Экспериментальное исследование температурного состояния стенок жаровой трубы многофорсуночной камеры сгорания газотурбинного двигателя

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Авторы

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева, КНИТУ — КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

Аннотация

Рассматривается конструкция камеры сгорания конвертированного авиационного газотурбинного двигателя (ГТД), служащего для привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Рассмотрены особенности конструкции системы охлаждения стенок жаровой трубы и принцип организации охлаждения. Проведено испытание камеры сгорания в составе газотурбинного двигателя, и представлены результаты определения температуры стенок жаровой трубы на двух режимах работы газотурбинной установки (ГТУ), соответствующих 16 и 18 МВт. Представлена методика расчета температуры стенки, и проведено сравнение результатов расчета и эксперимента. Выполнен анализ полученных результатов.

Ключевые слова:

Библиографический список

Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В., Ковылов Ю.Л., Резник В.Е., Цыбизов Ю.И. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: СНЦ РАН, 2002. – 527 с.

Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. – Third Edition. – CRC Press, 2010. – 560 p.

Baklanov A.V., Neumoin S.P. A technique of gaseous fuel and air mixture quality identification behind the swirl burner of gas turbine engine combustion chamber // Russian Aeronautics. 2017. Vol. 60. No. 1, pp. 9096. DOI: 10.3103/S1068799817010135

Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В., Резник .Е., Цыбизов Ю.И. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения: Учебное пособие. – Самара: СНЦ РАН, 2004. – 266 с.

Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД: Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 566 с.

Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. – 220 с.

Бакланов А.В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 73–85.

Richerson D.W. Ceramics for Turbine Engines // Mechanical Engineering. 1997. Vol. 119. No. 9, pp. 80–83.

Dutta P., Cowell L.H., Yee D.K., Dalla Betta R.A. Design and Evaluation of a Single-Can Full Scale Catalytic Combustion System for Ultra-Low Emissions Industrial Gas Turbines // ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition (Orlando, Florida, USA, 2-5 June 1997). Paper 97-GT-292. Vol. 2, pp. V002T05A016. DOI: 10.1115/97-GT-292

Gritsch M, Schulz A., Wittig S. Adiabatic Wall Effectiveness Measurements of Film-Cooling Holes with Expanded Exits // ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition (Orlando, Florida, USA, 2-5 June 1997). Paper No. 97-GT-164. Vol. 3, pp. V003T09A029. DOI: 10.1115/97-GT-164

Burrus D.L., Charour C.A., Foltz H.L., Sabla P.E., Seto S.P., Taylor J.R. Energy Efficient Engine combustor Test Hardware–Detailed Design Report. – NASA CR-168301, 1984. – 400 p.

Rosen R., Facey J.R. Civil Propulsion Technology for the Next TwentyFive Years // Eighth International Symposium on Air Breathing Engines. Paper No. 87877000, AIAA, Washington, DC, 1987.

Dodds W.J., Ekstedt E.E. Broad specification fuel combustion technology program: Phase II. – NASA Technical Reports Server (NTRS), 1984.

Lefebvre A.H. Influence of Fuel Properties on Gas Turbine Combustion Performance // AFWAL-TR-84- 2104, 1985.

Dodds W.J., Bahr D.W. Combustion System Design // Mellor A.M. (ed.) Design of modern gas turbine combustors. New York: Academic Press, 1990, pp. 343-476 (557 p.)

Ильинков A.B., Еабдрахманов P.P., Такмовцев В.В., Щукин A.B. Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 39-48.

Локай В.И., Бодунов М.Н., Жуйков В.В., Щукин A.B. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1993. – 288 с.

Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., Baranov P.A., Gulcova M.E. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 94, pp. 426-448. DOI: 10.1016/j. ijheatmasstransfer.2015.11.002

Ahn S.W., Lee J.S. Large eddy simulation of flow and heat transfer in a channel with a detached rib array // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. Vol. 53. No. 1-3, pp. 445-452. DOI: 10.1016/ j.ijheatmasstransfer.2009.09.012

Kiml R, Mochizuki S, Murata A. Heat transfer enhancement mechanism in a rectangular passage with V- and Л -shaped ribs // Journal of Flow Visualization and Image Processing. 2001. Vol. 8. No. 1, pp. 51-68. DOI: 10.1615/JFlowVisImageProc.v8.i1.50

Бакланов А.В. Поэтапная доводка камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающей в условиях форсирования скорости воздуха на выходе из компрессора // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 3. С. 13–22.

