RU2398160C1

RU2398160C1 - Gas turbine engine combustion chamber (versions)

Info

Publication number: RU2398160C1
Application number: RU2009119771/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Федоров (RU); Алексей Михайлович Федоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Климов"
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed combustion chamber comprises housing and fire tube with convective-film cooling arranged in the housing to make air space there between and intended for receiving air fed by compressor. Fire tube lateral part has two sets of orifices for air to pass into fire tube inner space, first set of orifices being intended for passage into its combustion zone and second set to allows passage into mixing zone. Additionally, combustion chamber incorporates annular web arranged in aforesaid air space between housing and fire tube wall lateral part over all its length to separate said space into two circular channels, i.e. inner and outer. Annular web front edge is bent toward the housing and tightly jointed thereto, while its rear edge is arranged with a gap relative to housing. Said web has orifices, each corresponding to those of fire tube wall lateral part. Aforesaid mating orifices are communicated by tubular elements. Annular combustion chamber (second version) is furnished with two annular webs arranged and communicated with fire tube in similar way.

EFFECT: efficient external cooling of fire tube, higher reliability.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам камер сгорания газотурбинных установок и может быть использовано в авиационной, судовой, автомобильной промышленности, а также в энергетике.The invention relates to devices for combustion chambers of gas turbine units and can be used in the aviation, ship, automotive industry, as well as in the energy sector.

Изобретение направлено на увеличение эффективности охлаждения жаровой трубы в камере сгорания.The invention is aimed at increasing the efficiency of cooling a flame tube in a combustion chamber.

Камеры сгорания газотурбинных двигателей работают в условиях высокотемпературной среды химически активных газов. Температура продуктов сгорания в камерах сгорания может достигать величины порядка 2400 К. Так как материалы, используемые в конструкциях камер сгорания и газовых турбин, не выдерживают в течение длительного времени температуры более 1200-1400 К, необходимо принимать меры по защите конструктивных элементов от высоких температур.Combustion chambers of gas turbine engines operate in a high-temperature environment of reactive gases. The temperature of the combustion products in the combustion chambers can reach a value of about 2400 K. Since the materials used in the construction of combustion chambers and gas turbines do not withstand temperatures of more than 1200-1400 K for a long time, measures must be taken to protect structural elements from high temperatures.

Для этих целей используют воздух, поступающий в камеру сгорания из компрессора.For these purposes, use the air entering the combustion chamber from the compressor.

Охлаждение наиболее «горячего» элемента камер сгорания, жаровой трубы осуществляют омывающим ее снаружи воздухом, движущимся, как правило, в направлении от компрессора к турбине. Такое наружное охлаждение жаровой трубы обеспечивается процессом конвективного теплообмена.The cooling of the “hottest” element of the combustion chambers, the flame tube is carried out by washing the air outside it, moving, as a rule, in the direction from the compressor to the turbine. Such external cooling of the flame tube is provided by a convective heat transfer process.

Конструктивное исполнение жаровых труб также предусматривает их защиту от горячих газов, находящихся в жаровом пространстве. Для этого на боковой части стенки жаровой трубы с внутренней стороны формируют заградительную воздушную пленку: воздух проходит внутрь через кольцевые щели между соседними секциями стенки.The design of the flame tubes also provides for their protection from hot gases in the heat space. To do this, a protective air film is formed on the side of the wall of the flame tube from the inside: air passes inward through the annular slots between adjacent wall sections.

Жаровые трубы с наружным конвективным охлаждением и внутренней пленочной защитой именуются жаровыми трубами с конвективно-пленочным охлаждением.Heat pipes with external convective cooling and internal film protection are referred to as heat pipes with convective film cooling.

