Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания



Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания
Камера сгорания с оптимизированным разбавлением и турбомашина, снабженная такой камерой сгорания

 


Владельцы патента RU 2474763:

СНЕКМА (FR)

Камера сгорания турбомашины содержит ось течения газов, внутреннюю и наружную кольцевые стенки, связанные между собой дном камеры. Внутренняя и наружная стенки снабжены соответственно, по меньшей мере, одним окружным рядом первичных отверстий и, по меньшей мере, одним окружным рядом отверстий разбавления. Первичные отверстия и отверстия разбавления равномерно распределены на окружности внутренней и наружной стенок. Все первичные отверстия внутренней стенки располагаются на одном и том же осевом расстоянии (D) по отношению к дну камеры. Все первичные отверстия наружной стенки располагаются на одном и том же осевом расстоянии по отношению к дну камеры. По меньшей мере, на одной из внутренней или наружной стенок отверстия разбавления распределены в первом ряду и в, по меньшей мере, одном втором ряду. Все отверстия разбавления первого ряда располагаются на одном и том же расстоянии по оси (Y) камеры по отношению к первичным отверстиям внутренней или наружной стенки. Первичные отверстия располагаются в том же угловом положении, что и, по меньшей мере, часть отверстий разбавления второго ряда. а положение отверстий разбавления первого и второго ряда, расположенных под углом между двумя последовательно расположенными первичными отверстиями, образует рисунок, повторяющийся по всей окружности рассматриваемой внутренней или наружной стенки. Изобретение направлено на исключение аэродинамической связи струй воздуха, исходящих из отверстий двух разных типов, без увеличения количества загрязняющих выбросов, без создания негативного влияния на распределение температуры на выходе из камеры сгорания, оптимизируя при этом возможности повторного зажигания. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области турбомашин и касается, в частности, камеры сгорания, для которой оптимизированы условия питания воздухом разбавления.

Говоря более конкретно, предлагаемое изобретение относится к оптимизации расположения отверстий разбавления, располагающихся на стенках этой камеры сгорания.

В последующем изложении выражения "спереди по потоку" или "позади по потоку" будут использоваться для обозначения положений различных элементов конструкции относительно друг друга в осевом направлении, принимая при этом за ориентир направление течения газов в двигателе. Кроме того, выражения "внутренний" или "внутренний в радиальном направлении" и "наружный" или "наружный в радиальном направлении" будут использоваться для обозначения положений различных элементов конструкции относительно друг друга в радиальном направлении, принимая при этом за ориентир ось вращения данной турбомашины.

Турбомашина содержит один или несколько компрессоров, подающих воздух под давлением в камеру сгорания, где этот воздух смешивается с топливом, воспламеняется и сгорает для того, чтобы произвести горячие газообразные продукты сгорания. Эти газообразные продукты сгорания вытекают из камеры сгорания назад по потоку и поступают в одну или несколько турбин, которые преобразуют полученную таким образом энергию для того, чтобы приводить во вращательное движение один или несколько компрессоров, а также производить энергию, необходимую, например, для обеспечения тяговооруженности самолета.

Обычно камера сгорания, используемая в авиационной промышленности, содержит внутреннюю стенку и наружную стенку, которые связаны между собой на их передних по потоку концах при помощи дна этой камеры сгорания. Дно камеры сгорания представляет множество отверстий, отстоящих друг от друга в окружном направлении, в каждом из которых устанавливается устройство впрыска, которое позволяет подвести в эту камеру сгорания смесь воздуха с топливом.

Камера сгорания запитывается жидким топливом, смешанным с воздухом, поступающим из компрессора. Жидкое топливо подводится в камеру сгорания через инжекторы, в которых это топливо распыляется на мельчайшие капельки. Затем это топливо сгорает внутри камеры сгорания, что позволяет повысить температуру воздуха, поступающего из компрессора.

В общем случае камера сгорания должна отвечать нескольким императивным требованиям и ее размерные параметры определяются в соответствии с этими требованиями. Прежде всего, камера сгорания должна обеспечивать возможность использования топлива оптимальным образом, то есть достигать возможно более высокого коэффициента полезного действия процесса сгорания для всех режимов работы двигателя. Кроме того, камера сгорания должна подавать в турбину горячие газы, распределение температуры которых на выходе из камеры сгорания должно быть совместимым с требуемой продолжительностью срока службы турбины высокого давления и ее направляющего аппарата. В то же время, камера сгорания должна в возможно меньшей степени снижать энергию потока газов, то есть создавать минимальные потери давления между ее входом и ее выходом. И наконец, конструктивные детали камеры сгорания должны иметь высокую механическую прочность, что требует охлаждения ее стенок.

