CZ291464B6 - Spalovací komora motoru s plynovou turbínou - Google Patents

Abstract

Spalovac komora motoru s plynovou turb nou je opat°ena souborem paprskovit uspo° dan²ch segmentov²ch nosi (1), z nich ka d² je p°ipevn n sv²m vn jÜ m koncem k vn jÜ mu krytu (2) spalovac komory, napojen na vn jÜ trubici (6) pro p° vod chladic ho vzduchu a opat°en pod ln²mi kan ly pro pr tok vzduchu, jejich vy·st n jsou upravena u jeho vnit°n ho konce, kter²m je ka d² ze segmentov²ch nosi (1) napojen na vn jÜ obvod prstencov ho t lesa (14), maj c ho v p° n m °ezu tvar p smene V, jeho otev°en² konec je orientov n ve sm ru proud n plyn spalovac komorou. Ka d² segmentov² nosi (1) je k vn jÜ mu krytu (2) spalovac komory p°ipevniteln² uvolniteln a oto n prost°ednictv m te n v i spalovac rou°e (12) veden ho epu (11), p°i em okapovit segmentov nosi e (1) jsou vytvo°eny jako integr ln st prstencov ho t lesa (14).\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká spalovací komory motoru s plynovou turbínou.

Dosavadní stav techniky

Zejména u vojenských letadel jsou často v motorech s plynovou turbínou používány spalovací komory k umožnění krátkodobého silového impulzu. V této spalovací komoře je spalována směs paliva, horkého vzduchu z jádra motoru a chladného vzduchu z vnější trubice. Ke vznícení a kvalitnímu spálení směsi musí být ve spalovací komoře úsek s menší rychlostí průtoku plynu. Za tímto účelem jsou používány segmentové nosiče. Při velmi vysoké teplotě ve spalovací komoře, obzvláště po vznícení směsi, je segmentový nosič velmi namáhán. Navzdory této skutečnosti nejsou většinou segmentové nosiče chlazeny, což značně zkracuje jejich živnost. Byl již navrhován způsob ochlazování segmentových nosičů, který vyřešil mnoho problémů. Současně však vytvořil problémy nové, protože teplotní rozdíly mezi různými částmi segmentového nosiče mají za následek nerovnoměrnou únavu materiálu, která také podstatně omezuje jejich životnost. Za příklady dosavadního stavu je možno uvést například dokumenty US 5 396 761, US 5 396 763 a FR 2 709 342.

Vystavování segmentových nosičů nadměrným teplotám zkracuje jejich životnost, a proto musí být pečlivě ošetřovány a často v krátkých intervalech vyměňovány. Přitom je obvykle nutné vyjmout z letadla celý motor, což je jak časově, tak i filtračně, nákladné a současně v bojových podmínkách obtížné. V motorech podle výše zmíněného dosavadního stavu techniky jsou segmentové nosiče upevněny k vnějšímu krytu spalovací komory motoru pomocí šroubů s maticemi. Z tohoto důvodu musí být kryty spalovacích komor motorů vyztuženy a jsou pak těžší, což je vážný nedostatek. Takovýto způsob upevnění pak způsobuje velké časové ztráty při údržbě motorů a výměně segmentových nosičů.

V dokumentu US 5 396 761 jsou popsány segmentové nosiče, které na vnitřních koncích svého tělesa nesou příčný okapovitý ochranný prostředek, ten spolu se sousedícími konstrukčními prvky představuje obvodovou doplňkovou sestavu krytu.

Cílem tohoto vynálezu je proto navrhnout zdokonalenou podobu segmentových nosičů pro spalovací komoru motoru výše uvedeného typu, která by podstatně eliminovala nevýhody stávajících řešení, jako je vysoká výrobní cena a nespolehlivá zapalování palivové směsi během všech fází letu.

Podstata vynálezu

Výše uvedeného cíle je dosaženo u spalovací komory motoru s plynovou turbínou, opatřené souborem paprskovitě uspořádaných segmentových nosičů, z nichž každý je připevněn svým vnějším koncem k vnějšímu krytu spalovací komory, napojen na vnější trubici pro přívod chladicího vzduchu a opatřen podélnými kanály pro průtok vzduchu, jejichž vyústění jsou upravena u jeho vnitřního konce, kterým je každý ze segmentových nosičů napojen na vnější obvod prstencového tělesa, majícího v příčném řezu tvar písmene V, jehož otevřený konec je orientován ve směru proudění plynů spalovací komorou podle tohoto vynálezu, jejíž podstatou je to, že každý segmentový nosič je k vnějšímu krytu spalovací komory připevnitelný uvolnitelně a otočně prostřednictvím těsně vůči spalovací rouře vedeného čepu, přičemž okapovité segmentové nosiče jsou vytvořeny jako integrální část prstencového tělesa, a že uvnitř alespoň jednoho segmentového nosiče je uspořádána podélná odpařovací trubice, jejíž výstupní otvor je upraven na vnitřním

