Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя

 

Использование: в газотурбостроении, для повышения надежности жаровой трубы за счет улучшения эффективности охлаждения и исключения термических напряжений. Сущность изобретения: жаровая труба камеры сгорания ГТД с газовой полостью имеет выполненные из отдельных сегментов двухслойные стенки с охлаждаемыми полостями на наружной поверхности слоя, обращенного к газу. Новизна изобретения заключается в том, что охлаждающие полости выполнены в виде циклонов, соединенных между собой тангенциальными каналами, внутренняя поверхность циклонов выполнена сужающейся в направлении к охлаждаемому слою, слои сегментов соединены между собой телескопически, а между циклонными полостями выполнены ребра. 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а более конкретно к системам охлаждения "горячих" узлов ГТД, в том числе жаровых труб камер сгорания.

Известна жаровая труба камеры сгорания двигателя Д-30 с пленочнозаградительной системой охлаждения [1] конструкция которой отличается простотой и малым весом.

Недостатком же такой конструкции является черезвычайно низкое использование хладоресурса охлаждающего воздуха, не более 5% Наиболее близкой к заявляемой является жаровая труба камеры сгорания ГТД с газовой полостью, имеющая выполненные из отдельных сегментов двухслойные стенки с охлаждающими полостями на наружной поверхности слоя, обращенного к газу [2] Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточная эффективность охлаждения и наличие термических напряжений.

Целью изобретения является повышение надежности жаровой трубы за счет улучшения эффективности охлаждения и устранения термических напряжений.

На фиг. 1 изображен продольный разрез жаровой трубы; на фиг. 2 вид А на стенку жаровой трубы в увеличенном виде; на фиг. 3 сечение Б Б по последовательно соединенным циклонным полостям в стенке жаровой трубы; на фиг.4 сферическая форма внутренней поверхности циклонных полостей.

Жаровая труба 1 камеры сгорания ГТД состоит из двухслойных сегментов 2, каждый из которых содержит силовой несущий корпус 3 и дефлектор 4, последний служит лишь для организации эффективного охлаждения несущего корпуса 3 и соединен с ним телескопически. Жаровая труба 1 содержит внутри себя газовую полость 5, внутри которой течет газ, нагревая внутреннюю поверхность 6 несущего корпуса 3. Для организации эффективного конвективного охлаждения в несущем корпусе 3 выполнены циклонные полости, соединенные между собой тангенциальными каналами. Поперечное сечение каждой циклонной полости максимально приближено к окружности, а ось этой окружности преимущественно перпендикулярна к охлаждаемой поверхности 6, которую омывает газ. Охлаждающий воздух поступает во входную циклонную полость 9 через входное отверстие 7 в дефлекторе 4, по тангенциальному каналу 8 перетекает в промежуточную циклонную полость 10 и далее, по тангенциальному каналу 8 перетекает в выходную циклонную полость 11, где через выходное отверстие 12 вытекает в газовую полость 5 жаровой трубы, образуя пленочно-заградительное охлаждение поверхности 6. Между собой циклонные полости 9, 10, 11 разделены ребрами 13, профиль которых в поперечном сечении получается расширяющимся к охлаждаемой поверхности 6, так как циклонные полости выполнены сужающимися к этой поверхности. Крепится дефлектор 4 на несущем корпусе 3 с помощью шайбы 14 и головки заклепки 15, получаемой с помощью оплавления стержня 16, расположенной, например, в промежуточной циклонной полости 10. Внутренняя поверхность 17 каждой циклонной полости выполнена сужающейся по направлению к охлаждаемой поверхности 6.

Работает устройство следующим образом. Охлаждающий воздух через входное отверстие 7 поступает во входную циклонную полость 9, охлаждая ее. Далее охлаждающий воздух по тангенциальным каналам 8 поступает в промежуточную 10 и выходную 11 циклонные полости, где совершает многократное вращение, интенсивно охлаждая внутреннюю поверхность 17. За счет теплоотдачи от поверхности 6 к поверхности 17 из-за теплопроводности материала несущего корпуса 3 происходит охлаждение и поверхности 6, омываемой газом.

Из источника [3] известно, что воздух в вихревой трубе или эквивалентной ей циклонной полости с тангенциальным входом образует течение, близкое к течению свободного вихря, т.е.

wr = const,, где w окружная скорость, r радиус.

Распределение окружных (тангенциальных) скоростей циклонной полости показано на фиг. 3 и на стр. 41 источника [3] Из фиг. 3 видно, что выполнение внутренней поверхности 17 циклонной полости, сужающейся в направлении к охлаждаемому слою, приводит к увеличению площади поверхности, омываемой повышенными скоростями, что повышает эффективность охлаждения поверхности 17 и, следовательно, конвективного охлаждения поверхности 6. Кроме того, ребра 13 разделяющие циклонные полости, получаются в этом случае также конусными с расширенным основанием, что способствует увеличению теплоотдачи от поверхности 6 в эти ребра. Из выходной циклонной полости 11 охлаждающий воздух истекает через отверстия 12, образуя заградительно-пленочное охлаждение внутренней поверхности 6 жаровой трубы 1.

Таким образом, выполнение циклонных полостей сужающимися к охлаждаемой поверхности жаровой трубы с ребрами между ними позволяет повысить эффективность охлаждения и в целом надежность жаровой трубы.

Источники информации 1. Техническое описание "Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30". М. Машиностроение, 1971, с. 50 51, рис. 44.

2. Патент США N 4916905, кл.F 23 R 3/06, опубл. 1990 г.

3. Суслов А.Д. и др. Вихревые аппараты. М. Машиностроение, 1985.

Формула изобретения

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя с газовой полостью, имеющая выполненные из отдельных сегментов двуслойные стенки с охлаждаемыми полостями на наружной поверхности слоя, обращенного к газу, отличающаяся тем, что охлаждающие полости выполнены в виде циклонов, соединены между собой тангенциальными каналами, внутренняя поверхность циклонов выполнена сужающейся в направлении к охлаждаемому слою, слои сегментов соединены между собой телескопически, а между циклонными полостями выполнены ребра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4