RU157528U1

RU157528U1 - Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя

Info

Publication number: RU157528U1
Application number: RU2015105325/06U
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Шошин; Александр Юрьевич Щеклинин; Валерий Александрович Ташкинов; Роман Евгеньевич Кириченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2015-12-10

Abstract

1. Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая обечайку и примыкающий к ней с внутренней стороны окружной ряд сегментов, причем обечайка и сегменты снабжены сквозными отверстиями для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы, при этом сегменты снабжены Г-образными зацепами, выступающими над обечайкой и контактирующими с её наружной поверхностью, а обечайка содержит пазы для прохода и установки зацепов, отличающаяся тем, что каждое отверстие для подвода вторичного воздуха в обечайке сопряжено с пазом для прохода и установки зацепа, а передняя, по направлению потока воздуха, торцевая стенка зацепа выполнена заподлицо с поверхностью отверстия для подвода вторичного воздуха в сегменте, при этом отверстия для подвода вторичного воздуха в обечайке и сегментах соосны.2. Жаровая труба камеры сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зацеп дополнительно снабжен козырьком, расположенным над отверстием для подвода вторичного воздуха в обечайке, при этом козырек выполнен в виде пластины и направлен в сторону, противоположную течению потока воздуха.

Description

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в турбомашиностроении, в частности в авиадвигателестроении.

Для повышения работоспособности и увеличения ресурса применяют двухстеночные жаровые трубы с относительно холодной наружной стенкой (обечайкой), облицованной со стороны внутренней полости сегментами, закрепленными на обечайке с возможностью тепловых перемещений. При этом подвод вторичного воздуха во внутреннюю полость жаровой трубы выполняется различными способами.

Известна жаровая труба, содержащая обечайку и примыкающий к ней со стороны внутренней поверхности окружной ряд сегментов, при этом в обечайке и сегментах выполнены сквозные отверстия для подвода вторичного воздуха в жаровую трубу (авторское свидетельство №1718609, МПК F23R 3/06, опубл. 10.06.1996). Вторичный воздух через отверстия в обечайке поступает в замкнутую полость между сегментами и обечайкой, охлаждая сегмент, а затем через отверстия в сегменте поступает во внутреннюю полость жаровой трубы.

Недостатком этой конструкции является то, что проходя через две стенки, воздух теряет свою энергию, из-за чего снижается глубина проникновения струи В («Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок». Под редакцией В.А. Сосунова, В.М. Чепкина - М.: Изд-во МАИ, 2003 - 688 с, стр. 162), определяемая выражением:

где d_э - эквивалентный диаметр отверстия,

d - диаметр отверстия,

µ - коэффициент изменения массового расхода;

ρ_k - плотность газа за компрессором,

с² _о.п - нормальная к оси жаровой трубы составляющая скорости воздуха в отверстиях,

ρ_ср - среднее значение плотности газа за системой струй,

с_ср - среднее значение скорости газа за системой струй.

В рассматриваемой конструкции параметр q имеет пониженное значение из-за снижения скорости с_о.п в двухстеночном канале, имеющем повышенное сопротивление течению воздуха. Поэтому целесообразно поступление вторичного воздуха непосредственно из воздушной полости внутрь жаровой трубы.

Наиболее близкой является конструкция жаровой трубы камеры сгорания ГТД, содержащая обечайку и примыкающий к ней с внутренней стороны окружной ряд сегментов, причем, обечайка и сегменты снабжены сквозными отверстиями для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы и отверстиями для прохода воздуха для охлаждения сегментов, которые снабжены Г-образными зацепами, выступающими в воздушную полость относительно обечайки и контактирующими с ее наружной поверхностью, при этом обечайка содержит пазы для прохода и установки этих зацепов (авторское свидетельство №1454021, МПК F23R 3/06, опубл. 20.07.1995). Вторичный воздух поступает внутрь жаровой трубы через втулки, установленные в обечайке и проходящие через сегменты внутрь жаровой трубы с выступанием относительно сегментов. При этом каждая из втулок снабжена торцовым козырьком и выполнена с выходным отверстием, ось которого смещена относительно оси втулки в сторону, противоположную направлению газов в жаровой трубе. В боковой стенке втулки выполнены отверстия пленочного охлаждения кожуха, расположенные над козырьком и ориентированные по ходу рабочего тела. Камера сгорания снабжена основной системой конвективно-пленочного охлаждения, входными дополнительными отверстиями и выходной щелью.

Недостатком этой конструкции является то, что во втулках выполнен местный торцевой козырек и отверстия для подвода охлаждающего воздуха, необходимые при конвективно-пленочном охлаждении, с целью восстановления пленки, охлаждающей внутреннюю поверхность сегмента. При этом козырек создает уступ, который нарушает гладкость отверстия из-за чего понижается пробивная способность воздушной струи вторичного воздуха, т.к. уменьшается эквивалентный диаметр отверстия d_э (из-за снижения коэффициента µ), и, соответственно, снижается глубина проникновения струи В.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение полноты сгорания топлива и снижение неравномерности температурного поля путем повышения эффективности подачи вторичного воздуха в жаровую трубу и увеличением пробивной способности воздушной струи.