В камерах сгорания газотурбинных двигателей часть поступающего из компрессора воздуха помимо функции охладителя выполняет и другую роль: 30-40% от общего количества воздуха, так называемый первичный воздух, участвует в горении топлива. Некоторое количество воздуха от этой части для обеспечения начального очага горения подает в зону горения жаровой трубы через фронтовое устройство, остальное - в зону горения жаровой трубы через отверстия в боковой части ее стенки для достижения высокой температуры пламени, обеспечивающей устойчивость горения и достаточную полноту сгорания.In the combustion chambers of gas turbine engines, part of the air coming from the compressor, in addition to the function of a cooler, also plays a different role: 30-40% of the total amount of air, the so-called primary air, is involved in the combustion of fuel. A certain amount of air from this part is supplied to the combustion zone of the flame tube through the frontal device to provide an initial combustion zone, the rest is supplied to the combustion zone of the flame pipe through openings in the side of its wall to achieve a high flame temperature, which ensures combustion stability and sufficient combustion.

Принципы организации рабочего процесса камер сгорания предусматривают также постепенный впуск воздуха в зону смешения жаровой трубы для снижения температуры газа до требуемого значения перед подачей в турбину.The principles of organizing the working process of the combustion chambers also provide for a gradual air inlet into the mixing zone of the flame tube to reduce the gas temperature to the required value before being fed into the turbine.

Известна выбранная в качестве прототипа камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус и жаровую трубу с конвективно-пленочным охлаждением. Жаровая труба установлена в корпусе с образованием между ней и корпусом воздушной полости, предназначенной для поступающего из компрессора воздуха. Боковая часть стенки жаровой трубы выполнена с двумя группами отверстий для прохода воздуха из воздушной полости во внутреннюю полость жаровой трубы. Первая группа отверстий сформирована для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, вторая - для прохода в ее зону смешения (Масленников М.М., Шальман Ю.Н. Авиационные газотурбинные двигатели. М., «Машиностроение», 1975, стр.380). Эта камера сгорания является камерой сгорания трубчатого типа. Обычно в двигателе применяют несколько трубчатых камер, размещенных равномерно вокруг оси двигателя.Known as a prototype is a combustion chamber of a gas turbine engine comprising a housing and a heat pipe with convective-film cooling. The heat pipe is installed in the housing with the formation between it and the housing of the air cavity, designed for air coming from the compressor. The side part of the wall of the flame tube is made with two groups of holes for the passage of air from the air cavity into the internal cavity of the flame tube. The first group of holes is formed for the passage of air into the combustion zone of the flame tube, the second for passage into its mixing zone (Maslennikov MM, Shalman Yu.N. Aircraft gas-turbine engines. M., "Mechanical Engineering", 1975, p. 380) . This combustion chamber is a tubular type combustion chamber. Typically, an engine employs several tubular chambers that are placed evenly around the axis of the engine.

При работе двигателя воздух, направляемый на охлаждение жаровой трубы, на пути своего движения, в направлении от компрессора к турбине, проходит участок между корпусом и боковой частью стенки жаровой трубы. По ходу движения большое количество воздуха при этом уходит в зону горения через первую группу отверстий, затем, на второй половине этого участка, значительная часть оставшегося воздуха направляется через вторую группу отверстий в зону смешения. Воздух также поступает внутрь жаровой трубы на формирование заградительной пленки.When the engine is running, air directed to the cooling of the flame tube, on the way of its movement, in the direction from the compressor to the turbine, passes the section between the casing and the side part of the wall of the flame pipe. In the direction of travel, a large amount of air goes into the combustion zone through the first group of holes, then, in the second half of this section, a significant part of the remaining air is directed through the second group of holes into the mixing zone. Air also enters the flame tube to form a barrier film.