Внутри этой камеры сгорание топлива осуществляется в двух основных фазах, которым физически соответствуют две различные зоны. В первой зоне, называемой также первичной зоной, смесь воздуха с топливом находится в стехиометрических пропорциях или близка к этим пропорциям. При этом для реализации такой смеси воздуха с топливом воздух впрыскивается в камеру сгорания одновременно на уровне инжекторов, из дна камеры, а также через стенки камеры сгорания при помощи первого ряда отверстий, называемых первичными отверстиями. Получение в первичной зоне воздушно-топливной смеси в стехиометрических условиях или в близких к ним условиях позволяет обеспечить высокий коэффициент полезного действия процесса сгорания с максимальной скоростью осуществления реакции. Здесь скоростью осуществления реакции называют скорость исчезновения одного из компонентов смеси воздуха с топливом. В то же время, для того, чтобы сгорание было полным, смесь воздуха с топливом должна находиться в этой первичной зоне в течение достаточно продолжительного времени. Температура, достигаемая газами в результате сгорания топлива в этой первичной зоне, является весьма высокой. Она может достигать, например, 2000°С, температуры, несовместимой с удовлетворительной механической прочностью материалов, из которых изготовлена турбина и сама камера сгорания. Таким образом, необходимо охлаждать эти газы, что осуществляется в упомянутой второй зоне. При этом упомянутая первичная зона обычно занимает примерно первую треть длины камеры сгорания.

Во второй зоне, также называемой зоной разбавления, холодный воздух, называемый также воздухом разбавления и поступающий из компрессора, подается в камеру сгорания через ее стенки при помощи специальных отверстий, называемых отверстиями разбавления. Все эти отверстия разбавления могут иметь один и тот же диаметр или же могут иметь различные диаметры. Воздух разбавления позволяет обеспечить охлаждение газов, образующихся в результате сгорания топлива, и подготовить профили температуры для турбины высокого давления и ее направляющего аппарата. Кроме того, система охлаждения стенок камеры, например, при помощи воздушной пленки и/или при помощи мультиперфорации, устанавливается для того, чтобы обеспечить необходимую продолжительность срока службы стенок камеры сгорания.

В целом известным образом система первичных отверстий, с одной стороны, и система отверстий разбавления, с другой стороны, располагаются соответственно в одном и том же осевом положении по отношению к дну камеры сгорания, причем отверстия разбавления располагаются по потоку позади первичных отверстий. Осевые положения первичных отверстий и отверстий разбавления и, в частности, расстояние вдоль осевого направления между первичными отверстиями и отверстиями разбавления, а также распределение этих отверстий по окружности стенок камеры сгорания представляют собой важные параметры, изменяя которые проектировщик двигателя имеет возможность влиять на распределение температуры на выходе камеры сгорания и уменьшать загрязняющие выбросы из этой камеры сгорания.

В случае камер сгорания уменьшенной длины осевое расстояние между первичными отверстиями и отверстиями разбавления становится достаточно малым и может проявиться эффект нестационарной аэродинамической связи между струями воздуха, исходящими из отверстий двух этих типов. Обычно это явление может проявляться в том случае, когда упомянутое осевое расстояние меньше в два раза наибольшего диаметра отверстий разбавления. Это явление, которое порождает биение двух струй, может оказаться источником появления нестабильности горения, оказывающей непосредственное негативное влияние не только на эксплуатационные характеристики камеры сгорания, но также и на продолжительность срока службы стенок или дна камеры сгорания.

Как это проиллюстрировано в патентных документах ЕР 1096205 и ЕР 1045204, отверстия разбавления могут иметь различные диаметры и имеется возможность реализовать несколько рядов отверстий разбавления, следующих друг за другом в осевом направлении. Эти конструктивные решения в некоторых камерах сгорания могут обеспечить возможность улучшения процесса сгорания и профиля температур на выходе камеры сгорания, но они не могут быть применены в том случае, когда осевое расстояние между первичными отверстиями и отверстиями разбавления уменьшено и не позволяет, таким образом, исключить упомянутое явление аэродинамической связи, которое появляется в этом случае.

Цель предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы, в случае камеры сгорания, где осевое расстояние между первичными отверстиями и отверстиями разбавления меньше в два раза наибольшего диаметра этих отверстий разбавления, добиться исключения возможности возникновения упомянутого явления аэродинамической связи струй воздуха, исходящих из отверстий двух этих типов, без увеличения количества загрязняющих выбросов, без создания негативного влияния на распределение температуры на выходе из камеры сгорания, оптимизируя при этом возможностей повторного зажигания.

Данное изобретение позволяет решить эту проблему, предлагая новое определение положения отверстий разбавления на стенках камеры сгорания, причем это положение определяется рисунком сверления отверстий на угловом секторе стенок, который затем повторяется по всей окружности камеры сгорания.

