RU2786843C1 - Gas turbine engine - Google Patents

Gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2786843C1
RU2786843C1 RU2022104088A RU2022104088A RU2786843C1 RU 2786843 C1 RU2786843 C1 RU 2786843C1 RU 2022104088 A RU2022104088 A RU 2022104088A RU 2022104088 A RU2022104088 A RU 2022104088A RU 2786843 C1 RU2786843 C1 RU 2786843C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
flame tube
gas turbine
annular
holes
Prior art date
Application number
RU2022104088A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Application granted granted Critical
Publication of RU2786843C1 publication Critical patent/RU2786843C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas turbine engines.
SUBSTANCE: invention relates to gas turbine engines. The gas turbine engine contains an inlet device, a compressor, a turbine, an annular combustion chamber with nozzles, a flame tube, an annular gap between the outer casing of the flame tube and the combustion chamber housing, which communicates with the cavity of the flame tube, the flame tube is provided with holes for supplying cooling air. Holes for supplying cooling air are made with flanges; through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.
EFFECT: increasing the efficiency of the engine and reducing the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям - ГТД.The invention relates to gas turbine engines - GTE.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2193099, МПК F02K 3/100, опубл. 20.11.2002 г.Known gas turbine engine according to the RF patent for invention No. 2193099, IPC F02K 3/100, publ. November 20, 2002

Этот газотурбинный двигатель содержит корпус, компрессор, турбину, основную камеру сгорания, соединенную воздушным трактом с компрессором.This gas turbine engine contains a casing, a compressor, a turbine, a main combustion chamber connected by an air path to the compressor.

Недостатки неравномерное окружное поле температуры на выходе из камеры сгорания и относительно низкая полнота сгорания.Disadvantages uneven circumferential temperature field at the outlet of the combustion chamber and relatively low combustion efficiency.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2562822, МПК F02K 7/16, опубл. 20.07.2015 г., прототип.Known gas turbine engine according to the RF patent for the invention No. 2562822, IPC F02K 7/16, publ. 07/20/2015, prototype.

Этот ГТД содержит компрессор, камеру сгорания с жаровой трубой и форсунками, на форсуночной плите, жаровой трубой с внешним кожухом жаровой трубы, сообщающими внешний кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и внешним корпусом камеры с полостью жаровой и турбину, содержащую как минимум одну ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом.This gas turbine engine contains a compressor, a combustion chamber with a flame tube and nozzles on the nozzle plate, a flame tube with an outer shell of the flame tube, communicating the outer annular gap between the outer shell of the flame tube and the outer casing of the chamber with a chamber of the flame and a turbine containing at least one stage with nozzle apparatus and impeller.

Применение кольцевой камеры сгорания имеет преимущества перед трубчатой и трубчато-кольцевой камерами:The use of an annular combustion chamber has advantages over tubular and tubular-annular chambers:

- меньше габариты камеры сгорания,- smaller dimensions of the combustion chamber,

- меньше ее вес,- less weight

- немного лучше температурное поле на выходе из камеры сгорания.- slightly better temperature field at the exit from the combustion chamber.

Недостаток: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.Disadvantage: low completeness of fuel combustion in the combustion chamber and emission of harmful substances in exhaust gases.

Задачи создания изобретения повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.The objectives of the invention is to increase the efficiency of the engine and reduce the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Достигнутые технические результаты: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.Achieved technical results: increasing the efficiency of the engine and reducing the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Решение указанных задач достигнуто в газотурбинном двигателе, содержащем входное устройство, компрессор, турбину, кольцевую камеру сгорания с форсунками, жаровую трубу, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха, тем, что отверстия для подачи охлаждающего воздуха выполнены с отбортовками, жаровая труба снабжена карманами для подачи воздуха и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания, за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите, отверстий для подачи охлаждающего воздуха и карманов под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.The solution of these problems is achieved in a gas turbine engine containing an inlet device, a compressor, a turbine, an annular combustion chamber with nozzles, a flame tube, an annular gap between the outer casing of the flame tube and the combustion chamber housing, which communicates with the cavity of the flame tube, the flame tube is provided with holes for supplying cooling air, the fact that the holes for supplying cooling air are made with flanges, the flame tube is equipped with pockets for supplying air and is made with the possibility of swirling the combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber, due to the simultaneous placement of nozzles on the nozzle plate, holes for supplying cooling air and pockets at an angle to a plane passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…6, где:The essence of the invention is illustrated in Fig. 1…6, where:

на фиг. 1 приведена принципиальная схема газотурбинного двигателя,in fig. 1 shows a schematic diagram of a gas turbine engine,

на фиг. 2 приведена кольцевая камера сгорания,in fig. 2 shows an annular combustion chamber,

на фиг. 3 приведен вид А на фиг. 2,in fig. 3 shows view A in FIG. 2,

на фиг. 4 приведен вид В на фиг. 3,in fig. 4 shows view B in FIG. 3,

на фиг. 5 приведен разрез С - С на фиг. 2in fig. 5 shows section C-C in FIG. 2

на фиг. 6 приведен разрез D - D на фиг. 2in fig. 6 shows section D - D in FIG. 2

Перечень признаков, принятых в описании:The list of features accepted in the description:

входное устройство 1,input device 1,

компрессор 2,compressor 2,

направляющий аппарат 3.guide apparatus 3.

рабочее колесо компрессора 4,compressor impeller 4,

кольцевая камера сгорания 5,annular combustion chamber 5,

жаровая труба 6,flame tube 6,

внешний кожух 7,outer casing 7,

внешний кольцевой зазор 8,external annular gap 8,

корпус камеры 9,camera body 9,

полость жаровой трубы 10.the cavity of the flame tube 10.

форсуночная плита 11,nozzle plate 11,

форсунка 12nozzle 12

коллектор 13,manifold 13,

топливная система 14,fuel system 14,

турбина 15,turbine 15,

сопловой аппарат 16,nozzle apparatus 16,

рабочее колесо турбины 17,turbine impeller 17,

выхлопное устройство 18.exhaust device 18.

полость 19,cavity 19,

вал 20,shaft 20,

опора 21,support 21,

отверстия для подачи охлаждающего воздуха 22,holes for cooling air supply 22,

отбортовка 23,flanging 23,

карман 24,pocket 24,

перфорация 25,perforation 25,

отверстия для подачи воздуха 26.air holes 26.

Предложенный газотурбинный двигатель - ГТД повышенной экономичности содержит входное устройство 1, компрессор 2 с направляющими аппаратами 3 и рабочими колесами компрессора 4, кольцевую камеру сгорания 5 с жаровой трубой 6 с внешним кожухом 7 жаровой трубы 6, сообщающими внешний кольцевой зазор 8 между внешним кожухом 7 жаровой трубы 6 и корпусом камеры 9 с полостью жаровой трубы 10.The proposed gas turbine engine - gas turbine engine of increased efficiency contains an input device 1, a compressor 2 with guide vanes 3 and compressor wheels 4, an annular combustion chamber 5 with a flame tube 6 with an outer casing 7 of the flame tube 6, communicating an external annular gap 8 between the outer casing 7 of the flame pipes 6 and the chamber body 9 with the cavity of the flame tube 10.

На входном торце жаровой трубы 6 установлена форсуночная плита 11 с форсунками 12 и коллектором 13, к входу которого присоединена топливная система 14.At the inlet end of the flame tube 6 there is a nozzle plate 11 with injectors 12 and a manifold 13, to the inlet of which the fuel system 14 is connected.

К выходу из кольцевой камеры сгорания 5 присоединена турбина 15, содержащая, как минимум одну ступень с сопловым аппаратом 16 и рабочим колесом турбины 17.A turbine 15 is connected to the outlet of the annular combustion chamber 5, containing at least one stage with a nozzle apparatus 16 and a turbine wheel 17.

К выходу турбины 15 присоединено выхлопное устройство 18.An exhaust device 18 is connected to the outlet of the turbine 15.

