RU2215241C2

RU2215241C2 - Gas-turbine engine combustion chamber

Info

Publication number: RU2215241C2
Application number: RU2002102091A
Authority: RU
Inventors: А.В. Медведев; М.С. Хрящиков; Ю.Е. Кириевский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: gas-turbine engines. SUBSTANCE: combustion chamber has case accommodating annular flame tube incorporating two double layer annular shells spaced apart and arranged to confine combustion zones. Walls of each shell external to combustion zone are provided with a number of holes. Walls facing the combustion zones are made in the form of segments each being joined with external wall of shell and has rib disposed along segment outline on its side facing external wall of external or internal shell. At least one edge of segment and rib form arc-shaped ledge whose concave side faces external wall of external or internal shell. Rib made on each segment is not closed in counterflow direction in flame tube. Arc- shaped ledges are disposed along downstream rib and along joints of adjacent segments forming annular section of flame tube. Surface of each ledge facing combustion zone is aligned with extension of segment surface facing combustion zone. Ledges and ribs of each joint of adjacent segment in each annular section as well as wall of external or internal shell form open-end passage. Walls of internal and external shells external relative to combustion zone have a number of annular corrugations disposed in plane of downstream ledges or upstream edges of segments. Ribs and wall of each segment as well as wall of external or internal shell form slit passage contracting toward annular corrugation in plane of upstream edge of segment. Segment walls are solid structures. Segment surface on side facing external wall of external or internal shell has plurality of projections whose thickness does not exceed that of mentioned wall. Ribs of adjacent segments are arranged in parallel to surface of their joint. Each of annular corrugations is made on wall of external or internal shell external to combustion zone in the form of circle arcs whose concave side faces segment shells. EFFECT: enhanced service life of combustion chamber and gas-turbine engine. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности - к конструкциям основных камер сгорания. The invention relates to gas turbine engines, in particular to the designs of the main combustion chambers.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, выполненные двухслойными и ограничивающими полость горения, внешние относительно полости горения стенки каждой оболочки содержат ряды отверстий, а обращенные к полости горения стенки выполнены в виде сегментов, каждый из которых соединен с внешней стенкой оболочки и содержит ребро, расположенное вдоль профиля сегмента на его стороне, обращенной к внешней стенке наружной или внутренней оболочки. Сегменты жаровой трубы имеют множество выступов, которые интенсифицируют конвективный теплообмен и препятствуют поперечному перетеканию охлаждающего воздуха, поступающего через отверстия 38 стенки 18 и вытекающего через щелевые отверстия на поверхность сегмента 20, обращенную к полости горения [1]. A known combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing, an annular flame tube, comprising two annular shells spaced apart from each other, made of two-layer and limiting the combustion cavity, the walls of each shell external to the combustion cavity contain rows of holes, and the walls facing the combustion cavity are made in segments, each of which is connected to the outer wall of the shell and contains a rib located along the profile of the segment on its side facing the outer wall of the outer or inner light on the internal shell. The segments of the flame tube have many protrusions that intensify convective heat transfer and prevent the transverse flow of cooling air entering through openings 38 of wall 18 and flowing out through slit openings to the surface of segment 20 facing the combustion cavity [1].

Недостатком известной конструкции является увеличенная толщина стыков сегментов каждого кольцевого ряда, показанных на фиг.11, 12, которая не позволяет повысить эффективность охлаждения стыков при протекании охлаждающего воздуха через отверстия 38 стенки 18. При выполнении стыков сегментов, показанных на фиг.13, возможны прогары уплотнительных прокладок 44, размещенных в пазах усилений 46 сегментов 22, 24, из-за их недостаточного охлаждения. Это объясняется тем, что трудно организовать надежное охлаждение уплотнений 44 напором воздуха через множество охлаждающих отверстий (перфорацию) на усилениях 46 сегментов 22, 24, обеспечить равномерную пленку охлаждающего воздуха на стыках сегментов каждого кольцевого ряда, полнее использовать эффект теплопроводности стенок и снизить напряжения в конструкции. A disadvantage of the known design is the increased thickness of the joints of the segments of each annular row shown in FIGS. 11, 12, which does not improve the cooling efficiency of the joints when cooling air flows through the holes 38 of the wall 18. Burnouts are possible when performing the joints of the segments shown in FIG. 13 sealing gaskets 44 located in the grooves of the reinforcements of 46 segments 22, 24, due to their insufficient cooling. This is because it is difficult to organize reliable cooling of the seals 44 by the air pressure through many cooling holes (perforations) at the reinforcements of 46 segments 22, 24, to provide a uniform film of cooling air at the joints of the segments of each annular row, make fuller use of the wall thermal conductivity effect and reduce stresses in the structure .