Со сходными конструктивными признаками может быть выполнена и камера сгорания кольцевого типа. Кольцевая камера сгорания, как известно, содержит одну кольцевую жаровую трубу, которая имеет внешнюю и внутреннюю стенки и размещена между наружным и внутренним корпусами камеры сгорания. В газотурбинном двигателе всегда используется только одна кольцевая камера, расположенная коаксиально с ротором (Масленников М.М., Шальман Ю.Н. Авиационные газотурбинные двигатели. М., «Машиностроение», 1975, стр.378). В этом случае камера сгорания, выбранная тоже в качестве прототипа, будет содержать два корпуса, наружный и внутренний, а ее жаровая труба - две стенки, внешнюю и внутреннюю.With similar design features, a ring-type combustion chamber can also be made. An annular combustion chamber, as you know, contains one annular flame tube, which has an outer and inner wall and is located between the outer and inner cases of the combustion chamber. A gas turbine engine always uses only one annular chamber located coaxially with the rotor (Maslennikov MM, Shalman Yu.N. Aircraft gas turbine engines. M., "Mechanical Engineering", 1975, p. 378). In this case, the combustion chamber, also selected as a prototype, will contain two bodies, an external and an internal one, and its flame tube - two walls, an external and an internal one.

Недостаток выбранных за прототипы камер сгорания заключается в их низкой эксплуатационной надежности. Жаровые трубы камер сгорания из-за недостаточной эффективности их наружного охлаждения быстро выходят из строя: на боковых частях стенок жаровых труб образуются коробления, трещины и прогары.The disadvantage of the combustion chambers selected for the prototypes is their low operational reliability. The fire tubes of the combustion chambers quickly fail because of the insufficient efficiency of their external cooling: warping, cracks and burnouts form on the side parts of the walls of the fire tubes.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности камеры сгорания за счет увеличения эффективности наружного охлаждения жаровой трубы.The objective of the invention is to increase the operational reliability of the combustion chamber by increasing the efficiency of external cooling of the flame tube.

Увеличение эффективности наружного охлаждения жаровой трубы достигается тем, что камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус и жаровую трубу с конвективно-пленочным охлаждением, установленную в корпусе с образованием между ней и корпусом воздушной полости, предназначенной для поступающего из компрессора воздуха, при этом боковая часть стенки жаровой трубы выполнена с двумя группами отверстий для прохода воздуха во внутреннюю полость жаровой трубы, первая из которых сформирована для прохода в ее зону горения, вторая - в зону смешения, согласно изобретению, дополнительно снабжена кольцевой перегородкой, размещенной в пространстве между корпусом и боковой частью стенки жаровой трубы по всей длине последней с разделением этого пространства на два кольцевых канала, внешний и внутренний, при этом передний край кольцевой перегородки отогнут к корпусу и герметично с ним соединен, а задняя кромка кольцевой перегородки расположена по отношению к корпусу с зазором, кроме того, перегородка выполнена с отверстиями, каждое из которых соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы, и соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами.An increase in the efficiency of external cooling of the flame tube is achieved by the fact that the combustion chamber of the gas turbine engine, comprising a housing and a heat pipe with convective-film cooling, is installed in the housing with the formation of an air cavity between it and the housing, designed for air coming from the compressor, while the side of the wall the flame tube is made with two groups of holes for the passage of air into the internal cavity of the flame tube, the first of which is formed for passage into its combustion zone, the second the mixing zone, according to the invention, is additionally equipped with an annular partition placed in the space between the housing and the side part of the flame tube wall along the entire length of the heat pipe with the separation of this space into two annular channels, external and internal, while the front edge of the annular partition is bent to the housing and hermetically sealed connected to it, and the trailing edge of the annular partition is located in relation to the housing with a gap, in addition, the partition is made with holes, each of which corresponds to located on one axis with it the opening side wall portion of the flame tube, and the holes corresponding to each other are interconnected tubular elements.

