радиальные стойки обтекаемой формы.

Недостатком изобретения является наличие стоек, которые повышают сопротивление диффузора и увеличивают потери давления.

Так же данная конструкция не позволяет провести доводочные работы по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Из патента на изобретение RU 26840 известен диффузор камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий наружный и внутренний кольцевые силовые корпуса, связанные между собой радиальными силовыми литыми стойками.

Недостатком изобретения является наличие стоек, которые повышают сопротивление диффузора и увеличивают потери давления.

Так же данная конструкция не позволяет состыковать компрессор с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов

Не обеспечивает стабилизации потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания

Не позволяет разрушить пограничный слой путем отбора воздуха с поверхности стенки.

Из патента на изобретение RU 2365821 известен диффузор для кольцевой камеры сгорания с одной зоной, в частности для авиационного турбовинтового двигателя, содержащий разделительный элемент, разделяющий поток воздуха, выходящий из компрессора, на два кольцевых диффузионных потока, при этом разделительный элемент образован тонким листом, соединенным конструкционными рычагами с внутренней и наружной кругообразно симметричными стенками диффузора

В данном изобретении угол расширения каждого диффузионного потока, образованный указанным тонким листом в диффузоре, составляет приблизительно 12-13, что является вынужденной мерой для обеспечения безотрывного течения в диффузоре и вносит дополнительное сопротивление и потери давления.

Так же данная конструкция не позволяет провести доводочные работы по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Не позволяет выполнить измерение параметров в диффузоре камеры сгорания, так как параметры в одном диффузионном потоке будут отличаться от параметров в другом диффузионном потоке.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на изобретение РФ № 2696519 сущность заключается в том, что кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит диффузор содержащий наружный и внутренний кольцевые силовые корпуса.

Недостатками известного изобретения являются:

Не обеспечивает безотрывного течения

Не позволяет выполнить измерение параметров в диффузоре камеры сгорания.

Не позволяет провести доводочные работы по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Не позволяет состыковать компрессор с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов.

Не обеспечивает стабилизации потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания.

Не позволяет разрушить пограничный слой при движении воздуха.

Не позволяет провести доводочные работы по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Не позволяет выполнить отбор воздуха на нужды двигателя.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечить безотрывное течение воздуха.

Обеспечить измерение параметров в диффузоре камеры сгорания.

Обеспечить выполнение доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Обеспечить состыковку компрессора с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов.

Обеспечить стабилизацию потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания.

Обеспечить разрушение пограничного слоя при движении воздуха.

Обеспечить проведение доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов.

Обеспечить выполнение отбора воздуха на нужды двигателя.

Сущностью заявленного технического решения является, диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий, наружный и внутренний силовые корпуса.

Предложенный диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется некоторыми конструктивными особенностями:

Наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства, на наружной стенке размещен штуцер и фланец.

Диффузор имеет наружную и внутреннюю стенки с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению. Профилирование стенок кольцевого диффузора выполнено по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине

Диффузор имеет угол между наружной и внутренней стенками не более 12° увеличивающийся от входного к выходному сечению, на выходе из наружной и внутренней стенок имеется внутренний карман, выходная часть диффузора располагается напротив фронтового устройства жаровой трубы.

Диффузор имеет наружную стенку с плавным профилем и ступенькой, внутреннюю стенку с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению, на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия и установлен наружный коллектор для отбора воздуха.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения безотрывного течение воздуха диффузор, имеет наружную и внутреннюю стенки с плавным профилем и углом, увеличивающимся от входного к выходному сечению. Профилирование стенок кольцевого диффузора выполнено по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине Для обеспечения измерения параметров в диффузоре камеры сгорания на наружной стенке размещен штуцер и фланец, что позволяет выполнить измерение статического давления на стенке и установить пневмо-термогребенку для определения давления набегающего потока и его температуру.

Для обеспечения выполнения доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства, что так же обеспечивает доступ к форсункам фронтового устройства.

Для обеспечения состыковки компрессора с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами.

Для обеспечения стабилизации потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания диффузор имеет угол между наружной и внутренней стенками не более 12°, увеличивающийся от входного к выходному сечению, на выходе из наружной и внутренней стенок имеется внутренний карман, выходная часть диффузора располагается напротив фронтового устройства жаровой трубы.

Для обеспечения разрушения пограничного слоя при движении воздуха диффузор имеет на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности отверстия и наружный коллектор.

Для обеспечения отбора воздуха на нужды двигателя диффузор

имеет наружную стенку с плавным профилем и ступенькой, внутреннюю стенку с плавным профилем и углом, увеличивающимся от входного к выходному сечению, на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия и установлен наружный коллектор.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из исследованного заявителем уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизны» и «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом: На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, представлен продольный разрез диффузора кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя и варианты; фиг. 4, (вид на штуцер и фланец).

Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит наружный 1 и внутренний 2 силовые корпуса. Заявленный диффузор камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, наружная стенка 3 диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом 1 при помощи фланцевого соединения 4 и крепится призонными болтами 5, внутренняя стенка 6 диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом 2 при помощи фланцевого соединения 7 и крепится призонными болтами 8, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства 9 , на наружной стенке 3 размещен штуцер 10 и фланец 15, в который установлена пневмо-термо гребенка (фиг. 4).

Диффузор (фиг. 1) имеет наружную 3 и внутреннюю 6 стенки с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению. Профилирование стенок 3, 6 кольцевого диффузора выполнено по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине Диффузор (фиг. 3) имеет угол между наружной 3 и внутренней 6 стенками не более 12°, увеличивающийся от входного к выходному сечению, на выходе из наружной 3 и внутренней 6 стенок имеется внутренний карман 11, выходная часть диффузора располагается напротив фронтового устройства 9 жаровой трубы.

Диффузор (фиг. 2) имеет наружную стенку 3 с плавным профилем и ступенькой 12, внутреннюю стенку 6 с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению, на наружной стенке 3 в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия 13 и установлен наружный коллектор 14.

Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:

Обеспечено безотрывное течение воздуха тем, что диффузор имеет наружную и внутреннюю стенки с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению. Профилирование стенок кольцевого диффузора выполнено по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине

Обеспечено измерение параметров в диффузоре камеры сгорания тем, что на наружной стенке размещен штуцер и фланец.

Обеспечено выполнение доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов тем, что наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства.

Обеспечена состыковка компрессора с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов тем, что наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами.

Обеспечена стабилизация потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания тем, что диффузор имеет угол между наружной и внутренней стенками не более 12°, увеличивающийся от входного к выходному сечению, на выходе из наружной и внутренней стенок имеется внутренний карман, выходная часть диффузора располагается напротив фронтового устройства жаровой трубы.

Обеспечено разрушение пограничного слоя при движении воздуха тем, что диффузор имеет на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности отверстия и наружный коллектор.

Обеспечен отбор воздуха на нужды двигателя тем, что диффузор

имеет наружную стенку с плавным профилем и ступенькой, внутреннюю стенку с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению, на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия и установлен наружный коллектор.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, то есть заявленное техническое решение обеспечивает, за счёт внесения изменений в конструкцию диффузора кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, их более эффективное использование в камерах сгорания газотурбинных двигателей, а именно:

Обеспечено безотрывное течение воздуха, обеспечено измерение параметров в диффузоре камеры сгорания, обеспечено выполнение доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенки корпусов без изготовления новых корпусов, обеспечена состыковка компрессора с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов, обеспечена стабилизация потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания, обеспечено разрушение пограничного слоя при движении воздуха. обеспечено выполнение отбора воздуха на нужды двигателя

Поток воздуха (Фиг.1., Фиг.2., Фиг.3) движется между наружным 1 и внутренним 2 силовыми корпусами, проходя между наружной 3 и внутренней 6 стенками. При этом наружная стенка 3 диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом 1 при помощи фланцевого соединения 4 и крепится призонными болтами 5, внутренняя стенка 6 диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом 2 при помощи фланцевого соединения 7 и крепится призонными болтами 8. Разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства 9, что обеспечивает доступ к форсункам фронтового устройства 9 при отсоединении наружной стенки 3 от наружного силового корпуса 1 и отсоединения внутренней стенки 6 от внутреннего силового корпуса 2.

Поток воздуха (фиг. 1) проходит между наружной 3 и внутренней 6 стенками с плавным профилем выполненным по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению, далее без возникновения отрывов поступает к фронтовому устройству 9.

Поток воздуха (фиг. 3) проходит между наружной 3 и внутренней 6 стенками имеющими угол не более 12°, увеличивающимся от входного к выходному сечению, двигаясь к выходу из наружной 3 и внутренней 6 стенок часть воздуха попадает во внутренний карман 11 в котором образуется вихрь стабилизирующийся в этой области. Воздух из выходной части диффузора поступает во фронтовое устройство 9 жаровой трубы без поворота потока, так как располагается напротив.

Поток воздуха (фиг. 2) проходит между наружной стенкой 3 с плавным профилем и ступенькой 12 и внутренней стенкой 6 с плавным профилем и углом увеличивающимся от входного к выходному сечению. При протекании воздуха возле стенок образуется пограничный слой для разрушения которого, на наружной стенке 3 в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия 13 и установлен наружный коллектор 14, что позволяет выполнить отбор воздуха с поверхности стенки и избавить поток воздуха от пограничного слоя. Отобранный воздух может быть использован на нужды двигателя.

Параметры потока в диффузоре измеряются (Фиг.4), для чего на наружной стенке 3 размещен штуцер 10 и фланец 15, что позволяет выполнить измерение статического давления на стенке и установить пневмо-термогребенку для определения давления набегающего потока и его температуру.

В случае изменения конструкции компрессора, к примеру, уменьшение высоты лопаток последней ступени и направляющего аппарата приводит к тому, что необходимо изготовить новые корпуса камеры сгорания для обеспечения их стыковки с компрессором. В этом случае возможна перекомпоновка в любой вариант диффузора (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3). Это обеспечивается тем, что наружная стенка 3 диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом 1 при помощи фланцевого соединения 4 и крепится призонными болтами 5, внутренняя стенка 6 диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом 2 при помощи фланцевого соединения 7 и крепится призонными болтами 8. То есть представляется возможность перестановки наружной стенки 3 диффузора 3 и внутренней стенки 6 диффузора из любого из предложенных вариантов.

Изобретение относится к устройствам для снижения скорости, формирования потока воздуха перед фронтовым устройством камеры сгорания газотурбинного двигателя. Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит наружный и внутренний силовые корпуса, наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства, на наружной стенке размещен штуцер и фланец. Изобретение позволяет обеспечить безотрывное течение воздуха, выполнение доводочных работ по изменению профиля наружной и внутренней стенок корпусов без изготовления новых корпусов, состыковку компрессора с корпусами камеры сгорания в случае изменения конструкции компрессора (уменьшение высоты лопаток последней ступени с направляющего аппарата) без изготовления новых корпусов, стабилизацию потока при форсировании скорости на входе в камеру сгорания. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий наружный и внутренний силовые корпуса, отличающийся тем, что наружная стенка диффузора стыкуется с наружным силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, внутренняя стенка диффузора стыкуется с внутренним силовым корпусом при помощи фланцевого соединения и крепится призонными болтами, разъем фланцевого соединения находится в плоскости фронтового устройства, на наружной стенке размещен штуцер и фланец.

2. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что имеет наружную и внутреннюю стенки с плавным профилем и углом, увеличивающимся от входного к выходному сечению, профилирование стенок кольцевого диффузора выполнено по закону постоянства градиента нарастания давления по его длине

3. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что имеет угол между наружной и внутренней стенками не более 12°, увеличивающийся от входного к выходному сечению, на выходе из наружной и внутренней стенок имеется внутренний карман, выходная часть диффузора располагается напротив фронтового устройства жаровой трубы.

4. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что имеет наружную стенку с плавным профилем и ступенькой, внутреннюю стенку с плавным профилем и углом, увеличивающимся от входного к выходному сечению, на наружной стенке в три равнорасположенных ряда по окружности нанесены отверстия и установлен наружный коллектор.