Воздушный тракт включает входное устройство 1 и полость 19 между компрессором 2 и кольцевой камерой сгорания 5.The air path includes an inlet 1 and a cavity 19 between the compressor 2 and the annular combustion chamber 5.

Вал 20, соединяет рабочие колеса компрессора 4 и рабочее колесо турбины 17 и установлен на опорах 21. Опор 21 может быть более двух.Shaft 20 connects compressor impellers 4 and turbine impeller 17 and is mounted on supports 21. There can be more than two supports 21.

На жаровой трубе 6 выполнены отверстия для подачи охлаждающего воздуха 22 с отбортовками 23 и карманы 24 для заброса охлаждающего воздуха внутрь жаровой трубы 6 на значительную глубину. Отбортовки 23 отверстий для подачи охлаждающего воздуха 22 предназначены для создания направления охлаждающего воздуха с целью его закрутки вдоль оси 00 кольцевой камеры сгорания 4. На карманах 24 выполнена перфорация 25 для их охлаждения.On the flame tube 6 there are holes for supplying cooling air 22 with flanges 23 and pockets 24 for throwing cooling air into the flame tube 6 to a considerable depth. The flanges 23 of the holes for supplying cooling air 22 are designed to create the direction of the cooling air in order to swirl it along the axis 00 of the annular combustion chamber 4. The pockets 24 are perforated 25 to cool them.

На фиг. 2 приведена кольцевая камера сгорания.In FIG. 2 shows an annular combustion chamber.

На фиг. 3 приведен вид А форсунки 12.In FIG. 3 shows view A of nozzle 12.

На фиг. 4 приведен вид В на форсунки 12 и форсуночной плиты 11. Форсуночная плита 11 выполнена ступенчатой с внутренней стороны, а форсунки 12 установлены таким образом, чтобы их оси О1О1 были наклонены к продольной оси камеры сгорания OO на угол ϕ. Оптимальный угол наклона ϕ=30…60°.In FIG. 4 shows view B of the nozzles 12 and the nozzle plate 11. The nozzle plate 11 is stepped on the inside, and the nozzles 12 are installed in such a way that their axes O 1 O 1 are inclined to the longitudinal axis of the combustion chamber OO at an angle ϕ. Optimum angle of inclination ϕ=30…60°.

На фиг. 5 приведен разрез С-С отверстий для подачи охлаждающего воздуха 22. На фиг. 4 видно, что воздух, проходящий через отверстия для подачи охлаждающего воздуха 22 закручивается вдоль внутренней стенки внешнего кожуха 7. Это достигнуто выполнением отбортовок 23 под углом ϕ1 к продольной оси кольцевой камеры сгорания OO.In FIG. 5 shows a section C-C of the holes for supplying cooling air 22. FIG. 4 it can be seen that the air passing through the holes for supplying cooling air 22 twists along the inner wall of the outer casing 7. This is achieved by making flanges 23 at an angle ϕ 1 to the longitudinal axis of the annular combustion chamber OO.

Но продукты сгорания внутри кольцевой камеры сгорания 5 не закручиваются.But the combustion products inside the annular combustion chamber 5 do not twist.

Оптимальный угол установки отбортовок к плоскости OO, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания ϕ1=30…60°.The optimal installation angle of the flanges to the plane OO passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber ϕ 1 =30...60°.

На фиг. 6 приведен вариант закрутки продуктов сгорания во всем объеме кольцевой камеры сгорания 5. Это достигнуто применением карманов 24, значительно выступающих внутрь жаровой трубы 6 и оси которых наклонены к плоскостям, проходящим через продольную ось кольцевой камеры сгорания OO под углом ϕ2.In FIG. Figure 6 shows a variant of swirling the combustion products in the entire volume of the annular combustion chamber 5. This was achieved by using pockets 24 that protrude significantly into the flame tube 6 and whose axes are inclined to the planes passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber OO at an angle ϕ 2 .