Такой же технический результат характерен и для камеры сгорания кольцевого типа. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит наружный и внутренний корпусы, жаровую трубу с конвективно-пленочным охлаждением, установленную между корпусами с образованием воздушной полости, которая предназначена для поступающего из компрессора воздуха. Жаровая труба имеет две стенки: внешнюю и внутреннюю. Боковые части стенок выполнены с двумя группами отверстий для прохода воздуха во внутреннюю полость жаровой трубы. Первая группа отверстий сформирована для прохода в ее зону горения, вторая - в зону смешения. Кольцевая камера сгорания, согласно изобретению, дополнительно снабжена двумя кольцевыми перегородками, каждая из которых размещена по всей длине боковой части стенки жаровой трубы, одна - в пространстве между наружным корпусом и боковой частью внешней стенки жаровой трубы, другая - в пространстве между внутренним корпусом и боковой частью внутренней стенки жаровой трубы, с разделением каждого из этих пространств на два кольцевых канала, внешний, прилежащий к корпусу, и внутренний, прилежащий к боковой части стенки жаровой трубы, при этом передний край каждой кольцевой перегородки отогнут к ближайшему корпусу и герметично с ним соединен, а задняя кромка кольцевой перегородки расположена по отношению к корпусу с зазором, кроме того, перегородки выполнены с отверстиями, каждое из которых соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию ближайшей боковой части стенки жаровой трубы, и соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами.The same technical result is characteristic of a ring-type combustion chamber. The annular combustion chamber of a gas turbine engine contains an outer and inner case, a heat pipe with convective-film cooling, installed between the bodies with the formation of an air cavity, which is designed for air coming from the compressor. The flame tube has two walls: external and internal. The side parts of the walls are made with two groups of holes for the passage of air into the internal cavity of the flame tube. The first group of holes is formed for passage into its combustion zone, the second to the mixing zone. The annular combustion chamber according to the invention is further provided with two annular partitions, each of which is placed along the entire length of the side part of the flame tube wall, one in the space between the outer casing and the side part of the outer flame tube wall, and the other in the space between the inner case and the side part of the inner wall of the flame tube, with the separation of each of these spaces into two annular channels, the outer adjacent to the body and the inner adjacent to the side of the wall of the flame tube, while the front edge of each annular partition is bent to the nearest casing and sealed to it, and the trailing edge of the annular partition is positioned with respect to the casing, in addition, the partitions are made with holes, each of which corresponds to the hole of the nearest side located on the same axis the walls of the flame tube and the holes corresponding to each other are interconnected by tubular elements.

Оснащение пространства между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой кольцевой перегородкой, определенным образом выполненной и соединенной как с корпусом, так и с жаровой трубой, позволяет по-иному, в сравнении с прототипом, организовать маршрут движения потока охлаждающего воздуха в камере сгорания.Equipping the space between the housing of the combustion chamber and the flame tube with an annular partition, made in a certain way and connected with the housing and the flame tube, allows a different way, in comparison with the prototype, to organize the flow of cooling air in the combustion chamber.

Разделение с помощью кольцевой перегородки пространства между корпусом и боковой частью стенки жаровой трубы на два кольцевых канала, внешний и внутренний, отгиб переднего края кольцевой перегородки к корпусу и его герметичное соединение с корпусом, наличие зазора между задней кромкой перегородки и корпусом, а также выполнение кольцевой перегородки с отверстиями, каждое из которых соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы, а также соединение между собой соответствующих друг другу отверстий трубчатыми элементами, обеспечивают движение потока охлаждающего воздуха сначала непосредственно у боковой части стенки жаровой трубы, по внутреннему кольцевому каналу, в направлении от компрессора к турбине, а затем, после изменения направления движения на обратное, по удаленному от боковой части стенки жаровой трубы внешнему кольцевому каналу с впуском его через трубчатые элементы в зону смешения и зону горения жаровой трубы.The separation of the space between the casing and the side part of the flame tube wall with the help of the annular partition into two annular channels, the external and the internal, the bending of the front edge of the annular partition to the casing and its tight connection with the casing, the presence of a gap between the trailing edge of the baffle and the casing, as well as the partitions with holes, each of which corresponds to the hole of the side part of the wall of the heat pipe located on the same axis, as well as the connection between each other corresponding to each other With the tubular elements, they provide the cooling air flow first directly at the side of the flame tube wall, along the inner annular channel, in the direction from the compressor to the turbine, and then, after reversing the direction of movement, along the outer ring distant from the side part of the flame tube wall the channel with its inlet through the tubular elements into the mixing zone and the combustion zone of the flame tube.