-1 CZ 291464 B6 konci segmentového nosiče a jejíž vstupní otvor, upravený u vnějšího konce segmentového nosiče, je orientován proti směru proudění plynů vystupujících z plynové turbíny, přičemž před vstupním otvorem odpařovací trubice je uložen palivový' rozprašovač pro vnesení paliva do odpařovací trubice za účelem jeho odpaření v ní proudícím plynem, jehož tlak je menší než tlak 5 chladicího vzduchu uvnitř segmentového nosiče, v němž je mezi jeho zadní stěnou a odpařovací trubicí upravena přepážka, vymezující spolu se zadní stěnou chladicí trubici, která je u vnitřního konce segmentového nosiče opatřena spojovacím otvorem pro průchod chladicího vzduchu a u jeho vnějšího konce otvorem pro výstup chladicího vzduchu ze segmentového nosiče.

Za podstatu spalovací komory podle tohoto vynálezu je pak třeba považovat jednak to, že odpařovací trubice je jednak na svém z vnitřního konce segmentového nosiče vystupujícím konci opatřena hubicí pro rozdělování odpařeného paliva v tangenciálním směsu. a jednak to, že odpařovací trubice je uvnitř svého ohybu, vytvořeného mezi její vstupní a výstupní částí, opatřena deflektorem pro napomáhání plynulému průtoku plynu.

Dále je třeba za postatu tohoto řešení považovat též to, že každý segmentový· nosič je k prstencovému tělesu připevnitelný prostřednictvím otáčivě a uvolnitelně upraveného spoje, a že u vnitřního konce segmentového nosiče je upraven otvor pro směrování toku chladicího vzduchu ke spoji.

Podstatné pro tuto spalovací komoru je pak konečně i to, že alespoň v jednom segmentovém nosiči je umístěno zážehové zařízení, jehož pracovní hlavice zasahuje do odpařovací trubice, přičemž segmentový nosič je vytvořen z kovových plátů a jeho zadní stěna je upravena pro připojení k ostatním částem segmentového nosiče prostřednictvím nýtů.

Oddělení funkce ochlazování a odpařování zajišťuje zdokonalené chlazení segmentových nosičů, čímž se minimalizují rizika možných obtíží při zapalování směsi ve spalovací komoře, a to obzvláště ve značných výškách.

Přehled obrázků na výkresech

Vytvoření spalovací komory podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno piostřednictvím následujícího textu, odvolávajícího se na připojené výkresy, na nichž je na obr. la znázorněn řez segmentovým nosičem, který je opatřen zážehovým zařízením a upevněn svým vnějším koncem k vnějšímu krytu spalovací komory, na obr. lb řez segmentovým nosičem, uspořádaným vedle nosiče z obr. la, na obr. 2 přední pohled na část spalovací komory se segmentovým nosičem umístěným za rozprašovačem paliva, a na obr. 3 axonometrický pohled na rozložený segmentový nosič vyrobený z kovových plátů.

Příklady provedení vynálezu

Jak je patrné z obr. la a obr. lb, je množství paprskovitě uspořádaných plamencových segmento50 vých nosičů 1 upevněno rovnoměrně po obvodě vnějšího krytu 2 spalovací komory motoru plynové turbíny, která není znázorněna. V podélném směru je tato kruhová řada segmentových nosičů 1 přednostně umístěna na úrovni zadního středového kužele motoru. Počet segmentových nosičů 1 se může pohybovat mezi 8 až 16, přičemž vdaném případě je jich 12. Segmentové nosiče 1 jsou obvykle vytvořeny vytvarováním tepelně odolného plochého materiálu a mají

-2CZ 291464 B6 přednostně trojúhelníkový průřez s jedním rohem obráceným proti směru proudění. Jeden ze segmentových nosičů 1 je přitom vybaven zážehovým zařízením 3L

Každý segmentový nosič 1 je ochlazován protékajícím vzduchem, který je přiváděn zvnějšku vzduchovou vnější trubicí 6 uvnitř vnějšího krytu 2 spalovací komory motoru a je směrován do ústí 7 v přední stěně segmentového nosiče 1, které je upraveno u jeho vnějšího konce. Tomu napomáhá směrovací ohyb 8 směšovače ve vnitřní stěně vnější trubice 6.

