×
09.05.2019
219.017.4fc9

Результат интеллектуальной деятельности: КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002439436
Дата охранного документа
10.01.2012
Аннотация: Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус, в котором расположена кольцевая жаровая труба с лобовой, внешней и внутренней относительно оси жаровой трубы кольцевыми оболочками, в которых выполнены перфорация и отверстия под горелочные модули, свечи зажигания и подачи воздуха в полость горения, а также с внутренней стенкой, обращенной к полости горения. Внутренняя стенка жаровой трубы, обращенная к полости горения, выполнена эквидистантно внешней стенке в форме тороидальной оболочки из жаростойкого материала и закреплена в задней по потоку части радиальными штифтами. Штифты установлены жестко на наружной и внутренней оболочках с возможностью радиального скольжения относительно тороидальной оболочки. Тороидальная оболочка в передней и задней по потоку частях установлена до упора во внешнюю стенку с возможностью скольжения в поперечном относительно оси камеры сгорания направлении. Изобретение направлено на улучшение топливной экономичности двигателя, снижение эмиссии вредных веществ в выхлопных газах, повышение надежности и долговечности камеры сгорания. 2 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к конструкциям основных камер сгорания.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые стенки, изготовленные из композиционного керамического материала, соединенные между собой в передней по потоку части лобовой стенкой и образующие полость горения [патент США №6775985, F23R 3/00, F23R 3/50, 2004 г.].

Недостатком известной конструкции является отсутствие эффективного охлаждения стенок жаровой трубы, что приводит к существенному нагреву стенок и, как следствие, повышенному тепловому излучению в сторону корпуса камеры сгорания, повышению его температуры и снижению прочностных характеристик.

Другими недостатками являются малые контактные поверхности подверженных износу деталей соединений стенок жаровой трубы с лобовой стенкой и сопловым аппаратом турбины, изготовленных из разнородных материалов, требующих обеспечения надежных уплотнений полости жаровой трубы и необходимости компенсации взаимных тепловых перемещений в осевом и радиальном направлениях. Указанные недостатки снижают надежность камеры сгорания и топливную экономичность двигателя за счет утечек воздуха в соединениях стенок жаровой трубы.

Наиболее близкой к заявляемой является камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые стенки, соединенные между собой в передней по потоку части лобовой стенкой, выполненные двухслойными и ограничивающими полость горения [патент РФ №2215241, F23R 3/04, 2003 г.].

Главным недостатком известной камеры сгорания является потребность в определенном расходе воздуха на охлаждение стенок жаровой трубы, который используется неэффективно в процессе горения, что снижает топливную экономичность двигателя и не способствует уменьшению эмиссии вредных веществ в выхлопных газах.

Наличие в конструкции жаровой трубы большого разнообразия типоразмеров сегментов и количества их крепежных элементов приводит к низкой надежности сгорания.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в улучшении топливной экономичности двигателя, снижении эмиссии вредных веществ в выхлопных газах, повышении надежности и долговечности камеры сгорания за счет использования всего воздуха, проходящего через жаровую трубу камеры сгорания, включая воздух, предназначенный для охлаждения стенок и оболочек жаровой трубы, на подготовку топливовоздушной смеси и формирование процесса горения, а также уменьшении количества и типоразмеров деталей жаровой трубы, исключении утечек воздуха в полость горения в соединениях стенок жаровой трубы.

Сущность технического решения заключается в том, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, включающей корпус, двухслойную кольцевую жаровую трубу с внешней и внутренней стенками, имеющими отверстия под горелочные модули, свечи зажигания и подачи воздуха в полость горения, внешняя стенка включает наружную, внутреннюю кольцевые оболочки и лобовую стенку, в которых выполнена перфорация, а внутренняя стенка обращена к полости горения, согласно изобретению внутренняя стенка жаровой трубы, обращенная к полости горения, выполнена эквидистантно внешней стенке в форме тороидальной оболочки из жаростойкого материала и закреплена в задней по потоку части радиальными штифтами, которые установлены жестко на наружной и внутренней оболочках с возможностью радиального скольжения относительно тороидальной оболочки, при этом тороидальная оболочка в передней и задней по потоку частях установлена до упора во внешнюю стенку с возможностью скольжения в поперечном относительно оси камеры сгорания направлении.