Известна также камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, кольцевую жаровую трубу, состоящую из секций с кольцевыми утолщениями на стенках, образующих внешний и внутренний кожухи, ограничивающие полость горения, выполненные двухслойными и образованные перекрывающимися стенками соседних секций, причем каждая секция выполнена с двумя стенками, скрепленными в кольцевом утолщении, одна из стенок обращена к полости горения, а другая - к корпусу, стенки секций образуют сужающийся кольцевой проточный канал в направлении кольцевого утолщения, расположенного выше по потоку от стенок секции, при этом стенка секции, обращенная к полости горения, расположена выше по потоку от кольцевого утолщения, а другая, обращенная к стенкам корпуса, расположена ниже по потоку от кольцевого утолщения, причем стенки соседних секций дополнительно соединены телескопически в радиальном направлении [2]. A combustion chamber of a gas turbine engine is also known, comprising a housing, an annular flame tube, consisting of sections with annular thickenings on the walls forming the outer and inner casings defining the combustion cavity, made in two layers and formed by overlapping walls of adjacent sections, each section being made with two walls, fastened in an annular thickening, one of the walls is facing the combustion cavity, and the other is facing the body, the walls of the sections form a tapering annular flow channel in the direction of an oversized bulge located upstream of the walls of the section, wherein the wall of the section facing the combustion cavity is located upstream of the annular thickening, and the other facing the walls of the housing is located downstream of the annular thickening, and the walls of adjacent sections are additionally telescopically connected in the radial direction [2].

Недостатком известной конструкции является возникновение повышенных температурных напряжений в обращенных к полости горения 13 стенках кольцевых секций 3, 4, 5, а также в кольцевых утолщениях 6 этих секций вследствие выполнения их сплошными в кольцевом направлении. При выполнении этих кольцевых секций в виде сегментов увеличивается расход воздуха для охлаждения этих стыков в каждой кольцевой секции. Также недостатком известной конструкции является более высокая трудоемкость и стоимость изготовления кольцевых секций 3, 4, 5 методом литья с направленной и монокристаллической структурой по сравнению с сегментными кольцевыми секциями. Это ухудшает рабочие характеристики камеры сгорания и снижает ресурс двигателя. A disadvantage of the known design is the occurrence of increased temperature stresses in the walls 13 of the annular sections 3, 4, 5 facing the combustion cavity 13, as well as in the annular thickenings 6 of these sections due to their execution in the annular direction. When performing these annular sections in the form of segments, the air flow increases to cool these joints in each annular section. Also a disadvantage of the known design is the higher complexity and the cost of manufacturing the annular sections 3, 4, 5 by casting with directional and single-crystal structure in comparison with the segmented ring sections. This affects the performance of the combustion chamber and reduces engine life.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является камера сгорания газовой турбины, содержащая корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, выполненные двухслойными и ограничивающими полость горения, внешние относительно полости горения стенки каждой оболочки содержат ряды отверстий, а обращенные к полости горения стенки выполнены в виде сегментов, каждый из которых соединен с внешней стенкой оболочки и содержит ребро, расположенное вдоль профиля сегмента на его стороне, обращенной к внешней стенке наружной или внутренней оболочки, при этом по меньшей мере один край сегмента образует с ребром полку дугообразной формы, вогнутая сторона которой обращена к внешней стенке наружной или внутренней оболочки [3]. Closest to the claimed design is a combustion chamber of a gas turbine containing a housing, an annular flame tube, including two spaced apart annular shells made of two-layer and limiting the combustion cavity, the walls of each shell external to the combustion cavity contain rows of holes, and facing the combustion cavity of the wall is made in the form of segments, each of which is connected to the outer wall of the shell and contains a rib located along the profile of the segment on its side facing to the outer wall of the outer or inner shell, while at least one edge of the segment forms an arc-shaped shelf with a rib, the concave side of which faces the outer wall of the outer or inner shell [3].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточная эффективность охлаждения стыков сегментов, образующих кольцевые секции стыков, расположенных в меридианном направлении жаровой трубы. Это объясняется тем, что в меридианном направлении у сегментов отсутствуют полки дугообразной формы, охлаждающий воздух поступает в стык между сегментами через охлаждающие отверстия, выполненные в двух боковых стенках 30, а также через отверстия 22 в обечайке 18. При этом в зоне стыка сегментов, образующих кольцевую секцию, толщина стенки сегментов равна высоте ребра 30, или имеется по меньшей мере одно ребро жесткости, высота которого меньше высоты указанных стенок. Это не позволяет полнее использовать конвективный теплообмен стенок и ребер в зоне стыка, снизить температурные напряжения в конструкции и более эффективно использовать сжатый в компрессоре воздух для повышения ресурса камеры сгорания и газотурбинного двигателя. A disadvantage of the known design adopted for the prototype is the lack of cooling efficiency of the joints of the segments forming the annular sections of the joints located in the meridian direction of the flame tube. This is because in the meridian direction the segments do not have arched shelves, cooling air enters the joint between the segments through the cooling holes made in the two side walls 30, and also through the holes 22 in the shell 18. Moreover, in the joint zone of the segments forming annular section, the wall thickness of the segments is equal to the height of the ribs 30, or there is at least one stiffening rib, the height of which is less than the height of these walls. This does not allow full use of convective heat transfer of the walls and ribs in the joint zone, to reduce temperature stresses in the structure, and more efficiently use compressed air in the compressor to increase the life of the combustion chamber and gas turbine engine.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении ресурса камеры сгорания и газотурбинного двигателя за счет исключения черезвычайно высоких термических напряжений в сегментах жаровой трубы, более полного использования охлаждающего воздуха и увеличения расхода воздуха, направляемого на организацию процесса горения, за счет равномерного конвективно-пленочного охлаждения сегментов кольцевых секций жаровой трубы путем регулирования скорости течения охлаждающего воздуха и его турбулизации при меньших потерях давления. The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the life of the combustion chamber and gas turbine engine by eliminating extremely high thermal stresses in the segments of the flame tube, making more complete use of cooling air and increasing the air flow directed to the organization of the combustion process, due to the uniform convection-film cooling of segments of the annular sections of the flame tube by regulating the flow rate of cooling air and its turbulization nations with less pressure loss.