Соединение при помощи трубчатых элементов отверстий перегородки с отверстиями боковой части стенки жаровой трубы исключает при прохождении воздушного потока у боковой части стенки жаровой трубы поступление воздуха в зону горения и зону смешения жаровой трубы; лишь некоторое количество воздуха попадает внутрь трубы на формирование заградительной пленки. Получаемое таким образом небольшое падение расхода воздуха позволяет сохранить в целом на рассматриваемом участке пути воздушного потока более высокие, по сравнению с прототипом, значения расхода. Кроме того, деление пространства между корпусом и жаровой трубой на два кольцевых канала уменьшает в сравнении с прототипом площадь поперечного сечения воздушного тракта, охватывающего жаровую трубу, что приводит к большей скорости движения воздуха в нем. Высокие значения расхода и скорости движения обтекающего жаровую трубу воздуха способствуют интенсифицированию процесса конвективного теплообмена в системе «охлаждающий воздух - боковая часть стенки жаровой трубы» и увеличивают эффективность наружного охлаждения жаровой трубы.The connection by means of tubular elements of the baffle openings with the openings of the side part of the heat pipe wall eliminates the passage of air into the combustion zone and the mixing zone of the heat pipe when air flows near the side part of the heat pipe wall; only a certain amount of air enters the pipe to form a barrier film. Thus obtained a small drop in air flow allows you to save as a whole on the considered section of the path of the air flow higher than the prototype, the flow rate. In addition, the division of the space between the casing and the flame tube into two annular channels reduces, compared with the prototype, the cross-sectional area of the air path covering the flame tube, which leads to a higher air velocity in it. High values of the flow rate and speed of the air flowing around the flame tube contribute to the intensification of the convective heat transfer process in the “cooling air - side part of the flame tube wall” system and increase the efficiency of the external cooling of the flame tube.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

фиг.1. Камера сгорания трубчатого типа, продольный разрез;figure 1. Tubular combustion chamber, longitudinal section;

фиг.2. Поперечный разрез А-А на фиг.1;figure 2. Cross section aa in figure 1;

фиг.3. Камера сгорания кольцевого типа, поперечный разрез.figure 3. Ring-type combustion chamber, cross section.

Камера сгорания трубчатого типа (фиг.1 и фиг.2) содержит корпус 1 и коаксиально установленную в нем жаровую трубу 2. Между корпусом 1 и жаровой трубой 2 расположена воздушная полость 3, предназначенная для поступающего из компрессора воздуха. Конструкция камеры сгорания предусматривает конвективно-пленочное охлаждение жаровой трубы. Жаровая труба 2 выполнена одностеночной. Стенка трубы 2 состоит из телескопически установленных друг за другом секций. Фронтовое устройство жаровой трубы 2 включает топливную форсунку 4 и каналы 5 для подвода воздуха, расходуемого на обеспечение начального очага горения. Боковая часть стенки выполнена с тремя кольцевыми щелями 6 для прохода воздуха внутрь жаровой трубы на формирование заградительной пленки. Кроме щелей 6 она имеет еще две группы отверстий: отверстия 7 предназначены для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, отверстия 8 - в зону смешения.The tube-type combustion chamber (FIG. 1 and FIG. 2) comprises a housing 1 and a heat pipe 2 coaxially mounted therein. Between the housing 1 and the flame pipe 2 there is an air cavity 3 intended for air coming from the compressor. The design of the combustion chamber provides convection-film cooling of the flame tube. The flame tube 2 is single-walled. The wall of the pipe 2 consists of sections telescopically mounted one after another. The front device of the flame tube 2 includes a fuel nozzle 4 and channels 5 for supplying air consumed to provide an initial combustion zone. The side part of the wall is made with three annular slots 6 for the passage of air into the flame tube to form a barrier film. In addition to slots 6, it has two more groups of openings: openings 7 are intended for the passage of air into the combustion zone of the flame tube, openings 8 to the mixing zone.