Маркушин А.Н., Меркушин В.К., Бышин В.М., Бакланов А.В. Организация низкоэмиссионного горения в кольцевой камере сгорания ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2009. № 3. С. 70–72.

КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ ГПА-Ц-16 НЕИСПРАВНОСТИ ВИДЕО

Данный сайт ориентирован для сотрудников компаний, занимающихся транспортировкой газа по магистральным газопроводам, а также для тех, кто только собирается начать свою трудовую деятельность в газовой промышленности. Тематика данного ресурса нацелена на обучение, проведение технической учебы, охрану труда, что обеспечивает нашу с Вами безопасность.

Если у Вас возникли вопросы и пожелания по работе нашего ресурса, вы всегда можете направить их через форму обратной связи. Ни одно обращение не останется без внимания.

Вниманию сотрудников, работающих с агрегатами ГПА-Ц-16.

Представляем новую площадку INFOKS ОБУЧЕНИЕ для изучения устройства и принципа действия оборудования компрессорной станции с данными типами ГПА.

Площадка является веб версией уже известной интерактивной программы Infoks, работающей без установки на любом устройстве.

Сейчас уже доступны разделы по темам: Общестанционные системы, ГПА-Ц-16 (двигатель НК-16-18СТ и нагнетатель НЦ-16/76-1,44).

Доступ к платформе — пожизненный.

Последние опубликованные материалы

Биполярные транзисторы. Назначение, вид…

Транзисторы предназначены для решения задач усиления и переключения электрических сигналов. Время бурного развития транзисторов – 50 – 80 годы прошлого столетия. В настоящее время следует признать, что транзисторы как отдельные.

Светодиоды

Светодиод – полупроводник, в котором при прохождении электрического тока создается световое излучение. Другое его название – светоизлучающий диод. Современные светодиоды предназначены для решения трёх основных задач: отображения состояния электронных устройств (в т.ч.

Стабилитроны

Стабилитроны (диоды Зенера) – особая разновидность диодов, предназначенная для формирования стабилизированного напряжения питания. ВАХ, графема стабилитрона и типовые характеристики представлены на рисунке 2.8. Обратите внимание, что рабочий ток стабилитрона втекает в .

Выпрямительные диоды. Назначение, характ…

Основное назначение полупроводниковых диодов выпрямление переменного тока. Существуют диоды других назначений, о которых будем говорить позже. Итак, диоды — это буквально двухэлектродные компоненты. Электроды имеют названия: анод и катод. Типовая графема.

Катушки индуктивности: назначение, ха…

Катушки индуктивности (КИ; индуктивность; индуктор; катушка) используются в электронных схемах нечасто: обычное их место в схемах преобразователей питания. Так называемые, высокочастотные катушки применяют в фильтрации напряжений питания чувствительных (аналоговых) компонентов. Общее.

Конденсаторы: назначение, характеристики…

Конденсаторы, как и резисторы, наиболее распространённые компоненты в принципиальных схемах. Их основное назначение – распределённая по электрической схеме фильтрация (сглаживание) пульсаций напряжений питания, а также использование как времязадающих элементов в.

Резисторы. Назначение, виды, характер…

Происхождение названия Резистор от латинского resisto – сопротивляюсь. На схемах обозначается латинской буквой R. При прохождении электрического тока через резистор он нагревается – рассеивает электрическую энергию в виде тепла. Можно.

Устройство и работа основных блоков двиг…

Проставка двигателя ГТД ДН80Л1 Проставка (рис.59) предназначена для подвода воздуха к ГТД из станционного воздуховода и для снижения уровня шума. В нее входят следующие функциональные блоки: переходники 1, 2, 3, 12; опора 4; диафрагма 5.

Кожух двигателя ГТД ДН80Л1

Кожух двигателя (рис. 58) выполнен теплозвукоизолирующим и предназначен для защиты машинного отделения от тепловыделения нагретых частей двигателя, а также для уменьшения шума, исходящего от двигателя, и состоит из кожуха газогенератора.