Говоря более конкретно, изобретение относится к камере сгорания турбомашины, содержащей ось течения газов (У), внутреннюю кольцевую стенку и наружную кольцевую стенку, связанные между собой при помощи дна камеры сгорания, причем внутренняя стенка и наружная стенка снабжены по меньшей мере одним окружным рядом первичных отверстий и по меньшей мере одним окружным рядом отверстий разбавления, и эти первичные отверстия и отверстия разбавления равномерно распределены по окружности внутренней и наружной стенок, причем все первичные отверстия внутренней стенки располагаются на одном и том же осевом расстоянии по отношению к дну камеры сгорания и все первичные отверстия наружной стенки располагаются на одном и том же осевом расстоянии по отношению к дну камеры сгорания, причем эта камера сгорания отличается тем, что по меньшей мере на одной из внутренней или наружной стенок отверстия разбавления распределены в первом ряду и в по меньшей мере одном втором ряду, тем, что все отверстия разбавления из упомянутого первого ряда располагаются на одном и том же осевом расстоянии по отношению к первичным отверстиям рассматриваемой внутренней или наружной стенки, тем, что первичные отверстия располагаются в том же угловом положении, что и по меньшей мере часть отверстий разбавления из второго ряда, а также тем, что положение отверстий разбавления первого ряда и второго рядов, располагающихся под углом между двумя последовательно расположенными первичными отверстиями, образует рисунок, повторяющийся по всей окружности рассматриваемой внутренней или наружной стенки.

Предпочтительным образом, поскольку первичные отверстия и отверстия разбавления определяются их осями и их диаметрами, пересечение между осями отверстий разбавления первого ряда и рассматриваемой в данном случае внутренней стенки или наружной стенки образует первую линию разбавления и пересечение между осями отверстий разбавления второго ряда и рассматриваемой внутренней стенки или наружной стенки образует по меньшей мере одну вторую линию разбавления, отличную от первой линии разбавления.

Предпочтительным образом, поскольку средняя линия разбавления определяется окружной линией, располагающейся на расстоянии D' от ряда первичных отверстий, причем это расстояние D' равно среднему значению осевых расстояний между рядом первичных отверстий и рядами отверстий разбавления, первая линия разбавления располагается на осевом расстоянии по отношению к средней линии разбавления, меньшем или равном удвоенному диаметру отверстий разбавления первого ряда, и вторые линии разбавления располагаются на осевом расстоянии по отношению к средней линии разбавления, меньшем или равном удвоенному диаметру отверстий разбавления вторых рядов.

Первая линия разбавления может быть расположена по потоку спереди от средней линии разбавления, тогда как вторые линии разбавления располагаются по потоку позади средней линии разбавления, или наоборот.

В соответствии с вариантами реализации изобретения одна из вторых линий разбавления может совпадать со средней линией разбавления и/или с первой линией разбавления.

Диаметр отверстий разбавления первого ряда и диаметр отверстий разбавления второго ряда могут быть одинаковыми или различными.

Предпочтительным образом камера сгорания в соответствии с изобретением имеет длину по оси, меньшую или равную 300 мм, но данное изобретение также может быть применено к любым типам камер сгорания, поскольку определено, что относительное положение первичных отверстий и отверстий разбавления может представлять собой средство регулирования загрязняющих выбросов.

В то же время, изобретение относится к турбомашине, снабженной такой камерой сгорания.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут наглядно показаны и будут лучше поняты из приведенного ниже описания предпочтительного способа реализации этого изобретения и его вариантов, приведенных в качестве не являющихся ограничительными примеров, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, на которых:

- Фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в разрезе турбомашины и, говоря более конкретно, авиационного турбореактивного двигателя.

- Фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе камеры сгорания в соответствии с предшествующим уровнем техники.

- Фиг.3 представляет собой вид сверху углового сектора наружной стенки камеры сгорания в соответствии с предшествующим уровнем техники.

- Фиг.4 представляет собой вид сверху углового сектора наружной стенки камеры сгорания в соответствии с предлагаемым изобретением.

- Фигуры с 5 по 9 представляют собой виды сверху углового сектора наружной стенки камеры сгорания в соответствии с различными способами реализации предлагаемого изобретения.

На фиг.1 представлен в разрезе общий вид турбомашины 1, например, авиационного турбореактивного двигателя, ось вращения которого обозначена позицией Х. Эта турбомашина 1 содержит компрессор 2 низкого давления, компрессор 3 высокого давления, камеру 4 сгорания, турбину 5 высокого давления и турбину 6 низкого давления. Камера 4 сгорания представляет собой камеру кольцевого типа, которая ограничена внутренней кольцевой стенкой 7а и наружной кольцевой стенкой 7b, отстоящими друг от друга в радиальном направлении по отношению к оси Х и связанными на своих передних по потоку концах с кольцевым дном 8 камеры сгорания. Дно 8 камеры сгорания содержит множество отверстий, равномерно отстоящих одно от другого в окружном направлении.