Сущность технического решения заключается в том, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, выполненные двухслойными и ограничивающими полость горения, внешние относительно полости горения стенки каждой оболочки содержат ряды отверстий, а обращенные к полости горения стенки выполнены в виде сегментов, каждый из которых соединен с внешней стенкой оболочки и содержит ребро, расположенное вдоль профиля сегмента на его стороне, обращенной к внешней стенке наружной или внутренней оболочки, при этом по меньшей мере один край сегмента образует с ребром полку дугообразной формы, вогнутая сторона которой обращена к внешней стенке наружной или внутренней оболочки, согласно изобретению ребро на каждом сегменте выполнено незамкнутым в направлении против потока в жаровой трубе, полки дугообразной формы размещены вдоль нижнего по потоку ребра и вдоль стыков смежных сегментов, образующих кольцевую секцию жаровой трубы, поверхность каждой полки, обращенная к полости горения, совпадает с продолжением обращенной к полости горения поверхности сегмента, а полками и ребрами каждого стыка смежных сегментов каждой кольцевой секции со стенкой наружной или внутренней оболочки образован канал с открытыми торцами, при этом внешние относительно полости горения стенки внутренней или наружной оболочки выполнены с рядами кольцевых гофров, расположенных в плоскости нижних по потоку полок или верхних по потоку краев сегментов. Ребрами и стенкой каждого сегмента со стенкой наружной или внутренней оболочки образован щелевой канал, сужающийся в направлении кольцевого гофра, расположенного в плоскости верхнего по потоку края сегмента. Стенка каждого сегмента выполнена сплошной, а поверхность сегмента со стороны, обращенной к внешней стенке наружной или внутренней оболочки, выполнена с множеством выступов, не превышающих толщины этой стенки. Ребра смежных сегментов вдоль их стыка расположены параллельно поверхности стыка этих сегментов. Каждая из кольцевых гофров на внешней относительно полости горения стенке наружной или внутренней оболочки выполнена в форме дуг окружности, вогнутая сторона которых обращена к полкам сегментов. The essence of the technical solution lies in the fact that in the combustion chamber of a gas turbine engine containing a housing, there is an annular flame tube, including two spaced apart annular shells made of two-layer and limiting the combustion cavity, the walls of each shell external to the combustion cavity contain rows of holes, and the walls facing the combustion cavity are made in the form of segments, each of which is connected to the outer wall of the shell and contains a rib located along the profile of the segment on its sides facing the outer wall of the outer or inner shell, at least one edge of the segment forms an arc-shaped shelf with a rib, the concave side of which faces the outer wall of the outer or inner shell, according to the invention, the rib on each segment is made open in the opposite direction to flame tube, arched shelves are placed along the downstream ribs and along the joints of adjacent segments forming an annular section of the flame tube, the surface of each shelf facing the cavity g rhenium, coincides with the continuation of the surface of the segment facing the combustion cavity, and a channel with open ends is formed by the shelves and ribs of each joint of adjacent segments of each ring section with the wall of the outer or inner shell, while the walls of the inner or outer shell external to the combustion cavity are made with rows of ring corrugations located in the plane of the downstream shelves or upstream edges of the segments. The ribs and wall of each segment with the wall of the outer or inner shell formed a slot channel, tapering in the direction of the annular corrugation located in the plane of the upstream edge of the segment. The wall of each segment is made continuous, and the surface of the segment from the side facing the outer wall of the outer or inner shell is made with many protrusions not exceeding the thickness of this wall. The ribs of adjacent segments along their joint are parallel to the joint surface of these segments. Each of the annular corrugations on the wall of the outer or inner shell external to the combustion cavity is made in the form of circular arcs, the concave side of which faces the shelves of the segments.

