ЖАРОВАЯ ТРУБА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДЕМПФИРУЮЩИМИ ПОЛОСТЯМИ

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей, в частности к жаровым трубам камер сгорания, и установок и может быть использовано в авиационной, судовой, а также в энергетической отрасли.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая обечайку с, по меньшей мере, одним поясом подвода охладителя в виде расположенных на обечайке в окружном направлении отверстий. Пояс подвода охладителя дополнительно содержит сообщенные с отверстиями пазы, выполненные на внутренней поверхности обечайки в окружном направлении на расстоянии d друг от друга, составляющем от 0,5h до 3h, и открытые в сторону выходного сечения жаровой трубы, причем глубина L каждого паза составляет от 3h до 15h, а ширина S каждого паза составляет от 2h до 15h, где h - высота паза. Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс камеры сгорания путем улучшения охлаждения жаровой трубы (См. Патент РФ №2285203, опубл. 10.10.2006).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что при выходе потока охлаждающего воздуха из пазов вдоль обечайки со стороны горячего газа в виде пристеночной завесы (защитной пелены охлаждающего воздуха), происходит турбулентное перемешивание горячего газа с охлаждающим воздухом на поверхности между соседними поясами подвода охладителя, из-за отсутствия устойчивого охлаждающего потока воздуха возникают термические напряжения в результате неравномерности охлаждения поверхностей стенки, вследствие этого возникает необходимость уменьшения расстояния между поясами подвода охладителя или увеличения подачи охлаждающего воздуха через пазы вдоль обечайки, что приводит к увеличению материалоемкости или снижению КПД двигателя соответственно.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями.
Технический результат - повышение эффективности тепловой защиты, повышение КПД двигателя, увеличение надежности и ресурса камеры сгорания.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями содержит обечайку с, по меньшей мере, одним узлом подвода охладителя в виде расположенных на обечайке в окружном направлении отверстий, узел подвода охладителя дополнительно содержит сообщенные с отверстиями пазы, выполненные на внутренней поверхности обечайки в окружном направлении, и открытые в сторону выходного сечения жаровой трубы.
Особенность заключается в том, что в предлагаемой полезной модели, на поверхности обечайки со стороны горячего газа, между соседними поясами подвода охладителя в окружном направлении расположены демпфирующие полости, выполненные с возможностью взаимодействия с потоком посредством перфорационных отверстий, выполненных на перфорированной пластине, плотно соединенной с обечайкой, оптимальное количество перфорационных отверстий приходящихся на одну демпфирующую полость равно двум.
Сущность полезной модели заключается в использовании демпфирующих полостей для ламинаризации потока охлаждающего воздуха и снижения термического напряжения жаровой трубы.
На чертежах представлено:
На фиг. 1 схематично изображен фрагмент жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями, продольный разрез.
На фиг. 2 изображена перфорированная пластина, (вид А) фиг. 1.
На фиг. 3 схематично изображен фрагмент жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями, с одним поясом подвода охладителя, (выносной элемент Б) фиг. 1.
На фиг. 4 изображены пазы подвода охлаждающего воздуха, сечение В-В фиг. 1.
На фиг. 5 - демпфирующие полости, сечение Г-Г фиг. 3.
Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором расположена жаровая труба 2, образуя кольцевой канал 3. Жаровая труба 2 имеет, по меньшей мере, один пояс подвода охладителя, содержащий выполненные в обечайке 4 дозирующие отверстия 5 и пазы 6, сообщенные через дозирующие отверстия 5 с кольцевым каналом 3.
На фиг. 2 изображена перфорированная пластина 7, содержащая перфорационные отверстия 8.
На фиг. 3 изображен фрагмент жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя с демпфирующими полостями 9, с одним поясом подвода охладителя состоящая из обечайки 4, перфорированной пластины 7, перфорационных отверстий 8 и демпфирующих полостей 9.
При образовании пазов 6 известным методом электроэрозии - вытравливанием металла электродом - между соседними пазами 6 образуются ребра 10, толщина которых равна расстоянию d между пазами 6 в окружном направлении.
На фиг. 5 изображены демпфирующие полости, сечение (Г-Г), содержащее обечайку 4, пазы 6, перфорированную пластину 7, перфорационные отверстия 8, демпфирующие полости 9, ребра 10.
Устройство работает следующим образом.
Охлаждающий воздух из кольцевого канала 3 проходит через дозирующие отверстия 5 и попадает в пазы 6, где происходит ударное натекание струй охлаждающего воздуха (охладителя) на противоположные отверстиям 5 поверхности пазов 6, вследствие чего осуществляется эффективное охлаждение в пазах 6. Дополнительно к охлаждению, в пазах 6 происходит выравнивание потока охлаждающего воздуха, который затем выходит вдоль обечайки 4, со стороны потока горячего газа, на которой расположены демпфирующие полости 9, взаимодействующие с потоком охлаждающего воздуха через перфорационные отверстия 8, расположенные на перфорированной пластине 7, причем на одну демпфирующую полость 9 приходится два перфорационных отверстия 8. В результате обтекания перфорированной пластины 7, пристеночная завеса (защитная пелена охлаждающего воздуха) образует эффективную конвективную тепловую защиту вследствие ламинаризации потока за счет перетекания некоторой массы газа m в полость и обратно. Из-за пружинящего эффекта полости турбулентные пульсации будут ослабевать, что приведет к уменьшению сопротивления трения потока на перфорированной пластине 7 и затягиванию защитной пелены охлаждающего воздуха на поверхности обечайки 4 со стороны горячего газа, между соседними поясами подвода охладителя в окружном направлении, кроме того, за счет перетекания некоторой массы охлаждающего воздуха m в демпфирующую полость 9 и обратно, образуется эффективный теплосъем с обечайки 4. Также через металл ребер 10 (перемычек) обеспечивается эффективный съем тепла посредством теплопроводности с внутренней поверхности жаровой трубы 2, обращенной к потоку горячего газа на участке протяженностью, равной глубине L паза, непосредственно под пазами. Таким образом, пристеночная завеса образует эффективную конвективную тепловую защиту внутренней поверхности обечайки 4 на всей поверхности между узлами подвода охладителя по направлению к выходному сечению жаровой трубы 2.