В каждом из этих отверстий установлено устройство 9 впрыска. Газообразные продукты сгорания протекают в направлении ее задней по потоку части в камере 4 сгорания и затем поступают в турбины 5 и 6, которые приводят во вращательное движение соответственно компрессоры 3 и 2, располагающиеся спереди по потоку от дна 8 камеры сгорания, посредством соответственно двух валов. Компрессор 3 высокого давления обеспечивает питание воздухом устройств 9 впрыска, а также двух кольцевых пространств 10а и 10b, располагающихся в радиальном направлении соответственно изнутри и снаружи от камеры 4 сгорания. Воздух, поступающий в камеру 4 сгорания, принимает участие в распыливании топлива и в его сгорании. Воздух, движущийся снаружи от стенок камеры 4 сгорания, принимает участие, с одной стороны, в сгорании топлива, а с другой стороны, в охлаждении стенок 4а и 4b и газообразных продуктов сгорания. Для этого воздух проникает в камеру сгорания соответственно через первый ряд отверстий, называемых первичными отверстиями, и через вторую совокупность отверстий, называемых отверстиями разбавления. Все эти отверстия разбавления могут иметь один и тот же диаметр или же различные диаметры. Отверстия двух упомянутых типов представлены на фиг.2.

На фиг.2 показан более точным образом разрез камеры 4 сгорания в соответствии с предшествующим уровнем техники. Здесь полная длина этой камеры сгорания обозначена позицией L.

Внутренняя стенка 7а и наружная стенка 7b камеры 4 сгорания снабжены, каждая, одним окружным рядом первичных отверстий 20а, и соответственно 20b, оси которых обозначены позициями 21а, и соответственно 21b. По потоку позади от этих первичных отверстий 20а, 20b располагается один окружной ряд отверстий разбавления 30а, 30b, оси которых обозначены позициями 31а, и соответственно 31b. На внутренней стенке 7а все первичные отверстия 20а располагаются на одном и том же расстоянии D от дна 8 камеры сгорания. То же самое можно сказать и об отверстиях 30а разбавления, а также о первичных отверстиях 20b и об отверстиях 30b разбавления на наружной стенке 7b. Пересечение осей 21а первичных отверстий 20а и внутренней стенки 7а образует окружную линию, называемую линией LD разбавления. То же самое можно сказать и о пересечении осей 21b и наружной стенки 7b, о пересечении осей 31а и внутренней стенки 7а и о пересечении осей 31b и наружной стенки 7b. Расстояние между осями 21а первичных отверстий 20а и осями 31а отверстий 30а разбавления обозначено позицией Dа. Расстояние между осями 21b первичных отверстий 20b и осями 31b отверстий 30b разбавления обозначено позицией Db. Здесь расстояния Dа и Db являются достаточными, то есть превышающими или равными удвоенной величине наибольшего диаметра отверстий разбавления для того, чтобы исключить всякую опасность возникновения аэродинамической связи между струями воздуха, исходящими из первичных отверстий 20а и из отверстий 30а разбавления, с одной стороны, и между струями воздуха, исходящими из первичных отверстий 20b и из отверстий 30b разбавления, с другой стороны.

На фиг.3 представлен вид сверху углового сектора наружной стенки 7b камеры 4 сгорания в соответствии с предшествующим уровнем техники. На этом угловом секторе можно видеть два из первичных отверстий 20b, а также несколько отверстий 30b разбавления. При этом все первичные отверстия имеют один и тот же диаметр, тогда как отверстия разбавления, как это показано в рассматриваемом здесь примере реализации, могут иметь различные диаметры. Первичные отверстия 20b распределены равномерным образом на окружности наружной стенки 7b и каждое первичное отверстие располагается на одной линии с топливным инжектором, то есть это означает, что для данного инжектора соответствующее первичное отверстие располагается в том же угловом положении. Отверстия разбавления также распределены равномерным образом на окружности наружной стенки 7b. Для каждого первичного отверстия 20b отверстие 30b разбавления располагается в том же угловом положении, то есть это означает, что вдоль оси У камеры сгорания каждое первичное отверстие располагается на одной линии с отверстием 30b разбавления. В случае, представленном на фиг.3, именно те отверстия 30b разбавления, которые имеют наименьший диаметр, располагаются на одной линии с первичными отверстиями 20b. Другие отверстия 30b разбавления, а именно те из них, которые имеют наибольший диаметр, размещены в пространстве между отверстиями разбавления малого диаметра и располагаются на одинаковых расстояниях от этих отверстий. Отверстия разбавления большого диаметра располагаются также на одинаковых расстояниях от ближайших первичных отверстий 20b. В рассматриваемом здесь примере реализации имеется только одно отверстие разбавления малого диаметра, располагающееся в окружном направлении между двумя последовательно расположенными отверстиями разбавления большого диаметра, но там может быть размещено и несколько таких отверстий, распределенных равномерным образом на окружности наружной стенки 7b.

