ЖАРОВАЯ ТРУБА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к турбомашиностроению, в частности к камерам сгорания газотурбинных двигателей, и может быть использована в авиационной промышленности и других отраслях техники.
Известна жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающая обечайку, выполненную в виде секций. При этом стенки жаровой трубы выполнены с ребрами (GB 2261281 А, 12.05.1993, F23F3/00).
Недостатком данной конструкции являются то, что в ней не учтено соотношение размеров ребер и расстояний между ними, что приводит к перегреву стенок жаровой трубы.
Технический результат заявленной полезной модели - повышение надежности и ресурса работы камеры сгорания за счет улучшения интенсивности конвективного охлаждения жаровой трубы.
Указанный технический результат достигается тем, что в жаровой трубе камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающей обечайку, выполненную в виде секций, с отверстиями для воздушного охлаждения, по меньшей мере, стенки одной из секций выполнены с ребрами, соотношение между шагом и высотой которых находится в пределах: L/h=5 -20, где L - шаг между ребрами, h - высота каждого ребра.
При этом, отверстия для воздушного охлаждения в стенке обечайки выполнены вдоль оси каждого ребра.
B
Ось каждого отверстия для воздушного охлаждения может быть расположена под углом α=25-80° к профилю стенки обечайки.
Выполнение поперечных ребер жаровой трубы в заявленном соотношении L/h обеспечивает увеличенный теплосъем со стороны кольцевого канала, что позволяет полностью отказаться от пленочного охлаждения на головном участке жаровой трубы, тем самым, повышая
интенсивность конвективного охлаждения и уменьшая расход охлаждающего воздуха на 15-20% от суммарного расхода воздуха через камеру сгорания. Все это повышает надежность работы и ресурс работы камеры сгорания в целом.
B
Г
Выбор соотношения между шагом и высотой ребер зависит от массовой скорости воздуха в кольцевом канале (ρw) и массовой скорости газа в жаровой трубе (ρw). Оптимальным является соотношение между шагом L и высотой h ребер, которое находится в пределах: L/h=5-20. При соотношении L/h<5 увеличивается масса жаровой трубы из-за более частого расположения ребер, а более 20 - уменьшается эффективность охлаждения жаровой трубы.
Уменьшение скорости воздуха в кольцевом канале ведет к увеличению температуры газов в камере сгорания или уменьшению теплосъема со стороны кольцевого канала. Поэтому, для регулирования интенсивности конвективного охлаждения, в стенке обечайки жаровой трубы вдоль оси каждого ребра выполнены сквозные отверстия малого диаметра для воздушного охлаждения, расположенные в ряд. Каждый ряд отверстий расположен вблизи соответствующего ребра обечайки жаровой трубы. Причем, в соответствии с одним из возможных вариантов, ось каждого из отверстий может быть расположена под углом α=25-80° к профилю стенки обечайки в районе расположения отверстия. Данный выбор угла обусловлен тем, что при наклоне оси каждого из отверстий под углом α<25° к профилю стенки обечайки уменьшается ресурс работы жаровой трубы из-за возможного появления трещин вокруг отверстий, а при наклоне оси каждого из отверстий под углом α>80° к профилю стенки обечайки - происходит срыв потока охлаждающего воздуха.
В другом возможном варианте выполнения, для уменьшения напряжений на стенке обечайки жаровой трубы, конфигурация внутреннего профиля стенки обечайки в районе отверстий может быть выполнена такой,
чтобы ось каждого из отверстий находилась под углом β=60-80° к профилю стенки обечайки.
Предложенное техническое решение иллюстрируется схематичными чертежами, на которых изображены:
На фиг.1 - общий вид обечайки жаровой трубы камеры сгорания с ребрами.
На фиг.2 - первый вариант выполнения обечайки жаровой трубы камеры сгорания с ребрами и отверстиями.
На фиг.3-второй вариант выполнения обечайки жаровой трубы камеры сгорания с ребрами и отверстиями.
Жаровая труба камеры сгорания (см. фиг.1) включает обечайку 1, выполненную в виде секций. По меньшей мере, стенки одной из секций обечайки 1 выполнены с ребрами 2, соотношение между шагом и высотой которых находится в пределах: L/h=5-20, где L - шаг между ребрами (расстояние между ребрами), h - высота каждого ребра.
В стенке обечайки 1 вдоль оси каждого ребра 2 выполнены отверстия 3 для воздушного охлаждения, расположенные в ряд.
В соответствии с одним из возможных вариантов (фиг.2), оси каждого из отверстий 3 могут быть расположены под углом α=25-80° к профилю стенки обечайки 1 в районе расположения отверстия 3.
В другом возможном варианте выполнения (см. фиг.3) конфигурация внутреннего профиля стенки обечайки 1 в районе отверстий 3 может быть выполнена такой, чтобы ось каждого из отверстий 3 находилась под углом β=60-80° к профилю стенки обечайки 1.
B
Г
Направление потока охлаждающего воздуха обозначено как (ρw), направление потока горячего газа - (ρw).
Жаровая труба камеры сгорания работает следующим образом.
Охлаждающий воздух из кольцевого канала (на чертежах не показан) камеры сгорания проходит через ряд отверстий 3, попадая во внутреннюю
полость жаровой трубы и тем самым, осуществляя ее охлаждение. Через металл ребер 2 обеспечивается эффективный съем тепла посредством теплопроводности с внутренней поверхности жаровой трубы, обращенной к потоку горячего газа.
Таким образом, в системе охлаждения происходит интенсивный теплообмен благодаря совместному действию потока охлаждающего воздуха, натекающего через ряд отверстий 3, потока горячего газа во внутренней полости жаровой трубы и теплопроводности через металл ребер 2.
Благодаря оптимизации расположения и выполнения конструктивных элементов жаровой трубы камеры сгорания достигается улучшение интенсивности конвективного охлаждения. Это обеспечивает снижение температуры и температурной неравномерности элементов конструкции жаровой трубы, снижает уровень термонапряжений и, следовательно, повышает надежность работы и ресурс работы камеры сгорания в целом.