Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Для этой камеры характерны более эффективный диффузор, пониженные потери давления на входе и выходе, более равномерные поля скорости и температуры газа. На охлаждение кольцевой жаровой трубы расходуется меньшее количество воздуха ввиду относительно небольшой суммарной поверхности. Кроме отмеченных выше недостатков кольцевой камеры следует указать еще один. Сборка и разборка камеры; ее жаровой трубы, как правило, связаны с полной разборкой двигателя, так как трубы выполняют обычно сплошнымн кольцевымц без зэ разьемов. обеспечивая этим равномерность их про~рева, устойчивость формы и требуемую жесткость.
Корпуса кольцевых и трубчато- кольцевых камер часто делают разъемными. Выносная и индивидуальная камеры сгорания удобны тем, что пх разборка, так же как разборка секционной камеры, не требует даже частичной разборки ГТД. При доводке закпх камер обычно отсутствует необходимость в обеспечении равномерных полей температуры и скорости потока на выходе из них,что достигается в трубопроводах, соединяющих камеру с турбиной. Однако такие камеры имеют значительные размеры и массу трубопроводов и газосборников с дополнительными потерями давления в них. Их доводка так же сложна, как доводка кольцевых и выносных камер.
В насгоящее время в стационарных и особенно транспортных ГТУ все чаще использ)ют камеру сгорания промежуточного типа (трубчато-кольцевая плн секционная и индивидуальная) — камеру с образным поворотом потока. Воздух из кольцевого диффузора компрессора попадает в общий кольцевой корпус камеры сгорания, проходит через фронтовое устройство и отверстия внутрь жаровой трубы, затем поворачивает на 360* и из смесителя камеры поступает в кольцевой газосборник турбины. Такая камера может быть секционной с отдельными корпусами (или верхними частями корпусов), расположеннымн вокруг отдельных цилиндрических жаровых труб.
Тогда выполнение обязательных патрубков для переброски пламени усложняется из-за слишком большой их длины. 8 8. ПРОЦЕСС СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Процесс горения топлива в камерах сгорания ГТД сложнее, чем в топливосжигающих устройствах других установок. Проходит он в сильно турбулизированном потоке воздуха и имеет характер факельного процесса.
Однако даже при сжигании газообразного топлива это обычно не чисто гомогенно-кинетический процесс. В нем всегда имеется диффузионное реагирование. Горение жидкого топлива представляет явление смешанного выгорания паровоздушной смеси и аэросмеси — различных по размеру капель жидкого топлива в потоке воздуха. Как уже отмечалось, капли топлива перед окислением проходят ряд промежуточных стадий: подогрев, испарение, перемешивание с воздухом.
Их горение в общем описывается закономерностями гетерогенного горенчя. В этом отношении такой факел близок факелу горящего в потоке воздуха пылевидного твердого топлива, когда действительно гетерогенный вид горения проявляется наиболее полно и преобладает над другими видами горения. Для рабочего процесса в камерах сгорания определяющими являются условия возникновения, устойчивого существования (стабнлизаппи) фронта пламени н эффективного выгорания топлива в потоке относительно холодного воздуха, движущегося со скоростью 100 — 150 м/с и более.
Исследования процессов горения в камерах сгорания ГТД опираются на фундаментальные положения теории горения. Выявить 83 физическую с) щность и расс;итать рабочий процесс, его отдельные элементы в камерах сгорания легче после ознакох.ленпя с решением некоторых задач, возникающих при изучении горения промышленных топлив в упрощенных условиях. Методы их решения и основные выводы могут быль полезны и прп анализе реальных процессов. Сжигание газообразного топлива В зону горения камеры газообразное топливо подается специальными горелками.
В камеру сгорания ГТД топливо п окислитель обычно подают раздельно. При этом в зависимости от характера их движения имеет место тот или иной вид дифбрузионного горения. Ламинарное диффузионное горение. Рассчогрим исгечеипе струп горючего газа в воздушное просграиство с малой скоростью, в результате перемешивания топлива с кислородом воздуха ооразуется горючая смесь. После зажигания смеси в части обтема дальнейшее ее образование и горение будет продолжаться вследствие регулярной взаимной диффузии кислорода окружающего воздуха и газа. Устойчивое эффективное горение смеси возможно в том случае, если концентрация ее будет близка к концентрации стехиомегрического состава (сг = 1). Поверхность пламени поэтому ..ожно определять совокупностью тех точек пространства, где это условие выполняется.
