RU2575490C2 - Circular combustion wall with perfected cooling at primary bores and/or dilution bores level - Google Patents
Circular combustion wall with perfected cooling at primary bores and/or dilution bores level Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575490C2 RU2575490C2 RU2014121037/06A RU2014121037A RU2575490C2 RU 2575490 C2 RU2575490 C2 RU 2575490C2 RU 2014121037/06 A RU2014121037/06 A RU 2014121037/06A RU 2014121037 A RU2014121037 A RU 2014121037A RU 2575490 C2 RU2575490 C2 RU 2575490C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- cooling
- annular wall
- rows
- additional
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000010790 dilution Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 210000001513 Elbow Anatomy 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится в целом к области камер сгорания газотурбинных двигателей. В частности, оно относится к кольцевой стенке, предназначенной для прямоточной или противоточной камеры сгорания, охлаждаемой посредством процесса, известного как «мультиперфорация».The present invention relates generally to the field of combustion chambers of gas turbine engines. In particular, it relates to an annular wall intended for a once-through or counter-current combustion chamber cooled by a process known as “multiperforation”.
Как правило, кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя образована внутренней кольцевой стенкой и наружной кольцевой стенкой, которые соединены спереди по потоку поперечной стенкой, образующей основание камеры.Typically, an annular combustion chamber of a gas turbine engine is formed by an inner annular wall and an outer annular wall, which are connected upstream by a transverse wall forming the base of the chamber.
Каждая из внутренней и наружной кольцевых стенок выполнена с множеством различных отверстий и отверстий, обеспечивающих возможность прохода воздуха, циркулирующего вокруг камеры сгорания, внутрь последней.Each of the inner and outer annular walls is made with many different openings and openings, allowing the passage of air circulating around the combustion chamber into the latter.
Таким образом, отверстия, названные «первичными» отверстиями и отверстиями «разбавления», образованы в данных кольцевых стенках для перемещения воздуха внутри камеры сгорания. Воздух, использующий для прохода первичные отверстия, способствует созданию воздушно-топливной смеси, которая сжигается в камере, в то время как воздух, поступающий из отверстий разбавления, предназначен для того, чтобы способствовать разбавлению данной той же самой воздушно-топливной смеси.Thus, openings called “primary” openings and “dilution” openings are formed in these annular walls to move air within the combustion chamber. The air using the primary openings for the passage helps to create an air-fuel mixture that is burned in the chamber, while the air coming from the dilution openings is intended to facilitate the dilution of this same air-fuel mixture.
Внутренняя и наружная кольцевые стенки подвергаются воздействию высоких температур газа, образующегося в результате сжигания воздушно-топливной смеси.The inner and outer annular walls are exposed to high temperatures of the gas resulting from the combustion of the air-fuel mixture.
Для обеспечения их охлаждения дополнительные так называемые отверстия мультиперфорации также просверлены сквозь данные кольцевые стенки на всей их поверхности. Данные отверстия мультиперфорации, имеющие наклон под углом, как правило, равным 60°, обеспечивают возможность прохода воздуха, циркулирующего снаружи камеры, внутрь последней для образования пленок охлаждающего воздуха вдоль стенок.To ensure their cooling, additional so-called multiperforation holes are also drilled through these annular walls on their entire surface. These multi-perforation openings, having an inclination at an angle of, as a rule, equal to 60 °, provide the possibility of the passage of air circulating outside the chamber into the latter to form films of cooling air along the walls.
Однако на практике было отмечено, что зона внутренней и наружной кольцевых стенок, которая расположена непосредственно позади по потоку от каждого из первичных отверстий или отверстий разбавления, в частности, вследствие отсутствия отверстий, образованных в результате использования технологии лазерного сверления, имеет низкий уровень охлаждения с сопутствующим риском образования трещин.However, in practice, it was noted that the area of the inner and outer annular walls, which is located directly behind the stream from each of the primary holes or dilution holes, in particular, due to the absence of holes formed as a result of using laser drilling technology, has a low cooling level with concomitant risk of cracking.
Для решения данной проблемы в документе US 6145319 предложено выполнение переходных отверстий в зоне стенки, расположенной по потоку непосредственно позади от каждого из первичных отверстий и отверстий разбавления, при этом данные переходные отверстия имеют меньший угол наклона по сравнению с углом наклона отверстий мультиперфорации. Однако при условии, что это представляет собой локализованную обработку, данное решение, к сожалению, оказывается особенно дорогостоящим и приводит к значительному увеличению длительности изготовления стенок.To solve this problem, US Pat. No. 6,145,319 proposes the implementation of vias in a wall zone located downstream of each of the primary and dilution apertures, wherein these vias have a smaller angle of inclination compared to the angle of inclination of the multi-perforation holes. However, provided that this is a localized treatment, this solution, unfortunately, is especially expensive and leads to a significant increase in the duration of the manufacture of walls.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача настоящего изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков и в разработке кольцевой стенки камеры сгорания, которая обеспечивает надлежащее охлаждение зон, расположенных по потоку непосредственно позади от первичных отверстий и отверстий разбавления.The present invention is to eliminate the above disadvantages and to develop an annular wall of the combustion chamber, which provides proper cooling of the areas located downstream directly from the primary holes and dilution holes.
