RU2300706C2 - Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine - Google Patents

Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2300706C2
RU2300706C2 RU2005113851/06A RU2005113851A RU2300706C2 RU 2300706 C2 RU2300706 C2 RU 2300706C2 RU 2005113851/06 A RU2005113851/06 A RU 2005113851/06A RU 2005113851 A RU2005113851 A RU 2005113851A RU 2300706 C2 RU2300706 C2 RU 2300706C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flame tube
deflector
head
air
gas
Prior art date
Application number
RU2005113851/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005113851A (en
Inventor
щиков Михаил Сергеевич Хр (RU)
Михаил Сергеевич Хрящиков
Валерий Алексеевич Кузнецов (RU)
Валерий Алексеевич Кузнецов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU2005113851/06A priority Critical patent/RU2300706C2/en
Publication of RU2005113851A publication Critical patent/RU2005113851A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2300706C2 publication Critical patent/RU2300706C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-turbine engines.
SUBSTANCE: proposed tubular-annular combustion chamber of gas-turbine engine contains deflector and air two-tier swirler installed in head from side of gas space of flame tube, air two-tier swirler being arranged from outer side of flame tube. Deflector is installed telescopically by means of axial rods relative to head of flame tube. Said axial rods are made integral with deflector, and they clearance through holes in head of flame tube. Deflector is fixed in axial direction by bushings installed on rods from outer side of flame tube engaging through side surfaces with mating cavities in swirler and adjoining by one end face to head of flame tube and by other end face, to head of rod. Deflector is additionally fitted by inner axial projections on outer radial ring rib of swirler. Air space between head of flame tube and deflector is made communicating with cooling air through perforation in flame tube head and is connected at outlet with gas space of flame tube through slot annular air space.
EFFECT: improved reliability of tubular annular combustion chamber owing to improved heat release from deflector and exclusion of additional stresses at temperature deformations.
4 dwg

Description

Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.The invention relates to a tubular-annular combustion chamber of gas turbine engines for aircraft and ground applications.

Известна трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке жаровой трубы которой установлен воздушный лопаточный завихритель и топливная форсунка, закрепленная в наружном корпусе [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981, стр.424, 425, рис.8.25].Known tubular-annular combustion chamber of a gas turbine engine, in the head of the flame tube of which an air-bladed swirler and a fuel nozzle mounted in the outer casing are installed [S.A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. M.: Engineering, 1981, p. 424, 425, Fig. 8.25].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за возможного прогара головки жаровой трубы, не защищенной дефлектором.A disadvantage of the known design is low reliability due to possible burnout of the head of the flame tube, not protected by a deflector.

Наиболее близкой к предложенному изобретению является трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке жаровой трубы которой установлен дефлектор, жестко соединенный с головкой и двухъярусным воздушным завихрителем заклепочным крепежным соединением, причем дефлектор установлен со стороны внутренней полости жаровой трубы, а двухъярусный воздушный смеситель - с внешней стороны жаровой трубы [Патент РФ №2211409, МКИ F23R 3/42, 2003 г.].Closest to the proposed invention is a tubular-annular combustion chamber of a gas turbine engine, in the head of the flame tube of which there is a deflector rigidly connected to the head and a two-tier air swirler with a riveted fastening connection, the deflector being installed on the side of the internal cavity of the flame tube, and the two-tier air mixer is connected to the outer side of the flame tube [RF Patent No. 2211409, MKI F23R 3/42, 2003].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточная надежность вследствие низкого теплоотвода от дефлектора и возникновения напряжений при термических деформациях из-за различной температурной деформации дефлектора и головки жаровой трубы с воздушным завихрителем.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is the lack of reliability due to low heat removal from the deflector and the occurrence of stresses during thermal deformations due to different temperature deformations of the deflector and the head of the heat pipe with an air swirl.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности трубчато-кольцевой камеры сгорания за счет улучшения теплоотвода от дефлектора и исключения дополнительных напряжений при температурных деформациях.The technical problem that the invention solves is to increase the reliability of a tubular-annular combustion chamber by improving heat dissipation from the deflector and eliminating additional stresses during thermal deformations.

