RU2621431C1 - Camera of mixing afterburner - Google Patents

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: afterburner mixing chamber is proposed. It includes an outer annular body, a kok-drainer and a shell on which are located radially directed pylon ducts fixed on the opposite side on a common divider that divides the inner contour into the central and vernal parts and also provides air supply of the external circuit, through the pylon cavity, directly to the central part of the internal circuit, thereby ensuring an even distribution of oxygen along the radius of the mixing chamber, one native temperature field at the outlet from the mixing chamber and effective cooling of the nozzle and afterburner stabiliser assemblies.

EFFECT: invention makes it possible to create conditions in which a homogeneous temperature field at the exit from the mixing chamber was provided, a uniform distribution of oxygen along the radius of the afterburner, and effective cooling of the nozzle and stabiliser assemblies.

9 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к конструкции элементов турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД), а именно к устройствам смешения форсажных камер ТРДД.The invention relates to aircraft engine manufacturing, in particular to the design of elements of turbojet bypass engines (turbofan engines), and in particular to devices for mixing afterburner turbofan engines.

Известна камера смешения воздуха наружного контура и затурбинного газа для форсажной камеры турбореактивного двухконтурного двигателя РД-33 (А.С. ВИНОГРАДОВ «Конструкция ТРДДФ РД-33», Самара 2013 г.; В.С. Чигрин, С.Е. Белова, «Конструкция камер сгорания и выходных устройств авиационных ГТД», Рыбинск 2007 г.; Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. «Газотурбинные двигатели», Пермь 2006 г.), состоящая из наружного корпуса, кока-стекателя и оболочки, на которой расположены отбортованные отверстия для радиальной подачи и карманы для осевой подачи воздуха наружного контура во внутренний контур.Known is a chamber for mixing the air of the external circuit and turbine gas for the afterburner of the turbojet dual-circuit engine RD-33 (A.S. VINOGRADOV "Design TRDDF RD-33", Samara 2013; V.S. Chigrin, S.E. Belova, " The design of the combustion chambers and the output devices of aircraft gas turbine engines ", Rybinsk 2007; Inozemtsev A.A., Sandratsky V.L." Gas turbine engines ", Perm 2006), consisting of an outer casing, a coke stacker and a shell on which there are flanged holes for radial feed and pockets for axial external air about the contour into the inner contour.

Недостатком известной камеры смешения является то, что богатый кислородом холодный воздух наружного контура, проходя через отбортованные отверстия и карманы оболочки, во внутренний контур, неравномерно распределяется по радиусу на выходе из камеры смешения. Воздух наружного контура, частично перемешиваясь с затурбинным газом, распределяется ближе к внешнему периметру форсажной камеры и практически не попадает в центральную ее часть. Центральная часть форсажной камеры работает на смеси топлива и необогащенного кислородом затурбинного газа, в ней не обеспечивается эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов потоками холодного воздуха наружного контура. Применение карманов обеспечивает не столько смешение потоков, сколько их объединение. Полного смешивания потоков не происходит. На выходе из камеры смешения образуются области со значительной разницей по температуре и содержанию кислорода.A disadvantage of the known mixing chamber is that the oxygen-rich cold air of the outer circuit, passing through the flanged holes and pockets of the shell, into the inner circuit, is unevenly distributed along the radius at the outlet of the mixing chamber. The air of the outer circuit, partially mixed with turbine gas, is distributed closer to the outer perimeter of the afterburner and practically does not fall into its central part. The central part of the afterburner runs on a mixture of fuel and oxygen-free turbine gas, it does not provide effective cooling of the nozzle and stabilizer assemblies by the flow of cold air of the external circuit. The use of pockets provides not so much a mixture of flows as their combination. Full mixing of flows does not occur. At the outlet of the mixing chamber, regions are formed with a significant difference in temperature and oxygen content.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеперечисленные недостатки прототипа, создав условия, при которых на выходе из камеры смешения обеспечиваются: однородное температурное поле, равномерное распределение кислорода по радиусу форсажной камеры.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages of the prototype, creating the conditions under which at the exit of the mixing chamber are provided: a uniform temperature field, a uniform distribution of oxygen along the radius of the afterburner.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается камера смешения форсажной камеры, включающая в себя внешний кольцевой корпус, кок-стекатель, оболочку и разделитель, причем согласно предлагаемому изобретению на оболочке расположены радиально направленные пилоны-воздуховоды, закрепленные с противоположной стороны на общем разделителе, который делит внутренний контур на центральную и вешнюю части, обеспечивающие через полости подачу воздуха наружного контура непосредственно в центральную часть внутреннего контура.The problem is achieved by the fact that the mixing chamber of the afterburner is proposed, which includes an outer annular body, a cooker, a shell and a separator, and according to the invention, there are radially directed air pylons on the shell, mounted on the opposite side to a common separator, which divides the inner circuit to the central and outer parts, providing through the cavity air supply of the outer circuit directly to the central part of the inner circuit.

Технический результат заключается в равномерном распределении кислорода по радиусу камеры смешения, создании однородного температурного поля на выходе из камеры смешения форсажной камеры и эффективном охлаждении узлов форсунок и стабилизаторов форсажной камеры.The technical result consists in a uniform distribution of oxygen along the radius of the mixing chamber, creating a uniform temperature field at the outlet of the mixing chamber of the afterburner and efficient cooling of nozzle assemblies and afterburner stabilizers.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

Фиг. 1 - общий вид в осевом разрезе предлагаемой камеры смешения форсажной камеры;FIG. 1 is a General view in axial section of the proposed mixing chamber of the afterburner;

Фиг. 2 - характер течения (линии тока) в предлагаемой камере смешения (Н=0; М=0);FIG. 2 - the nature of the flow (streamline) in the proposed mixing chamber (H = 0; M = 0);

Фиг. 3 - вид Д - вырез камеры смешения;FIG. 3 - view D - cutout of the mixing chamber;

Фиг. 4 - вид Г - вырез камеры смешения;FIG. 4 - view G - cutout of the mixing chamber;

Фиг. 5 - общий вид в осевом разрезе камеры смешения форсажной камеры двигателя РД-33;FIG. 5 is a General view in axial section of the mixing chamber of the afterburner of the RD-33 engine;

Фиг. 6 - характер течения (линии тока) в камере смешения форсажной камеры двигателя РД-33 (Н=0; М=0);FIG. 6 - the nature of the flow (streamline) in the mixing chamber of the afterburner of the RD-33 engine (H = 0; M = 0);

Фиг. 7 - сечение по продольной оси пилона камеры смешения форсажной камеры с предлагаемым устройством смешения;FIG. 7 is a section along the longitudinal axis of the pylon of the mixing chamber of the afterburner with the proposed mixing device;

Фиг. 8 - продольное сечение А-А пилона-воздуховода предлагаемой камеры смешения;FIG. 8 is a longitudinal section aa of the pylon-duct of the proposed mixing chamber;

Фиг. 9 - сечение Б-Б по продольным осям отверстий камеры смешения форсажной камеры.FIG. 9 - section BB along the longitudinal axis of the holes of the mixing chamber of the afterburner.

Предлагаемая камера смешения форсажной камеры включает в себя внешний кольцевой корпус (1), оболочку (2), разделитель (6) и кок-стекатель (7), которые представляют собой тела вращения, образованные вращением геометрических фигур вокруг оси (20). На оболочке (2) имеются радиально направленные отверстия (5) и пилоны-воздуховоды (3) обтекаемой формы. Пилоны-воздуховоды (3) закреплены к оболочке (2) посредством обтекаемых накладок (14), расположены в радиальных плоскостях, проходящих через ось (20) и представляют полую конструкцию обтекаемой формы, состоящую из двух округлых пластин (10 и 11), соединенных между собой общим закругленным ребром (12) с одной стороны, а с другой стороны ребром в форме острого угла (13). В предпочтительном исполнении поперечное сечение пилона имеет форму лепестка (фиг. 8, сечение А-А), острый угол которого ориентирован в направлении потока горячих газов (Б). Пилоны-воздуховоды со стороны, противоположной оболочке (2), при помощи обтекаемых накладок (17) соединены с разделителем (6), имеющим ориентированные в осевом направлении ребра (21), расположенные между местами крепления соседних пилонов-воздуховодов (3).The proposed mixing chamber of the afterburner chamber includes an outer annular body (1), a shell (2), a separator (6), and a cooker (7), which are rotation bodies formed by the rotation of geometric shapes around an axis (20). On the shell (2) there are radially directed holes (5) and streamlined pylons-air ducts (3). Air duct pylons (3) are fixed to the shell (2) by means of streamlined pads (14), are located in radial planes passing through the axis (20) and represent a hollow streamlined design consisting of two rounded plates (10 and 11) connected between a common rounded rib (12) on the one hand, and on the other hand, an edge in the form of an acute angle (13). In a preferred embodiment, the cross-section of the pylon has a petal shape (FIG. 8, section AA), the acute angle of which is oriented in the direction of the flow of hot gases (B). Pylons-ducts from the side opposite to the shell (2), using streamlined pads (17) are connected to a separator (6) having axially oriented ribs (21) located between the attachment points of adjacent pylons-ducts (3).

Внешний кольцевой корпус (1) и оболочка (2) ограничивают между собой наружный контур (8) камеры смешения, а оболочка (2) и внутренняя кольцевая стенка кока-стекателя (7) ограничивают между собой внутренний контур (9) камеры смешения.The outer annular body (1) and the casing (2) define the outer contour (8) of the mixing chamber, and the casing (2) and the inner annular wall of the coke-drafter (7) define the inner contour (9) of the mixing chamber.

Внутренний контур (9) камеры смешения делится разделителем (6) на центральную (18) и внешнюю (19) части в пропорции:The internal circuit (9) of the mixing chamber is divided by a separator (6) into the central (18) and external (19) parts in proportion:

S₁/S₂≈∑S_п/∑S_c,S ₁ / S ₂ ≈∑S _p / ∑S _c ,

где S₁ - площадь проходного сечения на входе в центральную часть (18) внутреннего контура камеры смешения;where S ₁ is the area of the bore at the entrance to the Central part (18) of the inner contour of the mixing chamber;

S₂ - площадь проходного сечения на входе во внешнюю часть (19) внутреннего контура камеры смешения;S ₂ - the area of the bore at the entrance to the outer part (19) of the inner contour of the mixing chamber;

∑S_п - сумма площадей поперечного сечения пилонов (3);∑S _p - the sum of the cross-sectional areas of the pylons (3);

∑S_c - сумма площадей отбортованных отверстий (5) оболочки устройства смешения (2).∑S _c is the sum of the areas of the flanged holes (5) of the shell of the mixing device (2).

Оболочка (2) и разделитель (6) имеют проходные отверстия (4 и 15), соединяющие наружный контур (8) через внутренние полости (16) пилонов-воздуховодов (3) с центральной частью (18) внутреннего контура (9).The shell (2) and the separator (6) have passage openings (4 and 15) connecting the external circuit (8) through the internal cavities (16) of the air duct pylons (3) with the central part (18) of the internal circuit (9).

Предлагаемая камера смешения работает следующим образом: скоростной поток затурбинных газов (Б), поступая в устройство смешения (2), делится разделителем (6) на центральную (18) и внешнюю (19) части. Центральная часть (18) потока затурбинных газов (Б), протекая вдоль проходных отверстий (15) разделителя (6), эжектирует воздух из наружного контура (8). Богатый кислородом холодный воздух (В) наружного контура (8), проходя через проходные отверстия (4) оболочки устройства смешения (2), через внутренние полости (16) пилонов-воздуховодов (3) и через проходные отверстия (15) разделителя (6) поступает в центральную часть (18) внутреннего контура, где смешивается с затурбинными газами (Б), насыщает их кислородом и понижает среднюю температуру потока. Потоки затурбинного газа (Б) во внешней части (19) внутреннего контура (9) охлаждаются стенками пилонов-воздуховодов (3), по которым протекает холодный воздух (В) наружного контура (8). Во внешней части (19) внутреннего контура (9) смешение потоков осуществляется традиционным способом в соответствии с существующим уровнем техники в данной области. Богатый кислородом холодный воздух (В) наружного контура (8) поступает через радиально направленные отверстия (5) в оболочке (2) во внешнюю часть (19) внутреннего контура (9), где перемешивается с потоками затурбинного газа (Б) и движется в сторону фронтового устройства. Дальнейшее смешение потоков происходит за разделителем (6) внутреннего контура (9).The proposed mixing chamber works as follows: the high-speed flow of turbine gases (B), entering the mixing device (2), is divided by a separator (6) into the central (18) and external (19) parts. The central part (18) of the flow of turbine gases (B), flowing along the through holes (15) of the separator (6), ejects air from the outer circuit (8). Oxygen-rich cold air (B) of the external circuit (8), passing through the through-holes (4) of the shell of the mixing device (2), through the internal cavities (16) of the pylon-air ducts (3) and through the through-openings (15) of the separator (6) enters the central part (18) of the internal circuit, where it mixes with the turbine gases (B), saturates them with oxygen and lowers the average temperature of the stream. The flows of turbine gas (B) in the outer part (19) of the inner circuit (9) are cooled by the walls of the pylon-ducts (3), through which the cold air (C) of the outer circuit (8) flows. In the external part (19) of the internal circuit (9), the mixing of flows is carried out in the traditional way in accordance with the existing level of technology in this field. Oxygen-rich cold air (B) of the outer circuit (8) enters through radially directed holes (5) in the shell (2) into the outer part (19) of the inner circuit (9), where it mixes with the flows of turbine gas (B) and moves to the side front device. Further mixing of flows occurs behind the separator (6) of the internal circuit (9).

Таким образом, предлагаемая камера смешения обеспечивает поступление воздуха из наружного контура (8) непосредственно в центральную часть (18) внутреннего контура (9). Смешение потоков наружного контура и затурбинного газа в центральной и внешней частях смесителя на первом этапе происходит отдельно друг от друга. Воздушные струи, сформированные предлагаемой камерой смешения, и струи потоков затурбинных газов в результате турбулентного перемешивания стремятся к однородному состоянию по температуре, скорости протекания и содержанию кислорода, что подтверждается результатами моделирования.Thus, the proposed mixing chamber provides air from the external circuit (8) directly to the central part (18) of the internal circuit (9). The mixing of the flows of the external circuit and turbine gas in the central and external parts of the mixer at the first stage occurs separately from each other. Air jets formed by the proposed mixing chamber, and jets of turbine gas flows as a result of turbulent mixing tend to a uniform state in temperature, flow rate and oxygen content, which is confirmed by simulation results.

Claims (1)

Камера смешения форсажной камеры, содержащая внешний кольцевой корпус, оболочку, разделитель и кок-стекатель, представляющие собой тела вращения, образованные вращением геометрических фигур вокруг единой оси вращения и ограничивающие между собой наружный и внутренний контуры камеры смешения, отличающаяся тем, что в радиальных плоскостях по отношению к оси вращения расположены пилоны-воздуховоды, закрепленные на оболочке с одной стороны, а с противоположной стороны соединенные с разделителем, который делит внутренний контур на центральную и внешнюю части, причем оболочка и разделитель имеют проходные отверстия, соединяющие наружный контур с центральной частью внутреннего контура.Mixer chamber of the afterburner chamber, comprising an outer annular body, a shell, a separator and a cook-stacker, which are bodies of revolution formed by the rotation of geometric shapes around a single axis of rotation and bounding the outer and inner contours of the chamber of mixing, characterized in that in radial planes along relative to the axis of rotation are air pylons mounted on the shell on one side and connected to the separator on the opposite side, which divides the inner loop into a center nuyu and an outer portion, the shell and the separator have passage openings connecting the outer contour of the central part of the internal circuit.

Images