ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к авиационному двигателестроению, в частности, к форсажным камерам.
Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевым стабилизатором пламени и противовибрационным экраном, установленным на корпусе. [1]
Однако, данная форсажная камера имеет большой вес из-за противовибрационного экрана, который представляет собой цилиндрическую перфорированную оболочку, сваренную из листового жаропрочного материала, который установлен концентрично к наружным стенкам форсажной камеры.
Известна также, форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленные в корпусе фронтовое устройство и кольцевой стабилизатор пламени, расположенный коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде обтекателя с перфорацией на нем, при этом, перфорация на обтекателе выполнена в виде двух участков, один из которых выполнен на выходе обтекателя, а перфорация в начале обтекателя выполнена на расстоянии 60-70% от его длины по оси от конца обтекателя и снабжена цилиндрическими втулками. [2]
Однако, выполнение в известном решении одного из участков перфорации на расстоянии 60-70% от его длины по оси от конца обтекателя и использование цилиндрических втулок с каналами диаметром d относительно большой длины L=(0,5...1,25)d, выступающие во внутреннюю полость обтекателя (как указано на фиг.1 и фиг.2 вышеуказанного изобретения), приводит к образованию вихревого течения на стенках втулок и к уменьшению реального проходного сечения каналов во втулках, что приведет к уменьшению коэффициента расхода газа через втулки.
Заявителем теоретически и экспериментально установлено, что для обеспечения прохождения во внутреннюю полость обтекателя количества газа, требуемого для обеспечения работоспособности двигателя и интенсификации гашения колебаний давления и скорости газа при колебательном процессе необходимо изменить расположение одного из участков перфорации и увеличить коэффициент расхода, а следовательно, увеличить площадь отверстий в перфорации и площадь каналов во втулках.
Техническим результатом на достижение которого направлена полезная модель является оптимизация работы форсажной камеры путем обеспечения необходимых частотных характеристик колебательного процесса во внутренних полостях форсажной камеры и обтекателя, и тем самым - гашение избыточных колебаний давления и скорости газа.
Эта задача решается тем, что в форсажной камере газотурбинного двигателя, содержащей установленные в корпусе фронтовое устройство и кольцевой стабилизатор пламени, расположенный коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде обтекателя с перфорацией на нем, перфорация на обтекателе выполнена в виде двух участков, один из которых выполнен на выходе обтекателя, а второй участок выполнен с безвтулочной перфорацией в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 50-59,9% от его длины по оси.
Однако, в ряде случаев например, в случае малой толщины обтекателя, увеличение площади отверстий в перфорации приведет к уменьшению жесткости и надежности обтекателя и форсажной камеры в целом.
Поэтому, дополнительным техническим результатом является также повышение жесткости и прочности конструкции.
Для этого, обтекатель может дополнительно содержать обруч, причем в обтекателе и прикрепленном к нему обруче могут быть выполнены отверстия, образующие участок с бесвтулочной перфорацией.
Новым здесь является то, что второй участок выполнен с безвтулочной перфорацией в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя
на 50-59,9% от его длины по оси. При этом, обтекатель может дополнительно содержать обруч, причем в обтекателе и прикрепленном к нему обруче могут быть выполнены отверстия, образующие участок с безвтулочной перфорацией.
Выполнение второго участка с бесвтулочной перфорацией в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 50-59,9% от его длины по оси, обеспечивает необходимые частотные характеристики колебательного процесса во внутренних полостях форсажной камеры и обтекателя, а использование обруча, прикрепленного к обтекателю, выполненного с образованием в нем и в обтекателе отверстий, образующих перфорацию на втором участке, обеспечивает высокую жесткость и прочность конструкции.
Такое выполнение второго участка позволяет оптимизировать работу форсажной камеры за счет обеспечения необходимых частотных характеристик колебательного процесса во внутренних полостях форсажной камеры и обтекателя, и тем самым - гашение избыточных колебаний давления и скорости газа, а использование обруча, прикрепленного к обтекателю, выполненного с образованием в нем и в обтекателе отверстий, образующих перфорацию на втором участке позволяет повысить жесткость и прочность конструкции.
На фиг.1 представлен продольный разрез форсажной камеры;
На фиг.2 представлен узел I в увеличенном масштабе;
На фиг.3 представлен узел II в увеличенном масштабе.
Форсажная камера газотурбинного двигателя содержит установленные в корпусе 1 фронтовое устройство 2 и кольцевой стабилизатор пламени 3. Кольцевой стабилизатор пламени 3 расположен коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде обтебкателя 4 с перфорацией (5, 6) на нем. Перфорация (5, 6) на обтекателе 4 выполнена в виде двух участков. Один участок выполнен на выходе обтекателя 4. Второй участок выполнен с
бесвтулочной перфорацией в начале перед стабилизатором пламени 3, отстоящим от конца обтекателя 4 на 50-59,9% от его длины по оси.
При этом, обтекатель дополнительно может содержать обруч 7, причем в обтекателе 4 и прикрепленном к нему обруче 7 выполнены отверстия, образующие участок с бесвтулочной перфорацией.
При работе форсажной камеры происходит выгорание топливно-воздушной смеси за стабилизатором пламени 3. При поступлении режима вибрационного горения в форсажной камере возникают периодические колебания давления и скорости газа. Акустические колебания газа вызывают колебания газа в отверстиях перфорации 4 и 5 обтекателя 4. Перфорированный обтекатель 4 воздействует на колебания газа в форсажной камере как резонансный поглотитель (резонатор Гельмгольца).
Выполнение второго участка с бесвтулочной перфорацией в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 50-59,9% от его длины по оси, обеспечивает необходимые частотные характеристики колебательного процесса во внутренних полостях форсажной камеры и обтекателя, а использование обруча, прикрепленного к обтекателю, выполненного с образованием в нем и в обтекателе отверстий, образующих перфорацию на втором участке, обеспечивает высокую жесткость и прочность конструкции.
Заявителем установлено, что выполнение в обтекателе перфорации на участке, в начале перед стабилизатором, отстоящим от конца обтекателя на 60% и более от его длины по оси, или выполнение его на расстоянии менее 50% от его длины по оси, приводит к уменьшению интенсивности гашения колебаний давления и скорости газа не менее чем на 5%, что значительно ухудшает характеристики двигателя при его работе.
Приведем пример конкретного выполнения обтекателя.
Пример: Рассмотрим форсажную камеру газотурбинного двигателя с обтекателем, длина которого L=716 мм.
Расстояние от конца обтекателя до стабилизатора выбираем равным 400мм, что составляет 55,9%. Данное расстояние входит в диапазон 50-59,9%.
Эксперименты показали, что вышеуказанное выполнение обтекателя позволяет оптимизировать работу форсажной камеры за счет обеспечения необходимых частотных характеристик колебательного процесса во внутренних полостях форсажной камеры и обтекателя, и тем самым - гашение избыточных колебаний давления и скорости газа, а также, повысить жесткость и надежность конструкции.
Источники информации:
1. Скубачевский Г.С., "Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей", М.: "Машиностроение", 1969 г., с.445).
2. Патентный документ RU 2117806, F 02 K 3/10, опубл. 20.08.1998 г.