Выполнение ребра на каждом сегменте незамкнутым в направлении против потока в жаровой трубе, расположение полок дугообразной формы вдоль нижнего по потоку ребра и вдоль стыков смежных сегментов, образующих кольцевую секцию жаровой трубы, а также образование полками и ребрами каждого стыка смежных сегментов каждой кольцевой секции со стенкой наружной или внутренней оболочки канала с открытыми торцами, позволяет организовать параллельно-противоточное охлаждение "холодных" и "горячих" поверхностей сегментов, а также повысить эффективность охлаждения стыков сегментов, образующих кольцевые секции, т. е. стыков, расположенных в меридианном направлении жаровой трубы, при меньшем расходе охлаждающего воздуха и меньших потерях полного давления. The execution of the ribs on each segment open in the opposite direction to the flow in the flame tube, the arrangement of arched shelves along the downstream ribs and along the joints of adjacent segments forming the annular section of the flame tube, as well as the formation by the shelves and ribs of each joint of adjacent segments of each ring section with the wall the outer or inner shell of the channel with open ends, allows you to organize parallel-counterflow cooling of the "cold" and "hot" surfaces of the segments, as well as increase effectively five joints cooling segments forming the annular sections, ie. e. joints disposed in a meridian direction of the flame tube, at a lower flow rate of cooling air and smaller losses of total pressure.

Выполнение поверхности каждой полки, обращенной к полости горения, совпадающей с продолжением обращенной к полости горения поверхности сегмента, устраняет контакт стенок сегментов с внешними стенками наружной или внутренней оболочки в местах стыка сегментов между собой в меридианном направлении жаровой трубы, что позволяет организовать более эффективное и равномерное конвективно-пленочное охлаждение этих стыков, полнее использовать эффект теплопроводности стенок и ребер сегментов, а также уменьшить потери полного давления и уменьшить перепад давлений на стенках жаровой трубы. The execution of the surface of each shelf facing the combustion cavity, which coincides with the continuation of the surface of the segment facing the combustion cavity, eliminates the contact of the walls of the segments with the outer walls of the outer or inner shell at the junction of the segments with each other in the meridian direction of the flame tube, which allows for more efficient and uniform convective-film cooling of these joints, more fully use the effect of thermal conductivity of the walls and ribs of the segments, as well as reduce the loss of total pressure and reduce There is a differential pressure on the walls of the flame tube.