Рама и опоры двигателя ГТД ДН80Л1

Рама двигателя ГТД ДН80 Рама двигателя (рис. 57) предназначена для крепления двигателя и агрегатов, обслуживающих двигатель. Рама состоит из двух частей: рамы газогенератора 1 и рамы силовой турбины 2, которые представляют.

Читать еще: Что такое в двигателе присадка xado

Коробки приводов двигателя ГТД ДН80Л1

Коробки приводов двигателя предназначены для передачи вращения от электростартеров ротору КНД при запуске, холодных и технологических прокрутках и для привода агрегатов, обеспечивающих работу двигателя. На двигателе расположены нижняя и выносная коробки .

Турбина силовая (СТ) двигателя ГТД ДН80…

Назначение и устройство турбины силовой двигателя ГТД ДН80Л1 Турбина силовая (рис.40) осевого типа. Предназначена для привода во вращение вала потребителя мощности. Турбина силовая (СТ) четырехступенчатая, состоит из: сопловых аппаратов; ротора; опорного венца. Ротор силовой турбины Ротор СТ .

Последние видео

Действия персонала при возникновении пожара

Организация и проведение работ в электроустановках

Испытания магистрального газопровода

Организация и проведение огневых работ на газовых объектах ПАО «Газпром»

Производство работ кранами-трубоукладчиками на линейной части магистральных газопроводов

Производство земляных работ экскаватором, булдозером

Один из видов эффективного обучения является визуализация процессов, протекающих в технических устройствах. Предлагаем Вашему вниманию небольшой ролик работы приложения по визуализации внутренних процессов в оборудовании и устройствах компрессорной станции.

Скачать данное приложение можно в разделе программы для технической учебы

Посмотреть другие ролики из этого приложения можно в разделе обучающее видео

Облако тегов

Вы здесь:
Главная

Подписка на новости сайта позволит всегда быть в курсе новых публикаций на сайте

Предупреждение об использовании файлов cookies на сайте Info KS

В соответствии с законами ЕС, поставщики цифрового контента обязаны предоставлять пользователям своих сайтов информацию о правилах в отношении файлов cookie и других данных. Администрация сайта должна получить согласие конечных пользователей из ЕС на хранение и доступ к файлам cookie и другой информации, а также на сбор, хранение и применение данных при использовании продуктов Google.

Файл cookie – файл, состоящий из цифр и букв. Он хранится на устройстве, с которого Вы посещаете сайт Info KS. Файлы cookie необходимы для обеспечения работоспособности сайтов, увеличения скорости загрузки, получения необходимой аналитической информации.

Сайт использует следующие cookie:

Необходимые для работы сайта: навигация, скачивание файлов. Происходит отличие человека от робота.

Файлы cookie для увеличения быстродействия и сбора аналитической информации. Они помогают администрации сайта понять взаимодействие посетителей сайтом, дают информацию о страницах, которые были посещены. Эта информация помогает улучшать работу сайта.

Рекламные cookie. В эти файлы предоставляют сведения о посещении наших страниц, данные о ссылках и рекламных блоках, которые Вас заинтересовали. Цель — отражать на страницах контент, наиболее ориентированный на Вас.

Если Вы не согласны с использованием нами файлов cookie Вашего устройства, пожалуйста покиньте сайт.

Продолжением просмотра сайта Info KS Вы даёте своё согласие на использование файлов cookie.

КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в наземных энергетических установках, работающих на жидком и/или газообразном топливе. Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус, в котором соосно установлены две жаровые трубы, установленный на входе первой жаровой трубы завихритель и установленные на входе второй жаровой тубы радиальные завихрители, размещенную на корпусе двухконтурную форсунку, предназначенную для подачи топлива в зону горения первой жаровой трубы, струйные насадки и форсунки, предназначенные для подачи топлива в зону горения второй жаровой трубы, тороидальный улиточный газосборник, вход которого соединен с выходом второй жаровой трубы, а выход имеет возможность соединения с сопловым аппаратом турбины. Выход второй жаровой трубы и вход тороидального улиточного газосборника соединены посредством центрирующего кольца, имеющего возможность радиального перемещения, при этом, камера оснащена форсункой, предназначенной для подачи воды и/или пара в радиальные завихрители второй жаровой трубы. Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка камеры сгорания, обеспечивающей высокую полноту сгорания топлива, повышение КПД, и обеспечивающей минимальный уровень выбросов вредных веществ и низкие гидравлические потери во всем диапазоне эксплуатационных режимов. 1 п ф-лы, 7 илл.

Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в котором соосно установлены две жаровые трубы, установленный на входе первой жаровой трубы завихритель и установленные на входе второй жаровой тубы радиальные завихрители, размещенную на корпусе двухконтурную форсунку, предназначенную для подачи топлива в зону горения первой жаровой трубы, струйные насадки и форсунки, предназначенные для подачи топлива в зону горения второй жаровой трубы, тороидальный улиточный газосборник, вход которого соединен с выходом второй жаровой трубы, а выход имеет возможность соединения с сопловым аппаратом турбины, отличающаяся тем, что выход второй жаровой трубы и вход тороидального улиточного газосборника соединены посредством центрирующего кольца, имеющего возможность радиального перемещения, при этом камера оснащена форсункой, предназначенной для подачи воды и/или пара в радиальные завихрители второй жаровой трубы.

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в наземных энергетических установках, работающих на жидком и/или газообразном топливе.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в котором установлена жаровая труба, коллектор для подачи топлива в зоны горения камеры, связанный с трубопроводами подачи топлива. Жаровая труба имеет две зоны горения — дежурную и основную, к которым подведены топливные форсунки и элементы поджига топлива (воспламенители). Жаровая труба выполнена из наружного и внутреннего кожухов, образованных из стыкуемых друг с другом колец. В основной и дежурной зонах горения размещены завихрители топлива. На выходном торце жаровой трубы закреплены уплотнительные кольца, а к входному торцу жаровой трубы пристыкована плита, на которой установлены завихрители дежурной зоны и горелки. Завихрители основной зоны горения размещены на плавающих кольцах. Во внутреннем кожухе жаровой трубы имеются два ряда охлаждающих отверстий.

В процессе работы камеры сгорания топливо из топливного коллектора поступает через форсунки на завихрители, смешивается с воздухом, поступает в зону горения «А», где воспламеняется и обеспечивает стабильное горение зоны «Б». В зоне «А» сгорает примерно 10-20% топлива при максимальной температуре пламени. В зоне горения «Б» температура пламени примерно в 2 раза ниже, что обеспечивает значительное снижение содержания окислов азота. Горение топливовоздушной смеси заканчивается перед отверстиями для подачи охлаждающего воздуха. Воздух, подаваемый через эти отверстия, разбавляет продукты сгорания, снижая их температуру, и выравнивает ее по высоте сечения камеры сгорания, и эта газовоздушная смесь подается из камеры сгорания на турбину двигателя газогенератора.

(см. патент РФ на полезную модель №64324, кл. F23R 3/00, 2007 г.).

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что известная камера сгорания, как и заявленная, имеет две зоны горения топливной смеси, что позволяет повысить коэффициент сжигания топлива и уменьшить выбросы вредных продуктов в атмосферу. Наличие завихрителя обеспечивает оптимальное заполнение зон горения. Жаровая труба в процессе работы камеры сгорания охлаждается воздушным потоком. Однако, учитывая, что две зоны горения (высокотемпературная и низкотемпературная) образованы в одной кольцевой жаровой трубе, они неизбежно соседствуют друг с другом в окружном направлении и, тем самым, образуют зоны с нерасчетными концентрациями топлива, состава смеси и структуры потока, что ведет к повышению концентрации вредных выбросов и недожогу топлива. Введение потока воздуха в поток отработанных газов, подаваемых на турбину, не обеспечивает его равномерной температуры по всему сечению потока, что ведет к неравномерному нагреву лопаток турбины.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в котором установлена жаровая труба с отверстиями для пропускания воздуха и с завихрителем на входе, форсунка для подачи топлива в зону горения, причем в корпусе камеры сгорания соосно первой установлена вторая жаровая труба, на входе которой установлены завихрители, камера сгорания оснащена насадками и форсункой для подачи топливовоздушной смеси в полость второй жаровой трубы, при этом камера сгорания снабжена газосборником, размещенном в корпусе, состыкованном с корпусом камеры сгорания.

