Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя
Использование: в камерах сгорания авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок. Сущность изобретения: кольцевая камера сгорания содержит лобовую стенку, соединенную с наружным и внутренним кожухами, с экраном и форсунками с внутренним смещением топлива и воздуха, выносной, жестко скрепленный с форсунками топливный коллектор, установленный выше по потоку и телескопически соединенный с лобовой стенкой с возможностью перемещения его в направлении продольной оси камеры или форсунок, при этом камере выполнена разъемной, а любая стенка скреплена с наружным и внутренним кожухами и с экраном неподвижно. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к камерам сгорания авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известны кольцевые камеры сгорания, содержащие многофорсуночную головку, соединенную с кожухами для смещения для смешения вторичного воздуха с продуктами сгорания, кольцевые рабочий и пусковой топленые коллекторы, рабочие и спусковые форсунки [1 и 2]. Недостатками известных камер сгорания являются большие тепловые потоки от наиболее горячих зон камеры сгорания к топливным коллекторам, что приводит к нагреву топлива и коксованию форсунок. На бедных смесях и на переходных режимах работы камеры сгорания наблюдается неустойчивое горение. После скоростей воздуха на входе в камеру сгорания вследствие неравномерного распределения входных частей также неравномерно, что приводит к неравномерному полю температур и скоростей на выходе из камеры. Наиболее близкой к заявляемой является головка кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая наружный и внутренний корпуса, лобовую стенку, соединенную с наружным и внутренним кожухами, и большое число малорасходных форсунок с внутренним смешением топлива с воздухом, а в лобовой стенке выполнены две концентрично расположенные и изолированные одна от другой полости для топлива, от которых оно по радиальным каналам поступает к основным форсункам [3]. Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются большие тепловые потоки от горячих зон камеры сгорания к топливным коллекторам, которые близко расположены к наиболее горячей зоне камеры, что приводит к нагреву топлива и коксованию форсунок. Недостатком также является коробление лобовой стенки камеры вследствие перегрева основного топливного коллектора при работе камеры пусках, неустоявшихся режимах и отключении. Кроме того, жесткое и неразъемное крепление, частей камеры сгорания уменьшает надежность ее работы вследствие возможности возникновения термических напряжений, трещин и других дефектов между "холодными" и горячими частями камеры. Известная конструкция камеры сгорания менее технологична для сборки при ее установке и центрировании между кольцевыми внутренним и наружным корпусами, т.к. топливный коллектор жестко и неразъемно скреплен с внутренним и наружным кожухами и является также неразъемной частью лобовой стенки. Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении ресурса камеры сгорания за счет снижения температуры топливного коллектора, уменьшения коксования в нем и в форсунках. Кроме того, повышается равномерность поля сгорания на входе и поля температур на выходе из камеры сгорания. Сущность технического решения заключается в том, что в кольцевой камере сгорания ГТД, содержащей наружный корпус с радиальными стойками, внутренний корпус и лобовую стенку, соединенную с наружным и внутренним кожухами, с экраном и форсунками с внутренним смешением топлива и воздуха, согласно изобретению, дополнительно содержится выносной, жестко скрепленный с форсунками топливный коллектор, установленный выше по потоку и телескопически соединенный с любой стенкой с возможностью перемещения его в направлении продольной оси камеры или форсунок, при этом камера выполнена разъемной, а лобовая стенка скреплена с наружным и внутренним кожухами и с экраном неподвижно. Топливный коллектор соединен с наружным кожухом при помощи тяг и пар коаксиальных сферических шарниров, охватывающих радиальные стойки в направлении радиальных осей камеры или под острым к ним углом. Топливный коллектор соединен с наружным кожухом в местах