Выполнение внешних относительно полости горения стенок наружной или внутренней оболочки с рядами кольцевых гофров, расположенных в плоскости окружного направления верхних или нижних по потоку краев сегментов, демпфирует термические напряжения, снижает температурные градиенты и уменьшает деформации, обеспечивая стабильность геометрических размеров жаровой трубы, увеличение жесткости стенок при воздействии перепада давления и снижение неравномерности поля температур на выходе из камеры сгорания. The execution of the walls of the outer or inner shell external to the combustion cavity with rows of annular corrugations located in the plane of the circumferential direction of the upper or lower edges of the segments damps thermal stresses, reduces temperature gradients and reduces deformations, ensuring the stability of the geometric dimensions of the flame tube, increasing the rigidity of the walls when the effect of pressure drop and reducing the unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Образование ребрами и стенкой каждого сегмента со стенкой наружной или внутренней оболочки щелевого канала, сужающегося в направлении кольцевого гофра, расположенного в плоскости окружного направления верхнего по потоку края сегмента, увеличивает скорость течения охлаждающего воздуха и позволяет направить его непосредственно в кольцевой гофр оболочки, к ребрам сегментов и в канал с открытыми торцами каждого стыка смежных сегментов, расположенных выше по потоку. Это повышает равномерность охлаждения ребер и стенок сегментов и дополнительно снижает расход охлаждающего воздуха. The formation of ribs and the wall of each segment with the wall of the outer or inner shell of the slit channel, tapering in the direction of the annular corrugation, located in the plane of the circumferential direction of the upstream edge of the segment, increases the flow rate of cooling air and allows you to direct it directly into the annular corrugation of the shell, to the ribs of the segments and into the channel with the open ends of each joint of adjacent segments located upstream. This increases the uniformity of cooling of the ribs and walls of the segments and further reduces the consumption of cooling air.

Выполнение стенки каждого сегмента сплошной, а поверхности каждого сегмента со стороны, обращенной к внешней стенке наружной или внутренней оболочки, выполненной с множеством выступов, не превышающих толщины стенки сегмента, интенсифицирует конвективный теплообмен и дополнительно снижает расход охлаждающего воздуха за счет более полного использования теплопроводности стенок и повышенной турбулизации охлаждающего воздуха при его течении в щелевом канале. The execution of the wall of each segment is continuous, and the surface of each segment from the side facing the outer wall of the outer or inner shell, made with many protrusions not exceeding the thickness of the wall of the segment, intensifies convective heat transfer and further reduces the consumption of cooling air due to more complete use of the thermal conductivity of the walls and increased turbulization of cooling air during its flow in the slotted channel.

Выполнение ребер смежных сегментов вдоль их стыка таким образом, что они параллельны поверхности стыка этих сегментов, обеспечивает одинаковую ширину полок дугообразной формы, что повышает равномерность их охлаждения и не допускает появления черезвычайно высоких термических напряжений (прогаров) сегментов вдоль их стыка. The implementation of the ribs of adjacent segments along their joint in such a way that they are parallel to the joint surface of these segments provides the same width of the arched shelves, which increases the uniformity of their cooling and prevents the occurrence of extremely high thermal stresses (burnouts) of the segments along their joint.

Выполнение каждой из кольцевых гофров на внешней относительно полости горения стенке наружной или внутренней оболочки в форме дуг окружности, вогнутая сторона которых обращена к полкам сегментов, снижает потери полного давления при развороте противотока охлаждающего воздуха в прямоток, уменьшает термические напряжения в стенках внешних оболочек за счет демпфирования в гофрах. Кроме того, это дает возможность диффузорного расширения потока охлаждающего воздуха (из щелевого канала) в кольцевом канале, образованном гофрами внешней оболочки и полками дугообразной формы сегментов, перед натеканием потока охлаждающего воздуха на охлаждаемые "горячие" стенки сегментов, что дополнительно уменьшает потери полного давления. The execution of each of the annular corrugations on the wall of the outer or inner shell external to the combustion cavity in the form of circular arcs, the concave side of which is facing the shelves of the segments, reduces the total pressure loss when the countercurrent of cooling air is turned into the forward flow, reduces thermal stresses in the walls of the outer shells due to damping in the corrugations. In addition, this allows diffuser expansion of the cooling air flow (from the slotted channel) in the annular channel formed by the corrugations of the outer shell and the arches of the arc-shaped segments before the cooling air flows onto the cooled “hot” walls of the segments, which further reduces the total pressure loss.

На фиг.1 изображена верхняя часть продольного сечения камеры сгорания. Figure 1 shows the upper part of a longitudinal section of the combustion chamber.

На фиг. 2 - элемент I на фиг.1, наружная оболочка жаровой трубы в увеличенном виде. In FIG. 2 - element I in figure 1, the outer shell of the flame tube in an enlarged form.

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2 поперек наружной оболочки жаровой трубы. Figure 3 is a section aa in figure 2 across the outer shell of the flame tube.

