КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение в области турбомашиностроения, в частности, двигателестроения.
Известна камера сгорания, включающая в себя корпус камеры сгорания с установленными внутри него форсунками и кольцевой жаровой трубой с завихрителями. Форсунки телескопически установлены в завихрители жаровой трубы (С.А. Вьюнов и др. Конструкция и проектирования авиационных ГТД. - М.: Машиностроение, 1989, стр. 421).
Недостатком такой камеры сгорания является то, что завихрители фронтового устройства на запуске двигателя переразмерены по площади проходного сечения, так как рассчитаны для работы на высоких эксплуатационных режимах. На режимах запуска приходится увеличивать бросок топлива, чтобы получить горючую смесь, что приводит к перегревам турбины.
Наиболее близкой является конструкция камеры сгорания ГТД, содержащая топливные форсунки и кольцевую жаровую трубу с фронтовым устройством с регулированием расхода воздуха, поступающего в жаровую трубу через установленные на фронтовом устройстве завихрители, каждый из которых состоит из телескопически соединенных между собой, с возможностью взаимного поворота, внутренней и наружной втулок с тангенциальными пазами для прохода воздуха, при этом внутренняя втулка телескопически соединена с форсункой и снабжена двумя фиксирующими от окружных перемещений выступами, расположенными в общей радиальной плоскости, проходящей через оси жаровой трубы, форсунки и втулок завихрителя, и сопряженными с ответными фиксирующими пазами в стенке фронта жаровой трубы. В конструкции предусмотрено регулирование проходного сечения завихрителя за счет поворота подвижной части завихрителя относительно неподвижной (ЦИАМ «Новости зарубежной науки и техники» (серия авиационное двигателестроение), №10, 1988 г., стр. 15). За счет прикрытия завихрителя на режимах запуска можно обеспечить работу без заброса температуры перед турбиной в момент розжига.
Недостатком данной конструкции камеры сгорания является сложный поворотный механизм для синхронного регулирования расхода воздуха во всех завихрителях жаровой трубы одновременно. В современных кольцевых камерах сгорания устанавливается 24…30 завихрителей, для организации переброса пламени между горелками и получения равномерного температурного поля перед турбиной, поэтому организовать их одновременное регулирование с единым механизмом поворота (поворотным валиком). Наличие поворотного механизма снижает надежность конструкции из-за необходимости уплотнения в месте вывода поворотного валика привода. Утечки воздуха в соединении ухудшает параметры двигателя в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение надежности конструкции за счет исключения поворотного механического привода и поворотного валика, выводимого через отверстие в корпусе камеры сгорания наружу.
Технический результат достигается тем, что в конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей топливные форсунки и кольцевую жаровую трубу с фронтовым устройством с регулированием расхода воздуха, поступающего в жаровую трубу через установленные на фронтовом устройстве завихрители, каждый из которых состоит из телескопически соединенных между собой, с возможностью взаимного поворота, внутренней и наружной втулок с тангенциальными пазами для прохода воздуха, при этом внутренняя втулка телескопически соединена с форсункой и снабжена двумя фиксирующими от окружных перемещений выступами, расположенными в общей радиальной плоскости, проходящей через оси жаровой трубы, форсунки и втулок завихрителя, и сопряженными с ответными фиксирующими пазами в стенке фронта жаровой трубы, в отличие от известной на фронтовой стенке жаровой трубы установлены неподвижно штифты, охватываемые вилкой наружной стенки завихрителя, при этом оси штифтов не совпадают с общей радиальной плоскостью, проходящей через оси жаровой трубы и втулок завихрителя.
Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез камеры сгорания; фиг. 2 - сечение Α-A на фиг. 1; фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; фиг. 4 - поперечный разрез фронтового устройства с завихрителями.
Камера сгорания (фиг. 1) содержит корпус 1 с установленными в нем топливными форсунками 2 и кольцевой жаровой трубой 3 с завихрителями 4, закрепленными в передней ее части 5 (на фронтовой стенке), таким образом, что форсунки телескопически установлены в завихрители, имеющие возможность радиального перемещения. Для исключения поворота в окружном направлении завихритель 4 снабжен двумя выступами 6. На фронтовой стенке жаровой трубы (фиг. 2) закреплены неподвижно штифты 7, охватываемые вилкой 8 подвижного завихрителя 9 с тангенциальными пазами 10 с возможностью поворота относительно неподвижного (в окружном направлении) завихрителя 4 с тангенциальными пазами 11, благодаря чему при работе камеры сгорания подвижный завихритель 9 поворачивается относительно неподвижного 4 и тангенциальные пазы в обоих завихрителях совмещаются.
Предложенная конструкция работает следующим образом.
В жаровую трубу 3 подается воздух из-за компрессора и топливо из форсунок 2, которые перемешиваются между собой и сгорают. За счет выделившегося тепла при сгорании топливовоздушной смеси металлические стенки жаровой трубы 3 нагреваются до 900°С и расширяются. Форсунки 2, через которые проходит топливо, относительно холодные по сравнению с жаровой трубой (200°С). Жаровая труба 3 расширяется и при этом штифт 7, закрепленный на горячей стенке фронта 5, смещается на больший радиус и поворачивает подвижный завихритель 9 относительно неподвижного 4 на угол 4…6 градусов (зависит от диаметра жаровой трубы и материала, из которого она изготовлена). Для диаметра 500 мм поворот составляет 5 градусов. При этом тангенциальные пазы 10 и 11 в подвижном 9 и неподвижном 4 завихрителях совмещаются и расход воздуха через завихритель достигает своего максимального значения. При сбросах оборотов и останове двигателя происходит обратная картина. Штифт уходит на меньший диаметр и подвижный завихритель поворачивается относительно неподвижного в другую сторону и расход воздуха через завихритель уменьшается. При этом не требуется никаких механизмов для регулирования расхода воздуха через завихритель. Все происходит автоматически.
Таким образом, завихритель включает в себя соосные подвижную и неподвижную части с возможностью их взаимного перемещения вокруг оси. Поворот подвижной части завихрителя с выполненными в нем тангенциальными пазами относительно неподвижной (в окружном направлении) части завихрителя с тангенциальными пазами, телескопически соединенного с форсункой, осуществляется за счет линейного расширения жаровой трубы при нагреве ее во время работы двигателя. Для этого подвижная часть завихрителя содержит вилку, охватывающую штифт, жестко закрепленный на фронтовой стенке жаровой трубы. В результате данное техническое решение позволяет обеспечить повышение надежности конструкции.