Podle tohoto vynálezu je každý segmentový nosič 1 upevněn svým vnějším koncem pod pláštěm vnějšího krytu 2 spalovací komory motoru, a to prostřednictvím upevňovacího prostředku 10 s otáčivým čepem 11, směřujícím tečně vůči spalovací rouře 12. Toto otáčivé upevnění zajišťuje snížení sil pnutí a možnost rozpínání spalovací roury 12 při zahřátí.

Dále je uvnitř jednoho segmentového nosiče 1 nebo ve všech segmentových nosičích 1 připevněna odpařovací trubice 21, která svým vnitřním koncem vyúsťuje v sousedství vnitřního konce segmentového nosiče L Vnější konec odpařovací trubice 21 je obrácen svým ústím v podstatě proti proudění plynu z prostoru plynové turbíny, přičemž odpařovací trubice 21 má takto obecně zahnutý tvar. Konec odpařovací trubice 21, který je obráceném proti proudění plynu z prostoru plynové turbíny, přednostně poněkud vyčnívá z přední stěny segmentového nosiče 1, viz obr. 3.

V určité vzdálenosti proti směru proudění od vstupního otvoru odpařovací trubice 21 je umístěn palivový rozprašovač 22, jehož palivová tryska směřuje proti vnějšímu konci odpařovací trubice 2L Je vhodné přizpůsobit tlak v přední části segmentového nosiče 1 tak, aby byl vyšší než tlak v odpařovací trubici 21_. Tak se lze vyhnout tomu, aby odpařené palivo mohlo proniknout vně v případě vzniku trhliny.

V určité vzdálenosti, ve směru proudění oplynu spalovací rourou 12, od zadní stěny lb segmentového nosiče 1 je umístěna podélná přepážka 23, která odděluje zadní část chladicí trubice 24. Vzduch přiváděný z ventilátoru do ústí 7 ze směrovacího ohybu 8 směšovače proudí do tělesa segmentového nosiče 1 a skrze něj a obtéká odpařovací trubici 21 po jejím vnějším povrchu. Protože segmentový nosič 1 je u vnitřního konce svého tělesa v podstatě uzavřen, je proud vzduchu veden kolem spodního konce přepážky 23 a směrem vzhůru chladicí trubicí 24. Poté proud vzduchu opouští segmentový nosič 1 dozadu směrovanou směrovací výpustí 25, vytvořenou ve vnějším konci tělesa segmentového nosiče 1. Vnitřní prostor chladicí trubice 24 je přitom podstatně menší než vnitřní prostor samotného segmentového nosiče 1 se zabudovanou odpařovací trubicí 21, čímž se podstatně zvýší rychlost průtoku chladicího vzduchu, a tím se zvýší i účinek chlazení.

Na vnitřních koncích jsou segmentové nosiče 1 přednostně uvolnitelné připojené každý spojem 30 ke společnému prstencovému tělesu 14 chránícího prostředku, který má podobu okapu s otevřeným koncem směřujícím ve směru proudění plynů spalovací rourou 12, viz. obr. 2. Prstencové těleso 14 chránícího prostředku je přitom na dolní straně pokryto keramickou ochranou vrstvou, tzv. vrstvou TBC.

Na vnitřním konci tělesa segmentového nosiče 1 je i přesto vhodné vytvořit malý kalibrovaný otvor pro vypouštění chladicího vzduchu směrem na spoj 30 a jeho chlazení.

Dále je také vhodné, aby odpařovací trubice 21 byla ve svém ohybu, mezi vstupním ústím a výstupem, opatřena vodicím povrchovým deflektorem 27, uzpůsobeným k tomu, aby udržoval stejnoměrný průtok odpařeného paliva a tím bránil jeho víření a případnému samovznícení. Odpařovací trubice 21 může být navíc na vnitřním konci svého tělesa, ve směru proudění, opatřena výlevkovitou prodlouženou hubicí 28, která zabraňuje nevhodnému rozptylu odpařeného paliva.

'« Je-li segmentový nosič 1, viz obr. 3, zhotoven z kovových plátů, může být jeho zadní stěna lb připevněna k jeho nosné části výhodně pomocí nýtů, které umožňují vyrovnání teplotních tlaků.

