Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя
Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит установленные в головке со стороны газовой полости жаровой трубы дефлектор, а также воздушный двухъярусный завихритель с внешней стороны жаровой трубы. Дефлектор относительно головки жаровой трубы установлен телескопически с помощью осевых стержней, выполненных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором через отверстия в головке жаровой трубы. Дефлектор также зафиксирован в осевом направлении втулками, установленными на стержнях с внешней стороны жаровой трубы, контактирующими боковыми поверхностями с ответными выемками в завихрителе и примыкающими одним торцом к головке жаровой трубы, а другим - к головке стержня. Дефлектор дополнительно установлен внутренними осевыми выступами на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя. Воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором выполнена сообщающейся с охлаждающим воздухом через перфорацию в головке жаровой трубы и соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую воздушную полость. Изобретение повышает надежность трубчато-кольцевой камеры сгорания за счет улучшения теплоотвода от дефлектора и исключения дополнительных напряжений при температурных деформациях. 4 ил.
Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известна трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке жаровой трубы которой установлен воздушный лопаточный завихритель и топливная форсунка, закрепленная в наружном корпусе [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981, стр.424, 425, рис.8.25].
Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за возможного прогара головки жаровой трубы, не защищенной дефлектором.
Наиболее близкой к предложенному изобретению является трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке жаровой трубы которой установлен дефлектор, жестко соединенный с головкой и двухъярусным воздушным завихрителем заклепочным крепежным соединением, причем дефлектор установлен со стороны внутренней полости жаровой трубы, а двухъярусный воздушный смеситель - с внешней стороны жаровой трубы [Патент РФ №2211409, МКИ F23R 3/42, 2003 г.].
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточная надежность вследствие низкого теплоотвода от дефлектора и возникновения напряжений при термических деформациях из-за различной температурной деформации дефлектора и головки жаровой трубы с воздушным завихрителем.
Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности трубчато-кольцевой камеры сгорания за счет улучшения теплоотвода от дефлектора и исключения дополнительных напряжений при температурных деформациях.
Сущность изобретения заключается в том, что в трубчато-кольцевой камере сгорания, в головке которой со стороны газовой полости жаровой трубы установлен дефлектор, а также воздушный двухъярусный завихритель с внешней стороны жаровой трубы, согласно изобретению дефлектор относительно головки жаровой трубы установлен телескопически с помощью осевых стержней, выполненных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, а также зафиксирован в осевом направлении втулками, установленными на стержнях с внешней стороны жаровой трубы, контактирующими боковыми поверхностями с ответными выемками в завихрителе и примыкающими одним торцом к головке жаровой трубы, а другим - к головке стержня, при этом дефлектор дополнительно установлен внутренними осевыми выступами на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя, а воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором выполнена сообщающейся с охлаждающим воздухом через перфорацию в головке жаровой трубы и соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую полость.
В первичной зоне газовой полости жаровой трубы с помощью воздушного завихрителя формируется зона обратных токов горячего газа, который движется навстречу основному потоку воздуха и распыленного топлива, интенсифицируя, таким образом, испарение топлива и способствуя стабилизации пламени.
Телескопическая установка дефлектора относительно головки жаровой трубы с помощью осевых стержней исключает появление дополнительных напряжений в головке и в дефлекторе при различной их температурной деформации.
Выполнение осевых стержней за одно целое с дефлектором, а также то, что они проходят с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, способствует улучшению теплоотвода от дефлектора и повышает надежность конструкции, т.к. стержни увеличивают холодную теплоотводящую поверхность дефлектора, и крепежные элементы с горячей стороны дефлектора отсутствуют.
Установка дефлектора на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя внутренними осевыми выступами дает возможность наиболее точно фиксировать дефлектор в радиальном направлении относительно завихрителя и головки. При работе камеры сгорания вследствие разницы тепловых деформаций дефлектора и головки жаровой трубы между его осевыми выступами и кольцевым ребром завихрителя может образоваться радиальный зазор. Дефлектор в этом случае фиксируется через осевые стержни боковыми поверхностями втулок относительно ответных выемок в завихрителе, расположенных в холодной зоне с внешней стороны жаровой трубы, чем обеспечивается надежная работа конструкции.
Воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую воздушную полость, что обеспечивает подвод охлаждающего воздуха между осевыми выступами дефлектора, повышая эффективность охлаждения головки жаровой трубы, дефлектора и сопла завихрителя. Выполнение головки жаровой трубы перфорированной со множеством отверстий на входе в воздушную полость обеспечивает струйное охлаждение всей поверхности дефлектора.
