[go: up one dir, main page]

RU2783576C1 - Annular combustion chamber of a gas turbine engine - Google Patents

Annular combustion chamber of a gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2783576C1
RU2783576C1 RU2022104087A RU2022104087A RU2783576C1 RU 2783576 C1 RU2783576 C1 RU 2783576C1 RU 2022104087 A RU2022104087 A RU 2022104087A RU 2022104087 A RU2022104087 A RU 2022104087A RU 2783576 C1 RU2783576 C1 RU 2783576C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
flame tube
gas turbine
annular
holes
Prior art date
Application number
RU2022104087A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Application granted granted Critical
Publication of RU2783576C1 publication Critical patent/RU2783576C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engine building.
SUBSTANCE: invention relates to gas turbine engines. Annular combustion chamber of a gas turbine engine comprises a body, a nozzle plate with nozzles, a flue tube with an external flue tube casing, an annular gap between the external flue tube casing and the combustion chamber body, in communication with the cavity of the heat pipe; the flue tube is provided with holes for the supply of cooling air and pockets for air supply, and is configured to swirl the combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber. The possibility of swirling the combustion products is provided by the simultaneous placement of the nozzles on the nozzle plate and the holes for the supply of cooling air at an angle to the plane passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.
EFFECT: reduced circumferential unevenness of the temperature field at the output of the combustion chamber.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей - ГТД.The invention relates to the combustion chambers of gas turbine engines - gas turbine engines.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493492, МПК F23R 3/28, опубл. 20.09.2013 г.Known gas turbine engine according to the RF patent for the invention No. 2493492, IPC F23R 3/28, publ. 20.09.2013

Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешний и внутренний корпусы, внешний и внутренний кожуха, установленные с зазором относительно внешнего и внутреннего корпусов. Число форсуночных модулей выполнено кратным четыремThe GTE combustion chamber contains a housing, a flame tube having outer and inner walls and an annular plate with injector modules installed on it and a main fuel manifold connected to the plate, the cavity of which is connected by fuel channels with injector modules, outer and inner housings, outer and inner casing, installed with a gap relative to the outer and inner casings. The number of injector modules is a multiple of four

Недостатки: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.Disadvantages: low completeness of fuel combustion in the combustion chamber and emission of harmful substances in exhaust gases.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2493495, МПК F23R 3/00, опубл. 20.09.2013 г., прототип.Known gas turbine engine according to the RF patent for the invention No. 2493495, IPC F23R 3/00, publ. 09/20/2013, prototype.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержит корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровой трубой с внешним кожухом жаровой трубы, сообщающими внешний кольцевой зазор между внешним кожухом, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания,SUBSTANCE: annular combustion chamber of a gas turbine engine comprises a housing, a nozzle plate with injectors, a flame tube with an outer casing of the flame tube, communicating the outer annular gap between the outer shell, an annular gap between the outer shell of the flame tube and the combustion chamber body, communicating with the cavity of the flame tube, the flame tube provided with holes for supplying cooling air and pockets for supplying air, and is configured to swirl combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber,

Недостаток: низкая полнота сгорания топлива в камере сгорания и эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.Disadvantage: low completeness of fuel combustion in the combustion chamber and emission of harmful substances in exhaust gases.

Задачи создания изобретения: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.The objectives of the invention: increasing the efficiency of the engine and reducing the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Достигнутые технические результаты: повышение КПД двигателя и уменьшение окружной неравномерности температурного поля на выходе камеры сгорания.Achieved technical results: increasing the efficiency of the engine and reducing the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Решение указанных задач достигнуто в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха, и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания. Согласно изобретению, возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите, и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.The solution of these problems is achieved in the annular combustion chamber of a gas turbine engine, containing a housing, a nozzle plate with nozzles, a flame tube with an outer casing of the flame tube, an annular gap between the outer casing of the flame tube and the combustion chamber housing, which communicates with the cavity of the flame tube, the flame tube is provided with holes for supply of cooling air and pockets for air supply, and is made with the possibility of swirling the combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber. According to the invention, the possibility of swirling the combustion products is made due to the simultaneous placement of nozzles on the nozzle plate, and holes for supplying cooling air at an angle to the plane passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.

Возможность закрутки продуктов сгорания может быть выполнена за счет размещения форсунок на форсуночной плите под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания и за счет размещения отверстий охлаждения жаровой трубы под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.The possibility of swirling the combustion products can be made by placing nozzles on the nozzle plate at an angle to the plane passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber and by placing the flame tube cooling holes at an angle to the plane passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…5, где:The essence of the invention is illustrated in Fig. 1…5, where:

на фиг. 1 приведена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя,in fig. 1 shows the annular combustion chamber of a gas turbine engine,

на фиг. 2 приведен вид А,in fig. 2 shows view A,

на фиг. 3 приведен вид В,in fig. 3 shows view B,

на фиг. 4 приведен разрез С-С,in fig. 4 shows the section C-C,

на фиг. 5 приведен разрез В-В.in fig. 5 shows a section B-B.

Перечень признаков, принятых в описании:The list of features accepted in the description:

жаровая труба 1,flame tube 1,

внешний кожух 2 жаровой трубы 1,outer casing 2 of the flame tube 1,

внешний кольцевой зазор 3,external annular gap 3,

корпус камеры 4,camera body 4,

полость жаровой трубы 5,the cavity of the flame tube 5,

форсуночная плита 6,nozzle plate 6,

форсунка 7,nozzle 7,

коллектор 8,manifold 8,

топливная система 9,fuel system 9,

полость 10,cavity 10,

отверстия для подачи охлаждающего воздуха 11,openings for supplying cooling air 11,

отбортовка 12,flanging 12,

карманы для подачи воздуха 13,air pockets 13,

перфорация. 14,perforation. fourteen,

отверстия для воздуха 15,air holes 15,

ϕ1 - угол наклона форсунок,ϕ 1 - the angle of inclination of the nozzles,

ϕ2 - угол наклона отбортовок,ϕ 2 - the angle of inclination of the flanges,

ϕ3 - угол наклона карманов для подачи воздуха.ϕ 3 - the angle of inclination of the air supply pockets.

Предложена кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя - ГТД повышенной экономичности (фиг. 1) содержит жаровую, трубу 1 с внешним кожухом жаровой трубы 2, сообщающими внешний кольцевой зазор 3 между внешним кожухом 2 жаровой трубы 1 и корпусом камеры 4 с полостью жаровой трубы 5.An annular combustion chamber of a gas turbine engine - gas turbine engine of increased efficiency (Fig. 1) is proposed that contains a flame tube 1 with an external casing of the flame tube 2, communicating an external annular gap 3 between the outer casing 2 of the flame tube 1 and the chamber body 4 with the cavity of the flame tube 5.

На входном торце жаровой трубы 1 (Фиг. 2) установлена форсуночная плита 6 с форсунками 7 и коллектором 8, к входу которого присоединена топливная система 9.At the inlet end of the flame tube 1 (Fig. 2) there is a nozzle plate 6 with injectors 7 and a manifold 8, to the inlet of which the fuel system 9 is connected.

Воздушный тракт включает полость 10 (фиг. 1) между компрессором (на фиг. 1-5 не показан) и кольцевой камерой сгорания.The air path includes a cavity 10 (Fig. 1) between the compressor (not shown in Fig. 1-5) and the annular combustion chamber.

На жаровой трубе 1 выполнены отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха с отбортовками 12 и карманы 13 для заброса охлаждающего воздуха внутрь полости 5 жаровой трубы 1 на значительную глубину.On the flame tube 1 there are holes 11 for supplying cooling air with flanges 12 and pockets 13 for throwing cooling air into the cavity 5 of the flame tube 1 to a considerable depth.

Отбортовки 12 отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха (фиг. 4) предназначены для создания направления охлаждающего воздуха с целью его закрутки вдоль оси OO кольцевой камеры сгорания в пределах пограничного слоя.Flanges 12 of holes 11 for supplying cooling air (Fig. 4) are designed to create the direction of the cooling air in order to swirl it along the axis OO of the annular combustion chamber within the boundary layer.

На карманах для подачи воздуха 13 (фиг. 5) выполнена перфорация. 14 для охлаждения карманов 13.The air supply pockets 13 (FIG. 5) are perforated. 14 for cooling pockets 13.

На фиг. 3 приведен вид В на форсунок 7 и форсуночной плиты 6. Форсуночная плита 6 выполнена ступенчатой с внутренней стороны, а форсунки 7 установлены таким образом, чтобы их оси O1O1 были наклонены к продольной оси камеры сгорания OO на угол ϕ1. Оптимальный угол наклона ϕ1=7…30°.In FIG. 3 shows view B of nozzles 7 and nozzle plate 6. The nozzle plate 6 is stepped on the inside, and nozzles 7 are installed so that their axes O 1 O 1 are inclined to the longitudinal axis of the combustion chamber OO at an angle ϕ 1 . The optimal angle of inclination ϕ 1 =7…30°.

На фиг. 4 приведен разрез С-С отверстий 11 для подачи охлаждающего воздуха. На фиг. 4 видно, что воздух, проходящий через отверстия 11 для подачи охлаждающего воздуха, закручивается вдоль внешнего кожуха 2 жаровой трубы 1. Это достигнуто выполнением отбортовок 12 под углом ϕ2=7…30° к продольной оси камеры сгорания OO. Но продукты сгорания внутри кольцевой камеры сгорания не закручиваются.In FIG. 4 shows a section C-C of holes 11 for supplying cooling air. In FIG. 4 it can be seen that the air passing through the holes 11 for supplying cooling air is twisted along the outer casing 2 of the flame tube 1. This is achieved by making flanges 12 at an angle ϕ 2 =7...30° to the longitudinal axis of the combustion chamber OO. But the products of combustion inside the annular combustion chamber do not twist.

Оптимальный угол ϕ2=7…30°Optimum angle ϕ 2 =7…30°

На фиг. 5 приведен разрез В-В закрутки продуктов сгорания во всем объеме кольцевой камеры сгорания. Это достигнуто применением карманов 13 для подачи воздуха, значительно выступающих внутрь жаровой трубы 1 и оси которых наклонены к плоскостям, проходящим через продольную ось кольцевой камеры сгорания ОО под углом ϕ3.In FIG. 5 shows a section B-B of the swirl of combustion products in the entire volume of the annular combustion chamber. This is achieved by using pockets 13 for air supply, significantly protruding into the flame tube 1 and the axes of which are inclined to the planes passing through the longitudinal axis of the annular combustion chamber RO at an angle ϕ 3 .

Оптимальный угол ϕ3=7…30°Optimum angle ϕ 3 =7…30°

Карманы 13 для подачи воздуха 13 содержат перфорацию 14 для воздуха. Перфорация для воздуха 14 предназначена для охлаждения карманов 13 для подачи воздуха.The pockets 13 for supplying air 13 comprise perforations 14 for air. The air perforation 14 is designed to cool the air supply pockets 13.

РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯOPERATION OF THE ANNULAR COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE ENGINE

При запуске газотурбинного двигателя (фиг. 1…5) стартером (не показан) раскручивают вал, который раскручивает рабочие колеса компрессора и турбины (не показано).When starting a gas turbine engine (Fig. 1...5), a starter (not shown) spins a shaft that spins the impellers of the compressor and turbine (not shown).

Топливный газ при запуске ГТД поступает в топливную систему 9, потом в коллектор 8 и далее в форсунки 7 (фиг. 1). Топливо перемешивается с воздухом, который через отверстия 15 поступает в форсунки 7.When starting the gas turbine engine, fuel gas enters the fuel system 9, then into the manifold 8 and then into the injectors 7 (Fig. 1). The fuel is mixed with air, which enters the nozzles 7 through holes 15.

Форсунки 7 выполнены топливо-воздушными и воздух, необходимый для горения топлива поступает через отверстия для воздуха 15 (фиг. 1, 2 и 3), выполненные в форсуночной плите 6 и в форсунках 7.Nozzles 7 are fuel-air and the air necessary for fuel combustion enters through air holes 15 (Fig. 1, 2 and 3) made in the nozzle plate 6 and in the nozzles 7.

В результате этого интенсивно закручивается весь объем продуктов сгорания и топливо сгорает полости жаровой трубы 5 более полно.As a result, the entire volume of combustion products is intensively swirled and the fuel burns out the cavity of the flame tube 5 more completely.

Это позволило повысить полноту сгорания и уменьшить окружную неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания.This made it possible to increase the completeness of combustion and reduce the circumferential unevenness of the temperature field at the outlet of the combustion chamber.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

- повысить полноту сгорания топлива в камере сгорания,- increase the completeness of fuel combustion in the combustion chamber,

- уменьшить эмиссию вредных веществ,- reduce the emission of harmful substances,

- снизить окружную неравномерность температурного поля на выходе из кольцевой камеры сгорания за счет закрутки продуктов сгорания в кольцевой камере сгорания предложенными средствами,- reduce the circumferential non-uniformity of the temperature field at the outlet of the annular combustion chamber by swirling the combustion products in the annular combustion chamber by the proposed means,

- упростить конструкцию первого соплового аппарата турбины и при необходимости отказаться от его охлаждения, например, применив керамику.- simplify the design of the first turbine nozzle apparatus and, if necessary, refuse to cool it, for example, by using ceramics.

Claims (1)

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, форсуночную плиту с форсунками, жаровую трубу с внешним кожухом жаровой трубы, кольцевой зазор между внешним кожухом жаровой трубы и корпусом камеры сгорания, сообщающийся с полостью жаровой трубы, жаровая труба снабжена отверстиями для подачи охлаждающего воздуха и карманами для подачи воздуха и выполнена с возможностью закрутки продуктов сгорания относительно продольной оси камеры сгорания, отличающаяся тем, что возможность закрутки продуктов сгорания выполнена за счет одновременного размещения форсунок на форсуночной плите и отверстий для подачи охлаждающего воздуха под углом к плоскости, проходящей через продольную ось кольцевой камеры сгорания.An annular combustion chamber of a gas turbine engine, comprising a housing, a nozzle plate with nozzles, a flame tube with an outer casing of the flame tube, an annular gap between the outer casing of the flame tube and the combustion chamber body, communicating with the cavity of the flame tube, the flame tube is provided with holes for supplying cooling air and pockets for air supply and is made with the possibility of swirling the combustion products relative to the longitudinal axis of the combustion chamber, characterized in that the possibility of swirling the combustion products is made due to the simultaneous placement of nozzles on the nozzle plate and holes for supplying cooling air at an angle to the plane passing through the longitudinal axis of the annular chamber combustion.
RU2022104087A 2022-02-15 Annular combustion chamber of a gas turbine engine RU2783576C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783576C1 true RU2783576C1 (en) 2022-11-14

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116464990A (en) * 2023-04-12 2023-07-21 西安热工研究院有限公司 Combustion chamber and gas turbine
RU2818793C1 (en) * 2023-10-18 2024-05-06 Николай Борисович Болотин Annular combustion chamber of a gas turbine engine and a method of adjusting the operating mode of the annular combustion chamber of a gas turbine engine

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099134A (en) * 1959-12-24 1963-07-30 Havilland Engine Co Ltd Combustion chambers
RU2493492C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber and nozzle module
RU2493495C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber
US9151501B2 (en) * 2011-07-28 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine centripetal annular combustion chamber and method for flow guidance
US9151223B2 (en) * 2010-06-15 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine combustion chamber arrangement of axial type of construction
RU2581267C2 (en) * 2013-11-12 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Device for combustion chamber with adjustable swirler for micro gas turbine engine, where turbine and compressor are turbo compressor of ice
RU2614305C2 (en) * 2011-08-26 2017-03-24 Турбомека Combustion chamber wall
RU2620187C1 (en) * 2015-12-17 2017-05-23 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099134A (en) * 1959-12-24 1963-07-30 Havilland Engine Co Ltd Combustion chambers
US9151223B2 (en) * 2010-06-15 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine combustion chamber arrangement of axial type of construction
US9151501B2 (en) * 2011-07-28 2015-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gas turbine centripetal annular combustion chamber and method for flow guidance
RU2614305C2 (en) * 2011-08-26 2017-03-24 Турбомека Combustion chamber wall
RU2493492C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber and nozzle module
RU2493495C1 (en) * 2012-06-25 2013-09-20 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber
RU2581267C2 (en) * 2013-11-12 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Device for combustion chamber with adjustable swirler for micro gas turbine engine, where turbine and compressor are turbo compressor of ice
RU2620187C1 (en) * 2015-12-17 2017-05-23 Николай Борисович Болотин Gas turbine engine combustion chamber

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116464990A (en) * 2023-04-12 2023-07-21 西安热工研究院有限公司 Combustion chamber and gas turbine
RU2818793C1 (en) * 2023-10-18 2024-05-06 Николай Борисович Болотин Annular combustion chamber of a gas turbine engine and a method of adjusting the operating mode of the annular combustion chamber of a gas turbine engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115789699B (en) Combined nozzle combustion chamber
EP2613083B1 (en) Fuel nozzle assembly for use in a turbine engine and methods of assembling same
RU2444680C2 (en) Gas turbine engine combustion chamber and gas turbine engine
US11313561B2 (en) Combustor with axial fuel staging system and gas turbine having the same
EP2669580B1 (en) Fuel injection assembly for use in turbine engines and method of assembling same
CN101858605B (en) Premixed Direct Injectors
US5794449A (en) Dry low emission combustor for gas turbine engines
CN103776061B (en) For reducing the muffler assembly of combustor pulsation
EP2587153B1 (en) Fuel nozzle assembly for use in turbine engines and methods of assembling same
CN105716116B (en) Axial staged mixer for injecting dilution air
CN111197766B (en) Combustor and gas turbine
US4067190A (en) Catalytic gas turbine combustor with a fuel-air premix chamber
JP2010169385A (en) Bundled multi-tube nozzle for turbomachine
RU2626887C2 (en) Tangential annular combustor with premixed fuel and air for use on gas turbine engines
RU2619673C2 (en) Mixing of combustible substances procedure for gas turbine engine combustion chamber
WO2014084965A1 (en) Cooled combustor seal
RU2014110628A (en) TUBULAR-RING COMBUSTION CHAMBER WITH STEPS AND TANGENTIAL FUEL AND AIR INJECTORS FOR USE IN GAS-TURBINE ENGINES
US8413446B2 (en) Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
CN106016363A (en) Igniter
CN105593602B (en) Pass through the combustion chamber of the turbogenerator of the uniform air inlet of fuel injection system
RU2783576C1 (en) Annular combustion chamber of a gas turbine engine
CN220103186U (en) Gas turbine combustion chamber and gas turbine
CN118775912A (en) Hydrogen fuel annular vortex combustion chamber structure and aircraft engine
CN107044656A (en) Fuel injector and its manufacture method
RU2818793C1 (en) Annular combustion chamber of a gas turbine engine and a method of adjusting the operating mode of the annular combustion chamber of a gas turbine engine