На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2. Figure 4 is a section bB in figure 2.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус 1, в нем кольцевую жаровую трубу 2, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки 3, 4, выполненные двухслойными и ограничивающими полость горения 5. Внешние относительно полости горения 5 стенки 6, 7 каждой оболочки 3, 4 содержат ряды отверстий 8, а обращенные к полости горения 5 жаровой трубы 2 стенки 9, 10 выполнены в виде сегментов 11, каждый из которых соединен с внешней стенкой 6 или 7 оболочки 3 или 4 и содержит ребро 12, расположенное вдоль профиля 13 сегмента 11 на его стороне 14, обращенной к внешней стенке 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки (см. фиг.1, 2). По меньшей мере один край сегмента 11 образует с ребром 12 полку 15 дугообразной формы, вогнутая сторона 16 которой обращена к внешней стенке 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки (см. фиг.2, 3). Ребро 12 на каждом сегменте 11 выполнено незамкнутым в направлении против потока 17 в жаровой трубе 2. Полки 15 дугообразной формы размещены вдоль нижнего по потоку 17 ребра 18 и вдоль стыков 19 смежных сегментов 11, образующих кольцевую секцию 20 жаровой трубы 2 (см. фиг.3, 4). Поверхность 21 каждой полки 15, обращенная к полости горения 5, совпадает с продолжением обращенной к полости горения 5 поверхности 22 сегмента 11. Полками 15 и ребрами 12 каждого стыка 19 смежных сегментов 11 каждой кольцевой секции 20 со стенкой 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки образован канал 23 с открытыми торцами 24, 25. Внешние относительно полости горения 5 стенки 6, 7 внутренней 4 и наружной 3 оболочки выполнены с рядами кольцевых гофров 26, расположенных в плоскости нижних по потоку 17 полок 15 или верхних по потоку 17 краев 27 сегментов 11 (см. фиг.2, 3). Ребрами 12 и стенками 9 или 10, т.е. поверхностью 14 каждого сегмента 11 со стенкой 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки, образован щелевой канал 28, сужающийся в направлении кольцевого гофра 26, расположенного в плоскости верхнего по потоку 17 края 27 сегмента 11 (см. фиг.2). Стенка 9 или 10 каждого сегмента 11 выполнена сплошной, а поверхность 14 сегмента 11 со стороны, обращенной к внешней стенке 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки, выполнена с множеством выступов 29, не превышающих толщины стенки 9 или 10. (см. фиг.2, 3). Ребра 12 смежных сегментов 11 вдоль их стыка 19 расположены параллельно поверхности стыка 19 сегментов 11 (см. фиг.4). Каждая из кольцевых гофров 26 на внешней относительно полости горения 5 стенке наружной 6 и внутренней 7 оболочки выполнена в форме дуг 30 окружности, вогнутая сторона которых обращена к полке 15 дугообразной формы нижнего по потоку 17 края сегмента 11 (см. фиг.2). На фиг.1 изображены также диффузор 31 с внезапным расширением, сопловой аппарат 32, продольная ось 33 камеры сгорания и газовой турбины. На фиг. 2 изображены также поз.34 - охлаждающий воздух, поз.35 - направление течения охлаждающего воздуха в каналах 23 и 28. The combustion chamber of a gas turbine engine contains a housing 1, in it an annular flame tube 2, including two spaced apart annular shells 3, 4, made of two-layer and limiting the combustion cavity 5. External to the combustion cavity 5 of the wall 6, 7 of each shell 3, 4 contain rows of holes 8, and the walls 9, 10 facing the combustion cavity 5 of the flame tube 2 are made in the form of segments 11, each of which is connected to the outer wall 6 or 7 of the shell 3 or 4 and contains a rib 12 located along the profile 13 of segment 11 on it side 14, about aschennoy to the outer wall 6 or 7 of the outer 3 and the inner sheath 4 (see FIG. 1 and 2). At least one edge of the segment 11 forms with an edge 12 a shelf 15 of an arcuate shape, the concave side 16 of which is facing the outer wall 6 or 7 of the outer 3 or inner 4 shell (see figure 2, 3). The rib 12 on each segment 11 is made open in the opposite direction to the flow 17 in the flame tube 2. The arched shelves 15 are placed along the lower stream 17 of the rib 18 and along the joints 19 of adjacent segments 11 forming the annular section 20 of the flame tube 2 (see Fig. 3, 4). The surface 21 of each shelf 15 facing the combustion cavity 5 coincides with the continuation of the surface 22 of the segment 11 facing the combustion cavity 5. Shelves 15 and ribs 12 of each joint 19 of adjacent segments 11 of each annular section 20 with a wall 6 or 7 of the outer 3 or inner 4 a channel 23 with open ends 24, 25 is formed of the shell. The walls 6, 7 of the inner 4 and the outer 3 of the shell external to the combustion cavity 5 are made with rows of annular corrugations 26 located in the plane of the downstream 17 shelves 15 or the upstream 17 edges of 27 segments 11 (see fi .2, 3). Ribs 12 and walls 9 or 10, i.e. surface 14 of each segment 11 with a wall 6 or 7 of the outer 3 or inner 4 of the shell, a slot channel 28 is formed, tapering in the direction of the annular corrugation 26 located in the plane of the upstream 17 edge 27 of segment 11 (see figure 2). The wall 9 or 10 of each segment 11 is made continuous, and the surface 14 of the segment 11 from the side facing the outer wall 6 or 7 of the outer 3 or inner 4 shell is made with many protrusions 29 not exceeding the thickness of the wall 9 or 10. (see Fig. .2, 3). The ribs 12 of adjacent segments 11 along their joint 19 are parallel to the surface of the joint 19 of segments 11 (see figure 4). Each of the annular corrugations 26 on the outer wall 6 of the outer 6 and inner 7 shell relative to the combustion cavity 5 is made in the form of circular arcs 30, the concave side of which faces the shelf 15 of the arcuate shape of the lower edge 17 of the segment 11 edge (see Fig. 2). Figure 1 also shows a diffuser 31 with a sudden expansion, a nozzle apparatus 32, a longitudinal axis 33 of the combustion chamber and a gas turbine. In FIG. 2 also shows pos. 34 - cooling air, pos. 35 - the direction of flow of cooling air in the channels 23 and 28.

