Патент на изобретение №2245493

(54) ФРОНТОВОЕ УСТРОЙСТВО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит фронтальную стенку жаровой трубы, в которой установлена, по меньшей мере, одна смесительная втулка, топливная форсунка, воздушный завихритель и теплозащитный экран. Внутренняя поверхность смесительной втулки выполнена в виде трубки Вентури, наименьший диаметр которой расположен в зоне фронтальной стенки. Воздушный завихритель установлен на входе в смесительную втулку. Теплозащитный экран установлен за фронтальной стенкой. Фронтальная стенка и теплозащитный экран соединены непосредственно со смесительной втулкой с помощью кольцевых буртов разного диаметра, выполненных на наружной поверхности втулки и разделенных кольцевой проточкой. Передний по потоку бурт выполнен с большим диаметром и соединен с фронтальной стенкой, а задний бурт – с теплозащитным экраном. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения смесительной втулки, а также надежность и ресурс камеры сгорания. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Известно фронтовое устройство камеры сгорания ГТД, содержащее фронтальную стенку и смесительную втулку в виде трубки Вентури [1].

Из известных фронтовых устройств наиболее близким к предложенному является фронтовое устройство, содержащее фронтальную стенку жаровой трубы, в которой установлена смесительная втулка с внутренней поверхностью, выполненной в виде трубки Вентури, наименьший диаметр которой расположен в зоне фронтальной стенки, топливную форсунку, воздушный завихритель, установленный на входе в смесительную втулку, и теплозащитный экран, установленный за фронтальной стенкой, причем теплозащитный экран и фронтальная стенка соединены со втулкой по кольцевой поверхности [2].

Недостатком такого фронтового устройства является низкая эффективность охлаждения смесительной втулки в зоне минимального диаметра, что приводит к перегреву и обгоранию смесительной втулки и снижению надежности и ресурса камеры сгорания.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения смесительной втулки в зоне минимального диаметра.

Указанная задача решается тем, что в известном фронтовом устройстве, содержащем фронтальную стенку жаровой трубы, в которой установлена по меньшей мере одна смесительная втулка с внутренней поверхностью, выполненной в виде трубки Вентури, наименьший диаметр которой расположен в зоне фронтальной стенки, топливную форсунку, воздушный завихритель, установленный на входе в смесительную втулку, и теплозащитный экран, установленный за фронтальной стенкой, причем теплозащитный экран и фронтальная стенка соединены со втулкой по кольцевой поверхности, фронтальная стенка и теплозащитный экран соединены непосредственно со смесительной втулкой с помощью кольцевых буртов разного диаметра, выполненных на наружной поверхности втулки и разделенных кольцевой проточкой, при этом передний по потоку бурт выполнен с большим диаметром и соединен с фронтальной стенкой, а задний бурт – с теплозащитным экраном.

Такое выполнение фронтового устройства позволяет изготовить стенку смесительной втулки с минимальными размерами, что улучшает теплоотвод. Наличие кольцевой проточки увеличивает охлаждающую поверхность втулки, что также способствует увеличению теплоотвода. Таким образом, значительно повышается эффективность охлаждения смесительной втулки в зоне ее минимального диаметра.

На фиг.1 показан продольный разрез фронтового устройства камеры сгорания ГТД,

на фиг.2 – вариант выполнения фронтового устройства с отверстиями в смесительной втулке,

на фиг.3, 4, 5, 6, 7 – варианты выполнения теплозащитного экрана.

Фронтовое устройство камеры сгорания ГТД содержит фронтальную стенку 1 жаровой трубы 2, в которой установлены втулки 3 с внутренней поверхностью 4, выполненной в виде трубки Вентури, наименьший диаметр 5 которой расположен в зоне фронтальной стенки 1, топливную форсунку 6, воздушный завихритель 7, установленный на входе в смесительную втулку 3, и теплозащитный экран 8, установленный за фронтальной стенкой 1. Теплозащитный экран 8 и фронтальная стенка 1 соединены со втулкой 3 с помощью кольцевых буртов 9 и 10 разного диаметра, выполненных на наружной поверхности 11 смесительной втулки 3 и разделенных кольцевой проточкой 12. Передний по потоку бурт 9 выполнен с большим диаметром и соединен с фронтальной стенкой 1, а задний бурт 10 соединен с теплозащитным экраном 8.