В том случае, когда технические задачи проектирования, касающиеся, например, снижения загрязняющих выбросов или определения профилей температуры на выходе из камеры сгорания приводят к уменьшению расстояния D, первичные отверстия 20b и отверстия 30b разбавления оказываются расположенными слишком близко друг к другу. Обычно это соответствует осевому расстоянию, меньшему в два раза наибольшего диаметра отверстий разбавления. В этом случае может появиться явление аэродинамической связи струй воздуха, исходящих из отверстий двух этих типов. Было установлено, что путем соответствующей модификации позиционирования отверстий разбавления этого явления можно избежать.

На фиг.4 представлен вид сверху углового сектора наружной стенки 7b камеры 4 сгорания в соответствии с изобретением. На этом угловом секторе показаны два из первичных отверстий 20b, а также несколько отверстий 30b разбавления. Здесь положение первичных отверстий 20b остается неизменным по сравнению с предшествующим уровнем техники и подверглось изменению только положение отверстий 30b разбавления. Эти отверстия 30b разбавления равномерно распределены на окружности наружной стенки 7b и все они могут иметь один и тот же диаметр или же, как это проиллюстрировано на упомянутой фигуре, имеют различные диаметры. В нашем примере отверстия 30b разбавления распределяются на первую систему отверстий с малым диаметром и вторую систему отверстий с большим диаметром. Отверстия 35b разбавления с малым диаметром располагаются таким образом, чтобы они находились на одной линии с первичными отверстиями 20b, то есть это означает, что они размещаются в одном и том же угловом положении. При этом отверстия 34b большого диаметра располагаются между первичными отверстиями 20b на одинаковых расстояниях от ближайших к ним отверстий разбавления малого диаметра. В отличие от предшествующего уровня техники система отверстий разбавления больше не располагается на одном и том же расстоянии Db от первичных отверстий 20b. Здесь различают два окружных ряда отверстий разбавления: первый ряд 34b, образованный отверстиями разбавления, располагающимися под углом между первичными отверстиями 20b и формирующими первую линию LD1 разбавления, и второй ряд 35b, образованный отверстиями разбавления малого диаметра, формирующими вторую линию LD2 разбавления. По сравнению с предшествующим уровнем техники можно констатировать, что отверстия разбавления второго ряда 35b смещены выше по потоку, то есть в направлении первичных отверстий, по отношению к отверстиям разбавления первого ряда 34b. При этом определяют наружную среднюю линию разбавления LМ, располагающуюся на расстоянии D' от ряда первичных отверстий 20b, причем это расстояние D' равно среднему значению осевых расстояний между рядом первичных отверстий и рядами отверстий разбавления. Эта средняя линия располагается, таким образом, между линиями LD1 и LD2 разбавления.

Расстояние D′, определяющее положение средней линии разбавления LМ, определяется таким же образом, как и в предшествующем уровне техники. Оптимизация разбавления осуществляется путем модификации положения осей отверстий разбавления первого ряда 34b и второго ряда 35b по отношению к средней линии разбавления. При этом, зная величину параметра D′, имеется возможность позиционировать отверстия разбавления двух этих рядов таким образом, чтобы избавиться от упомянутого выше явления аэродинамической связи при соблюдении всех тех императивных требований, которым должна отвечать данная камера сгорания. Для того чтобы эта оптимизация была эффективной и не нарушала функционирования камеры сгорания, оси отверстий разбавления первого ряда 34b должны быть расположены, по отношению к средней линии разбавления, на расстоянии С1, меньшем, чем удвоенная величина их диаметра. То же самое можно сказать относительно положения осей отверстий разбавления второго ряда 35b, которые должны быть расположены, по отношению к средней линии разбавления, на расстоянии D2, меньшем, чем удвоенная величина их диаметра. Кроме того, расстояние D′ не должно меняться.

Возможны также и другие способы реализации предлагаемого изобретения, причем некоторые из этих способов проиллюстрированы на фигурах с 5 по 9.

На фиг.5 представлен способ реализации, подобный способу, описанному в предшествующем изложении. Этот способ реализации отличается от описанного выше только тем, что отверстия разбавления второго ряда 35b больше не смещены выше по потоку по отношению к отверстиям разбавления первого ряда 34b, но смещены по отношению к ним ниже по потоку.

В описанных в предшествующем изложении способах реализации первый ряд 34b и второй ряд 35b содержали одинаковое количество отверстий разбавления. Однако возможны также варианты реализации с различным количеством этих отверстий разбавления в каждой группе.

Так, например, на фиг.6 проиллюстрирован вариант реализации, в котором второй ряд 35b содержит в три раза больше отверстий разбавления, чем первый ряд 34b. В этом примере реализации, как и в предшествующем случае, разбавление определяется положением наружной средней линии разбавления LМ, вокруг которой позиционированы первая и вторая линии LD1 и LD2 разбавления, на которых располагаются оси отверстий разбавления двух рядов. При этом оси отверстий разбавления первого ряда 34b размещаются на первой линии LD1 разбавления, располагающейся по потоку спереди от средней линии 33b, то есть со стороны первичных отверстий 20b. И оси отверстий разбавления второго ряда 35b размещаются на второй линии LD2 разбавления, располагающейся по потоку позади средней линии 33b. Между двумя последовательно расположенными отверстиями разбавления первого ряда 34b располагаются три отверстия разбавления второго ряда 35b. Среди этих трех отверстий то из них, которое располагается в центральном положении, размещается на одной линии с одним из первичных отверстий 20b, то есть это означает, что данное отверстие располагается в том же угловом положении. При этом система отверстий разбавления оказывается равномерно распределенной на окружности наружной стенки 7b.

