RU2260156C2 - Combustion chamber fire tube - Google Patents
Combustion chamber fire tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2260156C2 RU2260156C2 RU2003125892/06A RU2003125892A RU2260156C2 RU 2260156 C2 RU2260156 C2 RU 2260156C2 RU 2003125892/06 A RU2003125892/06 A RU 2003125892/06A RU 2003125892 A RU2003125892 A RU 2003125892A RU 2260156 C2 RU2260156 C2 RU 2260156C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- section
- thickness
- visor
- sections
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей и установок.The invention relates to devices for combustion chambers of gas turbine engines and installations.
Изобретение может найти применение в авиационной, судовой, автомобильной промышленности и в энергетике, а также в других отраслях промышленности, где используют газотурбинные двигатели и установки.The invention can find application in the aviation, ship, automotive and energy industries, as well as in other industries where gas turbine engines and plants are used.
Известна жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, описанная в сборнике обзоров ЦИАМ «Новости зарубежной науки и техники", 1987 г., №3, стр. 8-11. Описанное устройство содержит жаровую трубу, стенка которой выполнена с отверстиями, на внутренней горячей поверхности которой нанесено керамическое покрытие с постоянной толщиной 1,5 мм.A well-known flame tube of a combustion chamber of a gas turbine engine described in the collection of TsIAM reviews "News of foreign science and technology", 1987, No. 3, pp. 8-11. The described device contains a flame tube, the wall of which is made with holes, on an internal hot surface which is coated with a ceramic coating with a constant thickness of 1.5 mm.
Так как большая толщина покрытия и неравномерное распределение температуры по длине жаровой трубы существуют в указанной конструкции, то в месте расположения отверстий в жаровой трубе (зоне концентрации напряжений) происходит растрескивание покрытия, что уменьшает долговечность конструкции.Since a large coating thickness and an uneven temperature distribution along the length of the flame tube exist in this design, cracking of the coating occurs at the location of the holes in the flame tube (stress concentration zone), which reduces the durability of the structure.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является конструкция жаровой трубы с теплозащитным покрытием переменной толщины по длине секции, но в данном техническом решении не учитывается распределение температуры по длине секции (патент ЕР № 0136071, "Жаровая труба камеры сгорания", кл. F 23 R 3/00, опубликованный 03.05.1985). Описанная конструкция жаровой трубы камеры сгорания состоит из последовательно соединенных кольцевых секций, разделенных между собой охлаждающими щелями, образованными коленом с отверстием для подачи воздуха, концевым участком и козырьком, являющимся частью секции, при этом на внутренней поверхности секций выполнено покрытие переменной толщины из теплозащитного материала. При этом у отверстия подачи воздуха в начале секции покрытие имеет нулевую толщину, далее по длине секции толщина покрытия, имеющего пустоты, увеличивается до конца секции (следующего отверстия подачи воздуха) вниз по направлению потока газа, покрытие имеет пустоты до 25% и максимальную толщину 0,51 мм.The closest in technical essence to the claimed invention is the construction of a heat pipe with a heat-insulating coating of variable thickness along the length of the section, but this technical solution does not take into account the temperature distribution along the length of the section (patent EP No. 0136071, “Heat pipe of the combustion chamber”, class F 23
Известно, что чем больше толщина покрытия, тем меньше его прочность и долговечность. В указанной конструкции жаровой трубы толщина покрытия достигает максимального значения 0,51 мм, вследствие этого существенно понижена прочность и долговечность данного покрытия.It is known that the greater the thickness of the coating, the less its strength and durability. In the specified design of the flame tube, the coating thickness reaches a maximum value of 0.51 mm; as a result, the strength and durability of this coating are significantly reduced.
Наличие пустот в покрытии до 25% вносит неопределенность в размеры покрытия переменной толщины и в оценку его теплозащитного эффекта. Поэтому реальную толщину покрытия и ее увеличение по длине секции оценить и проконтролировать невозможно. Максимальная толщина покрытия, как показано на фиг.2 и фиг.3 указанного прототипа жаровой трубы, связана с наличием пустот в покрытии.The presence of voids in the coating up to 25% introduces uncertainty into the dimensions of the coating of variable thickness and in the assessment of its heat-shielding effect. Therefore, the real thickness of the coating and its increase along the length of the section is impossible to evaluate and control. The maximum thickness of the coating, as shown in figure 2 and figure 3 of the specified prototype of the flame tube, is associated with the presence of voids in the coating.
Кроме того, переменная толщина покрытия жаровой трубы прототипа, связана только с началом и концом секции, с наличием пустот и с направлением потока газа, и не связана с распределением температуры по длине каждой секции и ее козырька данной конструкции жаровой трубы. Вследствие этого понижена долговечность данной конструкции жаровой трубы из-за невысокой прочности покрытия переменной толщины, наличия пустот, являющихся концентраторами напряжений в покрытии, и возникших повышенных термонапряжений в покрытии и металле. Снижение прочности вызвано и тем, что переменная толщина покрытия прототипа не является зависящей от неравномерного распределения температуры по длине каждой секции, с предлагаемой повышенной толщиной покрытий, имеющих пустоты, и в условиях возникших значительных растягивающих нагрузок происходит растрескивание и скалывание данного покрытия. Более того, в конструкции покрытия с возрастающей толщиной по длине секции по направлению потока газа не учитывается реальное неравномерное распределение температуры, которое может содержать несколько локальных максимумов температуры в зависимости от конструкции жаровой трубы. В результате конструкция жаровой трубы, патент ЕР 0136071, является неработоспособной и не обеспечивает нанесения покрытия переменной толщины в зависимости от неравномерного распределения температуры по длине каждой ее секции, и вследствие этого не происходит снижения перепада температуры не только по длине секции, но и перепадов температуры по толщине покрытия и металлической стенке жаровой трубы прототипа.In addition, the variable thickness of the coating of the flame tube of the prototype is associated only with the beginning and end of the section, with the presence of voids and with the direction of the gas flow, and is not related to the temperature distribution along the length of each section and its visor for this design of the flame tube. As a result, the durability of this design of the flame tube is reduced due to the low strength of the coating of variable thickness, the presence of voids, which are stress concentrators in the coating, and the increased thermal stresses in the coating and metal. The decrease in strength is also caused by the fact that the variable thickness of the coating of the prototype is not dependent on the uneven distribution of temperature along the length of each section, with the proposed increased thickness of coatings having voids, and under the conditions of significant tensile loads, cracking and spalling of this coating occurs. Moreover, in the construction of a coating with increasing thickness along the length of the section in the direction of gas flow, the real uneven temperature distribution, which may contain several local temperature maxima, depending on the design of the flame tube, is not taken into account. As a result, the design of the flame tube, patent EP 0136071, is inoperative and does not provide coating of variable thickness depending on the uneven distribution of temperature along the length of each section, and as a result, there is no decrease in temperature difference not only along the length of the section, but also temperature drops across the thickness of the coating and the metal wall of the flame tube of the prototype.
Задачей данного изобретения является повышение долговечности жаровой трубы за счет применения покрытия, нанесенного с переменной толщиной, функционально зависящей от распределения температуры по длине каждой ее секции с козырьком, и снижение термонапряжений в металле жаровой трубы. Прочность повышается за счет уменьшения толщины покрытия и улучшения равномерности распределения температуры в месте соединения покрытия с металлом секции благодаря выполнению нанесения покрытия максимальной толщины в зонах максимальных температур и нанесения минимальной толщины в зонах минимальных температур на поверхности покрытия, и вследствие этого снижаются перепад температуры в указанном месте соединения нанесенного покрытия с поверхностью жаровой трубы по длине каждой ее секции, термонапряжения в металле секции по всей ее длине, перепады температуры и термонапряжения по толщине нанесенного теплозащитного покрытия и стенки жаровой трубы.The objective of the invention is to increase the durability of the flame tube due to the use of a coating applied with a variable thickness, functionally dependent on the temperature distribution along the length of each section with a visor, and to reduce thermal stresses in the metal of the flame tube. Strength is increased by reducing the thickness of the coating and improving the uniformity of temperature distribution at the junction of the coating with the metal of the section by coating the maximum thickness in the zones of maximum temperatures and applying the minimum thickness in the areas of minimum temperatures on the surface of the coating, and as a result, the temperature difference at the specified location is reduced the connection of the coating with the surface of the flame tube along the length of each section, thermal stresses in the metal section throughout length, temperature drops and thermal stresses along the thickness of the applied heat-protective coating and the heat pipe wall.
Поставленная задача решается тем, что жаровая труба камеры сгорания, состоящая из последовательно соединенных кольцевых секций, разделенных между собой охлаждающими щелями, образованными коленом с отверстием для подачи воздуха, концевым участком и козырьком, являющимся частью секции, при этом на внутренней поверхности секций выполнено покрытие переменной толщины из теплозащитного материала по каждой их длине, причем толщина покрытия каждой секции выполнена переменной, функционально зависящей от распределения температуры по длине каждой секции и ее козырьке, при этом толщину покрытия в каждой точке секции, в которой выполняется соотношение
определяют по формуле:determined by the formula:
при этом толщина покрытия не превышает 0,3-0,5 мм, а толщину покрытия в каждой точке козырька каждой секции, в котором выполняется соотношениеthe coating thickness does not exceed 0.3-0.5 mm, and the coating thickness at each point of the visor of each section in which the ratio
определяют по формуле:determined by the formula:
и толщина покрытия козырька не превышает 0,25 мм,and the visor coating thickness does not exceed 0.25 mm,
где: hi - толщина покрытия в точке i на внутренней поверхности секции;where: h i - coating thickness at point i on the inner surface of the section;
a1 - первый эмпирический коэффициент а1=0.02÷0.06;a 1 - the first empirical coefficient a 1 = 0.02 ÷ 0.06;
b1 - второй эмпирический коэффициент b1=0.003÷0.007;b 1 - the second empirical coefficient b 1 = 0.003 ÷ 0.007;
Тm - максимальная температура жаровой трубы без покрытия;T m - the maximum temperature of the flame tube without coating;
Tmax - максимальная температура на внутренней поверхности секции без покрытия;T max - maximum temperature on the inner surface of the section without coating;
Тi - температура в точке i на внутренней поверхности секции без покрытия;T i - temperature at point i on the inner surface of the section without coating;
a2 - третий эмпирический коэффициент a2=0.04÷0.06;a 2 is the third empirical coefficient a 2 = 0.04 ÷ 0.06;
b2 - четвертый эмпирический коэффициент b2=0.005÷0.007.b 2 is the fourth empirical coefficient b 2 = 0.005 ÷ 0.007.
На фиг.1 показана конструкция жаровой трубы камеры сгорания с теплозащитным покрытием по длине каждой ее кольцевой секции.Figure 1 shows the construction of the flame tube of a combustion chamber with a heat-shielding coating along the length of each of its annular sections.
На фиг.2 - с теплозащитным покрытием по длине козырьков кольцевых секций.Figure 2 - with heat-shielding coating along the length of the visors of the annular sections.
Жаровая труба камеры сгорания содержит вход 1 и выход 2, наклонные к ее выходу кольцевые секции 3, секции 3 разделены между собой охлаждающими щелями 4, образованными коленом 5 с отверстием 6 для подачи воздуха, концевым участком 7 и козырьком 8, являющимся частью кольцевой секции 3, при этом на внутренней поверхности кольцевых секций 3 выполнено покрытие 9 из теплозащитного материала с переменной толщиной hi.The combustion chamber flame tube contains an inlet 1 and an
Жаровая труба выполнена с покрытием переменной толщины hi, функционально зависящей от распределения температуры по длине каждой ее кольцевой секции и козырька.The flame tube is made with a coating of variable thickness h i , functionally dependent on the temperature distribution along the length of each of its annular sections and the visor.
Жаровая труба может быть выполнена с покрытием переменной толщины hi на кольцевых секциях, в которых выполняется соотношение (1), определяемой по формуле (2), при этом толщина не должна превышать 0,3-0,5 мм, а толщина покрытия в каждой точке козырька каждой секции, в которой выполняется соотношение (3), определяется по формуле (4), при этом толщина не должна превышать 0,25 мм.The flame tube can be made with a coating of variable thickness h i on the annular sections in which the relation (1) is determined by the formula (2), while the thickness should not exceed 0.3-0.5 mm, and the coating thickness in each the visor point of each section in which relation (3) is satisfied is determined by formula (4), and the thickness should not exceed 0.25 mm.
Покрытие может быть выполнено из теплозащитного материала, например из диоксида циркония.The coating may be made of a heat-shielding material, for example, zirconia.
Жаровая труба камеры сгорания работает следующим образом.The flame tube of the combustion chamber operates as follows.
Поток горячего газа подается на вход 1 жаровой трубы камеры сгорания, охлаждающий воздух подается к наружной поверхности жаровой трубы. Охлаждающий воздух проходит через отверстия 6 и охлаждающие щели 4, образованные коленами 5, концевыми участками 7 и козырьками 8, являющимися частями кольцевых секций 3. Горячий газ нагревает поверхности покрытий 9, выполненных с переменной толщиной из теплозащитного материала, функционально зависящих от распределения температур по длине каждой кольцевой секции. В месте соединений покрытий с металлом секций повышается равномерность распределения температуры благодаря выполнению покрытий максимальной толщины в зонах максимальных температур и минимальной толщины в зонах минимальных температур на поверхности покрытий 9 и снижению тем самым перепада температуры в указанном месте соединения по длине кольцевых секций 3.The flow of hot gas is fed to the input 1 of the combustion tube combustion chamber, cooling air is supplied to the outer surface of the combustion tube. Cooling air passes through
На секциях 3, в которых осуществляется соотношение (1), покрытие 9 выполняется с учетом формулы (2) и максимальная толщина покрытия 9 не превышает 0,3÷0,5 мм.In
В зависимости от температурных условий жаровая труба может быть выполнена с покрытиями переменной толщины только на внутренних поверхностях козырьков 8 кольцевых секций 3 (фиг.2). На козырьках 8 секций, в которых осуществляется соотношение (3), покрытие 9 выполняется с учетом формулы (4) и максимальная толщина покрытия 9 не превышает 0,25 мм.Depending on the temperature conditions, the flame tube can be made with coatings of varying thickness only on the inner surfaces of the
Применение покрытий переменной толщины, функционально зависящей от распределения температуры по длине каждой кольцевой секции с ее козырьком жаровой трубы и ее суммарного уменьшения, по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность покрытий, равномерность распределения температуры в месте соединений металла секций с покрытиями по длине кольцевых секций и их козырьков жаровой трубы камеры сгорания, снизить перепады температур и термонапряжения по длине каждой кольцевой секции с козырьком и по толщине теплозащитного покрытия и стенки жаровой трубы и повысить долговечность жаровой трубы и ее покрытия.The use of coatings of varying thickness, functionally dependent on the temperature distribution along the length of each annular section with its peak of the flame tube and its total reduction, in comparison with the prototype allows to increase the strength of the coatings, the uniformity of the temperature distribution at the junction of the metal sections with coatings along the length of the ring sections and their the visors of the combustion chamber’s flame tube, reduce temperature and thermal stress differences along the length of each annular section with a visor and along the thickness of the heat-insulating coating and the walls of the flame tube and increase the durability of the flame tube and its coating.
Кроме того, после нанесения покрытия переменной толщины на кольцевых секциях и их козырьков жаровой трубы с использованием технологического процесса (например, электронно-лучевой технологии) остаточные напряжения в покрытии уменьшаются.In addition, after applying a coating of variable thickness on the annular sections and their visors of the flame tube using a technological process (for example, electron beam technology), the residual stresses in the coating are reduced.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003125892/06A RU2260156C2 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Combustion chamber fire tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003125892/06A RU2260156C2 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Combustion chamber fire tube |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003125892A RU2003125892A (en) | 2005-02-27 |
| RU2260156C2 true RU2260156C2 (en) | 2005-09-10 |
Family
ID=35286092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003125892/06A RU2260156C2 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Combustion chamber fire tube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2260156C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551471C2 (en) * | 2009-12-11 | 2015-05-27 | Снекма | Combustion chamber for turbo machine |
| RU178528U1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Газотурбинные технологии" | JOINT OF THE REMOVABLE GAS PIPE WITH THE HEAT PIPE GTD-110M |
| CN111649354A (en) * | 2020-06-15 | 2020-09-11 | 江苏科技大学 | A three-swirl staged swirler and its combustion chamber |
| RU205407U1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-07-13 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Combustion tube with expansion slots |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4112676A (en) * | 1977-04-05 | 1978-09-12 | Westinghouse Electric Corp. | Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel |
| US4259842A (en) * | 1978-12-11 | 1981-04-07 | General Electric Company | Combustor liner slot with cooled props |
| EP0136071A1 (en) * | 1983-08-26 | 1985-04-03 | Westinghouse Electric Corporation | Varying thickness thermal barrier for combustion turbine baskets |
| RU2133368C1 (en) * | 1997-04-10 | 1999-07-20 | Конструкторское бюро приборостроения | Solid-propellant rocket engine |
| RU2143643C1 (en) * | 1995-06-12 | 1999-12-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Burner, in particular for gas turbine |
| EP1132686A1 (en) * | 2000-02-28 | 2001-09-12 | General Electric Company | Methods and apparatus for reducing heat load in combustor panels |
-
2003
- 2003-08-25 RU RU2003125892/06A patent/RU2260156C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4112676A (en) * | 1977-04-05 | 1978-09-12 | Westinghouse Electric Corp. | Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel |
| US4259842A (en) * | 1978-12-11 | 1981-04-07 | General Electric Company | Combustor liner slot with cooled props |
| EP0136071A1 (en) * | 1983-08-26 | 1985-04-03 | Westinghouse Electric Corporation | Varying thickness thermal barrier for combustion turbine baskets |
| RU2143643C1 (en) * | 1995-06-12 | 1999-12-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Burner, in particular for gas turbine |
| RU2133368C1 (en) * | 1997-04-10 | 1999-07-20 | Конструкторское бюро приборостроения | Solid-propellant rocket engine |
| EP1132686A1 (en) * | 2000-02-28 | 2001-09-12 | General Electric Company | Methods and apparatus for reducing heat load in combustor panels |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551471C2 (en) * | 2009-12-11 | 2015-05-27 | Снекма | Combustion chamber for turbo machine |
| RU178528U1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Газотурбинные технологии" | JOINT OF THE REMOVABLE GAS PIPE WITH THE HEAT PIPE GTD-110M |
| CN111649354A (en) * | 2020-06-15 | 2020-09-11 | 江苏科技大学 | A three-swirl staged swirler and its combustion chamber |
| RU205407U1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-07-13 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Combustion tube with expansion slots |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003125892A (en) | 2005-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4655044A (en) | Coated high temperature combustor liner | |
| US5465572A (en) | Multi-hole film cooled afterburner cumbustor liner | |
| US3706203A (en) | Wall structure for a gas turbine engine | |
| US7908867B2 (en) | Wavy CMC wall hybrid ceramic apparatus | |
| US5960632A (en) | Thermal spreading combustion liner | |
| US5099644A (en) | Lean staged combustion assembly | |
| US10767863B2 (en) | Combustor tile with monolithic inserts | |
| JPH10279U (en) | Gas turbine engine combustion chamber | |
| US9897316B2 (en) | Combustion chamber for a turbine engine | |
| US9423135B2 (en) | Combustor having mixing tube bundle with baffle arrangement for directing fuel | |
| CN104197373B (en) | A kind of aeroengine combustor buring room adopting variable cross-section step type effusion wall cooling structure | |
| US10760436B2 (en) | Annular wall of a combustion chamber with optimised cooling | |
| EP2211105A2 (en) | Turbulated combustor aft-end liner assembly and related cooling method | |
| US20190093892A1 (en) | Combustion chamber | |
| EP2532962A2 (en) | Combustion liner having turbulators | |
| EP0136071A1 (en) | Varying thickness thermal barrier for combustion turbine baskets | |
| RU2260156C2 (en) | Combustion chamber fire tube | |
| RU2614305C2 (en) | Combustion chamber wall | |
| US11359814B2 (en) | CMC cross-over tube | |
| US20040103640A1 (en) | Outlet nozzle and a method for manufacturing an outlet nozzle | |
| US5367873A (en) | One-piece flameholder | |
| US11852344B2 (en) | Tubular combustion chamber system and gas turbine unit having a tubular combustion chamber system of this type | |
| GB2444947A (en) | Wall Element and Associated Structure for a Gas Turbine Engine | |
| RU2670858C9 (en) | Gas turbine engine annular combustion chamber | |
| RU205407U1 (en) | Combustion tube with expansion slots |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090826 |