Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя Советский патент 1992 года по МПК F23R3/16 

Фиг.1

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению.

Известны кольцевые камеры сгорания газотурбинных двигателей, содержащие кольцевой диффузор, наружную и внутреннюю пламенные трубы и расположенное между ними фронтовое устройство, содержащее лопаточные завихрители воздуха.

В этих камерах сгорания воздух, поступающий из кольцевого диффузора через фронтовое устройство в огневую зону, практически не участвует в охлаждении пламенных труб. В связи с этим требуется введение сложных систем охлаждения пламенных труб, расходующих значительную долю воздуха, что ухудшает технологические характеристики камер (полнота сгорания, неравномерность температурного поля за камерой, эмиссия вредных веществ).

Известна также кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая кольцевой диффузор, наружную и внутреннюю пламенные трубы и расположенное между ними фронтовое устройство, содержащее кольцевой лопаточный завих- ритель, примыкающий к внутренней пламенной трубе, В указанной камере сгорания закрученная струя воздуха, выходящая из кольцевого лопаточного завихрителя, примыкающего к внутренней пламенной трубе, выполняет две функции: участвует в организации процесса горения топлива за кольцевым стабилизатором, а также охлаждает внутреннюю пламенную трубу.

Однако обеспечить таким образом надежное крепление на всем протяжении пламенной трубы не удается, поскольку под действием связанных с закруткой массовых сил и возникающих при этом градиентов давления происходит быстрое нарастание толщины пограничного слоя на поверхности пламенной трубы, а при определенных условиях и его отрыв. Эти процессы приводят к снижению эффективности охлаждения пламенной трубы, что проявляется в резком повышении ее температуры начиная с определенного расстояния от фронтового устройства. Как показали опыты, это расстояние для реальных камер сгорания определяется, в основном, высотой лопатки завихрителя и составляет 3-5 этих высот. В связи с этим на расстояниях, больших 3 - 5 высот лопаток завихрителя, необходимо дополнительное охлаждение пламенной трубы, аналогичное описанному.

Наиболее близкой «.предлагаемой является кольцевая камера сгорания, содержащая корпус и установленную в нем жаровую трубу, внутренняя обечайка которой состоит из передней и задней частей, соединенных между собой при помощи осевого лопаточного завихрителя, примыкающего к внутренней и наружной поверхностям соответственно задней и передней частей обечайки. Задняя часть обечайки выполнена с уступом, расположенным за завихрителем и образующим с выходной кромкой передней части кольцевую щель, и поясом отверстий,

0 расположенных за уступом равномерно по окружности, и снабжена установленными в отверстиях патрубками для подвода вторичного воздуха.

Однако известная камера сгорания ха5 рактеризуется недостаточно эффективным охлаждением внутренней стенки жаровой трубы; что снижает надежность и ресурс камеры сгорания.

Цель изобретения - повышение надеж0 ности и увеличение ресурса камеры сгорания путем повышения эффективности охлаждения внутренней стенки, жаровой трубы путем применения смерчевого охлаждения с одновременным отсосом по5 граничного слоя,

На фиг.1 представлена кольцевая камера сгорания газотурбинной установки, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3-узел I на фиг.1 (участок кольцевого

0 канала, образованного внутренней стенкой жаровой трубы и цилиндрической обечайкой).

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус 1, установ5 ленную в нем жаровую трубу .2, размещенное на ее входе фронтовое устройство 3 с кольцевым лопаточным завихрителем 4, примыкающим к внутренней стенке 5 жаровой трубы 2. Корпус 1 снабжен уста0 новленной на нем цилиндрической обечайкой 6, образующей с внутренней стенкой 5 жаровой трубы 2 кольцевой канала 7. На стенке 5 в зоне канала 7 выполнены полусферические выштамповки 8, имеющие в

5 центре сквозные отверстия 9. Цилиндрическая обечайка 6 установлена от фронтового устройства 3 на расстоянии, равном 3-5 высотам лопаток завихрителя.

При работе камеры сгорания воздух, по0 ступающий через кольцевой диффузор от компрессора разделяется: основная его часть проходит через фронтовое устройство 3, а меньшая часть поступает в кольцевой канал 7, Обтекая кольцевой стабилизатор

5 через завихрители фронтового устройства, воздух поступает в зону горения, где, смешиваясь с топливом, подаваемым через отверстия в задней стенке стабилизатора, участвует в реакции горения. Воздух, поступающий в кольцевой лопаточный завихритель 4, выходит из него в виде кольцевой закрученной струи, которая кроме организации зоны горения за кольцевым стабилизатором, охлаждает внутреннюю жаровую трубу. В кольцевом канале 7 поток воздуха с высокой скоростью омывает наружную поверхность внутренней стенки 5 жаровой трубы 2, на которой выполнены полусферические выштамповки 8 со сквозными отверстиями 9 в их центрах. При этом в выштамповках и над ними генерируются интенсивные вихри, коаксиальные с осями симметрии выштамповок. Эти вихри существенно интенсифицируют теплоотдачу от жаровой трубы к охлаждающему воздуху, кроме того, за счет разряжения вблизи осей вихрей через отверстия 9 в центрах выштамповок происходит отсос воздуха из пограничного слоя с другой стороны жаровой трубы (изнутри камеры сгорания). Отсос пр- граничного слоя значительно повышает интенсивность охлаждения внутренней жаровой трубы кольцевой закрученной струей. После выхода из кольцевого канала 7 охлаждающий воздух поступает в конвек-

тивно-заградительную систему охлаждения хвостовой части внутренней жаровой трубы и далее в огневую зону камеры сгорания. Формула изобретения Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, установленную в нем жаровую трубу и размещенное на ее входе фронтовое устройство с кольцевым лопаточным завихри- телем, прилипающим к внутренней стенке жаровой трубы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения ресурса камеры сгорания путем по- вышения эффективности охлаждения внутренней стенки жаровой трубы, корпус снабжен установленной на нем цилиндрической обечайкой, образующей с внутренней стенкой жаровой трубы кольцевой канал, а на упомянутой стенке в зоне канала выполнены полусферические выштамповки. имеющие в центре сквозные отверстия, причем цилиндрическая обечайка установлена от фронтового устройства на расстоянии, равном 3-5 высотам лопаток завихрителя.

Изобретение позволяет повысить надежность и увеличить ресурс кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя путем повышения эффективности охлаждения внутренней стенки 5 жаровой трубы 2, установленной в корпусе 1. При работе камеры сгорания большая часть поступающего в нее воздуха проходит через фронтовое устройство 3, остальная часть воздуха поступает в кольцевой канал 7, образованный внутренней стенкой 5 жаровой трубы 2 и цилиндрической обечайкой 6, установленной на корпусе 1 от фронтового устройства 3 на расстоянии, равном 3-5 высотам лопаток завихрителя 4. В канале 7 поток воздуха омывает наружную поверхность стенки 5, на которой в зоне канала 7 выполнены полусферические выштамповки, имеющие в центре сквозные отверстия. При этом в вы штамповках и над ними генерируются вихри, существенно интенсифицирующие теплоотдачу с наружной поверхности стенки 5 и повышающие путем отсоса пограничного слоя с внутренней поверхности стенки 5 интенсивность ее охлаждения. 3 ил. & Ј

Вид А

фиг.2

ФигЗ