Камера смешения форсажной камеры

Изобретение относится к энергетике. Предлагается камера смешения форсажной камеры, которая включает внешний кольцевой корпус, кок-стекатель и оболочку, на которой расположены радиально направленные пилоны-воздуховоды, закрепленные с противоположной стороны на общем разделителе, который делит внутренний контур на центральную и вешнюю части, а также обеспечивает подачу воздуха наружного контура, через полости пилонов, непосредственно в центральную часть внутреннего контура, тем самым обеспечивая равномерное распределение кислорода по радиусу камеры смешения, однородное температурное поле на выходе из камеры смешения и эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов форсажной камеры. Изобретение позволяет создать условия, при которых на выходе из камеры смешения были обеспечены однородное температурное поле, равномерное распределение кислорода по радиусу форсажной камеры и эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов. 9 ил.

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к конструкции элементов турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД), а именно к устройствам смешения форсажных камер ТРДД.

Известна камера смешения воздуха наружного контура и затурбинного газа для форсажной камеры турбореактивного двухконтурного двигателя РД-33 (А.С. ВИНОГРАДОВ «Конструкция ТРДДФ РД-33», Самара 2013 г.; В.С. Чигрин, С.Е. Белова, «Конструкция камер сгорания и выходных устройств авиационных ГТД», Рыбинск 2007 г.; Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. «Газотурбинные двигатели», Пермь 2006 г.), состоящая из наружного корпуса, кока-стекателя и оболочки, на которой расположены отбортованные отверстия для радиальной подачи и карманы для осевой подачи воздуха наружного контура во внутренний контур.

Недостатком известной камеры смешения является то, что богатый кислородом холодный воздух наружного контура, проходя через отбортованные отверстия и карманы оболочки, во внутренний контур, неравномерно распределяется по радиусу на выходе из камеры смешения. Воздух наружного контура, частично перемешиваясь с затурбинным газом, распределяется ближе к внешнему периметру форсажной камеры и практически не попадает в центральную ее часть. Центральная часть форсажной камеры работает на смеси топлива и необогащенного кислородом затурбинного газа, в ней не обеспечивается эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов потоками холодного воздуха наружного контура. Применение карманов обеспечивает не столько смешение потоков, сколько их объединение. Полного смешивания потоков не происходит. На выходе из камеры смешения образуются области со значительной разницей по температуре и содержанию кислорода.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеперечисленные недостатки прототипа, создав условия, при которых на выходе из камеры смешения обеспечиваются: однородное температурное поле, равномерное распределение кислорода по радиусу форсажной камеры.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается камера смешения форсажной камеры, включающая в себя внешний кольцевой корпус, кок-стекатель, оболочку и разделитель, причем согласно предлагаемому изобретению на оболочке расположены радиально направленные пилоны-воздуховоды, закрепленные с противоположной стороны на общем разделителе, который делит внутренний контур на центральную и вешнюю части, обеспечивающие через полости подачу воздуха наружного контура непосредственно в центральную часть внутреннего контура.

Технический результат заключается в равномерном распределении кислорода по радиусу камеры смешения, создании однородного температурного поля на выходе из камеры смешения форсажной камеры и эффективном охлаждении узлов форсунок и стабилизаторов форсажной камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг. 1 - общий вид в осевом разрезе предлагаемой камеры смешения форсажной камеры;

Фиг. 2 - характер течения (линии тока) в предлагаемой камере смешения (Н=0; М=0);

Фиг. 3 - вид Д - вырез камеры смешения;

Фиг. 4 - вид Г - вырез камеры смешения;

Фиг. 5 - общий вид в осевом разрезе камеры смешения форсажной камеры двигателя РД-33;

Фиг. 6 - характер течения (линии тока) в камере смешения форсажной камеры двигателя РД-33 (Н=0; М=0);

Фиг. 7 - сечение по продольной оси пилона камеры смешения форсажной камеры с предлагаемым устройством смешения;

Фиг. 8 - продольное сечение А-А пилона-воздуховода предлагаемой камеры смешения;

Фиг. 9 - сечение Б-Б по продольным осям отверстий камеры смешения форсажной камеры.

Предлагаемая камера смешения форсажной камеры включает в себя внешний кольцевой корпус (1), оболочку (2), разделитель (6) и кок-стекатель (7), которые представляют собой тела вращения, образованные вращением геометрических фигур вокруг оси (20). На оболочке (2) имеются радиально направленные отверстия (5) и пилоны-воздуховоды (3) обтекаемой формы. Пилоны-воздуховоды (3) закреплены к оболочке (2) посредством обтекаемых накладок (14), расположены в радиальных плоскостях, проходящих через ось (20) и представляют полую конструкцию обтекаемой формы, состоящую из двух округлых пластин (10 и 11), соединенных между собой общим закругленным ребром (12) с одной стороны, а с другой стороны ребром в форме острого угла (13). В предпочтительном исполнении поперечное сечение пилона имеет форму лепестка (фиг. 8, сечение А-А), острый угол которого ориентирован в направлении потока горячих газов (Б). Пилоны-воздуховоды со стороны, противоположной оболочке (2), при помощи обтекаемых накладок (17) соединены с разделителем (6), имеющим ориентированные в осевом направлении ребра (21), расположенные между местами крепления соседних пилонов-воздуховодов (3).

Внешний кольцевой корпус (1) и оболочка (2) ограничивают между собой наружный контур (8) камеры смешения, а оболочка (2) и внутренняя кольцевая стенка кока-стекателя (7) ограничивают между собой внутренний контур (9) камеры смешения.

Внутренний контур (9) камеры смешения делится разделителем (6) на центральную (18) и внешнюю (19) части в пропорции:

S₁/S₂≈∑S_п/∑S_c,

где S₁ - площадь проходного сечения на входе в центральную часть (18) внутреннего контура камеры смешения;

S₂ - площадь проходного сечения на входе во внешнюю часть (19) внутреннего контура камеры смешения;

∑S_п - сумма площадей поперечного сечения пилонов (3);

∑S_c - сумма площадей отбортованных отверстий (5) оболочки устройства смешения (2).

Оболочка (2) и разделитель (6) имеют проходные отверстия (4 и 15), соединяющие наружный контур (8) через внутренние полости (16) пилонов-воздуховодов (3) с центральной частью (18) внутреннего контура (9).

Предлагаемая камера смешения работает следующим образом: скоростной поток затурбинных газов (Б), поступая в устройство смешения (2), делится разделителем (6) на центральную (18) и внешнюю (19) части. Центральная часть (18) потока затурбинных газов (Б), протекая вдоль проходных отверстий (15) разделителя (6), эжектирует воздух из наружного контура (8). Богатый кислородом холодный воздух (В) наружного контура (8), проходя через проходные отверстия (4) оболочки устройства смешения (2), через внутренние полости (16) пилонов-воздуховодов (3) и через проходные отверстия (15) разделителя (6) поступает в центральную часть (18) внутреннего контура, где смешивается с затурбинными газами (Б), насыщает их кислородом и понижает среднюю температуру потока. Потоки затурбинного газа (Б) во внешней части (19) внутреннего контура (9) охлаждаются стенками пилонов-воздуховодов (3), по которым протекает холодный воздух (В) наружного контура (8). Во внешней части (19) внутреннего контура (9) смешение потоков осуществляется традиционным способом в соответствии с существующим уровнем техники в данной области. Богатый кислородом холодный воздух (В) наружного контура (8) поступает через радиально направленные отверстия (5) в оболочке (2) во внешнюю часть (19) внутреннего контура (9), где перемешивается с потоками затурбинного газа (Б) и движется в сторону фронтового устройства. Дальнейшее смешение потоков происходит за разделителем (6) внутреннего контура (9).

Таким образом, предлагаемая камера смешения обеспечивает поступление воздуха из наружного контура (8) непосредственно в центральную часть (18) внутреннего контура (9). Смешение потоков наружного контура и затурбинного газа в центральной и внешней частях смесителя на первом этапе происходит отдельно друг от друга. Воздушные струи, сформированные предлагаемой камерой смешения, и струи потоков затурбинных газов в результате турбулентного перемешивания стремятся к однородному состоянию по температуре, скорости протекания и содержанию кислорода, что подтверждается результатами моделирования.

Камера смешения форсажной камеры, содержащая внешний кольцевой корпус, оболочку, разделитель и кок-стекатель, представляющие собой тела вращения, образованные вращением геометрических фигур вокруг единой оси вращения и ограничивающие между собой наружный и внутренний контуры камеры смешения, отличающаяся тем, что в радиальных плоскостях по отношению к оси вращения расположены пилоны-воздуховоды, закрепленные на оболочке с одной стороны, а с противоположной стороны соединенные с разделителем, который делит внутренний контур на центральную и внешнюю части, причем оболочка и разделитель имеют проходные отверстия, соединяющие наружный контур с центральной частью внутреннего контура.