КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЛАМИНАРИЗАЦИОННЫМИ ПАНЕЛЯМИ

Полезная модель относится к устройствам камер сгорания газотурбинных установок и может быть использована в авиационной, судовой, автомобильной промышленности, а также в энергетике.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является камера сгорания газотурбинного двигателя, камера сгорания трубчатого типа, содержащая корпус и коаксиально установленную в нем жаровую трубу. Между корпусом и жаровой трубой расположена воздушная полость, предназначенная для поступающего из компрессора воздуха. Конструкция камеры сгорания предусматривает конвективно-пленочное охлаждение жаровой трубы. Жаровая труба выполнена одностеночной. Стенка трубы состоит из телескопически установленных друг за другом секций. Фронтовое устройство жаровой трубы включает топливную форсунку и каналы для подвода воздуха, расходуемого на обеспечение начального очага горения. Боковая часть стенки выполнена с тремя кольцевыми щелями для прохода воздуха внутрь жаровой трубы на формирование заградительной пленки. Кроме щелей она имеет еще две группы отверстий: отверстия, предназначенные для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, и отверстия, предназначенные для прохода воздуха в зону смешения. Пространство между корпусом и боковой частью стенки жаровой трубы, по всей длине последней, снабжено кольцевой перегородкой, которая разделяет его на два кольцевых канала: внешний канал и внутренний канал. Передний край кольцевой перегородки отогнут к корпусу и герметично с ним соединен, например, с помощью сварки. Задняя кромка перегородки расположена с зазором по отношению к корпусу. Кольцевая перегородка выполнена с отверстиями. Каждое из отверстий соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы, а именно: отверстиям, предназначенным для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, или отверстиям, предназначенным для прохода воздуха в зону смешения. Соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами. Для устранения термических напряжений трубчатые элементы целесообразно жестко закрепить, например, с помощью сварки, на перегородке, а соединение с жаровой трубой выполнить с подвижным уплотнением по типу «плавающего кольца» (См. Патент РФ №2398160, опубл. 27.08.2010).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что внутренний канал, расположенный между кольцевой перегородкой и боковой частью стенки жаровой трубы, имеет высокое сопротивление трения, вследствие этого при прохождении воздушного потока через внутренний канал, при высоких нагрузках, не достигается необходимая скорость потока воздуха, способствующая интенсификации процесса конвективного теплообмена в системе «охлаждающий воздух - боковая часть стенки жаровой трубы», а также это приводит к возникновению аэродинамических шумов в двигателе.
Сущность устройства заключается в использовании демпфирующих полостей, расположенных в кольцевой перегородке сообщающихся с потоком посредством перфорационных отверстий, расположенных соосно с демпфирующими полостями на внутренней стенке кольцевой перегородки, предназначенных для снижения сопротивления турбулентного трения на поверхности, обтекаемой турбулентным потоком воздуха, благодаря подавлению турбулентных пульсаций демпфирующими полостями, кроме того звуковые волны вместе с турбулентным потоком поступают в демпфирующие полости для гашения пульсации, что обеспечивает эффект гашения звуковой волны по принципу резонатора Гельмгольца.
Технический результат - снижение сопротивления турбулентного трения потока на поверхности кольцевой перегородки за счет подавления турбулентных пульсаций демпфирующими полостями, снижение уровня шума за счет гашения низкочастотных звуковых волн, повышение скорости потока воздуха в канале и, как следствие, интенсификация процесса конвективного теплообмена в системе «охлаждающий воздух - боковая часть стенки жаровой трубы»
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус и коаксиально установленную в нем жаровую трубу, между корпусом и жаровой трубой расположена воздушная полость, жаровая труба выполнена одностеночной, стенка трубы состоит из телескопически установленных друг за другом секций, фронтовое устройство жаровой трубы включает топливную форсунку и каналы для подвода воздуха, боковая часть стенки выполнена с тремя кольцевыми щелями для прохода воздуха внутрь жаровой трубы на формирование заградительной пленки, кроме щелей она имеет еще две группы отверстий: отверстия, предназначенные для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, и отверстия, предназначенные для прохода воздуха в зону смешения, пространство между корпусом и боковой частью стенки жаровой трубы, по всей длине последней, снабжено кольцевой перегородкой, которая разделяет его на два кольцевых канала: внешний канал и внутренний канал, передний край кольцевой перегородки отогнут к корпусу и герметично с ним соединен, например, с помощью сварки, задняя кромка перегородки расположена с зазором по отношению к корпусу, кольцевая перегородка выполнена с отверстиями, каждое из отверстий соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы, а именно: отверстиям, предназначенным для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, или отверстиям, предназначенным для прохода воздуха в зону смешения, соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами.
Особенность заключается в том, что в предлагаемой полезной модели в кольцевой перегородке расположены ламинаризационные панели, состоящие из демпфирующих полостей, взаимодействующих с потоком посредством перфорационных отверстий, выполненных на внутренней стенке кольцевой перегородки, оптимальное количество перфорационных отверстий, приходящихся на одну демпфирующую полость равно двум.