Сущность изобретения заключается в том, что в трубчато-кольцевой камере сгорания, в головке которой со стороны газовой полости жаровой трубы установлен дефлектор, а также воздушный двухъярусный завихритель с внешней стороны жаровой трубы, согласно изобретению дефлектор относительно головки жаровой трубы установлен телескопически с помощью осевых стержней, выполненных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, а также зафиксирован в осевом направлении втулками, установленными на стержнях с внешней стороны жаровой трубы, контактирующими боковыми поверхностями с ответными выемками в завихрителе и примыкающими одним торцом к головке жаровой трубы, а другим - к головке стержня, при этом дефлектор дополнительно установлен внутренними осевыми выступами на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя, а воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором выполнена сообщающейся с охлаждающим воздухом через перфорацию в головке жаровой трубы и соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую полость.The essence of the invention lies in the fact that in the tubular-annular combustion chamber, in the head of which a deflector is installed on the gas cavity side of the flame tube, as well as an air two-tier swirl on the outside of the flame tube, according to the invention, the deflector relative to the head of the flame tube is mounted telescopically using axial rods made integrally with the deflector and passing with a gap through the holes in the head of the flame tube, and also axially fixed by bushings mounted on the rod x on the outer side of the flame tube, in contact with the lateral surfaces of the reciprocal recesses in the swirl and adjacent one end to the head of the flame tube, and the other to the head of the rod, while the deflector is additionally mounted with internal axial protrusions on the outer radial annular rib of the swirl, and the air cavity between the head of the flame tube and the deflector is made communicating with the cooling air through perforation in the head of the flame tube and is connected at the outlet to the gas cavity of the flame tube through the slotted tsevuyu cavity.

В первичной зоне газовой полости жаровой трубы с помощью воздушного завихрителя формируется зона обратных токов горячего газа, который движется навстречу основному потоку воздуха и распыленного топлива, интенсифицируя, таким образом, испарение топлива и способствуя стабилизации пламени.In the primary zone of the gas cavity of the flame tube with the help of an air swirler, a zone of reverse currents of hot gas is formed, which moves towards the main stream of air and atomized fuel, thereby intensifying the evaporation of fuel and contributing to flame stabilization.

Телескопическая установка дефлектора относительно головки жаровой трубы с помощью осевых стержней исключает появление дополнительных напряжений в головке и в дефлекторе при различной их температурной деформации.The telescopic installation of the deflector relative to the head of the heat pipe using axial rods eliminates the appearance of additional stresses in the head and in the deflector at different temperature deformations.

Выполнение осевых стержней за одно целое с дефлектором, а также то, что они проходят с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, способствует улучшению теплоотвода от дефлектора и повышает надежность конструкции, т.к. стержни увеличивают холодную теплоотводящую поверхность дефлектора, и крепежные элементы с горячей стороны дефлектора отсутствуют.The execution of the axial rods in one piece with the deflector, as well as the fact that they pass with a gap through the holes in the head of the flame tube, improves heat removal from the deflector and increases the reliability of the structure, as the rods increase the cold heat sink surface of the deflector, and there are no fasteners on the hot side of the deflector.

Установка дефлектора на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя внутренними осевыми выступами дает возможность наиболее точно фиксировать дефлектор в радиальном направлении относительно завихрителя и головки. При работе камеры сгорания вследствие разницы тепловых деформаций дефлектора и головки жаровой трубы между его осевыми выступами и кольцевым ребром завихрителя может образоваться радиальный зазор. Дефлектор в этом случае фиксируется через осевые стержни боковыми поверхностями втулок относительно ответных выемок в завихрителе, расположенных в холодной зоне с внешней стороны жаровой трубы, чем обеспечивается надежная работа конструкции.The installation of the deflector on the outer radial annular rib of the swirler with internal axial protrusions makes it possible to most accurately fix the deflector in the radial direction relative to the swirl and the head. During operation of the combustion chamber due to the difference in thermal deformation of the deflector and the head of the flame tube between the axial protrusions and the annular edge of the swirler, a radial clearance may form. The deflector in this case is fixed through the axial rods by the lateral surfaces of the bushings relative to the reciprocal grooves in the swirl located in the cold zone on the outside of the flame tube, which ensures reliable operation of the structure.

Воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую воздушную полость, что обеспечивает подвод охлаждающего воздуха между осевыми выступами дефлектора, повышая эффективность охлаждения головки жаровой трубы, дефлектора и сопла завихрителя. Выполнение головки жаровой трубы перфорированной со множеством отверстий на входе в воздушную полость обеспечивает струйное охлаждение всей поверхности дефлектора.The air cavity between the head of the flame tube and the deflector is connected at the outlet to the gas cavity of the flame pipe through a slotted annular air cavity, which provides cooling air between the axial protrusions of the deflector, increasing the cooling efficiency of the head of the flame tube, deflector, and swirl nozzle. The execution of the head of the heat pipe perforated with many holes at the entrance to the air cavity provides jet cooling of the entire surface of the deflector.

На фиг.1 показан продольный разрез трубчато-кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - вид А на фиг.2. На фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.3.Figure 1 shows a longitudinal section of a tubular-annular combustion chamber of a gas turbine engine. Figure 2 presents the element I in figure 1 in an enlarged view, and in figure 3 - view a in figure 2. Figure 4 shows a section bB in figure 3.

Трубчато-кольцевая камера сгорания 1 газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2 и внутреннего корпуса 3, в воздушной полости 4 между которыми установлены жаровые трубы 5 и кольцевой газосборник 6. В головке 7 жаровой трубы 5 со стороны воздушной полости 4 установлен с помощью неразъемного соединения 8 (например, сварки) двухъярусный воздушный лопаточный завихритель 9, на кольцевом внешнем радиальном ребре 10 которого с помощью внутренних осевых выступов 11 со стороны газовой полости 12 жаровой трубы 5 установлен дефлектор 13 с образованием кольцевой щелевой воздушной полости 14 между дефлектором 13 и головкой 7 жаровой трубы 5. Дефлектор 13, изготовленный из жаростойких материалов, установлен относительно головки 7 телескопически в радиальном направлении с помощью осевых стержней 15, изготовленных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором 16 через отверстия 17 в головке 7 жаровой трубы 5. Со стороны воздушной полости 4 дефлектор 13 зафиксирован в осевом направлении с помощью головок 18 стержней 15 и охватывающих стержни 15 втулок 19, контактирующих боковыми поверхностями 20 с поверхностями 21 ответных выемок 22 в завихрителе 9, а задними торцами 23 - с внешней поверхностью 24 головки 7 жаровой трубы 5.The tubular-annular combustion chamber 1 of a gas turbine engine consists of an outer casing 2 and an inner casing 3, in which there are flame tubes 5 and an annular gas collector 6 installed in the air cavity 4. In the head 7 of the flame tube 5, it is installed on the side of the air cavity 4 using an integral connection 8 (for example, welding) a two-tier air-bladed swirl 9, on the annular outer radial rib 10 of which, using the internal axial protrusions 11 from the side of the gas cavity 12 of the flame tube 5, a deflector 13 with an image the annular gap air cavity 14 between the deflector 13 and the head 7 of the flame tube 5. The deflector 13, made of heat-resistant materials, is mounted relative to the head 7 telescopically in the radial direction with the help of axial rods 15, made in one piece with the deflector and passing with a gap 16 through holes 17 in the head 7 of the flame tube 5. From the side of the air cavity 4, the deflector 13 is fixed in the axial direction by means of the heads 18 of the rods 15 and the rods 15 covering the bushings 19 in contact with the side surfaces 20 with the surfaces 21 of the reciprocal recesses 22 in the swirler 9, and the rear ends 23 with the outer surface 24 of the head 7 of the flame tube 5.

Кольцевая щелевая воздушная полость 14 между дефлектором 13 и головкой 7 жаровой трубы 5 на входе через множество отверстий 25 (перфорацию) связана с внешней воздушной полостью 4, а на выходе - через периферийную 26 и втулочную 27 выходные полости - с полостью первичной зоны 28 газовой полости 12 жаровой трубы 5, куда поступает охлаждающий воздух 29.An annular slot air cavity 14 between the deflector 13 and the head 7 of the flame tube 5 at the inlet through a plurality of holes 25 (perforation) is connected to the external air cavity 4, and at the outlet, through the peripheral 26 and sleeve 27 outlet cavities, to the cavity of the primary zone 28 of the gas cavity 12 of the flame tube 5, where cooling air 29 enters.