Отверстия разбавления второй группы 35b могут иметь оси, перекрывающие наружную стенку 7b таким образом, чтобы сформировать одну единственную линию LD2 разбавления, как об этом уже было сказано в предшествующем изложении. Однако оси этих отверстий также могут быть позиционированы на различных расстояниях по отношению к средней линии LМ разбавления. В этом случае пересечение осей этих отверстий с наружной стенкой 7b образует уже не одну, а несколько линий разбавления.

На фигурах с 7 по 9 проиллюстрированы примеры реализации предлагаемого изобретения в подобном случае.

В этих примерах реализации второй ряд 35b отверстий разбавления также содержит в три раза больше отверстий, чем первый ряд 34b. При этом отверстия разбавления второго ряда 35b распределены на трех различных линиях LD2, LD3, LD4 разбавления. В первом варианте одна из этих линий разбавления может совпадать со средней линией LМ разбавления, как это проиллюстрировано на фиг.7. В другом варианте, проиллюстрированном на фиг.8, одна из этих линий разбавления может совпадать с линией LD1 разбавления, образованной осями отверстий разбавления первого ряда 34b. В то же время, все линии LD2, LD3 и LD4 разбавления могут быть расположены по потоку позади отверстий разбавления первого ряда 34b, но они также могут быть распределены по одну и по другую стороны от отверстий разбавления этого первого ряда 34b, как это проиллюстрировано на фиг.9, или все могут располагаться по потоку спереди от этого первого ряда 34b.

В совокупности описанных в предшествующем изложении способов реализации предлагаемого изобретения относительное положение первичных отверстий 20b и отверстий разбавления 30b может быть полностью определено путем задания положения каждого из этих отверстий на угловом секторе наружной стенки 7b. Говоря более конкретно, достаточно определить положение каждого отверстия на угловом секторе, располагающемся между осями двух последовательно расположенных первичных отверстий 20b, и полученный таким образом рисунок будет затем воспроизведен на всей окружности наружной стенки 7d.

Приведенное выше описание было дано с использованием в качестве примера его применения по отношению к наружной стенке 7b, однако предлагаемое изобретение также может быть применено аналогичным образом и по отношению к внутренней стенке 7а.

1. Камера сгорания турбомашины, содержащая ось течения газов (У), внутреннюю кольцевую стенку (7а) и наружную кольцевую стенку (7b), связанные между собой дном (8) камеры, причем упомянутая внутренняя стенка (7а) и упомянутая наружная стенка (7b) снабжены соответственно по меньшей мере одним окружным рядом первичных отверстий (20а, 20b) и по меньшей мере одним окружным рядом отверстий (30а, 30b) разбавления, и эти первичные отверстия и отверстия разбавления равномерно распределены на окружности внутренней (7а) и наружной (7b) стенок, причем все первичные отверстия (20а) внутренней стенки (7а) располагаются на одном и том же осевом расстоянии (D) по отношению к дну (8) камеры и все первичные отверстия (20b) наружной стенки (7b) располагаются на одном и том же осевом расстоянии по отношению к дну (8) камеры, отличающаяся тем, что по меньшей мере на одной из внутренней (7а) или наружной (7b) стенок отверстия (30а, 30b) разбавления распределены в первом ряду (34b) и в по меньшей мере одном втором ряду (35b), тем, что все отверстия разбавления первого ряда (34b) располагаются на одном и том же расстоянии по оси (Y) камеры по отношению к первичным отверстиям рассматриваемой внутренней (7а) или наружной (7b) стенки, тем, что первичные отверстия располагаются в том же угловом положении, что и по меньшей мере часть отверстий разбавления второго ряда (35b), а также тем, что положение отверстий разбавления первого (34b) и второго (35b) рядов, расположенных под углом между двумя последовательно расположенными первичными отверстиями (20b), образует рисунок, повторяющийся по всей окружности рассматриваемой внутренней (7а) или наружной (7b) стенки.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что поскольку первичные отверстия (20b) и отверстия разбавления определяются их осями (21а, 21b, 31а, 31b) и их диаметрами, пересечение между осями отверстий разбавления первого ряда (34b) и рассматриваемой внутренней (7а) или наружной (7b) стенкой образует первую линию (LD1) разбавления, и пересечение между осями отверстий разбавления вторых рядов (35b) и рассматриваемой внутренней (7а) или наружной (7b) стенкой образует по меньшей мере одну вторую линию (LD2, LD3, LD4) разбавления, отличную от первой линии (LD1) разбавления.