Пространство между корпусом 1 и боковой частью стенки жаровой трубы 2, по всей длине последней, снабжено кольцевой перегородкой 9, которая разделяет его на два кольцевых канала: внешний канал 10 и внутренний канал 11. Передний край кольцевой перегородки 9 отогнут к корпусу 1 и герметично с ним соединен, например, с помощью сварки. Задняя кромка перегородки 9 расположена с зазором по отношению к корпусу 1. Кольцевая перегородка 9 выполнена с отверстиями 12. Каждое из отверстий 12 соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы 2, а именно: или отверстию 7, или отверстию 8. Соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами 13. Для устранения термических напряжений трубчатые элементы целесообразно жестко закрепить, например, с помощью сварки, на перегородке, а соединение с жаровой трубой выполнить с подвижным уплотнением по типу «плавающего кольца».The space between the housing 1 and the side of the wall of the flame tube 2, along the entire length of the latter, is equipped with an annular partition 9, which divides it into two annular channels: the outer channel 10 and the inner channel 11. The front edge of the annular partition 9 is bent to the housing 1 and hermetically sealed It is connected, for example, by welding. The trailing edge of the partition 9 is located with a gap with respect to the housing 1. The annular partition 9 is made with holes 12. Each of the holes 12 corresponds to the hole of the side part of the wall of the flame tube 2 located on the same axis, namely, either hole 7 or hole 8 Corresponding to each other holes are interconnected by tubular elements 13. To eliminate thermal stresses, it is advisable to rigidly fix the tubular elements, for example, by welding, on the partition, and make the connection with the flame tube dynamic seal of the type "floating ring".

Камера сгорания кольцевого типа, представленная на фиг.3, в отличие от камеры сгорания трубчатого типа содержит два корпуса: наружный корпус 14 и внутренний корпус 15. Жаровая труба 2 имеет две стенки: внешнюю стенку и внутреннюю стенку (не обозначены). В пространстве между наружным корпусом 14 и боковой частью внешней стенки, по всей длине последней, размещена кольцевая перегородка 16, которая разделяет это пространство на внешний кольцевой канал 17, прилежащий к наружному корпусу 14, и внутренний кольцевой канал 18, прилежащий к боковой части внешней стенки жаровой трубы 2. В пространстве между внутренним корпусом 15 и боковой частью внутренней стенки, по всей длине последней, размещена кольцевая перегородка 19, которая разделяет пространство на внешний кольцевой канал 20, прилежащий к внутреннему корпусу 15, и внутренний кольцевой канал 21, прилежащий к боковой части внутренней стенки жаровой трубы 2. Передний край кольцевой перегородки 16 отогнут к наружному корпусу 14 и герметично с ним соединен. Передний край кольцевой перегородки 19 имеет герметичное соединение с внутренним корпусом 15. Задние кромки кольцевых перегородок 16 и 19 расположены с зазором по отношению к ближайшему из корпусов. Соответствующие друг другу отверстия кольцевой перегородки 16 и боковой части внешней стенки жаровой трубы, а также кольцевой перегородки 19 и боковой части внутренней стенки жаровой трубы, соединены между собой трубчатыми элементами 13.The annular type combustion chamber shown in Fig. 3, in contrast to the tubular type combustion chamber, contains two bodies: an outer case 14 and an inner case 15. The flame tube 2 has two walls: an outer wall and an inner wall (not indicated). In the space between the outer casing 14 and the lateral part of the outer wall, an annular partition 16 is placed along the entire length of the latter, which divides this space into an outer annular channel 17 adjacent to the outer casing 14 and an inner annular channel 18 adjacent to the lateral part of the outer wall the flame tube 2. In the space between the inner housing 15 and the side of the inner wall, along the entire length of the latter, an annular partition 19 is placed, which divides the space into an outer annular channel 20 adjacent to the inner the housing 15, and the inner annular channel 21 adjacent to the side of the inner wall of the flame tube 2. The front edge of the annular partition 16 is bent to the outer casing 14 and hermetically connected to it. The front edge of the annular septum 19 has a tight connection with the inner housing 15. The trailing edges of the annular septa 16 and 19 are positioned with a gap with respect to the nearest of the housings. Corresponding to each other, the holes of the annular partition 16 and the side of the outer wall of the flame tube, as well as the annular partition 19 and the side of the inner wall of the flame tube, are interconnected by tubular elements 13.