(см. патент РФ №2414649, кл. F23R 3/34, 2011 г.) — наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что известная камера сгорания, как и заявленная, имеет две зоны горения топливной смеси, первая из которых диффузионная, а во второй происходит горение гомогенной топливовоздушной смеси, что позволяет обеспечить высокую полноту сгорания топлива и, тем самым, уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу. Однако, учитывая, что в предлагаемой конструкции отсутствует объем, в котором происходит взаимодействие двух противоположно закрученных топливовоздушного и воздушного потоков, выходящих из радиальных лопаточных завихрителей второй жаровой трубы, то получение гомогенной смеси на входе в зону горения второй жаровой трубы, особенно на нагрузочных режимах, когда расход топлива максимален, не представляется возможным, что в итоге приводит к снижению полноты сгорания топлива, уменьшению КПД, увеличению вредных выбросов и к ухудшению основных параметров. Кроме того, взаимодействие топливовоздушной смеси, выходящей из радиальных завихрителей, и потока горячих газов, выходящего из первой жаровой трубы, начинается на выходе из лопаточных каналов завихрителей, что приближает зону горения гомогенной смеси к передней стенке второй жаровой трубы, и, как следствие, может привести к перегреву завихрителей.

Читать еще: Что такое номер двигателя по 19ma9234

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка камеры сгорания, обеспечивающей высокую полноту сгорания топлива, повышение КПД, и обеспечивающей минимальный уровень выбросов вредных веществ и низкие гидравлические потери во всем диапазоне эксплуатационных режимов.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, в котором соосно установлены две жаровые трубы, установленный на входе первой жаровой трубы завихритель и установленные на входе второй жаровой тубы радиальные завихрители, размещенную на корпусе двухконтурную форсунку, предназначенную для подачи топлива в зону горения первой жаровой трубы, струйные насадки и форсунки, предназначенные для подачи топлива в зону горения второй жаровой трубы, тороидальный улиточный газосборник, вход которого соединен с выходом второй жаровой трубы, а выход имеет возможность соединения с сопловым аппаратом турбины, новым является то, что выход второй жаровой трубы и вход тороидального улиточного газосборника соединены посредством центрирующего кольца, имеющего возможность радиального перемещения, при этом, камера оснащена форсункой, предназначенной для подачи воды и/или пара в радиальные завихрители второй жаровой трубы.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:

— на фиг.1 — камера сгорания, продольный разрез;

— на фиг.2 — вид Г по фиг.1;

— на фиг.3 — разрез Д — Д по фиг.2;

— на фиг.4 — разрез И — И по фиг.2;

— на фиг.5 — разрез Е — Е по фиг.1;

— на фиг.6 — разрез Ж — Ж по фиг.1;

— на фиг.7 — выносной элемент К по фиг.1.

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус 1, в котором соосно установлены две жаровые трубы (первая — 2 и вторая — 3). Камера сгорания оснащена двухконтурной газожидкостной форсункой 4, предназначенной для подачи топлива в зону горения «А» первой жаровой трубы 2. Форсунка 4 установлена на пристыкованную к торцу корпуса крышку 5. В крышке 5 размещен коллектор с тремя струйными насадками 6 подачи жидкого топлива. На корпусе камеры сгорания установлены струйные форсунки 7 и 8 для подачи газообразного топлива и воды (или пара) в два последовательно установленных в корпусе на входе второй жаровой трубы 3 радиальных завихрителя 9 и 10. Выход второй жаровой трубы 3 размещен в центрирующем кольце 11, в которое вставлен вход тороидального улиточного газосборника 12. Кольцо 11 обеспечивает соосное расположение второй жаровой трубы 3 и тороидального улиточного газосборника 12. Центрирующее кольцо имеет отбортовку (позицией не обозначена), которая размещена с зазором (см. фиг.7) между двумя выступами, выполненными в корпусе 13. Благодаря такой установке кольцо 11 имеет возможность небольшого (примерно 3 мм — см. фиг.7) свободного радиального перемещения относительно выступов, что позволяет компенсировать относительное перемещение жаровой трубы и газосборника при сборке камеры сгорания.