3. Камера сгорания по п.2, отличающаяся тем, что поскольку средняя линия (LM) разбавления определяется окружной линией, располагающейся на расстоянии D' от ряда первичных отверстий (20b), причем расстояние D' равно среднему значению осевых расстояний между рядом первичных отверстий и рядами отверстий разбавления, первая линия (LD1) разбавления располагается на осевом расстоянии по отношению к средней линии (LM) разбавления, меньшем или равном удвоенному диаметру отверстий разбавления первого ряда (34b), а также тем, что вторые линии (LD2, LD3, LD4) разбавления располагаются на осевом расстоянии по отношению к средней линии (33b) разбавления, меньшем или равном удвоенному диаметру отверстий разбавления вторых рядов (35b).

4. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что вторые линии (LD2, LD3, LD4) разбавления располагаются по потоку позади средней линии (LM) разбавления.

5. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади средней линии (LM) разбавления, а также тем, что вторые линии (LD2, LD3, LD4) разбавления располагаются по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления.

6. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает со средней линией (LM) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются по потоку позади от средней линии (LM) разбавления.

7. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает со средней линией (LM) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются спереди по потоку от средней линии (LM) разбавления.

8. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что по меньшей мере одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления располагается спереди по потоку от средней линии (LM) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются по потоку позади от средней линии разбавления.

9. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади средней линии (LM) разбавления, а также тем, что по меньшей мере одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления располагается позади по потоку от этой средней линии (LM) разбавления, причем оставшиеся линии разбавления располагаются спереди по потоку от средней линии разбавления.

10. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются позади по потоку от средней линии (LM) разбавления.

11. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются спереди по потоку от средней линии (LM) разбавления.

12. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, а другая из вторых линий разбавления совпадает со средней линией (LM) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются по потоку позади от средней линии разбавления.

13. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, а другая из вторых линий разбавления совпадает со средней линией (LM) разбавления, причем оставшиеся вторые линии разбавления располагаются спереди по потоку от средней линии разбавления.

14. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку спереди от средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, причем по меньшей мере одна из других вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления располагается спереди по потоку от средней линии (LM) разбавления, а оставшиеся вторые линии разбавления располагаются по потоку позади от средней линии разбавления.

15. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что первая линия (LD1) разбавления располагается по потоку позади средней линии (LM) разбавления, а также тем, что одна из вторых линий (LD2, LD3, LD4) разбавления совпадает с первой линией (LD1) разбавления, причем по меньшей мере одна из других вторых линий разбавления располагается позади по потоку от средней линии (LM) разбавления, а оставшиеся вторые линии разбавления располагаются спереди по потоку от этой линии.

16. Камера сгорания по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что диаметр отверстий разбавления первого ряда (34b) и диаметр отверстий разбавления второго ряда (35b) являются различными.

17. Турбомашина, снабженная камерой сгорания в соответствии с любым из предшествующих пунктов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей, в частности к жаровым трубам камер сгорания, и может быть использовано в авиационной промышленности, энергетике, судостроении и других областях техники.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, предназначенным для сжигания топливно-воздушной смеси, в которых применяется пленочное охлаждение, организуемое с помощью отверстий в стенке, направляющих воздух вдоль охлаждаемой поверхности, а также и других отраслях техники, например в ГТД, в котельных установках и т.п.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно, к газотурбинным двигателям с циклонной системой охлаждения стенок жаровых труб камер сгорания. .