Для решения задачи предлагается кольцевая стенка камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющая холодную сторону и горячую сторону, при этом указанная кольцевая стенка содержит:To solve the problem, an annular wall of a combustion chamber of a gas turbine engine is proposed having a cold side and a hot side, wherein said annular wall contains:
- множество первичных отверстий, распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны указанной кольцевой стенки, к горячей стороне для создания воздушно-топливной смеси;- a plurality of primary openings distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side of the annular wall to pass to the hot side to create an air-fuel mixture;
- множество отверстий разбавления, распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны указанной кольцевой стенки, к горячей стороне для обеспечения разбавления воздушно-топливной смеси; и- a plurality of dilution holes distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side of the annular wall to pass to the hot side to allow dilution of the air-fuel mixture; and
- множество отверстий охлаждения, предназначенных для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны указанной кольцевой стенки, к горячей стороне для образования пленки охлаждающего воздуха вдоль указанной кольцевой стенки, при этом указанные отверстия охлаждения распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении, и геометрические оси каждого из указанных отверстий охлаждения наклонены в аксиальном направлении D потока газообразных продуктов сгорания под углом θ1 наклона относительно нормали N к указанной кольцевой стенке;a plurality of cooling holes intended to allow air circulating from the cold side of said annular wall to pass to the hot side to form a film of cooling air along said annular wall, said cooling holes being distributed in accordance with a plurality of circumferential rows spaced apart from a friend defined in the axial direction, and the geometric axes of each of these cooling holes are inclined in the axial direction D of the pot and gaseous combustion products at an angle θ1 of inclination relative to the normal N to said annular wall;
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит множество дополнительных отверстий охлаждения, расположенных, с одной стороны, по потоку непосредственно позади от указанных первичных отверстий и, с другой стороны, по потоку непосредственно позади от указанных отверстий разбавления и распределенных в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении,characterized in that it further comprises a plurality of additional cooling holes located, on the one hand, upstream directly from said primary holes and, on the other hand, upstream directly from said dilution holes and distributed in accordance with a plurality of circumferential rows arranged at a distance from each other, defined in the axial direction,
при этом геометрические оси каждого из указанных дополнительных отверстий охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, и наклонены под углом θ2 наклона относительно нормали N к указанной кольцевой стенке.while the geometric axis of each of these additional cooling holes are located in a plane perpendicular to the indicated axial direction D and are inclined at an angle θ2 of inclination relative to the normal N to the specified annular wall.
Наличие дополнительных отверстий охлаждения, расположенных наклонно в плоскости, перпендикулярной к направлению потока газообразных продуктов сгорания, по потоку непосредственно позади от первичных отверстий и отверстий разбавления и рядом с первичными отверстиями и отверстиями разбавления, обеспечивает эффективное охлаждение по сравнению с классической аксиальной мультиперфорацией, при которой наличие данных отверстий препятствует образованию воздушной пленки, и при этом не изменяется поток в первичной зоне.The presence of additional cooling holes located obliquely in the plane perpendicular to the direction of flow of the gaseous products of combustion, the flow directly behind the primary holes and dilution holes and next to the primary holes and dilution holes, provides effective cooling compared to classical axial multiperforation, in which these holes prevents the formation of an air film, and thus does not change the flow in the primary zone.
Кольцевая стенка предпочтительно содержит на уровне переходной зоны, образованной по потоку позади от указанного множества рядов дополнительных отверстий, по меньшей мере два ряда отверстий, в которых геометрические оси каждого из указанных отверстий наклонены относительно плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, под углом наклона, определяемым как разный для каждого из указанных двух рядов.The annular wall preferably comprises, at the level of the transition zone formed downstream of the plurality of rows of additional holes, at least two rows of holes in which the geometric axes of each of these holes are inclined relative to a plane perpendicular to the indicated axial direction D at an angle of inclination, defined as different for each of these two rows.
