Р ис.5. Прямоточная камера сгорания с подачей топлива навстречу потоку воздуха:

1 - корпус компрессора; 2 - свеча; 3 - форсунка; 4 - жаровая труба; 5 - кожух камеры; 6 - газосборник; 7 - сопловой аппарат турбины

Камеры с подачей топлива в жидкой фазе (распыливанием) применяются практически на всех известных газотурбин­ных двигателях. Характерной особенностью этих камер является нали­чие топливных форсунок, обеспечивающих подачу топлива в виде мелких капель.

3.3. Конструкции камер сгорания

На рис.6 показана камера сгорания трубчатого типа. Жаровая труба, сваренная роликовой электросваркой из отдельных частей, выполнена из листовой стали толщиной 1,2 – 1,4 мм. В передней части жаровой трубы, где имеется резкая разница в температуре деталей в местах сварки ее частей - горловины 3 и передней стенки 8, передней стенки и конической перегородки с отверстиями 9, сделаны прорези (см. вид А). Для уменьшения концентрации напряжений каж­дая прорезь переходит в конце в отверстие, диаметр которого немного больше ширины прорези. Прорези служат компенсаторами для устране­ния тепловых напряжений и облегчают подгонку деталей друг к другу перед сваркой. Кроме того, струйки воздуха, проходящего через отвер­стия и прорези, охлаждают стенки отдельных частей жаровой трубы. Жаровая труба зафиксирована относительно кожуха в передней части с помощью трех центрирующих стаканов 11, расположенных под углом 120° друг к другу. Узел крепления показан на рис. 6 б.

В выходном сечении жаровая труба имеет круглую форму и фик­сируется в отверстии газосборника так, что при тепловом расширении она перемещается в сторону турбины. Так как эта часть жаровой трубы весьма сильно нагрета, то при взаимных перемещениях в опорных поверхностях возникают большие износы. С целью охлаждения опорных поверхностей и уменьшения износа применяют стеллитовые наплавки 27 (см. рис. 6 в) или применяют приваренное гофрированное кольцо 28, охлаждаемое струями воздуха.

Узел соединения смежных камер с помощью перебрасывающих пламя патрубков (так как зажигательные устройства располагаются не в каждой трубчатой камере) показан на рис. 6 г. Это соединение до­пускает некоторое взаимное перемещение соседних камер за счет сдвига двойных патрубков по поверхностям А и Б.

Центральный канал В двойного патрубка соединяет полости сосед­них жаровых труб. Кольцевые каналы Г и отверстия Д соединяют на­ружные кожухи соседних камер сгорания. Каналы В и Г соединяются между собой отверстиями Ж. Такое соединение смежных камер позво­ляет выравнивать давление между соседними камерами и осуществить при запуске зажигание смеси в тех камерах, где нет пусковых устройств.

В креплении камеры сгорания к патрубку центробежного компрес­сора (рис.6) благодаря сферической поверхности А кольца 10 воз­можны некоторые перемещения камеры от температурных деформаций. Они возникают потому, что у входного конца камера опирается на патрубки центробежного компрессора, а у выходного - на газосборник. Положение этих концов камеры определяется расстояниями от оси дви­гателя, температурой нагрева деталей и их материалом.

Соединения частей наружного кожуха показаны на рис. 6 е.

Рис. 6. Камера сгорания трубчатого типа:

1 - патрубок компрессора; 2—сферическое стальное кольцо; 3—горловина жаровой трубы; 4—форсунка; 5 - наружный кожух камеры; 6 - малая коническая перегородка с отверстиями; 7 - лопаточный стабилизатор; 8 - передняя стенка жаровой трубы; 9 - большая коническая перегородка с отверстиями; 10 - сферическое стальное кольцо; 11 - центрирующий стакан; 12 - цилиндрическая часть жаровой трубы; 13 - коническая часть жаровой трубы; 14 - соединительное перфорированное кольцо; 15 - задняя коническая часть жаровой трубы; 16 - секция сварного кожуха; 17 - центрирующее кольцо; 18 -втулка; 19 - жаровая труба; 20 – наружный сварной кожух; 21 – втулка; 22 – фланец; 23 – втулка; 24 - болт; 25 - винт; 26 - отгибая шайба; 27 - наплавка стеллита; 28 – гофрированное кольцо; 29, 30 – патрубки; 31, 32 – муфты; 33 – отгибная шайба; 34 – втулка наружного кожуха; 35 – стяжной болт; 36 - втулка; 37 - гайка; а—соединение секций жаровой трубы; б - соединение жаровой трубы и наружного кожуха; в – уменьшение износа опорных поверхностей в выходном участке жаровых труб наплавкой сателлита 27 или гофрированным кольцом 28; г - соединение смежных камер; д - крепление камеры к патрубку компрессора; е - соединение частей наружного кожуха с помощью болтов и винтов; А₁, Б₁—поверхности перемещения патрубков; В, Г – каналы; Д, Е, Ж—отверстия

На рис. 7 представлена кольцевая камера сгорания ТРД. Коль­цевая полость камеры образована внешним 5 и внутренним 6 кожухами, между которыми располагается жаровая труба 4. К передней части трубы приварен роликовой сваркой блок головок 2, каждая из которых имеет лопаточный стабилизатор 1. Наружная стенка жаровой трубы со­стоит из двух секций, соединяемых сваркой. Передняя стенка имеет про­дольные фрезерованные ребра, увеличивающие поверхность охлаждения и повышающие ее жесткость. На внутренней стенке отверстия для вто­ричного воздуха окантованы манжетами (пистонами). Жаровая труба крепится в выходном сечении к корпусу соплового аппарата (узел II) и при нагревании расширяется к компрессору.

Рис. 7. Кольцевая камера сгорания ТРД:

1 - лопаточный стабилизатор; 2 - блок головок; 3 - дефлектор для выравнивания потока воз­духа (вследствие несимметричного расположения головок по отношению к каналу за ком­прессором); 4 - жаровая труба; 5 - внешний кожух; 6 - внутренний кожух

Вторым местом фиксации жаровой трубы являются топливные фор­сунки. Вследствие того, что осевые и радиальные тепловые расширения и перемещения жаровой трубы неодинаковы, для обеспечения свободной деформации ось форсунки располагается под углом к оси камеры, крепление жаровой трубы в выходном сечении к корпусу соплового аппарата и тепловое расширение ее к компрессору предпочтительнее, чем крепле­ние со стороны компрессора. Преимущества связаны с тем, что переме­щение незакрепленного конца жаровой трубы происходит в области низких температур, что вызывает меньший износ опорных поверхностей форсунок и внутренних колец лопаточных стабилизаторов в процессе работы двигателя.

Рис. 8. Трубчато-кольцевая камера сгорания ТРД:

1 - форсунка; 2 - жаровая труба; 3 - кожух камеры сгорания; (завихритель)

4 - стабилизатор

На рис. 8 представлена трубчато-кольцевая камера сгорания ТРД. Стенки жаровой трубы выполнены из нескольких секций, соединен­ных между собой сваркой.

В зоне наибольших температур жаровые трубы имеют продольные фрезерованные ребра. Выходная часть жаровой трубы 2 в поперечном сечении имеет форму кольцевого сектора. Тепловые удлинения жаровой трубы происходят в сторону турбины. В передней части жаровая труба опирается на форсунку 1, корпус которой является силовым.

Для осмотра или замены жаровых труб кожух 3 камеры сгорания (после отвинчивания болтов и винтов, крепящих фланцы) может быть сдвинут в сторону турбины.

Полости жаровых труб сообщены между собой соединительными патрубками, выполняющими ту же роль, что и в индивидуальных.

На рис. 10 показана кольцевая камера сгорания ТВД. Жаровая часть камеры имеет десять головок, в каждой из которых находится лопаточный стабилизатор 3, во внутреннее кольцо которого входит фор­сунка 2. В жаровой части камеры имеются щели для ввода защитного пристеночного слоя воздуха. В смесительную область жаровой части камеры воздух подается по смесительным патрубкам 7 с охлаждаемыми передними стенками. Жаровая часть камеры фиксируется относительно наружного кожуха радиальными пальцами 4 и в местах 8 по выходному сечению жаровой части камеры.

Ж аровая часть камеры показана на рис. 9 и рис. 10.

Рис. 9. Жаровая часть камеры сгорания ТВД:

1 - наружное кольцо завихрителя; 2 - передняя часть диффузора; 3 - задняя часть диффузора; 4 - вырез головки; 5 - внутреннее кольцо головок; 6 - сопла; 7 - вставки; 8 - внутренний кожух; 9—наружный кожух; 10—кольцо; 11—дистанционные пластины; 12—кольцо жесткости; 13—наружное кольцо головок; 14—бобышка; 15—отверстие под струйную форсунку

Рис. 10. Внешний вид жаровой камеры сгорания ТВД:

1—лопаточный стабилизатор (завихритель); 2—головка камеры; 3—наружное кольцо; 4 -отверстие смесительного патрубка; 5—наружное кольцо; 6—внутренний кожух; 7—внутреннее кольцо

На рис. 11 показана камера сгорания, применяемая в ТРД с двухроторным компрессором, в котором для сокращения длины между опо­рами внутреннего вала ротора камера сгорания должна быть возможно более короткой. Укорочение камеры достигается тем, что в каждую жа­ровую трубу 3 топливо подводится через шесть форсунок /, располо­женных в торце жаровой трубы.

Рис. 11. Камера сгорания ТРД с двухроторным осевым компрессором:

1-форсунка; 2—отдельные кольца, образующие наружную стенку жаровой трубы; 3— жаровая труба; 4—труба для подвода воздуха в центральную часть шаровой трубы; 5—щели для подвода воздуха

Каждая из форсунок подает такое ко­личество топлива, которое успевает сгореть на длине камеры. Жаровая труба образована из штампованных колец 2, сваренных между собой так, что между местами сварки образуются щели 5 для ввода воздуха. В центр жаровой трубы воздух подводится через коническую трубу 4, сваренную из отдельных колец так же, как и наружная труба, с образо­ванием щелей.