Оптимальный угол установки карманов 24 к плоскости, проходящей через продольную ось OO кольцевой камеры ϕ2=7…30°The optimal installation angle of the pockets 24 to the plane passing through the longitudinal axis OO of the annular chamber ϕ 2 =7…30°

РАБОТА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯGAS TURBINE ENGINE OPERATION

При запуске газотурбинного двигателя (фиг. 1…6) стартером (не показан) раскручивают вал 20, который раскручивает рабочие колеса компрессора 4.When the gas turbine engine is started (Fig. 1…6), the starter (not shown) spins the shaft 20, which spins the impellers of the compressor 4.

Топливный газ при запуске ГТД поступает в топливный коллектор 13 и далее в форсунки 12 (фиг. 1).When starting the gas turbine engine, fuel gas enters the fuel manifold 13 and then to the injectors 12 (Fig. 1).

Форсунки 12 выполнены топливо-воздушными и воздух, необходимый для горения, поступает через отверстия для подачи воздуха 26, выполненные в форсуночной плите 11.The nozzles 12 are fuel-air and the air necessary for combustion enters through the air supply holes 26 made in the nozzle plate 11.

Воздух для охлаждения жаровой трубы 6 проходит также через отверстия для подачи охлаждающего воздуха 22 с отбортовками 23. Основная часть воздуха поступает через карманы 24 на значительную глубину внутрь жаровой трубы 6 и тоже закручивается. Перфорация 25 предназначена для создания пленочного охлаждения самих карманов 24.The air for cooling the flame tube 6 also passes through the holes for supplying cooling air 22 with flanges 23. The main part of the air enters through the pockets 24 to a considerable depth inside the flame tube 6 and also twists. The perforation 25 is designed to create a film cooling of the pockets 24 themselves.

Все средства закручивания закручивают воздух и продукты сгорания в кольцевой камере сгорания 5 в одну сторону. Это улучшит процесс горения и повысит полноту сгорания и уменьшит эмиссию вредных веществ.All swirl means swirl the air and combustion products in the annular combustion chamber 5 in one direction. This will improve the combustion process and increase the completeness of combustion and reduce the emission of harmful substances.

Кроме того, уменьшится окружная неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания.In addition, the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the annular combustion chamber will decrease.

Значительная закрутка потока относительно продольной оси OO кольцевой камеры сгорания позволит упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и, при необходимости, отказаться от его охлаждения, например применив керамику.Significant swirling of the flow relative to the longitudinal axis OO of the annular combustion chamber will simplify the design of the first turbine nozzle apparatus and, if necessary, refuse to cool it, for example, by using ceramics.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

- повысить полноту сгорания топлива в камере сгорания,- increase the completeness of fuel combustion in the combustion chamber,

- уменьшить эмиссию вредных веществ,- reduce the emission of harmful substances,

- снизить окружную неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания за счет закрутки продуктов сгорания в кольцевой камере сгорания предложенными средствами,- reduce the circumferential non-uniformity of the temperature field at the outlet of the annular combustion chamber by swirling the combustion products in the annular combustion chamber by the proposed means,

- упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и при необходимости отказаться от его охлаждения, например, применив керамику.- simplify the design of the first turbine nozzle apparatus and, if necessary, refuse to cool it, for example, by using ceramics.

Claims (1)

Газотурбинный двигатель, содержащий входное устройство, компрессор, турбину, кольцевую камеру сгорания с форсунками, жаровую трубу, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что отверстия для подачи охлаждающего воздуха выполнены с отбортовками, жаровая труба снабжена карманами для подачи воздуха и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите, отверстий для подачи охлаждающего воздуха и карманов под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.A gas turbine engine containing an inlet device, a compressor, a turbine, an annular combustion chamber with nozzles, a flame tube, an annular gap between the outer casing of the flame tube and the combustion chamber body, communicating with the cavity of the flame tube, the flame tube is provided with holes for supplying cooling air, characterized in that that the holes for supplying cooling air are made with flanges, the flame tube is equipped with pockets for supplying air and is made with the possibility of swirling the combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber due to the simultaneous placement of nozzles on the nozzle plate, holes for supplying cooling air and pockets at an angle to the plane, passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.
RU2022104088A 2022-02-15 Gas turbine engine RU2786843C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786843C1 true RU2786843C1 (en) 2022-12-26

Family

ID=

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099134A (en) * 1959-12-24 1963-07-30 Havilland Engine Co Ltd Combustion chambers
RU2493492C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber and nozzle module
RU2493495C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber
RU2562822C2 (en) * 2014-01-09 2015-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Aircraft gas turbine engine and method of its speedup
US9151223B2 (en) * 2010-06-15 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine combustion chamber arrangement of axial type of construction
US9151501B2 (en) * 2011-07-28 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine centripetal annular combustion chamber and method for flow guidance
RU2581267C2 (en) * 2013-11-12 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Device for combustion chamber with adjustable swirler for micro gas turbine engine, where turbine and compressor are turbo compressor of ice
RU2614305C2 (en) * 2011-08-26 2017-03-24 Турбомека Combustion chamber wall
RU2620187C1 (en) * 2015-12-17 2017-05-23 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099134A (en) * 1959-12-24 1963-07-30 Havilland Engine Co Ltd Combustion chambers
US9151223B2 (en) * 2010-06-15 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine combustion chamber arrangement of axial type of construction
US9151501B2 (en) * 2011-07-28 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine centripetal annular combustion chamber and method for flow guidance
RU2614305C2 (en) * 2011-08-26 2017-03-24 Турбомека Combustion chamber wall
RU2493492C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber and nozzle module
RU2493495C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber
RU2581267C2 (en) * 2013-11-12 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Device for combustion chamber with adjustable swirler for micro gas turbine engine, where turbine and compressor are turbo compressor of ice
RU2562822C2 (en) * 2014-01-09 2015-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Aircraft gas turbine engine and method of its speedup
RU2620187C1 (en) * 2015-12-17 2017-05-23 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2619963C2 (en) Tangential combustion chamber with vaneless turbine for gas turbine engine
US3958413A (en) Combustion method and apparatus
RU2605164C2 (en) Fuel nozzles unit and unit of combustion chamber
US8082739B2 (en) Combustor exit temperature profile control via fuel staging and related method
US7712314B1 (en) Venturi cooling system
JP5795716B2 (en) Gas turbine engine steam injection manifold
RU2626887C2 (en) Tangential annular combustor with premixed fuel and air for use on gas turbine engines
RU2014110628A (en) TUBULAR-RING COMBUSTION CHAMBER WITH STEPS AND TANGENTIAL FUEL AND AIR INJECTORS FOR USE IN GAS-TURBINE ENGINES
JPH11230548A (en) Improved convectionally-cooled, singe-stage, complete premixing system of combustor where air-fuel ratio is controllable
IL37737A (en) Annular slot combustor
US11236908B2 (en) Fuel staging for rotating detonation combustor
US2646664A (en) Annular fuel vaporizer for gas turbine engines
RU2014110631A (en) TUBULAR-RING COMBUSTION CAMERA WITH TANGENTALLY DIRECTED INJECTORS FOR FUEL-AIR MIXTURE DESIGNED FOR A GAS-TURBINE ENGINE
US20210278085A1 (en) Fuel Injector Flow Device
US8413446B2 (en) Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
RU2660729C2 (en) Combustion chamber for turbine engine with uniform air intake through the fuel injection system
CN110345512A (en) Gas-turbine unit
RU2786843C1 (en) Gas turbine engine
US11022309B2 (en) Combustor, and gas turbine including the same
CN110168205B (en) Gas turbine engine
US3267676A (en) Fuel burner structure
US5058374A (en) Injector
RU2783576C1 (en) Annular combustion chamber of a gas turbine engine
RU2625076C1 (en) Combustion chamber of gas turbine engine and means of air activation
RU2818793C1 (en) Annular combustion chamber of a gas turbine engine and a method of adjusting the operating mode of the annular combustion chamber of a gas turbine engine