Segmentové nosiče 1 podle tohoto vynálezu mohou být přednostně z kovových plátů s jedno5 duchou vnější úpravou a tedy poměrně laciné. Spojení jednotlivých částí segmentového nosiče 1 lze provést ohýbáním, svařováním a nýtováním. Takto vzniklý útvar se může rozpínat a posouvat bez vzniku trhlin. Segmentové nosiče j. a všechny jejich včleněné části mohou být tudíž vyměněny bez nutnosti vyjmutí motoru z letadla. Zadní strany lb segmentových nosičů 1 jsou vystaveny teplotě palivové směsi, která je však natolik nízká, že doba funkčnosti segmentových 10 nosičů 41 odpovídá požadované životnosti.

Odpařovací trubice 21, v nichž je vzduch procházející spalovací rourou 12 směšován s palivem, umožňují nastavení vzdálenosti pro odpařování paliva, a to tak, aby za všech podmínek letu mohlo být odpařeno maximální množství paliva.

Claims (8)

1. Spalovací komora motoru s plynovou turbínou, opatřená souborem paprskovitě uspořádaných segmentových nosičů (1), z nichž každý je připevněn svým vnějším koncem k vnějšímu krytu (2) spalovací komory, napojen na vnější trubici (6) pro přívod chladicího vzduchu a opatřen

25 podélnými kanály pro průtok vzduchu, jejichž vyústění jsou upravena u jeho vnitřního konce, kterým je každý ze segmentových nosičů (1) napojen na vnější obvod prstencového tělesa (14), majícího v příčném řezu tvar písmene (V), jehož otevřený konec je orientován ve směru proudění plynů spalovací komorou, vyznačující se tím, že každý segmentový nosič (1) je k vnějšímu krytu (2) spalovací komory připevnitelný uvolnitelně a otočně prostřednictvím tečně 30 vůči spalovací rouře (12) vedeného čepu (11), přičemž okapovité segmentové nosiče (1) jsou vytvořeny jako integrální část prstencového tělesa (14).

2. Spalovací komora podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvnitř alespoň jednoho segmentového nosiče (1) je uspořádána podélná odpařovací trubice (21), jejíž výstupní otvor je

35 upraven na vnitřním konci segmentového nosiče (1) a jejíž vstupní otvor, upravený u vnějšího konce segmentového nosiče (1), je orientován proti směru proudění plynů vystupujících z plynové turbíny, přičemž před vstupním otvorem odpařovací trubice (21), je uložen palivový rozprašovač (22) pro vnesení paliva do odpařovací trubice (21) za účelem jeho odpaření v ní proudícím plynem, jehož tlak je menší než tlak chladicího vzduchu uvnitř segmentového nosiče 40 (1), v němž je mezi jeho zadní stěnou (lb) a odpařovací trubicí (21) upravena přepážka (23), vymezující spolu se zadní stěnou (lb) chladicí trubici (24), která je u vnitřního konce segmentového nosiče (1) opatřena spojovacím otvorem pro průchod chladicího vzduchu a u jeho vnějšího konce otvorem pro výstup chladicího vzduchu ze segmentového nosiče (1).

45

3. Spalovací komora podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že odpařovací trubice (21) je na svém, z vnitřního konce segmentového nosiče (1) vystupujícím, konci opatřena hubicí (28) pro rozdělování odpařeného paliva v tangenciálním směru.

4. Spalovací komora podle kteréhokoliv z nároků 2až3, vyznačující se tím, že 50 odpařovací trubice (21) je uvnitř svého ohybu, vytvořeného mezi její vstupní a výstupní částí, opatřena deflektorem (27) pro napomáhání plynulému průtoku plynu.

5. Spalovací komora podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že segmentový nosič (1) je k prstencovému tělesu (14) připevnitelný prostřednictvím otáčivě

55 a uvolnitelně upraveného spoje (30).

-4CZ 291464 B6

6. Spalovací komora podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že u vnitřního konce segmentového nosiče (1) je upraven otvor pro směrování toku chladicího vzduchu ke spoji (30).

7. Spalovací komora podle kteréhokoliv z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že alespoň v jednom segmentovém nosiči (10) je umístěno zážehové zařízení (31), jehož pracovní hlavice zasahuje do odpařovací trubice (21).

io

8. Spalovací komora podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že segmentový nosič (1) je vytvořen z kovových plátů, přičemž jeho zadní stěna (lb)je upravena pro připojení k ostatním částem segmentového nosiče (1) prostřednictvím nýtů.