На чертежах представлено:
На фиг. 1 - камера сгорания газотурбинного двигателя с ламинаризационными панелями, продольный разрез.
На фиг. 2 - поперечный разрез камеры сгорания.
На фиг. 3 - ламинаризационная панель.
Камера сгорания газотурбинного двигателя с ламинаризационными панелями (фиг. 1) содержит корпус 1 и коаксиально установленную в нем жаровую трубу 2, между корпусом 1 и жаровой трубой 2 расположена воздушная полость 3, предназначенная для поступающего из компрессора воздуха, конструкция камеры сгорания предусматривает конвективно-пленочное охлаждение жаровой трубы, жаровая труба выполнена одностеночной, стенка жаровой трубы 2 состоит из телескопически установленных друг за другом секций, фронтовое устройство жаровой трубы 2 включает топливную форсунку 4 и каналы 5 для подвода воздуха, расходуемого на обеспечение начального очага горения, боковая часть стенки выполнена с тремя кольцевыми щелями 6 для прохода воздуха внутрь жаровой трубы на формирование заградительной пленки, кроме щелей 6 она имеет еще две группы отверстий: отверстия 7 предназначены для прохода воздуха в зону горения жаровой трубы, отверстия 8 - в зону смешения, пространство между корпусом 1 и боковой частью стенки жаровой трубы 2, по всей длине последней, снабжено кольцевой перегородкой 9, которая разделяет его на два кольцевых канала: внешний канал 10 и внутренний канал 11, передний край кольцевой перегородки 9 отогнут к корпусу 1 и герметично с ним соединен, например, с помощью сварки, задняя кромка перегородки 9 расположена с зазором по отношению к корпусу 1, кольцевая перегородка 9 выполнена с отверстиями 12, каждое из отверстий 12 соответствует расположенному на одной с ним оси отверстию боковой части стенки жаровой трубы 2, а именно: или отверстию 7, или отверстию 8, соответствующие друг другу отверстия соединены между собой трубчатыми элементами 13, для устранения термических напряжений трубчатые элементы целесообразно жестко закрепить, например, с помощью сварки, на перегородке, а соединение с жаровой трубой выполнить с подвижным уплотнением по типу «плавающего кольца», в кольцевой перегородке расположены ламинаризационные панели 14.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез камеры сгорания, состоящей из корпуса 1, жаровой трубы 2, кольцевой перегородки 9, трубчатых элементов 13, ламинаризационных панелей 14.
На фиг. 3 изображена ламинаризационная панель 14, состоящая из перфорационных отверстий 15, выполненных на внутренней стенке 17 кольцевой перегородки 9, демпфирующих полостей 16 и внешней стенки 18 кольцевой перегородки 9.
Устройство работает следующим образом.
Воздух, поступающий из компрессора в воздушную полость 3, проходит в кольцевой канал 11, охлаждая переднюю часть стенки жаровой трубы 2. Часть воздуха (15-17% от общего расхода воздуха) поступает в зону горения жаровой трубы 2 через каналы 5 на обеспечение начального очага горения. Начальный очаг горения образуется из поступающего топлива через топливную форсунку 4 и каналы 5 для подвода воздуха. В камере сгорания трубчатого типа воздух, охладив переднюю часть стенки, входит во внутренний кольцевой канал 11, перемещаясь, взаимодействует с одной стороны с ламинаризационными панелями 14, состоящими из перфорационных отверстий 15, расположенных на внутренней стенке 17 кольцевой перегородки 9, и демпфирующих полостей 16, предназначенных для снижения турбулентных пульсаций давления (и скорости) вблизи поверхности за счет перетекания некоторой массы воздуха m в полости и обратно. Из-за пружинящего эффекта глухих демпфирующих полостей 16, турбулентные пульсации на внутренней стенке 17 кольцевой перегородки 9 будут ослабевать, что приведет к снижению вязкости воздушного потока и, вследствие, к увеличению скорости потока воздуха, проходящего через внутренний кольцевой канал 11, кроме того низкочастотные звуковые волны будут ослабевать вследствие взаимодействия с глухими демпфирующими полостями 16 через перфорационные отверстия 15, работающими по принципу резонатора Гельмгольца. С другой стороны, турбулентный поток проходит через ряд отверстий, охлаждает снаружи боковую часть стенки жаровой трубы. При этом некоторое количество воздуха через три кольцевые щели 6 уходит внутрь жаровой трубы на создание заградительной пленки. Через одну щель пропускается около 7% воздуха от общего его расхода в камере сгорания. Значение расхода воздуха в конце внутреннего кольцевого канала 11 составляет примерно 60-65% от общего расхода воздуха. В охлаждении боковой части стенки жаровой трубы, таким образом, участвует не менее 60% воздуха, поступающего в камеру сгорания из компрессора. Воздух, миновав канал 11, проходит зазор между задней кромкой кольцевой перегородки 9 и корпусом 1 и, изменив направление своего движения, начинает перемещаться по внешнему кольцевому каналу 10. По ходу движения первая часть оставшегося воздуха по трубчатым элементам 13 поступает в зону смешения жаровой трубы 2, вторая - в ее зону горения.