В соответствии с другим вариантом осуществления кольцевая стенка камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющая холодную сторону и горячую сторону, может также содержать:In accordance with another embodiment, the annular wall of the combustion chamber of a gas turbine engine having a cold side and a hot side may also comprise:
- множество первичных отверстий или отверстий разбавления, распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны указанной кольцевой стенки, к горячей стороне соответственно для создания воздушно-топливной смеси или для обеспечения разбавления воздушно-топливной смеси; и- a plurality of primary holes or dilution holes distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side of the annular wall to pass to the hot side, respectively, to create an air-fuel mixture or to dilute the air-fuel mixture; and
- множество отверстий охлаждения, предназначенных для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны указанной кольцевой стенки, к горячей стороне для образования пленки охлаждающего воздуха вдоль указанной кольцевой стенки, при этом указанные отверстия охлаждения распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении, и геометрические оси каждого из указанных отверстий охлаждения наклонены в аксиальном направлении D потока газообразных продуктов сгорания под углом θ1 наклона относительно нормали N к указанной кольцевой стенке;a plurality of cooling holes intended to allow air circulating from the cold side of said annular wall to pass to the hot side to form a film of cooling air along said annular wall, said cooling holes being distributed in accordance with a plurality of circumferential rows spaced apart from a friend defined in the axial direction, and the geometric axes of each of these cooling holes are inclined in the axial direction D of the pot and gaseous combustion products at an angle θ1 of inclination relative to the normal N to said annular wall;
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит множество дополнительных отверстий охлаждения, расположенных по потоку непосредственно позади от указанных первичных отверстий или отверстий разбавления и распределенных в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении,characterized in that it further comprises a plurality of additional cooling holes located downstream directly from said primary holes or dilution holes and distributed in accordance with a plurality of circumferential rows spaced apart from one another, defined in the axial direction,
при этом геометрические оси каждого из указанных дополнительных отверстий охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, и наклонены под углом θ2 наклона относительно нормали N к указанной кольцевой стенке,while the geometric axis of each of these additional cooling holes are located in a plane perpendicular to the specified axial direction D, and are inclined at an angle θ2 of inclination relative to the normal N to the specified annular wall,
и тем, что она дополнительно содержит на уровне переходной зоны, образованной по потоку позади от указанного множества рядов дополнительных отверстий по меньшей мере два ряда отверстий, в которых геометрические оси каждого из указанных отверстий наклонены относительно плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, под углом наклона, определяемым как разный для каждого из указанных двух рядов.and the fact that it additionally contains at the level of the transition zone formed downstream from the specified set of rows of additional holes at least two rows of holes in which the geometric axes of each of these holes are inclined relative to a plane perpendicular to the indicated axial direction D at an angle slope, defined as different for each of these two rows.
За счет сглаживания потоков данная переходная зона круговращательно-аксиальной мультиперфорации обеспечивает уменьшение температурного градиента в зоне начала возникновения трещин. Профиль средних температур на выходе камеры улучшается вследствие получающейся в результате более эффективной смеси.Due to smoothing of flows, this transitional zone of rotationally axial multi-perforation provides a decrease in the temperature gradient in the zone of initiation of cracks. The average temperature profile at the outlet of the chamber improves due to the resulting more efficient mixture.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения указанный угол θ2 наклона указанных дополнительных отверстий относительно нормали N к указанной кольцевой стенке идентичен углу θ1 наклона указанных отверстий охлаждения.According to a preferred embodiment of the invention, said inclination angle θ2 of said additional holes relative to the normal N to said annular wall is identical to the inclination angle θ1 of said cooling holes.
Диаметр d2 указанных дополнительных отверстий предпочтительно идентичен диаметру d1 указанных отверстий охлаждения, и шаг р2 указанных дополнительных отверстий предпочтительно идентичен шагу р1 указанных отверстий охлаждения, и указанные дополнительные отверстия предпочтительно могут иметь большую плотность расположения непосредственно позади по потоку от первичных отверстий и отверстий разбавления.The diameter d2 of said additional holes is preferably identical to the diameter d1 of said cooling holes, and the pitch p2 of said additional holes is preferably identical to the pitch p1 of said cooling holes, and said additional holes may preferably have a higher density directly behind the primary holes and dilution holes.
В том случае когда кольцевая стенка содержит данные два ряда отверстий, указанные углы наклона составляют соответственно 30° и 60°. Указанные два ряда отверстий в этом случае представляют собой или два ряда дополнительных отверстий, расположенные по потоку непосредственно спереди от ряда отверстий охлаждения, или два ряда отверстий охлаждения, расположенные по потоку непосредственно позади от ряда дополнительных отверстий, или ряд дополнительных отверстий и соседний ряд отверстий охлаждения.In the case where the annular wall contains these two rows of holes, the indicated inclination angles are 30 ° and 60 °, respectively. These two rows of holes in this case are either two rows of additional holes located downstream directly from the row of cooling holes, or two rows of cooling holes located downstream directly from the row of additional holes, or a series of additional holes and an adjacent row of cooling holes .
В том случае когда кольцевая стенка содержит несколько рядов отверстий, указанные углы наклона распределены равномерно между 0° и 90°.In the case where the annular wall contains several rows of holes, these inclination angles are evenly distributed between 0 ° and 90 °.
Направление наклона указанных дополнительных отверстий предпочтительно ограничено направлением потока воздушно-топливной смеси по потоку позади от указанной камеры сгорания.The inclination direction of these additional openings is preferably limited by the direction of flow of the air-fuel mixture upstream of said combustion chamber.
Другая задача настоящего изобретения состоит в разработке камеры сгорания и газотурбинного двигателя (имеющего камеру сгорания), содержащих кольцевую стенку, такую как определена ранее.Another objective of the present invention is to provide a combustion chamber and a gas turbine engine (having a combustion chamber) comprising an annular wall, as previously defined.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания, представленного со ссылкой на приложенные чертежи, которые иллюстрируют вариант осуществления, лишенный какого-либо ограничительного характера.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description, provided with reference to the attached drawings, which illustrate an embodiment without any limiting character.