На фиг.1 показан продольный разрез трубчато-кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - вид А на фиг.2. На фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.3.
Трубчато-кольцевая камера сгорания 1 газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2 и внутреннего корпуса 3, в воздушной полости 4 между которыми установлены жаровые трубы 5 и кольцевой газосборник 6. В головке 7 жаровой трубы 5 со стороны воздушной полости 4 установлен с помощью неразъемного соединения 8 (например, сварки) двухъярусный воздушный лопаточный завихритель 9, на кольцевом внешнем радиальном ребре 10 которого с помощью внутренних осевых выступов 11 со стороны газовой полости 12 жаровой трубы 5 установлен дефлектор 13 с образованием кольцевой щелевой воздушной полости 14 между дефлектором 13 и головкой 7 жаровой трубы 5. Дефлектор 13, изготовленный из жаростойких материалов, установлен относительно головки 7 телескопически в радиальном направлении с помощью осевых стержней 15, изготовленных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором 16 через отверстия 17 в головке 7 жаровой трубы 5. Со стороны воздушной полости 4 дефлектор 13 зафиксирован в осевом направлении с помощью головок 18 стержней 15 и охватывающих стержни 15 втулок 19, контактирующих боковыми поверхностями 20 с поверхностями 21 ответных выемок 22 в завихрителе 9, а задними торцами 23 - с внешней поверхностью 24 головки 7 жаровой трубы 5.
Кольцевая щелевая воздушная полость 14 между дефлектором 13 и головкой 7 жаровой трубы 5 на входе через множество отверстий 25 (перфорацию) связана с внешней воздушной полостью 4, а на выходе - через периферийную 26 и втулочную 27 выходные полости - с полостью первичной зоны 28 газовой полости 12 жаровой трубы 5, куда поступает охлаждающий воздух 29.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе трубчато-кольцевой камеры сгорания 1 в первичной зоне 28 жаровой трубы 5 с помощью двухъярусного воздушного завихрителя 9 формируется зона обратных токов, что приводит к существенному повышению температуры и термической деформации дефлектора 13 по сравнению с головкой 7 жаровой трубы 5 и завихрителем 9, что может привести к поломке дефлектора 13 в случае его жесткого соединения с головкой 7 или с завихрителем 9.
Однако телескопическое соединение дефлектора 13 с головкой 7 позволяет дефлектору 13 свободно деформироваться в радиальном направлении. Поскольку температура дефлектора 13 на всех режимах работы камеры сгорания 1 превышает температуру завихрителя 9, температурная деформация дефлектора 13 приводит к увеличению его размеров по сравнению с завихрителем 9.
Снижению температуры дефлектора 13 способствует струйное его охлаждение воздухом через перфорацию 25 на входе в кольцевую щелевую воздушную полость 14.
Осевые стержни 15, фиксирующие дефлектор 13 в осевом и радиальном направлениях, увеличивают теплоотводящую поверхность дефлектора 13, способствуя интенсификации его охлаждения. Выполнение осевых стержней 15 за одно целое с дефлектором 13 способствует улучшению теплоотвода от дефлектора 13 и повышает надежность конструкции, так как не требует выполнения на дефлекторе 13 с его горячей стороны крепежных элементов.
Головки 18 стержней 15 при сборке жаровой трубы 5 выполняются методом сварки или пайки, что также позволяет исключить дополнительные монтажные напряжения в дефлекторе 13 и применять для его изготовления жаростойкие материалы.
Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, в головке которой со стороны газовой полости жаровой трубы установлены дефлектор, а также воздушный двухъярусный завихритель с внешней стороны жаровой трубы, отличающаяся тем, что дефлектор относительно головки жаровой трубы установлен телескопически с помощью осевых стержней, выполненных за одно целое с дефлектором и проходящих с зазором через отверстия в головке жаровой трубы, а также зафиксирован в осевом направлении втулками, установленными на стержнях с внешней стороны жаровой трубы, контактирующими боковыми поверхностями с ответными выемками в завихрителе и примыкающими одним торцом к головке жаровой трубы, а другим - к головке стержня, при этом дефлектор дополнительно установлен внутренними осевыми выступами на внешнем радиальном кольцевом ребре завихрителя, а воздушная полость между головкой жаровой трубы и дефлектором выполнена сообщающейся с охлаждающим воздухом через перфорацию в головке жаровой трубы и соединена на выходе с газовой полостью жаровой трубы через щелевую кольцевую воздушную полость.