Работает данное устройство следующим образом.This device works as follows.

При работе трубчато-кольцевой камеры сгорания 1 в первичной зоне 28 жаровой трубы 5 с помощью двухъярусного воздушного завихрителя 9 формируется зона обратных токов, что приводит к существенному повышению температуры и термической деформации дефлектора 13 по сравнению с головкой 7 жаровой трубы 5 и завихрителем 9, что может привести к поломке дефлектора 13 в случае его жесткого соединения с головкой 7 или с завихрителем 9.When the tube-annular combustion chamber 1 is operating in the primary zone 28 of the flame tube 5, a reverse current zone is formed using a two-tier air swirler 9, which leads to a significant increase in temperature and thermal deformation of the deflector 13 in comparison with the head 7 of the flame tube 5 and swirl 9, which may cause damage to the deflector 13 if it is rigidly connected to the head 7 or to the swirl 9.

Однако телескопическое соединение дефлектора 13 с головкой 7 позволяет дефлектору 13 свободно деформироваться в радиальном направлении. Поскольку температура дефлектора 13 на всех режимах работы камеры сгорания 1 превышает температуру завихрителя 9, температурная деформация дефлектора 13 приводит к увеличению его размеров по сравнению с завихрителем 9.However, the telescopic connection of the deflector 13 with the head 7 allows the deflector 13 to freely deform in the radial direction. Since the temperature of the deflector 13 in all modes of operation of the combustion chamber 1 exceeds the temperature of the swirl 9, the temperature deformation of the deflector 13 leads to an increase in its size compared with the swirl 9.

Снижению температуры дефлектора 13 способствует струйное его охлаждение воздухом через перфорацию 25 на входе в кольцевую щелевую воздушную полость 14.Reducing the temperature of the deflector 13 contributes to its jet cooling by air through the perforation 25 at the entrance to the annular slotted air cavity 14.

Осевые стержни 15, фиксирующие дефлектор 13 в осевом и радиальном направлениях, увеличивают теплоотводящую поверхность дефлектора 13, способствуя интенсификации его охлаждения. Выполнение осевых стержней 15 за одно целое с дефлектором 13 способствует улучшению теплоотвода от дефлектора 13 и повышает надежность конструкции, так как не требует выполнения на дефлекторе 13 с его горячей стороны крепежных элементов.Axial rods 15, fixing the deflector 13 in the axial and radial directions, increase the heat sink surface of the deflector 13, contributing to the intensification of its cooling. The execution of the axial rods 15 in one piece with the deflector 13 helps to improve heat dissipation from the deflector 13 and increases the reliability of the design, since it does not require fasteners on the deflector 13 from its hot side.

Головки 18 стержней 15 при сборке жаровой трубы 5 выполняются методом сварки или пайки, что также позволяет исключить дополнительные монтажные напряжения в дефлекторе 13 и применять для его изготовления жаростойкие материалы.The heads 18 of the rods 15 during the assembly of the flame tube 5 are performed by welding or soldering, which also eliminates additional mounting stresses in the deflector 13 and use heat-resistant materials for its manufacture.

Claims (1)

Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке которой со стороны газовой полости жаровой трубы установлены дефлектор, а также воздушный двухъярусный завихритель с внешней стороны жаровой трубы, отличающаяся тем, что дефлектор относительно головки жаровой трубы установлен телескопически с помощью осевых стержней, выполненных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, а также зафиксирован в осевом направлении втулками, установленными на стержнях с внешней стороны жаровой трубы, контактирующими боковыми поверхностями с ответными выемками в завихрителе и примыкающими одним торцом к головке жаровой трубы, а другим - к головке стержня, при этом дефлектор дополнительно установлен внутренними осевыми выступами на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя, а воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором выполнена сообщающейся с охлаждающим воздухом через перфорацию в головке жаровой трубы и соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую воздушную полость.A tube-annular combustion chamber of a gas turbine engine, in the head of which a deflector is installed on the gas cavity side of the flame tube, as well as an air two-tier swirler on the outside of the flame tube, characterized in that the deflector relative to the flame tube head is mounted telescopically using axial rods made in one integral with the deflector and passing with a gap through the holes in the head of the flame tube, and also axially fixed by bushings mounted on the rods from the outside s of the flame tube, in contact with the lateral surfaces of the reciprocal recesses in the swirl and adjacent one end to the head of the flame tube, and the other to the head of the rod, while the deflector is additionally installed with internal axial protrusions on the outer radial annular rib of the swirl, and the air cavity between the head of the flame tube and the deflector is made communicating with the cooling air through the perforation in the head of the flame tube and is connected at the outlet to the gas cavity of the flame tube through the slotted ring air olost.
RU2005113851/06A 2005-05-05 2005-05-05 Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine RU2300706C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113851/06A RU2300706C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113851/06A RU2300706C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005113851A RU2005113851A (en) 2006-11-20
RU2300706C2 true RU2300706C2 (en) 2007-06-10

Family

ID=37501624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005113851/06A RU2300706C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2300706C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478881C2 (en) * 2007-10-26 2013-04-10 Сименс Акциенгезелльшафт Support ring for elements of thermal protection shield of flame tube, and system of combustion chamber with similar support ring
RU2568028C2 (en) * 2010-01-15 2015-11-10 Турбомека Combustion chamber including multiple channels with tangential flows revolving in opposite directions
RU2575490C2 (en) * 2011-10-26 2016-02-20 Снекма Circular combustion wall with perfected cooling at primary bores and/or dilution bores level

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478881C2 (en) * 2007-10-26 2013-04-10 Сименс Акциенгезелльшафт Support ring for elements of thermal protection shield of flame tube, and system of combustion chamber with similar support ring
RU2568028C2 (en) * 2010-01-15 2015-11-10 Турбомека Combustion chamber including multiple channels with tangential flows revolving in opposite directions
RU2575490C2 (en) * 2011-10-26 2016-02-20 Снекма Circular combustion wall with perfected cooling at primary bores and/or dilution bores level

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005113851A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4083717B2 (en) Combustor insulation shield panel and combination of insulation shield panel and shell
US10968755B2 (en) Cooling structure for vane
CA2606975C (en) Combustor heat shield
EP2236760B1 (en) Thermally decoupled can-annular transition piece
US9322556B2 (en) Flow sleeve assembly for a combustion module of a gas turbine combustor
EP3077641B1 (en) Cooling an igniter aperture body of a combustor wall
JP4695256B2 (en) Gas turbine engine fuel nozzle and method of assembling the same
US8438856B2 (en) Effusion cooled one-piece can combustor
US5117624A (en) Fuel injector nozzle support
US20090120093A1 (en) Turbulated aft-end liner assembly and cooling method
EP3447381B1 (en) Cooling path structure for concentrated cooling of seal area and gas turbine combustor having the same
CN108006696B (en) Burner assembly and burner
EP3032176B1 (en) Fuel injector guide(s) for a turbine engine combustor
EP3077640B1 (en) Combustor quench aperture cooling
CN112484077B (en) Efficient cooling structure for head of flame tube
CA2937401A1 (en) Effusion cooling holes
RU2300706C2 (en) Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine
EP2241812A2 (en) Combined convection/effusion cooled one-piece can combustor
RU2648809C2 (en) Air exhaust tube holder in a turbomachine
UA76298C2 (en) Afterburner ring for two-contour turbo-jet engine, afterburner unit and turbo-jet engine
KR20170130570A (en) Flow sleeve deflector for use in gas turbine combustors
JP5535036B2 (en) Gas turbine combustor
CN115949968A (en) Combustor swirler to pseudo dome attachment and interface with CMC dome
JP7271232B2 (en) Inner cooling shroud for annular combustor liner transition zone
RU2682220C1 (en) Bypass turbofan engine afterburner combustion chamber

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20101007

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20101007

Effective date: 20110826

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170506