Круглые горелки имеют пламя конусообразной формы. Стационарное течение процесса предполагает непрерывный приток кислорода и газа к фронту пламени, воспламенение смеси за счет теплоты химической реакции в пламени и диффузию образующихся продуктов сгорания в основном в окружающую среду. Обычно скооость химической реакции значительно превышает скорость диффузии, влияющей на подвод необходимых реагентов, поэтому процесс горения и его скорость будут определяться молекулярной диффузпей газов.
В отдельных случаях такой процесс горения можно описать аналитически. Турбулентное диффузионное горение. Этот вид горения обычно используется в промышленной практике. Рассмотрим случай, когда горючий газ и воздух подаются раздельно и скорость воздуха по сравнению со скоростью газа пренебрежимо мала — случай свободной затопленной турбулентной струи (рис. 33, а!.
Струя расширяегся за счет турбулентного пограничного слоя, куда вовлекается дополнительная масса воздуха из окружающей среды. Начальный участок струи газа длиной l„имеет ядро, в котором скорость и концентрация горючего газа неизменны и равны начальным значениям в устье горелки. Концентрация горючей смеси в результате перемешивания ее в пограничном слое меняется от начальной а, = а",.(а„ =- О на внутренней границе) до а, = О (а„ =- а'„') на внешней границе слоя. Поле скорости подобно полю концентрации.
В каждом сечении по длине факела можно выделить геометрическое место точек с г, = сонэ!, в которых смесь будет стехиометрической (а =- 1). Так например, в сечении немного выше сечения ! (! — I П (рис, 33, б) концентрации газа и воздуха меняются от (и,)„,„, и (а„)„.„„ 84 а) Рис. ЗЗ. Изменение ионнентрвциа твзв а, и воздухе аи в турауаентиои струе на оси. до п„= 0 и и,.
== а",, на внешней границе. Стехиометрпческое соотношение будет определяться некоторой величиной а,'1а,'о достигаемой в сечении т"у' — /)т на расстоянии и, от оси струи. Эти точки будут определять положение поверхности пламени. Аналогичные точки со стехиометрпческпм соотношением концентраций а,'.!ав' можно найти в любом сечении, пока для какого-то сечения на оси струи нс будет и„= — з,'. Точка А на оси струи определит конен факела. Таким образом, схема образования факела здесь аналогична схеме образогания факела при ламинарном течении, хотя процесс обмена будет уже определяться турбулентной диффузией, значительно интенсифицирующей горение.
Согласно экспериментальным данным при увеличении скорости (расхода) газа. вытекающего пз горелки, конец ламинарпого распространения фронта пламени наступает в зоне наибольшей высоты пламени. До этого момента высота факела (поверхность фронта пла. мени) возрастала пропоринональио увеличивающемуся расходу газа. Для этой зоны справедливо положение о том, что при ламинарном горсипп на равных площадках поверхности пламени сгорают 86 равные количества смеси. При дальнсшнем росте скорое~и потока вихревые области появляются сначала у вершины пламени, затем онн распространяются к его основанию. Сначала турбулентность возникает непосредственно в пламени еще при ламинарном режиме течения струн газа.
Это явление объясняется существованием высокого градиента скорое~ей между горячимп газами и окружающим воздухом. Б результате турбулизацпи пламени у центральных струек газового потока (где ва ==- ки, ) скорость распространения фронта пламени растет и высота факела понижается. Постепенно горение полностью турбулизпрустся, и пламя значительно укорачивается. При дальнейшем росте скорости потока высота пламени опять будет медленно расти (рпс.
34) в связи с повышением объемов сгора1ощей смеси на турбулентной (искривленной) поверхности пламени. Слабое влияние скорости потока па высоту й диффузионного турбулентного 1шамени является характерной особенностью этого режима горения. На высоту пламени прн этом режиме существенно влияст вид топлива, причем чем больше воздуха требуется для полного сгорания топлива, тем выше будет пламя. Г)ри сжигании газа в кислороде высота пламени значительно меньше, чем при сжигании того же газа и в тех же условиях в воздухе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