присоединения с корпусом топливных штуцеров при помощи тяг и смежных сферических шарниров, охватывающих штуцера в направлении радиальных осей камеры или под острым к ним углом. Выполнение в камере сгорания топливного коллектора выносным, жестко скрепленным с форсунками, установленным выше по потоку относительно лобовой стенки уменьшает тепловые потоки от наиболее горячих зон камеры к топливному коллектору. Это объясняется тем, что лобовая стенка, выполняющая функции охлаждения, обеспечивает теплоизоляцию топливного коллектора и мест соединения его с лобовой стенкой от воздействия высоких температур, являющихся результатом процесса горения топливной смеси. Жесткое крепление топливного коллектора с форсунками без зазора между торцами втулок смешения топлива и воздуха с лобовой плитой, необходимого в конструкции-прототипе для охлаждения лобовой плиты, устраняет нежелательные утечки расхода воздуха через втулки смешения топлива и воздуха. Это снижает удельный расход топлива, повышает устойчивость горения при запуске, отключения и других неустоявшихся режимах, а также устраняет термические напряжения и деформации лобовой плиты. Телескопическое соединение топливного коллектора с лобовой стенкой с возможностью перемещения его в направлении продольной оси камеры сгорания позволяет организовать интенсивное заградительное охлаждение воздухом топливного коллектора и лобовой стенки элементами кольцевых уплотнений, что снижает температурный градиент на стенках фронтового устройства, устраняет термические напряжения в конструкции. Возможность перемещения топливного коллектора относительно лобовой стенки в направлении осей форсунок предусматривается также для камер сгорания, выполненных тангенциально к продольной оси камеры в продольном ее сечении. Такое выполнение камер сгорания широко распространено и охватывает также энергетические установки, имеющие выносные или наклонные камеры сгорания. Для данного варианта внутренний и наружный кожуха могут быть выполнены в виде сегментов. Выполнение камеры сгорания разъемной, а лобовой стенки в ней скрепленной с наружным и внутренним кожухами и с экраном неподвижно позволяет снизить температурные градиенты за счет выполнения мест соединения в зоне стыка в виде элементов уплотнений, выполняющих функцию охлаждения, что обеспечивает теплоизоляцию стыка от воздействия высоких температур, создаваемых в зоне горения, а также улучшает технологичность изготовления и сборки, снижает возможность возникновения дефектов традиционных сварных соединений и повышает ремонтопригодность камеры. Соединение топливного коллектора с наружным кожухом при помощи тяг и пар коаксиальных сферических шарниров, охватывающих радиальные стойки в направлении радиальных осей камеры или под острым к ним углом, обеспечивает подвеску камеры сгорания с демпфированием термических напряжений и допускает значительные перемещения статей камеры сгорания вдоль ее продольной оси. Вышеуказанное соединение аналогично и для выносных камер сгорания с наклонной осью факела пламени вдоль осей форсунок или продольной оси факела пламени. Соединение топливного коллектора с наружным кожухом в местах присоединения с корпусом топливных штуцеров при помощи тяг и смежных сферических шарниров, охватывающих штуцера в направлении радиальных осей или под острым к ним углом, обеспечивает конструкторскую базу и соответствующее ей расположение топливного коллектора, лобовой стенки, внутреннего и наружного кожухов и обтекателя вдоль оси камеры сгорания и относительно наружного корпуса камеры сгорания. Топливный коллектор при работе камеры сгорания зафиксирован от перемещений вдоль продольной оси камеры сгорания относительно штуцеров подвода топлива, при этом допускаются телескопические перемещения топливных штуцеров в направлении радиальных осей камеры сгорания, что обеспечивает соосность оси камеры сгорания и оси топливного коллектора, на котором базируется фронтовое устройство и жаровая часть камеры сгорания. Это повышает равномерность поля скоростей на входе и поля температур на выходе из камеры сгорания. Вариант соединения с наружным корпусом топливных штуцеров под острым углом с направлением радиальных осей камеры предусматривается