Камера сгорания работает следующим образом. Распиливаемое форсунками топливо при смешивании со сжатым в компрессоре воздухом образует топливовоздушную аэрозоль, которая быстро испаряется, а пары топлива сгорают по мере их смешивания с воздухом и продуктами горения. При этом в локальных зонах стехиометрического состава смеси и обедненных составов смеси преобладают реакции кинетического горения (с возникновением цепных реакций), а в зонах обогащенной топливом смеси - реакции диффузионного горения (с возникновением химических связей). В первичной зоне коэффициент избытка воздуха α составляет от 0,8 до 1,5, где α - отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива, при этом температура продуктов горения во фронте пламени составляет 1500...2000^oС. Потоки охлаждающего воздуха 34 проходят сквозь ряды отверстий 8, охлаждают стенки 9 и 10 сегментов 11 со стороны поверхности 14, обращенной к внешней стенке 6 или 7 наружной 3 или внутренней 4 оболочки, а также ребра 12, которые формируют каналы 23, 28 для протока охлаждающего воздуха 34 в направлении против потока 17. Потоки охлаждающего воздуха 34 при протекании в сужающемся щелевом канале 23 дросселируются, а затем расширяются в полости, образованной кольцевым гофром 26 расположенного в плоскости верхнего по потоку 17 края 27 сегмента 11, разворачиваются в прямоток полкой 15 дугообразной формы 16 и обтекают поверхность "горячих" стенок 9, 10 со стороны полости горения 5, охлаждая стенки и ограничивая повышение их температуры. Часть потока охлаждающего воздуха 34 дросселируется в сужающемся щелевом канале 23, а затем расширяется в проточном канале 28 с открытыми торцами 24, 25 расположенного выше по потоку сегмента 11 (см. фиг.2). Ребра 12 вдоль стыка 19 сегментов 11 охлаждаются воздухом 34 более эффективно (с двух сторон). Полки 15, расположенные вдоль стыка 19, и плоскости верхних по потоку 17 краев 27 сегментов 11 или нижних по потоку 17 полок 15 более эффективно охлаждаются за счет регулирования скорости течения охлаждающего воздуха 34 и его турбулизации при уменьшении потерь давления. При этом исключаются черезвычайно высокие термические напряжения в сегментах кольцевых секций жаровой трубы за счет их равномерного конвективно-пленочного охлаждения, повышается ресурс камеры сгорания и газотурбинного двигателя.The combustion chamber operates as follows. When mixed with nozzles, the fuel, when mixed with compressed air in a compressor, forms a fuel-air aerosol that evaporates quickly, and fuel vapor burns out as they mix with air and combustion products. Moreover, in local zones of the stoichiometric composition of the mixture and depleted compositions of the mixture, kinetic combustion reactions (with the appearance of chain reactions) predominate, and in the zones of a fuel-rich mixture, diffusion combustion reactions (with the appearance of chemical bonds) prevail. In the primary zone, the coefficient of excess air α is from 0.8 to 1.5, where α is the ratio of the actual amount of air to the theoretically necessary for complete combustion of the fuel, while the temperature of the combustion products in the flame front is 1500 ... 2000 ^o С. cooling air 34 pass through the rows of openings 8, cool the walls 9 and 10 of the segments 11 from the side of the surface 14 facing the outer wall 6 or 7 of the outer 3 or inner 4 shell, as well as the ribs 12 that form the channels 23, 28 for the flow of cooling air 34 in the direction against the flow 17. The flows of cooling air 34 when flowing in a narrowing slot channel 23 are throttled, and then expand in the cavity formed by the annular corrugation 26 located in the plane of the upstream edge 17 of the edge 27 of the segment 11, unfold in the forward flow shelf 15 of an arcuate shape 16 and flow around the surface of the "hot" walls 9, 10 from the side of the combustion cavity 5, cooling the walls and limiting the increase in their temperature. A portion of the cooling air stream 34 is throttled in the tapering slit channel 23, and then expands in the flow channel 28 with open ends 24, 25 of the upstream segment 11 (see FIG. 2). The ribs 12 along the junction 19 of the segments 11 are cooled by air 34 more efficiently (on both sides). The shelves 15 located along the junction 19 and the plane of the upstream 17 edges 27 of the segments 11 or the downstream 17 of the shelves 15 are more efficiently cooled by controlling the flow rate of the cooling air 34 and its turbulization while reducing pressure loss. This eliminates extremely high thermal stresses in the segments of the annular sections of the flame tube due to their uniform convective-film cooling, increases the resource of the combustion chamber and gas turbine engine.