Технический результат достигается тем, что в жаровой трубе камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей обечайку и, примыкающий к ней с внутренней стороны, окружной ряд сегментов, причем, обечайка и сегменты снабжены сквозными отверстиями для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы, при этом сегменты снабжены Г-образными зацепами, выступающими над обечайкой и контактирующими с ее наружной поверхностью, а обечайка содержит пазы для прохода и установки зацепов, в отличие от известной, каждое отверстие для подвода вторичного воздуха в обечайке сопряжено с пазом для прохода и установки зацепа, а передняя, по направлению потока воздуха, торцевая стенка зацепа выполнена заподлицо с поверхностью отверстия для подвода вторичного воздуха в сегменте, при этом отверстия для подвода вторичного воздуха в обечайке и сегментах соосны.

Для увеличения пробивной способности воздушной струи, по меньшей мере, один зацеп дополнительно снабжен козырьком, расположенным над отверстием для подвода вторичного воздуха в обечайке, при этом козырек выполнен в виде пластины и направлен в сторону противоположную течению потока воздуха

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез жаровой трубы камеры сгорания; фиг. 2 - вид Б; фиг. 3 - продольный разрез жаровой трубы (зацеп сегмента с козырьком); фиг. 4 - вид в разрезе А-А.

Жаровая труба камеры сгорания содержит обечайку 1 и примыкающий к ней с внутренней стороны 2 окружной ряд сегментов 3, снабженных Г-образными зацепами 4 (фиг. 1). Для прохода и установки зацепов 4 в обечайке 1 выполнены продолговатые пазы 5 (фиг. 2). Каждый зацеп 4 выступает над обечайкой 1 и контактирует с ее наружной поверхностью 6, в результате сегменты 3 с помощью зацепов 4 закреплены на обечайке 1 и зафиксированы от окружного смещения. Для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы обечайка 1 и сегменты 3 снабжены, соответственно, сквозными отверстиями 7 и 8, а для прохода охлаждающего воздуха (конвективно-пленочное охлаждение) отверстиями 9 и 10. Отверстия 7, выполненные в обечайке 1, сообщены с соответствующими пазами 5 и расположены соосно с отверстиями 8, выполненными в сегментах 3. У каждого зацепа 4 передняя, по направлению потока воздуха, торцевая стенка 11 выполнена заподлицо с поверхностью отверстия 8 для подвода вторичного воздуха в сегменте 3, т.е. является, таким образом, местным продолжением стенки отверстия 8, обеспечивая его гладкость и выступая относительно обечайки в воздушную полость вне жаровой трубы навстречу потоку воздуха.

Для усиления пробивной способности струи вторичного воздуха зацепы 4 дополнительно могут быть снабжены козырьками 12 (фиг. 3), каждый из которых примыкает к тыльной поверхности зацепа 4 и расположен над отверстием 7 в обечайке 1, при этом козырек выполнен в виде пластины и направлен в сторону противоположную течению потока воздуха.

Предложенная конструкция работает следующим образом.

Вторичный воздух через соосные отверстия 7 и 8, расположенные, соответственно, в обечайке 1 и сегментах 3 поступает во внутреннюю полость жаровой трубы камеры сгорания. Зацеп 4, являющийся одновременно частью стенки отверстия 8 в сегменте 3, выступает над обечайкой 1, из-за чего увеличивается динамический напор воздуха, втекающего в отверстие (увеличивается параметр q). Одновременно протяженность и гладкость отверстия повышает коэффициент расхода µ. Все это увеличивает глубину проникновения В воздушной струи, проходящей через отверстия 7 и 8 внутрь жаровой трубы.

Данное техническое решение позволяет увеличить эффективность подачи вторичного воздуха внутрь жаровой трубы и тем самым обеспечить повышение полноты сгорания топлива и снижение неравномерности температурного поля на выходе из камеры сгорания.

Описанная выше конструкция двухстеночной сегментной жаровой трубы реализована в опытных малоэмиссионных камерах сгорания ГТД Е70/8РД и ГТД-110, результаты испытаний которых подтверждают заявленные свойства.

Claims

1. Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая обечайку и примыкающий к ней с внутренней стороны окружной ряд сегментов, причем обечайка и сегменты снабжены сквозными отверстиями для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы, при этом сегменты снабжены Г-образными зацепами, выступающими над обечайкой и контактирующими с её наружной поверхностью, а обечайка содержит пазы для прохода и установки зацепов, отличающаяся тем, что каждое отверстие для подвода вторичного воздуха в обечайке сопряжено с пазом для прохода и установки зацепа, а передняя, по направлению потока воздуха, торцевая стенка зацепа выполнена заподлицо с поверхностью отверстия для подвода вторичного воздуха в сегменте, при этом отверстия для подвода вторичного воздуха в обечайке и сегментах соосны.

2. Жаровая труба камеры сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зацеп дополнительно снабжен козырьком, расположенным над отверстием для подвода вторичного воздуха в обечайке, при этом козырек выполнен в виде пластины и направлен в сторону, противоположную течению потока воздуха.