В переднем по потоку бурте 9 может быть выполнен по крайней мере один ряд отверстий 13, расположенных по окружности (фиг.2).

Отношение площади минимального сечения смесительной втулки 3 к проходной площади завихрителя 7 выполнено в диапазоне 0,25-2,5, а отношение длины смесительной втулки 3 к диаметру ее минимального сечения 0,5-2,5.

В случае выполнения камеры кольцевой теплозащитный экран 8 может быть снабжен гофрами 14, выпуклой стороной обращенными к фронтальной стенке 1 (фиг.3, 4) и расположенными между форсунками. При этом теплозащитный экран 8 может быть выполнен из отдельных секций 15, установленных в окружном направлении с зазором 16 (фиг.5), а также с зазором 17 в осевом направлении (фиг.7).

Во время работы камеры сгорания воздух подается во фронтовое устройство через воздушный завихритель 7, проходит в смесительную втулку 3 и смешивается с топливом, подаваемым через форсунку 6.

Топливо-воздушная смесь поступает в зону горения жаровой трубы 2. Через охлаждающие отверстия фронтальной стенки 1 и отверстия 13 буртика 9 охлаждающий воздух проходит в кольцевую проточку 12, охлаждает втулку 3 и теплозащитный экран 8 и поступает в жаровую трубу 2.

Предложенное устройство позволяет повысить эффективность охлаждения смесительной втулки фронтового устройства в зоне ее минимального сечения. Выполнение отношения площади минимального сечения смесительной втулки к проходной площади завихрителя в указанных пределах обеспечивает диапазон оптимальных скоростей воздушного потока. Указанное соотношение размеров смесительной втулки обеспечивает эффективное смешение топлива и воздуха.

Изобретение повышает надежность и ресурс камеры сгорания, а также улучшает ее экологические и рабочие характеристики.

Источники информации:

1. Патент США №3899884, кл. 60/39.74, опубл. 1975 г.

2. Заявка ФРГ №19627760, кл. F 23 R 3/14, опубл. 1998 г.

Формула изобретения

1. Фронтовое устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащее фронтальную стенку жаровой трубы, в которой установлена по меньшей мере одна смесительная втулка с внутренней поверхностью, выполненной в виде трубки Вентури, наименьший диаметр которой расположен в зоне фронтальной стенки, топливную форсунку, воздушный завихритель, установленный на входе в смесительную втулку, и теплозащитный экран, установленный за фронтальной стенкой, причем теплозащитный экран и фронтальная стенка соединены со втулкой по кольцевой поверхности, отличающееся тем, что фронтальная стенка и теплозащитный экран соединены непосредственно со смесительной втулкой с помощью кольцевых буртов разного диаметра, выполненных на наружной поверхности втулки и разделенных кольцевой проточкой, при этом передний по потоку бурт выполнен с большим диаметром и соединен с фронтальной стенкой, а задний бурт – с теплозащитным экраном.

2. Фронтовое устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение площади минимального сечения смесительной втулки к проходной площади завихрителя выполнено в диапазоне 0,25 – 2,5, а отношение длины смесительной втулки к диаметру ее минимального сечения 0,5 – 2,5.

3. Фронтовое устройство по п.1, отличающееся тем, что в переднем по потоку бурте выполнен, по меньшей мере, один ряд расположенных по окружности отверстий.

4. Фронтовое устройство по п.1, отличающееся тем, что для кольцевой камеры сгорания теплозащитный экран выполнен с гофрами, выпуклой стороной обращенными к фронтальной стенке и расположенными между форсунками.

5. Фронтовое устройство по пп.1, 2, 4, отличающееся тем, что теплозащитный экран выполнен из отдельных секций, установленных с зазором в поперечном направлении между ними.

6. Фронтовое устройство по пп.1, 2, 4, 5, отличающееся тем, что секции экрана установлены с зазором между ними в осевом направлении.

РИСУНКИ