На входе первой жаровой трубы 2 установлен пусковой воспламенитель (например, свеча) 14.

Жаровые трубы фиксируются в корпусе посредством пальцев 15 и гаек 16.

Радиальные завихрители 9 и 10 оснащены лопатками, соответственно 17 и 18, которые закручены в противоположные стороны, что обеспечивает создание гомогенной топливно-водо(паро)-воздушной смеси, поступающей в зону горения «Б» второй жаровой трубы 3.

На входе первой жаровой трубы 2 установлен завихритель 19.

Камера сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.

Топливо жидкое или газообразное подается двухконтурной газожидкостной форсункой 4 в зону горения «А» первой жаровой трубы 2, где оно смешивается с воздухом, поступающим через завихритель 19, и воспламеняется свечой 14. В дальнейшем горение топливовоздушной смеси поддерживается возникшим факелом пламени. При этом в зону горения перовой жаровой трубы 2 подается не более 5-10% от суммарного расхода топлива. Так как перемешивание топлива с воздухом и горение смеси происходят, в одном объеме, то процесс горения в первой жаровой трубе является диффузионным.

В зону горения Б второй жаровой трубы 3 воздух поступает через радиальные завихрители 9 и 10. Пропускание воздуха через завихрители, с учетом противоположной закрутки их лопаток 17 и 18, обеспечивает создание гомогенной топливно-водо(паро)-воздушной смеси в объеме «В», благодаря интенсивному перемешиванию воздуха с топливом и водой (или паром), поступающими из струйных насадков 6 и форсунок 7 и 8. Выходящая из объема «В» гомогенная смесь воспламеняется диффузионным факелом пламени, идущим из первой жаровой трубы. Стабильность процесса горения в зоне «Б» второй жаровой трубы обеспечивается тем, что поступающая в нее гомогенная смесь имеет большую угловую скорость, в результате чего на передней стенке второй жаровой трубы образуется перепад давления, обеспечивающий образование устойчивой зоны обратных токов. Гомогенная смесь, поступающая в зону горения «Б», сгорает с выделением тепла, при этом испаряющаяся вода или пар отбирают тепло и увеличивают объем рабочего тела, что вызывает снижение температуры горения, увеличения скорости течения продуктов сгорания, уменьшая тем самым время пребывания продуктов сгорания в камере сгорания, что обеспечивает высокую полноту сгорания топлива, за счет чего повышается КПД и обеспечивается снижение выбросов вредных веществ.

Поток воздуха, который поступает из объема корпуса камеры сгорания в полость второй жаровой трубы через отверстия «г», обеспечивает дожигание продуктов сгорания и оптимальное поле температур на выходе из камеры сгорания в радиальном и осевом направлениях.

Вышедший из второй жаровой трубы 3 поток газа поступает в тороидальный улиточный газосборник 12, а из него — на вход в сопловой аппарат турбины.

В процессе работы оболочки жаровых труб охлаждаются воздухом, поступающим через отверстия «а» и щели «б», выполненные в оболочках жаровых труб.

Наличие двух зон горения топливной смеси, первая из которых является диффузионной и обеспечивает воспламенение гомогенной топливно-водо(паро)-воздушной смеси, поступающей во вторую жаровую трубу, превращение воды в пар (или наличие пара) в зоне горения которой снижает температуру горения, увеличивает объем продуктов сгорания, что приводит к увеличению скорости течения продуктов сгорания в проточном тракте жаровой трубы и уменьшению времени пребывания продуктов сгорания в камере сгорания, а, следовательно, и к снижению вредных выбросов на выходе из двигателя.

Соосное расположение жаровых труб 2, 3, соосное расположение второй жаровой трубы 3 и газосборника 12 за счет установки центрирующего кольца в зоне их сопряжения, а также использование струйных насадков и форсунок для подачи жидкого или газообразного топлива и воды (или пара) в зону горения второй жаровой трубы через завихрители, позволяет избежать загромождения проточной части камеры сгорания, обеспечивает низкий уровень гидравлических потерь в камере сгорания при одновременном уменьшении выбросов вредных веществ во всем диапазоне эксплуатационных режимов.