На фигурах: In the figures:
- фиг. 1 представляет собой продольное сечение камеры сгорания газотурбинного двигателя в окружающей ее среде;- FIG. 1 is a longitudinal section of a combustion chamber of a gas turbine engine in its environment;
- фиг. 2 представляет собой частичный и развернутый вид одной из кольцевых стенок камеры сгорания по фиг. 1 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; и- FIG. 2 is a partial and expanded view of one of the annular walls of the combustion chamber of FIG. 1 in accordance with one embodiment of the invention; and
- фиг. 3 представляет собой частичный вид в перспективе части кольцевой стенки по фиг. 2.- FIG. 3 is a partial perspective view of a portion of the annular wall of FIG. 2.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Фиг. 1 иллюстрирует в окружающей ее среде камеру 10 сгорания для газотурбинного двигателя. Подобный газотурбинный двигатель содержит, в частности, секцию сжатия (непоказанную), в которой воздух сжимается перед вводом его под давлением в кожух 12 камеры, затем в камеру 10 сгорания, установленную внутри кожуха 12. Сжатый воздух вводится в камеру сгорания и смешивается с топливом перед сжиганием. Газы, образующиеся в результате этого сжигания, направляются к турбине 14 высокого давления, расположенной у выхода камеры сгорания.FIG. 1 illustrates in its environment a
Камера сгорания представляет собой камеру кольцевого типа. Она образована внутренней кольцевой стенкой 16 и наружной кольцевой стенкой 18, которые соединены спереди по потоку поперечной стенкой 20, образующей основание камеры. Она может быть прямоточной, как проиллюстрированная, или противоточной. В этом случае колено возврата, которое также может охлаждаться посредством многочисленных просверленных отверстий, расположено между камерой сгорания и распределителем турбины.The combustion chamber is an annular type chamber. It is formed by an inner
Кольцевые внутренняя 16 и наружная 18 стенки простираются вдоль продольной оси с небольшим наклоном относительно продольной оси 22 газотурбинного двигателя. Основание 20 камеры выполнено с множеством отверстий 20А, в которых установлены топливные форсунки 24.The annular inner 16 and outer 18 walls extend along the longitudinal axis with a slight slope relative to the
Кожух 12 камеры, который образован внутренней огибающей частью 12а и наружной огибающей частью 12b, образует вместе с камерой 10 сгорания кольцевые пространства 26, в которые поступает сжатый воздух, предназначенный для сжигания, разбавления и охлаждения камеры.The
Каждая из кольцевых внутренней 16 и наружной 18 стенок имеет холодную сторону 16а, 18а, расположенную со стороны кольцевого пространства 26, в котором циркулирует сжатый воздух, и горячую сторону 16b, 18b, обращенную к внутренней части камеры сгорания (фиг. 3).Each of the annular inner 16 and outer 18 walls has a
Камера 10 сгорания разделена на зону, называемую «первичной» (или зоной сжигания), и зону, называемую «вторичной» (или зоной разбавления), расположенную по потоку позади от предшествующей зоны («позади по потоку» означает относительно общего аксиального направления потока газов, образующихся в результате сжигания воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания и изображенных в виде стрелки D).The
Воздух, который подается в первичную зону камеры сгорания, вводится через окружной ряд первичных отверстий 28, образованных в кольцевых внутренней 16 и наружной 18 стенках камеры на всей длине окружности данных кольцевых стенок. Данные первичные отверстия имеют заднюю по потоку кромку, выровненную вдоль одной и той же линии 28А. Что касается воздуха, поступающего во вторичную зону камеры, то он проходит через множество отверстий 30 разбавления, также образованных на кольцевых внутренней 16 и наружной 18 стенках на всей длине окружности данных кольцевых стенок. Данные отверстия 30 разбавления выровнены в соответствии с окружным рядом, который смещен в аксиальном направлении дальше по потоку относительно рядов первичных отверстий 28, и отверстия 30 разбавления могут иметь разные диаметры, в частности, при чередовании больших и малых отверстий. В конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 2, данные отверстия разбавления с разными диаметрами, тем не менее, имеют заднюю по потоку кромку, выровненную относительно одной и той же линии 30А.Air that is supplied to the primary zone of the combustion chamber is introduced through the circumferential row of
Для охлаждения кольцевых внутренней 16 и наружной 18 стенок камеры сгорания, которые подвергаются воздействию высоких температур со стороны газообразных продуктов сгорания, выполнено множество отверстий 32 охлаждения (проиллюстрированных на фиг. 2 и 3).To cool the annular inner 16 and outer 18 walls of the combustion chamber, which are exposed to high temperatures from the side of the gaseous products of combustion, a plurality of
