Форсажная камера газотурбинного двигателя (варианты)

 

Форсажная камера газотурбинного двигателя содержит установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины. Вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным по его периферии или внутри обтекателя. Длину акустического волновода определяют из защищаемого изобретением соотношения. Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить массу форсажной камеры путем подавления колебаний давления в камере и таким образом обеспечить работу форсажной камеры без регулярных колебаний в ней во всем диапазоне рабочих режимов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкции форсажной камеры ГТД.

Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая корпус и установленное в нем фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени и противовибрационным экраном, установленным на корпусе (1).

Недостатком ее является демпфирование колебаний давления в узком диапазоне частот.

Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленные в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, расположенными коаксиально вибрационному поглотителю, выполненному в виде полого обтекателя задней опоры турбины с перфорацией на нем в виде двух участков перед и в плоскости фронтового устройства, образующего с корпусом камеры кольцевой диффузор (2).

Такое устройство поглотителя энергии колебаний сложно в изготовлении и имеет значительную массу.

Задача изобретения - упрощение конструкции и снижение массы форсажной камеры.

Для достижения указанной задачи форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, в ней вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным по его периферии, при этом длину акустического волновода определяют из соотношения

где - длина дополнительного акустического волновода;

1₁ - длина диффузора вдоль продольной оси форсажной камеры;

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний.

Возможен вариант, в котором для достижения той же задачи в форсажной камере газотурбинного двигателя, содержащей установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, в котором вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным внутри обтекателя, при этом длину акустического волновода определяют из соотношения

где - длина дополнительного акустического волновода;

1₁ - длина диффузора вдоль продольной оси форсажной камеры;

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний,

при этом акустический волновод может быть выполнен в виде спиральной трубки, вход и выход которой установлен заподлицо с наружным профилем обтекателя.

Новым здесь является то, что вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным по его периферии или расположенным внутри обтекателя, при этом длину акустического волновода определяют из соотношения

где - длина дополнительного акустического волновода;

1₁ - длина диффузора вдоль продольной оси форсажной камеры;

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний.

Во внутренней полости обтекателя дополнительно установлен, по меньшей мере, один акустический волновод, причем его выход расположен в плоскости кольцевых стабилизаторов фронтового устройства, а вход - за турбиной. Акустический волновод, расположенный под контуром обтекателя, выполнен из спиральной трубки, вход и выход которой установлен заподлицо с наружным профилем обтекателя.

Рассчитав длину акустических волноводов, мы получаем возможность выполнить устройство для подавления колебаний путем интерференции акустических волн при вибрационном горении и таким образом обеспечить работу форсажной камеры без регулярных колебаний в ней во всем диапазоне рабочих режимов. Устройство, требующееся для этого, получается более простым и с меньшей массой.

Это обеспечивает задачу изобретения - упрощение конструкции и снижение массы форсажной камеры.

На чертеже представлен продольный разрез форсажной камеры.

Форсажная камера содержит установленное в корпусе 1 фронтовое устройство 2 с кольцевыми стабилизаторами пламени 3, размещенное на выходе из диффузора 4, образованного корпусом 1 и обтекателем 5 задней опоры 6 турбины 7. В диффузоре 4 установлен, по меньшей мере, один акустический волновод (трубопровод) 8, расположенный по периферии 9, а в обтекателе 5 установлен, по меньшей мере, один акустический волновод (трубопровод) 10, сообщающие в осевом направлении сечения входа 11 - за турбиной 7 и выхода 12, расположенного в плоскости кольцевых стабилизаторов фронтового устройства 2. Акустический волновод 10, расположенный под контуром обтекателя 5, выполнен из трубы 13 заподлицо с контуром 14 обтекателя 5 в виде одно- или многозаходной спирали переменного радиуса кривизны между витками и закреплен на нем. При этом 15 - длина диффузора 4 вдоль продольной оси, 16 - расчетная длина акустических волноводов 8 и 10 по дуге, длина акустического волновода определяется соотношением

где - длина 16 дополнительного акустического волновода 8, (10);

1₁ - длина диффузора 15 вдоль продольной оси форсажной камеры

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний.

При работе форсажной камеры при наступлении режима вибрационного горения возникают периодические колебания давления и скорости газа с одной из мод колебаний камеры. В этом случае они распространяются от стабилизаторов 3 фронтового устройства 2 как по диффузору 4, так и по волноводам 8, 10. Благодаря тому, что длина волноводов 8, 10 как минимум на половину длины волны возникающих при вибрационном горении колебаний больше длины 15 в осевом направлении диффузора 4, волны проходят на вход 11 диффузора 4 в противофазе и взаимно подавляют друг друга за счет интерференции акустических волн при вибрационном горении.

Подбирая соответственно длины волноводов 8, 10, можно настроить устройство на гашение акустических колебаний различных мод в форсажной камере при вибрационном горении.

Источники информации

1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей, 1969 г., с.445.

2. Патент РФ №2117806, F 02 K 3/10, 1995 г.

Формула изобретения

1. Форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, отличающаяся тем, что вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным по его периферии, при этом длину акустического волновода определяют из соотношения

где - длина дополнительного акустического волновода;

l₁ - длина диффузора вдоль продольной оси форсажной камеры;

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний.

2. Форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, отличающаяся тем, что вход и выход из диффузора дополнительно сообщены, по меньшей мере, одним акустическим волноводом, расположенным внутри обтекателя, при этом длину акустического волновода определяют из соотношения

где - длина дополнительного акустического волновода;

l₁ - длина диффузора вдоль продольной оси форсажной камеры;

λ - длина волны продольной, тангециальной, радиальной или комбинированной моды колебаний.

3. Форсажная камера по п.2, отличающаяся тем, что акустический волновод выполнен в виде спиральной трубки, вход и выход которой установлены заподлицо с наружным профилем обтекателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1