Выполнение внутренней стенки жаровой трубы, обращенной к полости горения стенке, в форме тороидальной цельной оболочки уменьшает количество и разнообразие типоразмеров деталей жаровой трубы, исключает подвижные уплотнения с малой контактной поверхностью со стороны лобовой стенки и соплового аппарата турбины, чем исключаются возможные утечки воздуха в этих стыках, повышается надежность камеры сгорания.

Выполнение внутренней стенки эквидистантно внешним и внутренней кольцевым оболочкам жаровой трубы позволяет сформировать промежуточную концентрическую полость вокруг тороидальной оболочки и в сочетании с перфорацией создает эффективное конвективное импактное охлаждение внутренней стенки, повышая долговечность жаровой трубы.

Применение жаростойкого, например, композиционного керамического материала также позволяет повышать долговечность жаровой трубы.

Кроме того, промежуточная концентрическая полость предназначена для сбора охлаждающего воздуха, прошедшего через перфорацию внешней стенки и подачи его в полость горения жаровой трубы, что обеспечивает использование всего воздуха, проходящего через жаровую трубу, включая воздух, предназначенный для охлаждения стенок жаровой трубы, на подготовку топливовоздушной смеси и формирование процесса горения. Это повышает топливную экономичность двигателя и снижает эмиссию вредных веществ в выхлопных газах.

Закрепление внутренней стенки жаровой трубы в задней по потоку части радиальными штифтами, которые установлены жестко на наружной и внутренней оболочках с возможностью радиального скольжения относительно тороидольной оболочки, обеспечивает центрирование жаровой трубы относительно кольцевого входа в сопловой аппарат турбины во всем диапазоне работы двигателя, обеспечивает стабильность полей температур газа на выходе из камеры сгорания и приводит к повышению надежности двигателя.

Установка тороидальной оболочки в передней и задней по потоку частях до упора во внешнюю стенку с возможностью скольжения в поперечном относительно оси камеры сгорания направлении обеспечивает надежное подвижное уплотнение, исключает перетекание воздуха в промежуточной концентрической полости и утечки воздуха в полость горения, что повышает топливную экономичность двигателя и снижает эмиссию вредных веществ в выхлопных газах.

На фиг.1 изображен продольный разрез камеры сгорания газотурбинного двигателя заявляемой конструкции, на фиг.2 - элемент I на фиг.1.

Камера сгорания газотурбинного двигателя включает корпус 1, двухслойную кольцевую жаровую трубу 2 с внешней и внутренней стенками (не обозначены). Внешняя стенка включает наружную 3 и внутреннюю 4 кольцевые оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части лобовой стенкой 5. Между кольцевыми оболочками расположена полость горения 6. Внешняя стенка выполнена концентрично входу в сопловой аппарат 7, имеет перфорацию 8 и отверстия 9,10, соосные отверстиям 11, 12 во внутренней стенке, которые предназначены для установки горелочных модулей 13, свечей зажигания 14 и подачи воздуха 15 в полость горения 6.

Внутренняя стенка 16 жаровой трубы 2 обращена к полости горения 6 и выполнена эквидистантно внешней стенке, т.е. наружной 3, внутренней 4 кольцевым оболочкам и лобовой стенке 5 жаровой трубы в форме цельной тороидальной оболочки из жаростойкого материала, например композиционного керамического. Она закреплена в задней по потоку части радиальными штифтами 17, которые установлены жестко на наружной 3 и внутренней 4 оболочках. При этом имеют возможность радиального скольжения относительно тороидальной оболочки.

Кроме того, внутренняя стенка 16 в передней и задней по потоку частях установлена до упора в лобовую стенку 5 по поверхности А и по поверхности Б во внешнюю стенку, т.е. наружную 3 и внутреннюю 4 кольцевые оболочки, с возможностью скольжения в поперечном относительно оси камеры сгорания 2 направлении, а также плотно вставлена по диаметру Д наружной кольцевой оболочки 3 и с зазором Δ1 по внутренней кольцевой оболочке 4. Направления потоков воздуха обозначены позициями 18, 19 и 20.

Камера сгорания работает следующим образом.

В холодном состоянии тороидальная оболочка 16, плотно вставленная по диаметру Д и до упора в поверхности Б, сцентрирована относительно входа 7 в сопловой аппарат турбины и не имеет зазоров для прохода воздуха 18 в полость горения 6 через стыки. В передней по потоку части оболочка 16 установлена до упора в поверхность А, разделяя промежуточную концентричную полость на три полости.

При работе двигателя внешняя стенка жаровой трубы 2 нагревается и расширяется в диаметральном и осевом направлениях. Тороидальная оболочка 16 расширяется в меньшей степени, чем стенки 3, 4, 5, т.к. они изготовлены из керамического материала с меньшим коэффициентом теплового расширения по сравнению с материалом элементов 3, 4, 5.

При нагревании по диаметру Д зазор Δ2 увеличивается, а зазор Δ1 уменьшается. Оболочка 16 проскальзывает по радиальным штифтам 17, жестко соединенным со стенками 3, 4, сохраняя при этом центровку относительно входа 7 в сопловой аппарат турбины и уплотнение по поверхностям Б.

Под воздействием перепада давления на стенках жаровой трубы 2 и за счет упругой деформации тонкостенных криволинейных в продольном сечении оболочек 3, 4 лобовая стенка 5 прижимается к поверхности А оболочки 16, сохраняя уплотнение и исключая утечки воздуха в полость горения 6 по поверхностям А и Б.

Часть воздуха высокого давления 18 из-за компрессора под воздействием перепада давления на стенках жаровой трубы 2, потоками 15 проходит через отверстия 10 в стенках 3, 4 и попадает в полость 6 жаровой трубы 2, где используется для формирования процесса горения.

Другая часть воздуха 18 проходит через перфорацию 8 в лобовой стенке 5 и потоками 19 натекает нормально к поверхности лобовой части оболочки 16, охлаждает ее и далее, проходя вдоль стенки в направлении отверстий 11 вокруг горелочных модулей 13, используется в процессе смесеобразования.

Третья часть воздуха 18 проходит через перфорацию 8 в оболочках 3, 4, потоками 20 натекает нормально к поверхности стенки оболочки 16 и охлаждает ее. Далее, проходя вдоль стенки в направлении отверстий 12, выходит в полость горения 6 совместно с потоком воздуха 15, прошедшим через отверстия 10, и используется для формирования процесса горения.

Камера сгорания газотурбинного двигателя, включающая корпус, в котором расположена кольцевая жаровая труба с лобовой, внешней и внутренней относительно оси жаровой трубы кольцевыми оболочками, в которых выполнены перфорация и отверстия под горелочные модули, свечи зажигания и подачи воздуха в полость горения, а также с внутренней стенкой, обращенной к полости горения, отличающаяся тем, что внутренняя стенка жаровой трубы, обращенная к полости горения, выполнена эквидистантно внешней стенке в форме тороидальной оболочки из жаростойкого материала и закреплена в задней по потоку части радиальными штифтами, которые установлены жестко на наружной и внутренней оболочках с возможностью радиального скольжения относительно тороидальной оболочки, при этом тороидальная оболочка в передней и задней по потоку частях установлена до упора во внешнюю стенку с возможностью скольжения в поперечном относительно оси камеры сгорания направлении.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 81-90 of 100 items.
09.05.2019
№219.017.4ef0

Ротор турбины газотурбинного двигателя

Ротор турбины газотурбинного двигателя содержит диск и установленный на нем дефлектор. Дефлектор зафиксирован относительно диска осевыми болтами. Болтовое соединение размещено в радиальных фланцах диска и дефлектора, соединенных цилиндрическими упругими элементами со ступицами диска и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002470170
Дата охранного документа: 20.12.2012
09.05.2019
№219.017.4f68

Способ управления газотурбинным двигателем на режимах разгона и дросселирования

Способ управления газотурбинным двигателем на режимах разгона и дросселирования включает измерение частоты вращения n и ускорения n  ротора турбокомпрессора, измерение температуры воздуха Твх* на входе в турбокомпрессор, вычисление приведенной по температуре воздуха на входе в турбокомпрессор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002403419
Дата охранного документа: 10.11.2010
09.05.2019
№219.017.4f7b

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, стабилизатор потока воздуха, осевой и тангенциальный завихрители воздуха, снабженные конфузорно диффузорными соплами с внутренними и внешними...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406934
Дата охранного документа: 20.12.2010
09.05.2019
№219.017.4fc1

Направляющий аппарат осевого компрессора

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкции поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газотурбинного двигателя, и позволяет при его использовании повысить устойчивость работы компрессора. Указанный технический результат достигается в направляющем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002439380
Дата охранного документа: 10.01.2012
09.05.2019
№219.017.4fc3

Полая лопатка турбомашины

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. Полая лопатка турбомашины содержит полое перо. Во внутренней полости лопатки на спинке и на корыте выполнены конические углубления с радиусными округлениями. При этом высота углубления составляет 70…80% от толщины стенки лопатки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002439335
Дата охранного документа: 10.01.2012
29.05.2019
№219.017.66b5

Способ сборки шевронного зубчатого колеса

Способ включает установку левого и правого полушевронов на общий вал. Для уменьшения износа сборных зубчатых колес предварительно в правом полушевроне выполняют отверстия под призонные болты. На общий вал с двух сторон устанавливают податливые элементы, обеспечивающие гарантированный натяг....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002379167
Дата охранного документа: 20.01.2010
29.06.2019
№219.017.9c17

Воздухоочистительное устройство

Изобретение предназначено для очистки воздуха. Воздухоочистительное устройство содержит конфузор, диффузор, перегородку и жалюзийные решетки, расположенные по обе стороны от перегородки и выполненные в виде пластин. Перегородка выполнена радиальной с аэродинамическим обтекателем со стороны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002345816
Дата охранного документа: 10.02.2009
29.06.2019
№219.017.9c1f

Ступень осевого компрессора

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей и позволяет повысить КПД и газодинамическую устойчивость компрессора путем улучшения циркуляции воздуха в полости над рабочей лопаткой. Ступень осевого компрессора содержит направляющие и рабочие (9) лопатки. Над рабочими лопатками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002347110
Дата охранного документа: 20.02.2009
29.06.2019
№219.017.9ccc

Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к высоконапорным многоступенчатым компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении КПД за счет регулирования радиальных зазоров между статором и ротором без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002317447
Дата охранного документа: 20.02.2008
29.06.2019
№219.017.9d69

Газотурбинный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения для привода электрогенератора или механического привода. Технический результат заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем снижения действующей на ротор компрессора осевой силы от газовых сил за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352799
Дата охранного документа: 20.04.2009
Showing 21-27 of 27 items.
09.05.2019
№219.017.4f48

Камера сгорания предварительного смешения газотурбинной установки

Камера сгорания предварительного смешения газотурбинной установки содержит горелочное устройство с, по меньшей мере, одним направляющим аппаратом для крутки потока топливовоздушной смеси и цилиндрической выходной частью, а также жаровую трубу со входной частью в виде диффузора. Диффузор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451881
Дата охранного документа: 27.05.2012
09.05.2019
№219.017.4f7b

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, стабилизатор потока воздуха, осевой и тангенциальный завихрители воздуха, снабженные конфузорно диффузорными соплами с внутренними и внешними...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406934
Дата охранного документа: 20.12.2010
19.06.2019
№219.017.875f

Жаропрочный порошковый никелевый сплав

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах. Жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержит, мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002371495
Дата охранного документа: 27.10.2009
29.06.2019
№219.017.9c17

Воздухоочистительное устройство

Изобретение предназначено для очистки воздуха. Воздухоочистительное устройство содержит конфузор, диффузор, перегородку и жалюзийные решетки, расположенные по обе стороны от перегородки и выполненные в виде пластин. Перегородка выполнена радиальной с аэродинамическим обтекателем со стороны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002345816
Дата охранного документа: 10.02.2009
29.06.2019
№219.017.a064

Камера сгорания газотурбинного двигателя

Камера сгорания газотурбинного двигателя содержит наружный корпус и съемный кожух. Кожух выполнен из не менее трех частей с продольными разъемами. Разъемы равномерно расположены по окружности. Как минимум один из двух кольцевых фланцев кожуха выполнен конической формы сопрягаемой поверхности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406035
Дата охранного документа: 10.12.2010
06.02.2020
№220.017.ff52

Топливовоздушная двухзонная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к конструкциям основных камер сгорания. Топливовоздушная двухзонная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, преимущественно работающая на жидком топливе, образующая пилотный и основной контуры и включающая форсунку в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713240
Дата охранного документа: 04.02.2020
12.04.2023
№223.018.4223

Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к высоконапорным многоступенчатым компрессорам газотурбинных двигателей, в том числе для авиационного применения. Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя, содержащий размещенные в проточной части компрессора ступени с рабочими колесами, содержащими рабочие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002734668
Дата охранного документа: 21.10.2020
+ добавить свой РИД