Данные отверстия 32, которые обеспечивают охлаждение стенок 16, 18 посредством мультиперфорации, распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении. Данные ряды отверстий мультиперфорации охватывают всю поверхность кольцевых стенок камеры, за исключением определенных зон, образующих предмет изобретения, точно ограниченных и находящихся между линией 28А, 30А, образующей переднюю по потоку ось перехода, и задней по потоку осью перехода, смещенной в аксиальном направлении дальше по потоку относительно данной оси, передней по потоку, и расположенной или, по существу, перед отверстиями разбавления (для задней по потоку оси 28В), или, по существу, перед выходной плоскостью камеры (для задней по потоку оси 30В).These
Число и диаметр d1 отверстий 32 охлаждения идентичны в каждом из рядов. Шаг р1 между двумя отверстиями одного и того же ряда является постоянным и может быть идентичным или неидентичным для всех рядов. Кроме того, соседние ряды отверстий охлаждения являются стреловидными, так что отверстия 32 могут быть расположены в шахматном порядке, как показано на фиг. 2.The number and diameter d1 of the cooling holes 32 are identical in each of the rows. The pitch p1 between two holes of the same row is constant and may be identical or non-identical for all rows. In addition, adjacent rows of cooling holes are swept so that
Как проиллюстрировано на фиг. 3, отверстия 32 охлаждения, как правило, имеют угол θ1 наклона относительно нормали N к кольцевой стенке 16, 18, в которой они выполнены. Данный угол θ1 наклона позволяет воздуху, проходящему через данные отверстия, образовывать пленку воздуха вдоль горячей стороны 16b, 18b кольцевой стенки. В сравнении с отверстиями, не имеющими наклона, он обеспечивает увеличение поверхности кольцевой стенки, которая охлаждается. Кроме того, наклон отверстий 32 охлаждения под углом θ1 направлен так, что образующаяся в результате пленка воздуха растекается в направлении потока газообразных продуктов сгорания внутри камеры (показанном стрелкой D).As illustrated in FIG. 3, cooling holes 32 typically have a tilt angle θ1 with respect to the normal N to the
В качестве примера для кольцевой стенки 16, 18, образованной из металлического или керамического материала и имеющей толщину, составляющую от 0,6 до 3,5 мм, диаметр d1 отверстий 32 охлаждения может составлять от 0,3 до 1 мм, шаг р1 может составлять от 1 до 10 мм, и угол θ1 их наклона может составлять от +30° до +70°, как правило, +60°. В качестве сравнения для кольцевой стенки, имеющей такие же характеристики, первичные отверстия 28 и отверстия 30 разбавления имеют диаметр, составляющий порядка 4-20 мм.As an example, for an
В соответствии с изобретением каждая кольцевая стенка 16, 18 камеры сгорания содержит множество расположенных по потоку непосредственно позади от первичных отверстий 28 и отверстий 30 разбавления и распределенных в соответствии с несколькими окружными рядами, как правило, по меньшей мере 5 рядами в зоне от передней по потоку оси 28А, 30А перехода до задней по потоку оси 28В, 30В перехода, дополнительных отверстий 34 охлаждения. Однако в сравнении с прежними отверстиями охлаждения, которые обеспечивают создание пленки воздуха, растекающейся в аксиальном направлении D, пленка воздуха, создаваемая посредством данных дополнительных отверстий, растекается в перпендикулярном направлении вследствие их расположения в плоскости, перпендикулярной к данному аксиальному направлению D потока газообразных продуктов сгорания. Данная мультиперфорация, выполненная в направлении, перпендикулярном к оси газотурбинного двигателя (в описании это будет названо круговращательной/круговой мультиперфорацией в отличие от аксиальной мультиперфорации отверстий охлаждения), обеспечивает сближение дополнительных отверстий для первичных отверстий или отверстий разбавления и повышение эффективности воздушно-топливной смеси.In accordance with the invention, each
Дополнительные отверстия 34 из одного и того же ряда имеют одинаковый диаметр d2, предпочтительно идентичный диаметру d1 отверстий 32 охлаждения, расположены с постоянным шагом р2, который может быть идентичным или не идентичным шагу р1 между отверстиями 32 охлаждения, и имеют угол θ2 наклона, предпочтительно идентичный углу θ1 наклона отверстий 32 охлаждения, но при этом наклон выполнен в перпендикулярной плоскости. Тем не менее, несмотря на то, что данные характеристики по-прежнему находятся в пределах диапазонов величин, определенных выше, данные характеристики дополнительных отверстий 34 мог, по существу, отличаться от характеристик отверстий 32 охлаждения, то есть угол θ2 наклона дополнительных отверстий из одного и того же ряда относительно нормали N к кольцевой стенке 16, 18 может отличаться от угла θ1 наклона отверстий охлаждения, и диаметр d2 дополнительных отверстий из одного и того же ряда может отличаться от диаметра d1 отверстий 32 охлаждения.
Однако в соответствии с потребностью в предпочтительном охлаждении дополнительные отверстия 34, расположенные за рядом первичных отверстий 28, также предпочтительно могут иметь характеристики в части, касающейся наклона, диаметра или шага, отличающиеся от характеристик дополнительных отверстий, расположенных за рядом отверстий 30 разбавления, и, в частности, в пределах одной и той же зоны может быть предусмотрено различие в диаметре d2 и шаге р2, чтобы сделать данное охлаждение более интенсивным в частях с наибольшими термическими напряжениями, то есть в тех, которые расположены по потоку непосредственно позади от первичных отверстий и больших отверстий разбавления, когда последние образованы чередующимися большими и малыми отверстиями, как проиллюстрировано на фиг. 2.However, in accordance with the need for preferred cooling, the
Введение круговращательной/круговой мультиперфорации между рядом первичных отверстий и рядом отверстий разбавления предотвращает образование трещин позади по потоку от первичных отверстий 28 за счет ограничения увеличения температурного градиента. Поскольку мультиперфорация, передняя по потоку относительно отверстий 30 разбавления, от задней по потоку оси 28В перехода представляет собой мультиперфорацию аксиального типа, необходимо предусмотреть переходную зону, образованную, например, из двух рядов, в которых каждое из дополнительных отверстий 34 охлаждения расположено в плоскости, имеющей наклон в одном ряду на угол, составляющий 30°, и в другом ряду на угол, составляющий 60°, относительно аксиального направления D, при этом остальные параметры, в частности диаметр d2, шаг р2 и угол θ2 наклона данных дополнительных отверстий в данных наклонных плоскостях остаются неизмененными.The introduction of circular / circular multiperforation between the row of primary holes and the row of dilution holes prevents the formation of cracks downstream of the
Аналогичным образом на выходе камеры, более точно, начиная от задней по потоку оси 30В перехода (фиг. 2), введение аксиальной мультиперфорации соответствует локальному уровню круговращательного движения, чтобы не потерять выходной мощности, обеспечиваемой камерой сгорания для турбины (TuHP) высокого давления. Предпочтительным образом также желательно предусмотреть переходную зону круговращательно-аксиальной мультиперфорации для сглаживания потоков с целью уменьшения температурного градиента в зоне начала возникновения трещин. Профиль средних температур на выходе камеры улучшается вследствие получающейся в результате более эффективной смеси. Данная переходная зона, например, может быть выполнена в виде двух рядов дополнительных отверстий охлаждения, каждое из которых расположено в плоскости, имеющей наклон в одном ряду под углом, составляющим 30°, и в другом ряду под углом, составляющим 60°, относительно аксиального направления D, при этом остальные параметры, в частности диаметр d2, шаг р2 и угол θ2 наклона дополнительных отверстий в данных наклонных плоскостях остаются неизмененными. В случае противоточной камеры сгорания данная зона, начинающаяся от оси 30В, не может существовать или не может быть выполнена в колене возврата.Similarly, at the chamber exit, more precisely, starting from the upstream transition axis 30B of the transition (Fig. 2), the introduction of axial multiperforation corresponds to the local level of circular rotation so as not to lose the output power provided by the combustion chamber for the high pressure turbine (TuHP). In a preferred manner, it is also desirable to provide a transition zone of rotationally axial multiperforation for smoothing flows in order to reduce the temperature gradient in the zone of initiation of cracks. The average temperature profile at the outlet of the chamber improves due to the resulting more efficient mixture. This transition zone, for example, can be made in the form of two rows of additional cooling holes, each of which is located in a plane having an inclination in one row at an angle of 30 ° and in the other row at an angle of 60 ° relative to the axial direction D, while the remaining parameters, in particular the diameter d2, pitch p2 and the angle θ2 of the inclination of the additional holes in these inclined planes remain unchanged. In the case of a counterflow combustion chamber, this zone starting from axis 30B cannot exist or cannot be made in the return elbow.
Очевидно, что если переходная зона была описана на уровне круговращательной/круговой мультиперфорации, нет проблемы размещения ее на уровне аксиальной мультиперфорации или даже расположения ее между рядом аксиальной мультиперфорации с наклоном под углом 30° и рядом круговращательной/круговой мультиперфорации с наклоном под углом 60°. Аналогичным образом данная переходная зона может содержать более двух рядов, при этом угол наклона отверстий в этом случае распределяется равномерно между 0° (аксиальная мультиперфорация) и 90° (круговращательная/круговая мультиперфорация). Например, при трех рядах угол наклона отверстий будет соответственно составлять 22,5°, 45° и 67,5°.Obviously, if the transition zone has been described at the level of rotational / circular multiperforation, there is no problem placing it at the level of axial multiperforation or even positioning it between a series of axial multiperforations with an inclination at an angle of 30 ° and a series of rotational / circular multiperforations with an inclination at a angle of 60 °. Similarly, this transition zone may contain more than two rows, with the angle of inclination of the holes in this case being evenly distributed between 0 ° (axial multiperforation) and 90 ° (circular / circular multiperforation). For example, with three rows, the angle of inclination of the holes will be respectively 22.5 °, 45 ° and 67.5 °.
При использовании изобретения поток в первичной зоне не изменяется, и круговращательное движение не влияет на ориентацию разбавляющих струй, и исключение теплового барьера обеспечивает выигрыш в отношении массы и соответственно стоимости. Также очевидно, что для сохранения направлений потока в распределителе высокого давления (HPD - high-pressure distributor) и избежания аэродинамических расслоений, и поддержания выходной мощности турбины высокого давления направление сверления круговращательной/круговой мультиперфорации определяется ориентацией аэродинамических профилей распределителя высокого давления (HPD) по потоку позади от камеры сгорания.When using the invention, the flow in the primary zone does not change, and the circular motion does not affect the orientation of the dilution jets, and the exclusion of the thermal barrier provides a gain in terms of mass and, accordingly, cost. It is also obvious that in order to preserve the flow directions in the high-pressure distributor (HPD) and to avoid aerodynamic separation, and to maintain the output power of the high-pressure turbine, the direction of drilling of rotational / circular multiperforation is determined by the flow direction of the aerodynamic profiles of the high-pressure distributor (HPD) behind the combustion chamber.
Claims (12)
- множество первичных отверстий (28), распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны (16а, 18а) указанной кольцевой стенки, к горячей стороне (16b, 18b) для создания воздушно-топливной смеси;
- множество отверстий (30) разбавления, распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны (16а, 18а) указанной кольцевой стенки, к горячей стороне (16b, 18b) для обеспечения разбавления воздушно-топливной смеси; и
- множество отверстий (32) охлаждения, предназначенных для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны (16а, 18а) указанной кольцевой стенки, к горячей стороне (16b, 18b) для образования пленки охлаждающего воздуха вдоль указанной кольцевой стенки, при этом указанные отверстия охлаждения распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении, и геометрические оси каждого из указанных отверстий охлаждения наклонены в аксиальном направлении D потока газообразных продуктов сгорания под углом θ1 относительно нормали N к указанной кольцевой стенке;
отличающаяся тем, что дополнительно содержит множество дополнительных отверстий (34) охлаждения, расположенных, с одной стороны, по потоку непосредственно позади от указанных первичных отверстий и, с другой стороны, по потоку непосредственно позади от указанных отверстий разбавления и распределенных в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении,
при этом геометрические оси каждого из указанных дополнительных отверстий охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, и наклонены под углом θ2 относительно нормали N к указанной кольцевой стенке.1. An annular wall (16, 18) of a combustion chamber of a gas turbine engine having a cold side (16a, 18a) and a hot side (16b, 18b), wherein said annular wall comprises:
- a plurality of primary openings (28) distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side (16a, 18a) of said annular wall to the hot side (16b, 18b) to create an air-fuel mixture;
- a plurality of dilution holes (30) distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side (16a, 18a) of said annular wall to the hot side (16b, 18b) to allow dilution of the air-fuel mixture; and
- a plurality of cooling holes (32) designed to allow air circulating from the cold side (16a, 18a) of said annular wall to the hot side (16b, 18b) to form a cooling air film along said annular wall, said holes cooling are distributed in accordance with many circumferential rows located at a distance from each other, determined in the axial direction, and the geometric axis of each of these cooling holes are inclined axially on D systematic way flow of gaseous combustion products at an angle θ1 relative to the normal N to said annular wall;
characterized in that it further comprises a plurality of additional cooling holes (34) located, on the one hand, downstream directly from said primary holes and, on the other hand, downstream directly from said dilution holes and distributed in accordance with a plurality of circumferential rows located at a distance from each other, defined in the axial direction,
the geometric axes of each of these additional cooling holes are located in a plane perpendicular to the indicated axial direction D and are inclined at an angle θ2 relative to the normal N to the specified annular wall.
содержит в месте переходной зоны (28В, 30В), образованной по потоку позади от указанного множества рядов дополнительных отверстий, по меньшей мере два ряда отверстий, в которых геометрические оси каждого из указанных отверстий наклонены относительно плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, на угол, определяемый как разный для каждого из указанных двух рядов.5. The wall according to claim 1, characterized in that it further
contains in place of the transition zone (28B, 30B), formed upstream behind the specified set of rows of additional holes, at least two rows of holes in which the geometric axis of each of these holes are inclined relative to the plane perpendicular to the specified axial direction D, at an angle defined as different for each of these two rows.