Источники информации
1. US, патент 4446693, F 02 C 7/12, 1980 г.Information sources
1. US patent 4446693, F 02 C 7/12, 1980

2. RU, патент 2120558, F 02 C 7/20, F 23 R 3/04, 1995 г. 2. RU, patent 2120558, F 02 C 7/20, F 23 R 3/04, 1995

3. US, патент 5758513, F 23 R 3/06, 1995 г. - прототип. 3. US patent 5758513, F 23 R 3/06, 1995 - prototype.

Claims

1. The combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing, an annular flame tube, including two spaced apart annular shells made of two-layer and limiting the combustion cavity, the walls of each shell external to the combustion cavity contain rows of holes, and the walls facing the combustion cavity are made in the form of segments, each of which is connected to the outer wall of the shell and contains a rib located along the profile of the segment on its side facing the outer wall of the outer or inner shell, wherein at least one edge of the segment forms an arc-shaped shelf with a rib, the concave side of which faces the outer wall of the outer or inner shell, characterized in that the rib on each segment is open in the opposite direction to the flow in the flame tube, the flange arcuate shapes are placed along the downstream ribs and along the joints of adjacent segments forming the annular section of the flame tube, the surface of each shelf facing the combustion cavity coincides with the continuation facing the cavity and burning of the surface of the segment, and shelves and ribs of each joint of adjacent segments of each annular section with the wall of the outer or inner shell formed a channel with open ends, while external relative to the combustion cavity, the walls of the inner and outer shells are made with rows of annular corrugations located in the plane of the lower flow of shelves or upstream segments.

2. The combustion chamber of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that a slit channel is formed by the ribs and wall of each segment with the wall of the outer or inner shell, tapering in the direction of the annular corrugation located in the plane of the upstream edge of the segment.

3. The combustion chamber of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the wall of each segment is solid, and the surface of the segment from the side facing the outer wall of the outer or inner shell is made with many protrusions not exceeding the thickness of this wall.

4. The combustion chamber of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the ribs of adjacent segments along their joint are parallel to the joint surface of these segments.

5. The combustion chamber of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that each of the annular corrugations on the wall of the outer or inner shell external to the combustion cavity is made in the form of circular arcs, the concave side of which faces the shelves of the segments.