Что такое жаровая труба газотурбинного двигателя

Предложение относится к машиностроению, в частности к авиационному двигателестроению, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Камера сгорания является ответственным элементом газотурбинного двигателя (далее ГТД). Устойчивость ее работы определяет надежность работы двигателя, а эффективность — экономичность ГТД. Конструкция камеры сгорания работает в очень тяжелых условиях высокотемпературной среды химически активных газов. На нее воздействует высокое пульсирующее давление, а материал конструкции подвергается эрозии в результате взаимодействия с газовым потоком.

Работа камеры сгорания обязана удовлетворять ряду требований. Камера сгорания должна устойчиво и эффективно работать в широком диапазоне эксплуатационных режимов ГТД. Она должна быстро, надежно и безопасно выходить на рабочий режим (запускаться) в любых условиях эксплуатации, на земле и в воздухе, в том числе на больших высотах. Поэтому для увеличения срока службы камеры сгорания ряд элементов делают из жаропрочных материалов и принимают меры к охлаждении стенок камеры и ее деталей.

Жаровая труба — это один из основных элементов камеры сгорания газотурбинного авиационного двигателя, в которой происходит горение топлива.

В камерах сгорания стенки жаровых труб, как правило, защищают от нагрева слоем менее нагретого газа или защитной пристеночной пеленой охлаждающего воздуха. Выравнивание температуры стенок жаровой трубы, которые имеют неравномерный нагрев, даже на установившихся режимах работы, не говоря уже о переменных, является актуальной задачей при конструировании камер сгорания, так как неравномерное охлаждение стенки может быть причиной ее коробления, прогара и появления трещин.

Читать еще: Mitsubishi space gear какой двигатель лучше

Высокие значения температуры воздуха и его скорости на входе в камеру сгорания предъявляют очень жесткие требования к конструкции при разработке новых камер сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок и требуют новых подходов к их проектированию.

Известна жаровая труба кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981, стр.394, рис.9.13а).

В данном устройстве стенки жаровой трубы охлаждаются с наружной стороны воздухом, движущимся по кольцевому пространству между жаровой трубой и наружным кожухом. Для лучшего охлаждения жаровой трубы снаружи путем увеличения внешней поверхности охлаждения на внешней поверхности жаровой трубы выполнены ребра.

Недостатком известного устройства является то, что внешнего охлаждения бывает недостаточно, вследствие чего могут возникнуть местные перегревы, что вызовет прогары стенок или резкое возрастание температурных напряжений, приводящих к образованию короблений и трещин.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки (Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, стр.78, рис.306).

В данном устройстве обечайки жаровой трубы охлаждаются омывающим их снаружи воздухом и воздухом, поступающим внутрь жаровой трубы через ряды мелких отверстий и кольцевые щели, расположенные несколькими поясами по длине жаровой трубы.

Сплошные кольцевые щели между обечайками достаточно эффективно защищают заградительной пеленой воздуха их внутреннюю поверхность, однако расход воздуха через них очень большой, что снижает экономичность ГТД.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки, образующие кольцевой канал с возможностью подачи воздуха через радиальные и осевые отверстия в наружной обечайке (Патент GB №1060097, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком такой конструкции является низкая скорость воздуха в выходном сечении канала, при этом энергии воздуха не достаточно для отбрасывания неиспарившегося топлива от обечаек и оно сгорает непосредственно у стенки, вызывая ее перегрев и коробление. Повышение скорости воздуха в выходном сечении, например за счет увеличения количества отверстий, подводящих воздух, или путем уменьшения высоты выходного сечения, влечет увеличение длины козырька, его коробление и перекрытие канала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающего кольцевого канала и соединены между собой с помощью гофрированной проставки (Патент GB №1060096, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком известного устройства является наличие гофрированной проставки, что приводит к образованию в канале застойных зон и снижает эффективность охлаждения обечаек.

Технический результат заявляемого решения заключается в интенсификации охлаждения стенок жаровой трубы за счет создания условий для истечения высокоскоростной пелены охлаждающего воздуха, однородной в окружном направлении.

Для достижения указанного технического результата в жаровой трубе камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающей, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала, согласно предложению конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы.

Также согласно предложению окна и отверстия имеют суммарную площадь, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6.

Наличие отличительных признаков, а именно выполнение конца обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны с равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки, выполнение каждой выштамповки с наклонной торцевой стенкой с отверстием преимущественно овальной формы, причем суммарная площадь окон и отверстий составляет величину, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6 свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы известно, что в камерах сгорания для высокотемпературных двигателей, в связи с обогащением топливом топливно-воздушной смеси, ростом температуры воздуха и газа, основной проблемой охлаждения оказалось горение у стенок жаровой трубы.

Из анализа вышеуказанных источников информации видно, что из-за технологических, геометрических, прочностных ограничений не удается достичь максимальную скорость пелены воздуха именно в выходном сечении охлаждающей щели, добиваясь при этом, чтобы выходящая пелена была однородной в окружном направлении. Площадь выходного сечения щели в известных конструкциях в несколько раз больше площади подводящих воздух отверстий, а скорость воздуха в ней в несколько раз меньше максимально возможной, что не позволяет создать высокоскоростную равномерную пелену. Кроме того, выполнение обечаек из тонких листовых материалов, что имеет место в подавляющем большинстве выполняемых конструкций, заставляет увеличить шаг между отверстиями из соображений прочности, что также снижает скорость воздуха в выходном сечении.

Следует отметить, что низкоскоростная, даже равномерная пелена или высокоскоростная, но неравномерная пелена воздуха не может отбросить топливо от щели и исключить его горение у стенок жаровой трубы и за щелью.

Заявляемое предложение позволяет получить эффективную площадь подводящих к щели воздух каналов больше ее выходного сечения, вследствие чего возможно создание в выходном сечении щели равномерной воздушной пелены, имеющей максимальную, для данного перепада давлений на жаровой трубе, скорость.

Также при таком техническом решении достигается минимальные затенение потока и аэродинамическое сопротивление внутри щели, так как при выполнении отверстий в выштамповках их задняя часть может быть почти полностью срезана, без ухудшения прочностных свойств. При этом исключено коробление козырька охлаждающей щели, так как его можно сделать очень коротким без ухудшения равномерности пелены охлаждающего воздуха.

Заявляемое предложение позволяет получить высокую прочность охлаждающей щели, так как силовая связь обечаек проходит через боковые стенки выштамповок в наружной обечайке, которые могут быть сделаны достаточно длинными.

Из вышесказанного следует, что технический результат предложения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена камера сгорания с жаровой трубой; на фиг.2 представлен узел I соединения концов обечаек; на фиг.3 показан вид по стрелке А на фиг.2.

Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.

Заявляемое устройство содержит, по меньшей мере, две обечайки 1 и 2, концы которых расположены коаксиально и образуют сужающийся кольцевой канал 3. Конец обечайки 2, ограничивающей канал 3 снаружи, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон 4 выштамповками 5, контактирующими с концом обечайки I и имеющими наклонную торцовую стенку с отверстием 6 овальной формы. На конце обечайки 1 могут быть выполнены прорези 7 для компенсации температурных расширений. Суммарная площадь окон 4 и отверстий 6 не менее чем в 1,2 раза превышает площадь выходного сечения канала 3, а отношение высоты h канала 3 к его длине L равно 1/3-1/6.

Устройство работает следующим образом.

При работе камеры сгорания воздух через окна 4 и отверстия 6 поступает в канал 3, в котором происходит повышение скорости воздуха. Выходя из канала 3, воздух образует сплошную равномерную по скорости пелену, охлаждающую обечайку 2 и конец обечайки 1.

Неиспарившиеся частицы топлива, попадая на внутреннюю поверхность обечайки 1, стекают с нее и отбрасываются пеленой воздуха. Выбранные соотношения проходных площадей окон 4, отверстий 6 и канала 3, а также отношение высоты h выходного сечения канала 3 к его длине L обеспечивают высокую скорость истечения охлаждающего воздуха и эффективное охлаждение элементов конструкции.

Предлагаемое изобретение позволит исключить коробление обечаек жаровой трубы на всех режимах работы камеры сгорания.

Устройство было разработано и изготовлено на заводе имени В.Я.Климова и успешно использовано на предприятии заказчика.

Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

голоса

Рейтинг статьи