- множество первичных отверстий (28) или отверстий (30) разбавления, распределенных в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны (16а, 18а) указанной кольцевой стенки, к горячей стороне (16b, 18b) соответственно для создания воздушно-топливной смеси или для обеспечения разбавления воздушно-топливной смеси; и
- множество отверстий (32) охлаждения, предназначенных для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны (16а, 18а) указанной кольцевой стенки, к горячей стороне (16b, 18b) для образования пленки охлаждающего воздуха вдоль указанной кольцевой стенки, при этом указанные отверстия охлаждения распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении, и геометрические оси каждого из указанных отверстий охлаждения наклонены и в аксиальном направлении D потока газообразных продуктов сгорания на угол θ1 относительно нормали N к указанной кольцевой стенке;
отличающаяся тем, что дополнительно содержит множество дополнительных отверстий (34) охлаждения, расположенных по потоку непосредственно позади от указанных первичных отверстий или отверстий разбавления и распределенных в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении,
при этом геометрические оси каждого из указанных дополнительных отверстий охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, и наклонены на угол θ2 относительно нормали N к указанной кольцевой стенке,
причем указанная кольцевая стенка дополнительно содержит в месте переходной зоны (28В, 30В), образованной по потоку позади от указанного множества рядов дополнительных отверстий, по меньшей мере два ряда отверстий, в которых геометрические оси каждого из указанных отверстий наклонены относительно плоскости, перпендикулярной к указанному аксиальному направлению D, под углом наклона, определяемым как разный для каждого из указанных двух рядов.6. An annular wall (16, 18) of a combustion chamber of a gas turbine engine having a cold side (16a, 18a) and a hot side (16b, 18b), wherein said annular wall comprises:
- a plurality of primary holes (28) or dilution holes (30) distributed in accordance with the circumferential row to allow air circulating from the cold side (16a, 18a) of said annular wall to the hot side (16b, 18b), respectively, to create air-fuel mixture or to ensure dilution of the air-fuel mixture; and
- a plurality of cooling holes (32) designed to allow air circulating from the cold side (16a, 18a) of said annular wall to the hot side (16b, 18b) to form a cooling air film along said annular wall, said holes cooling are distributed in accordance with many circumferential rows located at a distance from each other, determined in the axial direction, and the geometric axis of each of these cooling holes are inclined in the axial direction the direction D of the flow of gaseous products of combustion at an angle θ1 relative to the normal N to the specified annular wall;
characterized in that it further comprises a plurality of additional cooling holes (34) located downstream of said primary holes or dilution holes and distributed in accordance with a plurality of circumferential rows spaced apart from one another, defined in the axial direction,
while the geometric axis of each of these additional cooling holes are located in a plane perpendicular to the indicated axial direction D and are inclined by an angle θ2 relative to the normal N to the specified annular wall,
wherein said annular wall further comprises, in place of the transition zone (28B, 30B) formed upstream behind said plurality of rows of additional holes, at least two rows of holes in which the geometric axes of each of said holes are inclined relative to a plane perpendicular to said axial direction D, at an angle of inclination defined as different for each of these two rows.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1159704A FR2982008B1 (en) | 2011-10-26 | 2011-10-26 | ANNULAR ROOM OF COMBUSTION CHAMBER WITH IMPROVED COOLING AT THE PRIMARY HOLES AND DILUTION HOLES |
FR1159704 | 2011-10-26 | ||
PCT/FR2012/052446 WO2013060987A2 (en) | 2011-10-26 | 2012-10-25 | Annular wall of a combustion chamber with improved cooling at the primary and/or dilution holes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014121037A RU2014121037A (en) | 2015-12-10 |
RU2575490C2 true RU2575490C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5129231A (en) * | 1990-03-12 | 1992-07-14 | United Technologies Corporation | Cooled combustor dome heatshield |
US6145319A (en) * | 1998-07-16 | 2000-11-14 | General Electric Company | Transitional multihole combustion liner |
RU2300706C2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-06-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5129231A (en) * | 1990-03-12 | 1992-07-14 | United Technologies Corporation | Cooled combustor dome heatshield |
US6145319A (en) * | 1998-07-16 | 2000-11-14 | General Electric Company | Transitional multihole combustion liner |
RU2300706C2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-06-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Tubular annular combustion chamber of gas-turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6177785B2 (en) | Annular wall of combustion chamber with improved cooling at the primary and / or dilution hole level | |
RU2413134C2 (en) | Improved characteristics of combustion chamber by multi-perforation of its walls | |
CN107683391B (en) | Annular wall of a combustion chamber with optimized cooling | |
EP3176372B1 (en) | A cooled component of a turbomachine | |
US10359194B2 (en) | Film cooling hole arrangement for acoustic resonators in gas turbine engines | |
RU2665199C2 (en) | Burner arrangement and method for operating burner arrangement | |
US20080271457A1 (en) | Cooling Holes For Gas Turbine Combustor Having A Non-Uniform Diameter Therethrough | |
US20120304654A1 (en) | Combustion liner having turbulators | |
RU2584746C2 (en) | Annular combustion chamber for gas turbine engine containing improved holes for cooling | |
US20150362191A1 (en) | Combustor heat shield | |
US20160003477A1 (en) | Self-cooled orifice structure | |
RU2478875C2 (en) | Combustion chamber wall with optimised liquefaction and cooling; combustion chamber and gas turbine engine equipped with such wall | |
JP6012733B2 (en) | Combustion chamber wall | |
RU2575490C2 (en) | Circular combustion wall with perfected cooling at primary bores and/or dilution bores level | |
KR101911162B1 (en) | Gas turbine combustor | |
EP2975323B1 (en) | An annular combustion chamber wall arrangement | |
US20170089580A1 (en) | Single skin combustor with heat transfer enhancement | |
US9429323B2 (en) | Combustion liner with bias effusion cooling | |
US20160169517A1 (en) | Counter-swirl doublet combustor with plunged holes | |
JPH0230409B2 (en) | ||
KR101786375B1 (en) | Cyclone Combustor | |
RU2718375C2 (en) | Annular combustion chamber for gas turbine engine |