Охлаждение жаровой трубы в камере сгорания производится следующим образом.The cooling of the flame tube in the combustion chamber is as follows.

Для наружного охлаждения передней части стенки жаровой трубы 2 используется весь воздух, поступающий из компрессора в воздушную полость 3, за вычетом воздуха, уходящего в зону горения жаровой трубы через каналы 5 на обеспечение начального очага горения (15-17% от общего расхода воздуха).For external cooling of the front part of the wall of the flame tube 2, all air used from the compressor into the air cavity 3 is used, minus the air leaving the combustion zone of the flame tube through channels 5 to provide an initial combustion zone (15-17% of the total air flow).

В камере сгорания трубчатого типа (фиг.1 и фиг.2) воздух, охладив переднюю часть стенки, входит во внутренний кольцевой канал 11 и, перемещаясь по нему, охлаждает снаружи боковую часть стенки жаровой трубы. При этом некоторое количество воздуха через три кольцевые щели 6 уходит внутрь жаровой трубы на создание заградительной пленки. Через одну щель пропускается около 7% воздуха от общего его расхода в камере сгорания. Значение расхода воздуха в конце внутреннего кольцевого канала 11 составляет примерно 60-65% от общего расхода воздуха. В охлаждении боковой части стенки жаровой трубы, таким образом, участвует не менее 60% воздуха, поступающего в камеру сгорания из компрессора. Воздух, миновав канал 11, проходит зазор между задней кромкой кольцевой перегородки 9 и корпусом 1, и, изменив направление своего движения, начинает перемещаться по внешнему кольцевому каналу 10. По ходу движения первая часть оставшегося воздуха по трубчатым элементам 13 поступает в зону смешения жаровой трубы 2, вторая - в ее зону горения.In the combustion chamber of the tubular type (Fig. 1 and Fig. 2), air, having cooled the front part of the wall, enters the inner annular channel 11 and, moving along it, cools the side part of the wall of the flame tube from the outside. In this case, a certain amount of air through three annular slots 6 goes into the flame tube to create a barrier film. About 7% of the total air flow in the combustion chamber is passed through one slot. The value of the air flow at the end of the inner annular channel 11 is approximately 60-65% of the total air flow. Thus, at least 60% of the air entering the combustion chamber from the compressor is involved in cooling the side of the wall of the flame tube. Air, passing the channel 11, passes the gap between the trailing edge of the annular partition 9 and the housing 1, and, changing its direction of movement, begins to move along the outer annular channel 10. In the direction of travel, the first part of the remaining air through the tubular elements 13 enters the mixing zone of the flame tube 2, the second to its combustion zone.

В камере сгорания кольцевого типа (фиг.3) воздух, поступающий во внутренние кольцевые каналы 18 и 21 на наружное охлаждение боковых частей внешней и внутренней стенок жаровой трубы 2, составляет примерно 83-85% от всего поступающего в камеру сгорания воздуха. В каждом из этих каналов перемещение воздуха в направлении от компрессора к турбине сопровождается уходом его некоторого количества (около 20-25% от общего расхода воздуха) внутрь жаровой трубы на создание заградительной пленки. Таким образом, в охлаждении боковых частей стенок жаровой трубы, по всей их длине, используется не менее 60-65% воздуха, поступающего в камеру сгорания, также как и в камере сгорания трубчатого типа. После прохождения каналов 18 и 21 воздушные потоки продолжают движение в обратном направлении: воздух из канала 18 перемещается по внешнему кольцевому каналу 17, воздух из канала 21 - по внешнему кольцевому каналу 20. По ходу движения потоков во внешних кольцевых каналах сначала воздух частично, также как в трубчатой камере сгорания, уходит по трубчатым элементам 13 в зону смешения жаровой трубы, а затем весь его остаток поступает по другим трубчатым элементам 13 в зону горения жаровой трубы.In the annular type combustion chamber (FIG. 3), the air entering the inner annular channels 18 and 21 for external cooling of the side portions of the outer and inner walls of the flame tube 2 is about 83-85% of the total air entering the combustion chamber. In each of these channels, the movement of air in the direction from the compressor to the turbine is accompanied by the departure of a certain amount (about 20-25% of the total air flow) into the flame tube to create a barrier film. Thus, in cooling the side parts of the walls of the flame tube, along their entire length, at least 60-65% of the air entering the combustion chamber is used, as well as in the combustion chamber of the tubular type. After the passage of the channels 18 and 21, the air flows continue to move in the opposite direction: the air from the channel 18 moves along the outer ring channel 17, the air from the channel 21 moves along the outer ring channel 20. In the course of the flows in the outer ring channels, at first the air partially, as well as in the tubular combustion chamber, leaves through the tubular elements 13 to the mixing zone of the flame tube, and then all of its remainder enters through the other tubular elements 13 into the combustion zone of the flame tube.

Варианты предлагаемой камеры сгорания газотурбинного двигателя обладают высокой эксплуатационной надежностью за счет эффективного наружного охлаждения жаровой трубы.Variants of the proposed combustion chamber of a gas turbine engine have high operational reliability due to efficient external cooling of the flame tube.

Claims

1. The combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing and a heat pipe with convective-film cooling, installed in the housing with the formation between it and the housing of the air cavity, intended for air coming from the compressor, while the side of the wall of the flame tube is made with two groups of holes for the passage of air into the internal cavity of the flame tube, the first of which is formed for passage into its combustion zone, the second to the mixing zone, characterized in that it is additionally equipped with an annular burnout a cage placed in the space of the air cavity between the casing and the side part of the flame tube wall along the entire length of the latter with the separation of this space into two annular channels: the outer and the inner, while the front edge of the annular partition is bent to the casing and sealed to it, and the trailing edge the annular partition is located in relation to the housing with a gap, in addition, the partition is made with holes, each of which corresponds to the hole of the side part of the flame tube wall located on the same axis s, and the corresponding holes are interconnected by tubular elements.

2. The combustion chamber of a gas turbine engine, containing the outer and inner shells, a heat pipe with convective film cooling mounted between the shells to form an air cavity intended for air coming from the compressor, while the side parts of the outer and inner walls of the flame tube are made with two groups openings for the passage of air into the internal cavity of the flame tube, the first of which is formed for passage into its combustion zone, the second into the mixing zone, characterized in that equipped with two annular partitions, each of which is placed along the entire length of the side part of the flame tube wall, one in the space between the outer case and the side part of the outer flame tube, the other in the space between the inner case and the lateral part of the inner flame tube, with separation each of these spaces into two annular channels, the outer adjacent to the casing and the inner adjacent to the side of the flame tube wall, while the front edge of each annular partition is bent to the nearest and the hermetically connected to it, and the trailing edge of the annular partition is located with respect to the housing with a gap, in addition, the partitions are made with holes, each of which corresponds to the hole located on the same axis as the hole of the nearest side of the flame tube wall, and corresponding holes are connected to each other by tubular elements.