согласно вышеуказанному утверждению также для выносных камер сгорания, имеющих тангенциальный в продольном сечении камеры факел пламени. Кроме того, в конструкции камеры сгорания возможность перемещения топливного коллектора относительно наружного корпуса в направлении его продольной оси или форсунок обеспечивает установку деталей фронтового устройства "по месту" без учета накопленных погрешностей изготовления. Это снижает требования к точности изготовления базовых отверстий, повышает технологичность сборки камеры и снижает ее стоимость. Кроме того, при работе камеры сгорания топливных коллектор, являясь конструкторской базой, относительно которой могут перемещаться нагретые части фронтового устройства, кожуха и более холодный обтекатель, на всех переходных режимах обеспечивает соосность с продольной осью камеры сгорания и идентичность расположения осей топливных форсунок относительно продольной оси камеры сгорания. Это также повышает равномерность поля скоростей на выходе и поля температур на выходе из камеры сгорания. На фиг. 1 изображена верхняя часть продольного сечения камеры сгорания вдоль радиальной стойки; на фиг. 2 - верхняя часть продольного сечения камеры вдоль штуцера подвода топлива; на фиг. 3 - верхняя часть продольного осевого сечения камеры; на фиг. 4 - верхняя часть продольного сечения вдоль стойки для камеры с угловым расположением осей форсунок; на фиг. 5 - верхняя часть продольного сечения вдоль топливного штуцера для камеры с угловым расположением осей форсунок. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит наружный корпус 1 с радиальными стойками 2 (на фиг. 1 изображена одна из них), внутренний корпус 3 и лобовую стенку 4, соединенную с наружным кожухом 5, внутренним кожухом 6, с экраном 7 и форсунками 8 и 9 с внутренним смешением топлива 10 и воздуха 11. Форсунки 8 и 9 имеют корпус с отверстиями для подвода топлива, выполненный за одно целое с лопатками завихрителя и смесительной втулкой, центробежным распылителем, топливным фильтром и гайкой с уплотнительным кольцом. Камера сгорания выполнена разъемной таким образом, что лобовая стенка 4 скреплена с наружным кожухом 5, внутренним кожухом 6 и с экраном 7 по пояскам Д1 и Д2 неподвижно при помощи болтов 12 и 13. Камера сгорания дополнительно содержит выносной топливный коллектор 14, жестко скрепленный с форсунками 8 и 9 при помощи колпачковых гаек 15, установленных выше по потоку воздуха 11 относительно лобовой стенки 4 и телескопически соединенный с лобовой стенкой 4 с возможностью перемещения топливного коллектора 14 в направлении продольной оси 16 камеры сгорания или продольной оси 17 или 18 форсунок 8 и 9 (см. фиг. 1 и 4) в направляющих Д3, образованных наружными стенками форсунок 8 и 9 через уплотнительные втулки 19, установленные в лобовой стенке 4 с возможностью свободного перемещения вдоль ее поверхности и на величину![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
Формула изобретения
1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус с радиальными стойками, внутренний корпус и лобовую стенку, соединенную с наружным и внутренним кожухами, с экраном и форсунками с внутренним смешением топлива и воздуха, отличающаяся тем, что камера дополнительно содержит выносной, жестко скрепленный с форсунками, топливный коллектор, установленный выше по потоку и телескопически соединенный с лобовой стенкой с возможностью перемещения его в направлении продольной оси камеры или форсунок, при этом камера выполнена разъемной, а лобовая стенка скреплена с наружным, внутренним кожухами и с экраном неподвижно. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что топливный коллектор соединен с наружным кожухом при помощи тяг и пар коаксиальных сферических шарниров, охватывающих радиальные стойки в направлении радиальных осей камеры или под острым к ним углом. 3. Камера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что топливный коллектор соединен с наружным кожухом в местах присоединения с корпусом топливных штуцеров при помощи тяг и смежных сферических шарниров, охватывающих штуцера в направлении радиальных осей камеры или под острым к ним углом.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5