Кольцевая камера (10) сгорания турбомашины, такой как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, содержит коаксиальные стенки (14, 16) в виде тел вращения, расположенные одна в другой, с отверстиями (66) для входа первичного воздуха и отверстиями (66) для входа смесительного воздуха в камеру. Отверстия для входа первичного воздуха и отверстия для входа смесительного воздуха каждой стенки, по существу, выровнены одни с другими вокруг продольной оси (34) камеры и образуют единый кольцевой ряд отверстий (66). Камера содержит стенку днища (18) камеры, соединяющую входные края ее стенок (14, 16) в виде тел вращения и содержащую отверстия (30), в которых установлены системы (36) впрыска топлива и дефлекторы (70). Расстояние (L) между кольцевым рядом отверстий (66) и дефлектором, измеренное вдоль оси (38) отверстия, по существу, равно половине высоты (Н) первичной зоны сгорания в камере. Изобретение позволяет уменьшить выбросы окиси азота из камеры сгорания турбомашины простым, эффективным и экономичным образом. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Камера сгорания авиационного газотурбинного двигателя выполнена кольцевой относительно продольной оси А, определена внешней боковой стенкой, внутренней боковой стенкой и торцевой стенкой кольцевой камеры, соединяющей один конец внешней боковой стенки с одним концом внутренней боковой стенки. Внешняя боковая стенка содержит распределенные по ее окружности свечи зажигания, первичные отверстия и отверстия разбавления, расположенные ниже по потоку от первичных отверстий в направлении продольной оси А. Первичные отверстия, расположенные в каждой из примыкающих зон, примыкающих к одной из свечей зажигания расположены дальше ниже по потоку, чем первичные отверстия, расположенные вне этих зон. Изобретение направлено на создание камеры сгорания, допускающей повторное зажигание на большой высоте. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Кольцевая стенка камеры сгорания газотурбинного двигателя имеет холодную и горячую стороны и содержит множество первичных отверстий, множество отверстий разбавления и множество отверстий охлаждения. Множество первичных отверстий распределено в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны кольцевой стенки, к горячей стороне для создания воздушно-топливной смеси. Множество отверстий разбавления распределено в соответствии с окружным рядом для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны кольцевой стенки, к горячей стороне для обеспечения разбавления воздушно-топливной смеси. Множество отверстий охлаждения предназначено для обеспечения возможности прохода воздуха, циркулирующего с холодной стороны кольцевой стенки, к горячей стороне для образования пленки охлаждающего воздуха вдоль указанной кольцевой стенки. Отверстия охлаждения распределены в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении. 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. Кольцевая стенка камеры сгорания дополнительно содержит множество дополнительных отверстий охлаждения, расположенных, с одной стороны, по потоку непосредственно позади от первичных отверстий и, с другой стороны, по потоку непосредственно позади от отверстий разбавления и распределенных в соответствии с множеством окружных рядов, расположенных на расстоянии друг от друга, определяемом в аксиальном направлении. Геометрические оси каждого из дополнительных отверстий охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной к аксиальному направлению D, и наклонены под углом θ2 относительно нормали N к кольцевой стенке. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения, снижение стоимости и уменьшение сроков изготовления кольцевой стенки камеры сгорания. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Камера сгорания для газовой турбины содержит внутренний корпус и наружный корпус. Внутренний корпус содержит внутренний стеночный элемент, который содержит группу первых отверстий и группу вторых отверстий. Внутренний стеночный элемент охватывает объем горения камеры сгорания. Группа первых отверстий содержит первые отверстия, через которые протекает текучая среда и которые расположены в первой поверхностной плотности. Группа вторых отверстий содержит вторые отверстия, через которые протекает текучая среда и которые расположены во второй поверхностной плотности. Первая поверхностная плотность отличается от второй поверхностной плотности. Наружный корпус содержит наружный стеночный элемент, который содержит группу дополнительных первых отверстий и группу дополнительных вторых отверстий. Наружный стеночный элемент наружного корпуса, по меньшей мере, частично охватывает внутренний стеночный элемент внутреннего корпуса, так что между внутренним стеночным элементом и наружным стеночным элементом образуется зазор. Группа дополнительных первых отверстий содержит дополнительные первые отверстия, через которые протекает текучая среда и которые расположены в дополнительной первой поверхностной плотности. Группа дополнительных вторых отверстий содержит дополнительные вторые отверстия, через которые протекает текучая среда и которые расположены в дополнительной второй поверхностной плотности. Дополнительная первая поверхностная плотность отличается от дополнительной второй поверхностной плотности. Изобретение направлено на создание камеры сгорания с пониженными нестабильностями горения и меньшими выделениями. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Кольцевая стенка для кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит по меньшей мере один кольцевой ряд впускных отверстий охлаждения воздухом, содержащий два типа отверстий, различающихся площадью своего сечения, а именно отверстий с большей площадью сечения и отверстий с меньшей площадью сечения, и мультиперфорацию для охлаждения этой стенки. Мультиперфорация образована микроперфорациями, площадь сечения которых меньше, чем площадь каждого из этих впускных отверстий охлаждения воздухом, и которые распределены в форме кольцевого ряда выше по потоку и кольцевого ряда ниже по потоку, сформированных на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку, соответственно от ряда впускных отверстий охлаждения воздухом, и по меньшей мере одного промежуточного кольцевого ряда, прерываемого этими впускными отверстиями охлаждения воздухом. Для каждого из этих впускных отверстий охлаждения воздухом геометрическое соотношение определено как частное от деления максимального расстояния между любыми двумя точками на кромке этого отверстия, измеренного в направлении, параллельном центральной оси стенки, на максимальное расстояние между любыми двумя точками на кромке этого отверстия, измеренное в направлении, перпендикулярном центральной оси стенки. Геометрическое отношение для впускных отверстий охлаждения воздухом с большей площадью сечения больше или равно 1. Геометрическое соотношение для впускных отверстий охлаждения воздухом с меньшей площадью сечения больше, чем геометрическое соотношение для впускных отверстий охлаждения воздухом с большей площадью сечения. Изобретение улучшает охлаждение перфорации вокруг отверстий охлаждения простыми, экономичными и эффективными средствами. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх