Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое жаровая труба газотурбинного двигателя

Что такое жаровая труба газотурбинного двигателя

В камерах сгорания происходит сжигание топлива и образова­ние газового потока с необходимой температурой. Процесс горе­ния в камерах протекает с большими объемными тепловыми на­пряжениями, достигающими (22—126) ? 10 6

дж/(м 3 ?ч) и более.

На рис. 111 изображена схема камеры сгорания трубчатой кон­струкции. Камера состоит из цилиндрического корпуса 1 , жаро­вой трубы 3 и форсунки 5.

Воздух, необходимый для сгорания топлива (первичный), по­ступает в жаровую трубу через лопаточное воздухонаправляющее устройство 4 в количестве, превышающем теоретическое расчетное в 1,1—1,2 раза. Проходя через это устройство, воздух «закручи­вается», что обеспечивает лучшее его смешение с топливом. В зоне горения температура газов достигает 2073—2273° К. Для сниже­ния температуры газов, поступающих в проточную часть турбины, до приемлемых пределов используется вторичный воздух. Вторич­ный воздух проходит по кольцевому каналу между корпусом и жаровой трубой и охлаждает их стенки: часть его поступает в жа­ровую трубу через отверстие 2 , а остальная смешивается с газо­вым потоком за жаровой трубой. Общий коэффициент избытка первичного и вторичного воздуха ? = 4?8. При недостаточном ко­личестве воздуха в камере возникают зоны, где происходит непол­ное сгорание топлива, вследствие чего на стенках жаровой трубы появляется нагар в виде слоя сажи и кокса. Нагар затрудняет ох­лаждение стенок, в результате возникают местные перегревы, при­водящие к короблению и появлению трещин в жаровых трубах. Унос частиц нагара в проточную часть турбины вызывает повреж­дение лопаток.

Наибольшее распространение в судовых газотурбинных уста­новках получили прямоточные камеры сгорания трубчатой коль­цевой конструкции с одной или несколькими жаровыми трубами горизонтального или вертикального расположения.

На рис. 112 показана блочно-кольцевая камера с шестью жа­ровыми трубами диаметром каждая порядка 200 мм. Камера сго­рания состоит из корпуса 4 и крышки 2, в которую вмонтированы топливные форсунки 1 по одной на жаровую трубу 6; каждая жа­ровая труба имеет свой кожух 5 , выходной газосборный патрубок 7, воздухонаправляющее устройство 9. Со стороны выхода газов камера сгорания покрыта слоем теплоизоляции 8.

В камере сгорания находится три блока зажигания 3 . На входе жаровая труба имеет снаружи обтекаемую профилированную гор­ловину, внутри лопаточный завихритель первичного воздуха, ко­нический дефлектор и конический фронт. В центре завихрителя расположено отверстие для рабочей форсунки.

На рис. 113 показана камера сгорания с жаровой трубой жалюзийного типа с большим моторесурсом. Жаровая труба 2 состоит из набора конических колец, вставленных одно в другое; между кольцами образуются щели-жалюзи, по которым входит вторичный воздух. Коническая форма колец не только увеличи­вает прочность и жесткость трубы, но и улучшает ее охлаждение, так как охлажденная поверхность колец превышает поверхность, обращенную к пламени факела. Жаровую трубу и смеситель 3 монтируют в корпусе 1 камеры сгорания. Камера сгорания снаб­жена четырьмя рабочими форсунками 4, допускающими их замену м процессе эксплуатации камеры. Одна из форсунок запасная.

Топливные форсунки камер сгорания газотурбинных установок разнообразны по конструкции, но наибольшее распространение по­лучили механические, у которых распыливание топлива осуществ­ляется за счет значительного давления топлива.

На рис. 114 показана механическая двухконтурная топливная форсунка с общим соплом. Форсунка состоит из корпуса 6, сопла 11, выполненного как одно целое с завихрителем второго контура, завихрителя 10 первого контура, втулки 9, в которой смонтированы сопло и завихритель, втулки 7 , разжимающей кони­ческую прокладку 8, которая устраняет протечки топлива через резьбу, дефлектора 5, фланца 4, которым форсунка крепится по месту на камере сгорания, специальных штуцеров 3 и 2 с невоз­вратными клапанами и воздушной крышкой 1 с невозвратным клапаном. Через штуцер первого контура 3 (малый ход) топливо поступает на всех режимах работы газотурбинной установки. Второй контур работает одновременно с первым контуром на тех режимах, на которых давление топлива остается выше давления включения второго контура. Давление включения второго контура в данной форсунке равно 1,75 мн/м 2 . Охлаждение дефлектора фор­сунки осуществляется воздухом, подаваемым в полость воздуш­ной крышки; одновременно воздух ограничивает нагарообразование на торце форсунки.

На рис. 115 показана головка форсунки. Расход топлива в ней регулируется плунжером 3 , шток 2 кото­рого связан с системой уп­равления газотурбинной ус­тановки. В зависимости от положения плунжера он полностью или частично перекрывает отверстие 1 для поступления топлива в сопло.

Основные конструктивные элементы ГТД (ЖРД)

Н’-В – входное устройство;

В-К – компрессор;

К-Г – камера сгорания;

Г-Т – турбина;

Т-Т’ – выходной канал;

Т’-С – выходное сопло.

 Входное устройство

Входное устройство предназначено для забора воздуха из окружающей среды и его первоначального сжатия. Оно состоит из корпуса и специального внутреннего тела, которые связаны между собой радиальными стойками.

В радиальных стойках и специальном внутреннем теле входного устройства выполнены отверстия, которые позволяют функционировать противообледенительным системам. Из пятой-седьмой ступени компрессора осуществляется забор воздуха, который по магистралям подается в радиальные стойки и тело, а затем в выполненные в них отверстия.

Рядом с радиальной стойкой устанавливается поворотная лопатка. Поворот лопатки обеспечивает необходимый угол поступлении воздуха в компрессор для обеспечения оптимальной степени сжатия.

‚ Компрессор

Компрессор предназначен для сжатия воздуха до расчетной величины. Он состоит из нескольких ступеней, каждая из которых обеспечивает определенную степень сжатия. В современных двигателях их число изменяется от 7 до 9.

Ступень компрессора – это сочетание подвижной лопатки, закрепленной на рабочем колесе, и жестко закрепленной неподвижной лопатки.

Лопаточный аппарат формирует канал сужающегося типа.

В современных двигателях в 3 первых ступенях компрессора сопловые лопатки поворачиваются вокруг своей оси, что позволяет выровнять степень сжатия в зависимости от условий полета.

Для компрессора характерны негативные явления – помпаж. Помпаж характеризуется 2 факторами:

1. неравномерность давления по высоте лопаточной машины компрессора

2. превышение давления в компрессоре выше номинальной величины

В целях борьбы с помпажом в районе пятой-седьмой ступени компрессора выполняют отверстия в его наружном корпусе, которые закрываются лентами перепуска. Когда давление в компрессоре превышает номинальную величину, срабатывает система автоматики и лента перепуска поднимается вверх, открывая проточную часть, что позволяет стравить воздух из компрессора в окружающую среду. Для борьбы с первым фактором помпажа перед компрессором устанавливают направляющий аппарат, состоящий из ряда направляющих лопаток и поворотных лопаток. Изменение угла входа воздуха в компрессор за счет поворотных лопаток позволяет обеспечить равномерность давления и регулировать степень сжатия, доводя ее до оптимальной.

После компрессора воздух поступает в камеру сгорания.

ƒ Камера сгорания

Камера сгорания состоит из наружного корпуса и внутреннего корпуса, внутри которого установлена жаровая труба. В жаровой трубе расположена тарелкообразное радиальное тело с форсункой.

Газовый поток, поступая в камеру сгорания, разбивается на 2 составляющие:

· первичный поток, поступающий в жаровую трубу через каналы, образованные лопатками тарелкообразного тела;

· вторичный поток, направленный в полость между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой.

Каналы тарелкообразного тела спрофилированы таким образом, что после их прохождения происходит снижение скорости воздушного потока и его турбулизация на выходе из них. В результате в первой части камеры сгорания наблюдается устойчивый и полный процесс горения в период впрыскивания керосина и отпрыска газовой смеси с помощью электрической искры зажигания. Керосин подается в форсунку, и с помощью электрической свечи осуществляется поджиг керосина и газовой смеси.

Читать еще:  Что такое опора двигателя передняя мазда 3

В жаровой трубе выполнены многочисленные отверстия для турбулизации потока воздуха и за счет вторичного потока воздуха для создания пограничного слоя на внутренней поверхности жаровой трубы. Организация охлаждающего пограничного слоя необходима, иначе стенки жаровой трубы прогорят. (Внутри камеры сгорания в ядре потока температура горения достигает 2500-3500 К.)

Второй поток воздуха поступает в полость между жаровой трубой и корпусом камеры сгорания и проходит в каналы, выполненные в жаровой трубе.

Назначение вторичного потока воздуха:

1) создание пограничного слоя в пристеночном пространстве жаровой трубы на внутренней ее поверхности для снижения температурного поля и температурной нагрузки;

2) смешение основного и более холодного газовых потоков с целью снижения температуры газового потока, выходящего из жаровой трубы, до расчетной температуры газа на входе в лопаточную машину турбины. (На форсажном режиме эта температура может достигать 1850 К.)

„ Газовая турбина

Турбина предназначена для раскрутки лопаточной машины компрессора. В ней происходит обратный термодинамический процесс, т.е. если в компрессоре воздух сжимается, то в турбине происходит расширение газов.

Лопаточная машина турбины, в отличие от лопаточной машины компрессора, формирует канал расширяющегося типа.

Факторы, действующие на противоположные действия компрессора и турбины:

1. в компрессоре первая лопатка подвижная, она закреплена на рабочем колесе; а в турбине первая лопатка неподвижная, сопловая;

2. канал компрессора сужающийся, а канал турбины расширяющийся;

3. компрессор и турбина – это две противоположно профилированные лопаточные машины.

Турбина состоит из нескольких ступеней. В современных двигателях их число изменяется от 2 до 4.

Ступень турбины – это сочетание жестко закрепленной сопловой лопатки и рабочей лопатки, установленной на вращающемся рабочем колесе.

Для обеспечения современного уровня температур лопатки выполняются охлаждаемыми, т.е. с конвективным, загородительным и пленочным охлаждением.

В первых ГТД температура газа не превышала 1300 К. В дальнейшем температуру газа удалось поднять 1750 К, а в опытных образцах – до 2000 К. Добиться повышения температуры газа удалось за счет:

1. 1.разработки новых перспективных сплавов из жаростойких материалов;

2. разработок технологий методов литья (столбчатая кристаллизация);

3. организации систем охлаждения как сопловых, так и рабочих лопаток турбины.

В современных двигателях от 3 до 5% воздуха расходуется на охлаждение турбины.

Выходной канал

За турбиной находится выходной канал, который формируется специальным внутренним телом. Этот канал – расширяющегося типа. Крепление внутреннего тела осуществляется с помощью радиальной стойки. Выходное сопло предназначено для увеличения кинетической энергии реактивной газовой струи и, соответственно, тяги.

Применение компрессора и турбины приводит к тому, что процессы сжатия и расширения происходят в два этапа: соответственно во входном устройстве и компрессоре – сжатие и в турбине и выходном сопле – расширение газового потока. При этом давление за турбиной должно быть таким, чтобы получаемый в ней перепад давлений позволял иметь требуемую мощность.

ЖРД

ЖРД в общем случае состоит из камер, турбонасосных агрегатов, газогенераторов, агрегатов автоматики, устройств для создания управляющих усилий, рамы, трубопроводов и вспомогательных устройств. ЖРД очень многообразны. Ниже рассматривается схема изучаемого образца двигателя. По такой схеме выполнен отечественный ЖРД РД-214. Этот двигатель имеет насосную систему подачи компонентов топлива, однокомпонентный газогенератор, работает без дожигания генераторного газа. Он устанавливается на первой ступени ракеты-носителя «Космос». Основные элементы двигательной установки включают:

· баки основного топлива (1);

· бак вспомогательного топлива (2) (80 % -ый раствор Н22);

· перогазогенератор (реактор) (3);

· насосы горючего и окислителя (4);

· насос вспомогательного топлива (Н2О2) (5);

· камеру двигателя (7) (двигатель РД-214 включает блок из четырех камер, для упрощения рисунка на нем изображена одна камера);

· агрегаты автоматики (8);

· отбросное сопло (9).

Двигатель работает на высококипящем азотнокислотном окислителе и продуктах переработки керосина в качестве горючего. Его тяга (для блока четырех камеру) в пустоте составляет 740 кН.

Камеры двигателя жестко связаны по двум поясам болтами. Камеры — паяно-сварные, состоят из:

Смесительная головка обеспечивает подвод компонентов топлива в камеру сгорания и их распыливание. В камере сгорания осуществляются процессы смесеобразования и сгорания компонентов топлива,

Камера имеет двойные стенки, между которыми установлены гофрированные проставки с продольными, вдоль оси, гофрами. С помощью пайки проставки связывают стенки камеры друг с другом, Для охлаждения камеры двигателя используется горючее, которое подается по двум патрубкам в коллектор на сверхзвуковой части сопла и по зазору между ее стенками поступает в смесительную головку. Камера изготавливается из хромоникелевых сталей аустенитно-мартенситного класса.

На блок камер двигателя, устанавливается турбонасосный агрегат (ТНА). ТНА состоит из турбины и трех центробежных насосов (окислителя, горючего и перекиси водорода). ТНА предназначен для подачи окислителя и горючего в камеру двигателя и перекиси водорода в парогазогенератор (реактор). Подача компонентов осуществляется насосами, которые приводятся в действие газовой турбиной. При изменении частоты вращения ТНА изменяется расход компонентов топлива в камеру двигателя. Этим дости­гается регулирование тяги.

Турбина и насосы расположены на одном валу. Рабочим телом для турбины является парогаз, образующийся в реакторе. Парогаз, имеющий температуру около 800 К, подается под давлением Па в сопла турбины и затем на лопатки рабочего колеса. Отработанный парогаз собирается в выхлопном коллекторе турбины и отводится по выхлопным трубам к отбросным соплам, установленным на корпусе ракеты. Корпусы насосов, крышки, центробежные колёса изготавливаются из алюминиевых сплавов. Диск турбины, рабочие лопатки, вал выполняются из стали.

ТИПЫ ОСНОВНЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГТД И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В НИХ

Рис. 9.3. Типы основных камер сгорания

Основные камеры сгорания авиационных ГТД могут иметь раз­нообразные формы проточной части и различное конструктивное выполнение. Применяются практически камеры сгора­ния трех основных типов (рис. 9.3): а — трубчатые (индивиду­альные), б — трубчато-кольцевые и в — кольцевые.

Трубчатая (вверху на рис. 9.3) ка­мера сгорания состоит из жаровой трубы 1, внутри которой органи­зуется процесс горения, и корпуса (кожуха) 2. На двигателях обыч­но устанавливалось несколько таких камер. В современных авиационных ГТД трубчатые камеры сгорания практически не используются.

Втрубчато-кольцевой камере все жаровые трубы заключены в общий корпус, имеющий внутреннюю и наружную поверхности, охватывающие вал двигателя.

В кольце­вой камере сгорания (внизу на рис. 9.3) жаровая труба имеет в сечении форму коль­ца, также охватывающего вал двигателя.

Расположение и тип форсунок, используемых для подачи топли­ва в камеры сгорания, также могут быть различными. Однако, не­смотря на большое разнообразие схем и конструктивных форм ос­новных камер сгорания, процесс горения в них организуется практически одинаково.

Одной из важнейших особенностей организации процесса горения в основных камерах сгорания ГТД является то, что он должен протекать при сравнительно больших коэффициентах избытка воздуха. При реализуемых в настоящее время температурах газа перед турбиной порядка = 1800. 1600 К и ниже, как уже отмечалось, значение коэффициента избытка воздуха (среднее для всей камеры) должно составлять 2,0…3,0 и более. При таких значениях однородная топливо-воздушная смесь, как было указано выше, не воспламеняется и не горит. При резком уменьше­нии подачи топлива в двигатель, которое может иметь место в ус­ловиях эксплуатации, коэффициент избытка воздуха может достигать еще существенно больших зна­чений (до 20…30 и более).

Читать еще:  Двигатель 5е тойота калдина плавают обороты

Вторая важная особенность этих камер состоит в том, что ско­рость потока воздуха или топливо-воздушной смеси в них (выбираемая с учетом требований к габаритным размерам двигателя) су­щественно превышает скорость распространения пламени. И, если не принять специальных мер, пламя будет унесено по­током за пределы камеры сгорания

Поэтому организация процесса горения топлива в основных ка­мерах ГТД основывается на следующих двух принципах, позволя­ющих обеспечить устойчивое горение топлива при больших значениях и вы­соких скоростях движения потока в них:

1. Весь поток воздуха, поступающий в камеру сгорания, разделяешься на две части, из которых только одна часть (обычно меньшая) подается непосредственно в зону горения (где за счет этого создается необходимый для устой­чивого горения состав смеси). А другая часть направляется в об­ход зоны горения (охлаждая снаружи жаровую трубу) в так называемую зону смешения (пе­ред турбиной), где смешивается с продуктами сгорания, понижая в нуж­ной мере их температуру;

2. Стабилизация пламени в зоне горения обеспечивается путем создания в ней зоны обратных токов, заполненной горячими продуктами сгорания, непрерывно поджига­ющими свежую горючую смесь.

Рис. 9.4. Схема основной камеры сгорания

Для примера на рис. 9.4 показана схема одного из вариантов трубчато-кольцевой камеры сгорания. Камера состоит из жаро­вой трубы 1 и корпуса 2. В передней части жаровой трубы, кото­рую называют фронтовым устройством, размещаются форсунка 3 для подачи топлива и лопаточный завихритель 5. Для уменьшения скорости воздуха в камере на входе в нее (за компрессором) выполняется диффузор 4, благодаря которому скорость воздуха перед фронтовым устройством обычно не превышает 50 м/с.

Воздух, поступающий в камеру сгорания из компрессора, делится на две части. Одна часть направляется в зону горения, а вторая часть — в зону смешения. Часть воздуха, поступающая в зону горения, в свою очередь де­лится еще на две части. Первая часть, так называемый первичный воздух (см. рис. 9.4), поступает непосредственно через фронтовое устройство к месту расположения факела распыла топ­ливной форсунки и используется для формирования богатой топливной смеси такого состава, который обеспечивал бы на всех режимах достаточно быстрое и устойчивое сгорание.

Вторая его часть (так называемый вторичный воздух ) через боковые отверстия в жаровой трубе поступает в камеру для завершения процесса горения (первичного воздуха для этого недостаточно). Общее количество воздуха, поступающего в зоны горения (т.е. ) обеспечивает в ней коэффициент избытка воздуха порядка = 1,6…1,8, что соответствует устойчивому горению, полному сгоранию и температуре порядка 1800…1900 К.

Если допустимая температура газов перед турбиной ниже этой величины, необходимый для её уменьшения третичный(или смесительный) воздух поступает в жаровую трубу через задние ряды отверстий или щелей, быстро снижая их температуру до допустимой. При этом важно подчеркнуть, что, если какая-то часть топлива не успеет сгореть до попадания в зону смешения, то дальнейшее ее догора­ние практически уже не произойдет, так как коэффициент избытка воздуха возрастает до значений, превы­шающих предел устойчивого горения.

Число, расположение и форма отверстий для подвода третично­го воздуха подбираются таким образом, чтобы обеспечить жела­емое поле температур газа перед турбиной.

Подвод первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу дол­жен быть организован так, чтобы в зоне горения создавалась нуж­ная структура потока. Эта структура должна обеспечить хорошее смешение топлива с воздухом и наличие мощных обратных то­ков, обеспечивающих надежное воспламенение свежей смеси на всех режимах работы камеры.

Рис. 9.5. Зона обратных токов в основной камере сгорания

Структура потока в передней части жаровой трубы камеры сго­рания с так называемым лопаточным завихрителем показана схематично на рис. 9.5. Воздух поступает сюда через завихритель 1, лопатки которого закручивают поток (подобно лопаткам входного направляющего аппарата компрессора). Далее воздух движется вдоль поверхности жаровой трубы в виде конической вихре­вой струи. Вихревое движения воз­духа приводит к пони­жению давления в области за завихрителем, вследствие чего в эту область устремляется газ из расположенных дальше от фрон­тового устройства участков жаровой трубы. В результате здесь возникает зона обратных токов, граница которой показана на рисунке линией 5. Топливо-воздушная смесь, образовавшаяся за фронтовым устройством, при за­пуске двигателя поджигается огненной струей, создава­емой пусковым воспламенителем 6 (см. рис. 9.4). Но в последую­щем горячие продукты сгорания вовлекаются в зону обратных то­ков и обеспечивают непрерывное поджигание свежей смеси. Кроме того, горячие газы, циркулирующие в этой зоне, являются источником теплоты, необходимой для быстрого испарения топлива.

Могут использоваться и другие схемы основных камер сгорания — с несколькими форсунками (несколькими рядами форсунок), с другими способами создания зоны обратных токов и т.д. Но общие принципы организации рабочего процесса в них остаются такими же.

Дата добавления: 2018-05-10 ; просмотров: 994 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Что такое камера сгорания? (видео)

КАМЕРА СГОРАНИЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ — замкнутое пространство, предназначенное для сжигания топлива (газообразного, жидкого, твердого). Бывают периодического (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания) и непрерывного действия (в газотурбинных и реактивных двигателях).

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

Камеры сгорания ТРД

Типичная схема

Горячий газ занимает гораздо больший объем, чем горючая смесь, поступающая на вход в двигатель. Тем самым создаётся дополнительное давление, которое может двигать поршень или вращать турбину. Энергия также идёт на создание дополнительной тяги при выходе газа из сопла.

Стехиометрическая камера

Форсажная камера

Для увеличения тяги в турбореактивном двигателе за турбиной можно поместить вторую, т. н. форсажную камеру сгорания, в которой газ может нагреваться до такой же температуры, как и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Форсажная камера представляет собой цилиндрическую трубу с соплом регулируемого сечения на выходе.

Класификация

По принципу действия

  • Непрерывного действия (для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)).
  • Периодического действия (для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС));

Камеры сгорания непрерывного действия в свою очередь класифицируют:
По назначению

  • Основные;
  • Резервные;
  • Промежуточного подогрева;

По направлению потока воздуха и продуктов сгорания

  • прямоточные;
  • противоточные камеры сгорания (последние применяют редко из-за большого гидравлического сопротивления).

По компоновке

  • Встроенные;
  • Выносные;

По конструктивных особенностях корпуса и жаровой трубы

  • Кольцевые;
  • Трубчато-кольцевые;
  • Трубчатые;

Камеры сгорания периодического действия в свою очередь класифицируют:
По используемому топливу

По конструкции бензиновые камеры сгорания разделяют:

    • Боковая
    • Центральная
    • Полуклиновая
    • Клиновая
  • Дизельные.

По конструкции дизельные камеры сгорания разделяют:

    • Неразделенные (имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива)
    • Разделенные (разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру)

По способу смесеобразования

    • Обьемное (для неразделенных камер сгорания);
    • Пленочное;
    • Комбинированные.

Камера сгорания непрерывного действия

Камера сгорания непрерывного действия относятся к числу важнейших узлов авиационных и космических двигательных установок, специальных и транспортных газотурбинных установок, которые находят широкое применение в энергетике, химической промышленности, на ж.-д. транспорте, морских и речных судах.

Камера сгорания непрерывного действия
1 — Задний корпус компрессора
2 — Форсунка
3 — Кожух камеры
4 — Силовая труба
5 — Жаровая труба
6 — Газосборник
7 — Коллектор
8 — Сопловой аппарат I ступени турбины

Читать еще:  Двигатель 7511 с раздельными головками схема

Принцип работы

Камера сгорания является узлом газотурбинного двигателя (ГТД), в котором происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси. Для приготовления топливовоздушной смеси в камеру сгорания подводится через форсунки топливо и поступает воздух из компрессора. В процессе запуска двигателя поджог топливовоздушной смеси производится электрической искрой (или пусковым устройством), а при дальнейшей работе процесс горения поддерживается непрерывно вследствие контакта образующейся топливовоздушной смеси с раскаленными продуктами сгорания. Образовавшийся в камере сгорания газ направляется в турбину компрессора.

Устойчивость и совершенство процессов в камере сгорания в значительной степени обеспечивают надежную и экономичную работу газотурбинного двигателя.

Требования, предъявляемые к камере сгорания непрерывного действия

  • Устойчивость процесса горения при всех возможных режимах и полетных условиях. Необходимо, чтобы сгорание топлива было непрерывным и не было срыва пламени или пульсационного горения, что может вызвать самовыключение двигателя. В процессе изменения режима работы двигателя и полетных условий изменяется соотношение топлива и воздуха, поступающих в камеру сгорания, т.е. изменяется качество смеси.
  • Обеспечение равномерного поля температуры газов перед турбиной. Обычно камеры сгорания имеют несколько форсунок для подвода топлива, поэтому имеется тенденция к получению зон различной температуры на выходе газов из камеры сгорания. Значительная неравномерность поля температур газов может приводить к разрушению турбинных лопаток.
  • Минимальная длина факела пламени, т.е. процесс сгорания, должен заканчиваться в пределах камеры сгорания. В противном случае пламя доходит до лопаток соплового аппарата, что может привести к их прогару.
  • Надежность в эксплуатации, большой срок службы, удобство контроля и технического обслуживания. Обеспечение длительной и надежной работы камеры сгорания достигается как рядом конструктивных мероприятий, так и строгим соблюдением правил летной и технической эксплуатации. Для максимального выполнения перечисленных требований каждому типу двигателя подбирается соответствующий тип камеры сгорания.

Книги

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.

Неразделенные камеры сгорания

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже — в головке.

На рисунке показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

Рис. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а — тороидальная в поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в — полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне; д — цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е — овальная в поршне: ж — шаровая в поршне; з — тороидальная в поршне с горловиной; и — цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра; к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная в поршне; м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

В камерах сгорания, приведенных на рисунке, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаше всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Камеры сгорания, показанные на рис. е—з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рисунке, к—м, находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Требования к камере сгорания ГТД

Камера сгорания — один из самых сложных элементов конструкции двигателя. В настоящее время она должна удовлетворять следующим десяти требованиям:

  1. Высокое значение коэффициента полноты сгорания η, равного отношению энергии, выделяющейся при сжигании 1 кг топлива к теплотворной способности топлива. Типичные значения η — 0,98..0,99.
  2. Малые потери полного давления , так как это ведет к уменьшению тяги. Типичные значения δ: 3% (противоточные камеры), 6 % (прямоточные), 8 % (двухконтурные двигатели).
  3. Малые габариты камеры для облегчения веса. При этом длина камеры обычно в 2—3 раза больше высоты.
  4. Обеспечение широкого диапазона изменения параметров (расхода воздуха, топлива) — обеспечение возможности работать на разных режимах: , где L0 — стехиометрический коэффициент (количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, принимается ≈0,1488).
  5. Обеспечение заданной эпюры распределения температуры в выходном сечении камеры при минимальной неравномерности этой температуры в окружном направлении (при большой степени неравномерности может сгореть сопловой аппарат).
  6. Надёжный запуск камеры при температурах до −60 °С, в том числе полётный запуск на высоте 7 км.
  7. Малая дымность отработанных газов (для визуальной незаметности).
  8. Концентрация токсических веществ в выхлопных газах на срезе сопла не должна превышать нормы ИКАО — более важное требование. Наиболее существенные концентрации у веществ CO, CnHm, NOx.
  9. Отсутствие вибрационного горения (автоколебаний).
  10. Определённый срок службы (минимально 4000 часов до ремонта, 20 000 часов всего — это порядка 2 лет).

Камеры сгорания ДВС

Камеры сгорания в поршне дизельного двигателя (варианты)

В течение короткого цикла двигателя должно происходить не только сгорание, но и предварительное приготовление горючей смеси (за исключением устаревших карбюраторных моторов). Поэтому форма камеры сгорания, размещение форсунки и клапанов/окон должно обеспечивать как приготовление смеси, так и её сгорание с минимальными теплопотерями в стенки. Кроме того, важно соблюдение экологических норм.

В искровых моторах камера сгорания может быть шатрового, полусферического, линзовидного, клинового, и более редких типов. Движение фронта пламени должно обеспечивать примерно одинаковую скорость сгорания, чтобы работа двигателя не была «жёсткой». Из соображений детонационной стойкости путь пламени должен быть кратчайшим, а последняя порция смеси не должна располагаться в зоне выпускных клапанов. В системах с расслоением заряда повышение детонационной стойкости достигают обеднением последней сгорающей порции смеси.Камера должна быть компактной, чтобы уменьшить теплоотдачу в стенки. Подача топлива — через карбюратор, в коллектор, прямой впрыск в цилиндр.

В моторах с воспламенением от сжатия форма камер более разнообразна, определяется выбранным методом смесеобразования (испарения топлива). Это может быть вихрекамера или предкамера в головке блока, либо камера в поршне. Смесеобразование — плёночное, объёмно-плёночное, объёмное. Метод впрыска — только прямой. В последнее время эффективная система Common rail значительно улучшило показатели двигателей с объёмным смесеобразованием, так что разнообразие камер сократилось.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector