Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2025 года по МПК F23R3/00 

Изобретение относится к устройствам для снижения скорости формирования равномерного потока воздуха перед фронтовым устройством, в котором по окружности размещаются горелки кольцевой камеры сгорания, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя.

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 то, что данная конструкция увеличивает сопротивление диффузора и приводит к увеличению потерь давления.

Не обеспечивает безотрывного течения в трактовой части диффузора.

Не обеспечивает возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

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 обеспечивает возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

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

Недостатком изобретения является то, что данная конструкция увеличивает сопротивление диффузора и приводит к увеличению потерь давления.

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

Не обеспечивает возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

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 13°, что является вынужденной мерой для обеспечения безотрывного течения в диффузоре и вносит дополнительное сопротивление в диффузор, что приводит к возникновению дополнительных потерь давления.

Не обеспечивает возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением по совокупности признаков и достигаемому техническому результату по патенту на изобретение RU 2696519, сущность заключается в том, что кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит диффузор, содержащий наружный и внутренний кольцевые силовые корпуса (стенки).

Недостатками известного изобретения являются:

Не обеспечивает безотрывного течения в трактовой части диффузора.

Не обеспечивает низкие потери давления.

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

Не обеспечивает возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

Не обеспечивает равномерную подачу воздуха в горели фронтового устройства камеры сгорания.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечить безотрывное течение в трактовой части диффузора.

Обеспечить низкие потери давления.

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

Обеспечить возможность использования в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок во фронтовом устройстве камеры сгорания.

Обеспечить равномерную подачу воздуха в горелки фронтового устройства.

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

Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит наружную и внутреннюю стенки. Согласно изобретению, уровень расположения выходной части диффузора находится выше уровня входной части диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора, расстояние L1 между выходной частью диффузора и горелками камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота h выходной части диффузора соответствует высоте h_г завихрителя в горелке и располагается так, чтобы завихритель полностью оказался внутри линий тока, над наружной стенкой и внутренней стенкой расположены ниши, сформированные пространством между вылетом стенок диффузора и корпусами камеры сгорания, угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Поставленная задача в целом достигается тем, что:

Для обеспечения безотрывного течение в трактовой части диффузора угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Для обеспечения низких потерь давления длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора, в трактовой части диффузора угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Для обеспечения стабилизации потока при увеличении скорости на входе в камере сгорания над наружной стенкой и внутренней стенкой расположены ниши, сформированные пространством между вылетом стенок диффузора и корпусами камеры сгорания.

Для обеспечения возможности использования, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок в камере сгорания, уровень расположения выходной части диффузора находится выше уровня входной части диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты выходной части диффузора h.

Для обеспечения равномерной подачи воздуха в горелки фронтового устройства расстояние L1 между выходной частью диффузора и фронтовым устройством камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота h выходной части диффузора соответствует высоте h_г завихрителя в горелке и располагается так, чтобы завихритель полностью оказался внутри линий тока.

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 чертеже представлен продольный разрез диффузора кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий наружную 1 и внутреннюю 2 стенки. Заявленный диффузор камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно: уровень расположения выходной части 4 диффузора находится выше уровня входной части 3 диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты выходной части 4 диффузора, расстояние между выходной частью 4 диффузора и горелками 5 камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота выходной части 4 диффузора соответствует высоте завихрителя 6 в горелке 5 и располагается так, чтобы завихритель 6 полностью оказался внутри линий тока 7, над наружной стенкой 1 и внутренней стенкой 2 расположены ниши 8, 9, сформированные пространством между вылетом стенок 10, 11 диффузора и корпусами 12, 13 камеры сгорания, угол α между наружной 1 и внутренней 2 стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок 1, 2 выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Линии тока 7 - это границы, в пределах которых воздух движется, выходя из диффузора.

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

Обеспечено безотрывное течение в трактовой части диффузора тем, что угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Обеспечен низкий уровень потерь давления тем, что длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора, в трактовой части диффузора угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.

Обеспечена стабилизация потока при увеличении скорости на входе в камеру сгорания тем, что над наружной стенкой и внутренней стенкой расположены ниши, сформированные пространством между вылетом стенок диффузора и корпусами камеры сгорания.

Обеспечена возможность использования, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок в камере сгорания тем, что уровень расположения выходной части диффузора находится выше уровня входной части диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора,

Обеспечена равномерная подача воздуха в горелки фронтового устройства тем, что расстояние L1 между выходной частью диффузора и фронтовым устройством камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота h выходной части диффузора соответствует высоте h_г завихрителя в горелке и располагается так, чтобы завихритель полностью оказался внутри линий тока.

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 в трактовой части диффузора, обеспечен низкий уровень потерь давления, обеспечена стабилизация потока при увеличении скорости на входе в камеру сгорания, обеспечена возможность использования диффузора в случае, когда диаметр проточной части компрессора не совпадает с диаметром расположения горелок в камере сгорания, обеспечена равномерная подача воздуха в горелки фронтового устройства.

Поток воздуха (на чертеже) попадает во входную часть 3 диффузора и движется между профилированными в соответствии с условием изоградиентности наружной 1 и внутренней 2 стенками, имеющими угол не более 12°, с площадью, увеличивающейся от входной 3 к выходной 4 части, и длинной L, лежащей в пределах от 3 до 3,5 высоты выходной части 4 диффузора.

Пройдя в выходную часть 4, доля воздуха попадает в ниши 8, 9, расположенные в пространстве между вылетом стенок 10, 11 диффузора и корпусами 12, 13 камеры сгорания.

Основной поток воздуха движется через расстояние между выходной частью 4 диффузора и горелками 5 камеры сгорания, которое лежит в пределах L1=1/2h÷3h по линиям тока 7. Учитывая, что выходная часть 4 диффузора соответствует высоте завихрителя 6 в горелке 5, воздух попадает в завихритель 6, который полностью оказался внутри линий тока 7.

Изобретение относится к диффузору кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя. Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит наружную и внутреннюю стенки, уровень расположения выходной части диффузора находится выше уровня входной части диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора, расстояние L1 между выходной частью диффузора и горелками камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота h выходной части диффузора соответствует высоте h_г завихрителя в горелке и располагается так, чтобы завихритель полностью оказался внутри линий тока, над наружной стенкой и внутренней стенкой расположены ниши, сформированные пространством между вылетом стенок диффузора и корпусами камеры сгорания, угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты. Изобретение позволяет обеспечить безотрывное течение в трактовой части диффузора, низкие потери давления, стабилизацию потока при увеличении скорости на входе в камеру сгорания. 1 ил.

Диффузор кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий наружную и внутреннюю стенки, отличающийся тем, что уровень расположения выходной части диффузора находится выше уровня входной части диффузора, длина L диффузора лежит в пределах от 3 до 3,5 высоты h выходной части диффузора, расстояние L1 между выходной частью диффузора и горелками камеры сгорания лежит в пределах L1=1/2h÷3h, высота h выходной части диффузора соответствует высоте h_г завихрителя в горелке и располагается так, чтобы завихритель полностью оказался внутри линий тока, над наружной стенкой и внутренней стенкой расположены ниши, сформированные пространством между вылетом стенок диффузора и корпусами камеры сгорания, угол α между наружной и внутренней стенками диффузора не превышает 12°, профилирование стенок выполняется в соответствии с условием изоградиентности , где dР – изменение давления, dх – изменение координаты.