Камера сгорания газотурбинного двигателя

 

Использование: в высокотемпературных камерах сгорания газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: воздух из воздушной полости 3 камеры сгорания 1 через отверстие 14 в тонкостенном дефлекторе 10 поступает в полость М. Далее воздух, двигаясь между элементами охлаждения 22, 23 и 24 в направлении, преимущественно обратном к направлению течения газа в газовой полости 7, охлаждает внутреннюю стенку 25 сегмента 5. Интенсификации охлаждения способствуют выступы 19 на дефлекторе 10. Далее воздушный поток через выходные отверстия 15 попадает на козырек 16 и вытекает из щели 26, образуя пленочную завесу для стенки 25. Распределенное давление Р воспринимается силовым слоем 9, при этом дефлектор 10 прижимается к слою 9, что ведет к исключению вибрации, взаимного наклепа и разрушению сегмента 5, а также обеспечивает интенсивное охлаждение стенки 25. 7 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к высокотемпературным камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД).

Наиболее близкой к заявляемой является камера сгорания двигателя V 2500, жаровая труба которой выполнена двухслойной, причем наружный, обращенный к воздуху слой жаровой трубы выполнен силовым в виде кольцевой обечайки, к которой отдельными сегментами крепится внутренний слой жаровой трубы.

Такая конструкция имеет вес, в два раза превышающий вес жаровой трубы традиционной конструкции. Это связано с тем, что наружная кольцевая обечайка воспринимает весь перепад давления охлаждающего воздуха, действующий на жаровую трубу, и поэтому стенка наружной обечайки выполнена утолщенной. Отдельные сегменты, обращенные к газовой полости жаровой трубы и прикрепленные к наружной кольцевой обечайке, имеют также утолщенные стенки для предотвращения межкристаллитной газовой коррозии, а также в связи с тем, что на каждый сегмент действует частично перепад давления охлаждающего воздуха.

Поскольку в данной конструкции перепадом давления охлаждающего воздуха сегменты "отрываются" от несущей наружной стенки, это приводит к снижению эффективности охлаждения жаровой трубы за счет возможного возникновения зазоров между несущей стенкой и сегментом. Таким образом, камера сгорания известной конструкции имеет большой вес, низкую эффективность и к.п.д. системы охлаждения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении прочности конструкции в результате осуществления взаимного сжатия слоев сегментов перепадом давления охлаждающего воздуха в процессе работы камеры сгорания при одновременном повышении эффективности охлаждения путем упорядоченного течения охлаждающего воздуха.

Данная техническая задача решается за счет того, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащем корпус и жаровую трубу, состоящую из двухслойных сегментов, согласно изобретению, слои сегментов соединены между собой телескопически, наружный слой каждого сегмента выполнен в виде дефлектора, толщина которого составляет 15-45% от толщины внутреннего слоя сегмента, закрепленного на корпусе камеры сгорания, а на внутреннем слое со стороны дефлектора выполнены охлаждающие элементы. Кроме того, охлаждающие элементы внутреннего слоя сегмента могут иметь форму штырей или ребер.

Телескопическое соединение слоев сегментов позволяет свободно, без деформации слоям проскальзывать друг относительно друга при термических напряжениях.

Внутренний слой сегмента выполняет роль силового в отличие от прототипа, где силовым является наружный слой сегмента. В силу этих конструктивных особенностей в прототипе перепад давления охлаждающего воздуха приводит к "отрыву" слоев сегмента друг от друга, в то время как в предлагаемой конструкции перепад давления охлаждающего воздуха прижимает слои сегмента друг к другу. Наружный слой сегмента, выполненный в виде дефлектора, который установлен со стороны воздушной полости камеры сгорания, служит для организации охлаждения, т. е. несет аэродинамическую функцию. Ребристая поверхность дефлектора интенсифицирует охлаждение сегмента и одновременно служит для нейтрализации термических напряжений.

Толщина дефлектора составляет 15-45% от толщины внутреннего (силового) слоя сегмента, что позволяет дефлектору прижиматься к силовому слою сегмента при перепаде распределенного давления и ведет к исключению вибраций, взаимного наклепа и разрушения сегмента.

Если толщина дефлектора будет меньше вышеназванной величины, то повышается вероятность его разрушения под действием резкого перепада давления воздуха. Если дефлектор будет иметь более толстую стенку, то он в силу недостаточной гибкости будет сопротивляться прижатию к силовому слою сегмента, что снизит интенсивность охлаждения сегментов.

Выполнение охлаждающих элементов на внутреннем силовом слое сегмента со стороны дефлектора также позволяет повысить эффективность охлаждения камеры сгорания.

Таким образом, заявляемая конструкция камеры сгорания имеет эффективную систему охлаждения при повышенной прочности.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами. На фиг. 1 представлен разрез камеры сгорания; на фиг. 2 сегмент в увеличенном виде (элемент 1); на фиг. 3 элемент II; на фиг. 4 сечение А-А по сегменту жаровой трубы; фиг. 5 и 6 иллюстрируют два варианта исполнения сегмента жаровой трубы; на фиг. 7 представлен элемент III сегмента в увеличенном виде.

Камера сгорания (КС) 1 состоит из корпуса 2, в воздушной полости 3 которого размещена жаровая труба 4, состоящая из сегментов 5, закрепленных на стойках 6 корпуса 2. Внутри жаровой трубы 4 расположена газовая полость 7, где происходит горение топлива, подаваемого через форсунку 8 в жаровую трубу 4 КС 1. Каждый сегмент 5 жаровой трубы 4 состоит из внутреннего силового слоя 9, обращенного к газовой полости 7 жаровой трубы 4 и телескопически закрепленного на нем тонкостенного дефлектора 10. Дефлектор 10 закреплен на силовом слое 9 с помощью штырей 11, шайб 12 и головок 13 штырей, которые получают, например, путем оплавления выступающей части штыря 11. Диаметр Д отверстия в дефлекторе 10 превышает диаметр d штыря внутреннего слоя, что допускает взаимное перемещение слоев 9 и 10 при нагреве на работающей камере сгорания.

В дефлекторе 10 выполнены входные отверстия 14 для подвода охлаждающего воздуха в полость М между слоями 9 и 10. В слое 9 выполнены выходные отверстия 15 для подвода охлаждающего воздуха на козырек 16, который формирует пленочную заградительную завесу 17 со стороны газовой полости 7. Дефлектор 10 выполнен ребристым, т.е. имеет выступающие 18 или утопленные 19 зиги. Щели 20 между слоями 9 уплотняются с помощью вставок 21 или с помощью шипа и паза.

С целью интенсификации охлаждения со стороны дефлектора на внутреннем силовом слое 9 имеются охлаждающие элементы в виде осевых ребер 22 или штырьков 23 либо поперечных ребер 24, выполненных на стенке 25. Щели 26 служат для вытекания воздуха с образованием пленочной завесы. На внутреннем слое 9 выполнены фланцы 27 и 28 крепления сегмента 5 к диффузору 2 камеры сгорания.

Данное устройство работает следующим образом. Охлаждающий воздух из воздушной полости 3 камеры сгорания 1 через отверстия 14 в тонкостенном дефлекторе 10 поступает в полость М. Далее воздух, двигаясь между элементами охлаждения 22, 23, 24 в направлении, преимущественно обратном направлению течения газа в газовой полости 7, охлаждает внутреннюю стенку 25 сегмента 5. Интенсификации охлаждения способствуют выступы 19 на дефлекторе 10. Далее воздух через выходные отверстия 15 попадает на козырек 16 и вытекает из щели 26, образуя пленочную завесу для стенки 25.

Распределенное давление Р воспринимается силовым слоем 9, при этом дефлектор 10 прижимается к слою 9, что ведет к исключению вибрации, взаимного наклепа и разрушения сегмента 5, а также обеспечивает интенсивное охлаждение стенки 25 сегмента 5.

Формула изобретения

Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус и жаровую трубу, состоящую из двуслойных сегментов, на внутреннем слое которых выполнены охлаждающие элементы, отличающаяся тем, что внутренний слой сегментов закреплен не корпусе, наружный слой выполнен в виде дефлектора, толщина которого составляет 15 45% от толщины внутреннего слоя, а сегменты соединены между собой телескопически.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7