Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Как показывают результаты исследований, внутри ЗОТ и вне ее до поверхности фронта пламени воздуха почти нет, здесь находятся в основном продукты сгорания вместе с каплями и парами топлива. Поверхность фронта пламени начинается от точек стабилизации А, расположенных по кольцу, и находится достаточно близко к внутренней поверхности жаровой трубы. Между ними проходит активный поток воздуха.
От форсунки 1 поток топлива М с углом раскрытия рг через ЗОТ поступает в зону рециркуляции и затем к пламени. Температура газа в зоне рециркуляции, как и в ЗОТ, близка к температуре у поверхности фронта пламени. В этой зоне велика концентрация топлива с„которое диффундирует к поверхности пламени (зона выгорания Б) изнутри. Поток диффузии окислителя (О,) подходит к зоне выгорания снаружи от активного потока воздуха. Следовательно, вместо схемы гетерогенного выгорания с внутренней поверхности кольцевого потока смеси воздуха и капель (пара) топлива (см. рис 46) имеем схему со встречными потоками диффузии Е топлива н окислителя к зоне выгорания.
Встречные потоки диффузии наблюдаются при горении топлива вокруг боковых струй воздуха. Общая эффективность данной схемы организации рабочего процесса близка к схеме с лопаточным завихрителем, но за зоной горения обычно получаются более равномерные поля осевой скорости н температуры, которые легче приводить к требуемым полям перед газовой турбиной.
Вместе с тем приближение высокотемпературных объемов к стенкам жаровой трубы снижает ее долговечность, а технология изготовления такой трубы и возможности ее модернизации при доводочных работах усложняются. Потери давления прп этом чаще всего возрастают. 117 Рис. 48. Изменение коэффициента Ч„по длине Гж жаровой трубы в зависимости от расположения отверстий для подачи пер- вичного воздуха Особого внимания заслуживает важнейший фактор интенсификации рабочего процесса на любых топливах для различных конструктивных схем камер сгорания — характер подвода первичного воздуха по длине зоны горения.
Высокие значения коэффициента полноты сгорания топлива при разных условиях подготовки горючей смеси на любых режимах работы камеры данной конструкции и при использовании различных топлив достигаются соответствующим распределением воздуха по длине зоны горения и особенно в ее начальной части. В некоторых камерах сгорания стационарных ГТУ весь первичный воздух подается через фронтовое устройство (лопаточный завихритель), не считая воздуха для охлаждения обечаек жаровой трубы. Для достижения высокой полноты сгорания топлива при этом требуется большая длина, а значит, и объем камеры сгорания. У стационарных ГТУ стремление к форсировке рабочего объема— достижению высоких тепловых нагрузок — обычно уступает требованиям большой долговечности, минимальных потерь давления, использования материалов и топлив невысокой стоимости простых методов испытания и доводки. Камеры сгорания имеют размеры и массу значительно ббльшую, чем у транспортных и тем более авиационных ГТД.
В соответствии с результатами исследований можно утверждать, что, вводя рассредоточенно по длине зоны горения потоки первичного воздуха, можно существенно повлиять на полноту выгорания топлива, резко интенсифицируя рабочий процесс камеры сгорания. На рис. 48 показано изменение коэффициента т), для керосина по длине жаровой трубы в зависимости от закономерности подвода первичного воздуха. Если весь первичный воздух с аг .=в 1,5 проходит через лопаточный завихритель (кривая 1), то высокие значения й, и т)„,х достигаются на очень большой длине камеры ( ~матт Процесс резко интенсифицируется, когда через регистр подается только часть первичного воздуха (афр — — 0,4). В этом случае начальная часть зоны горения не переохлаждается излишним количеством воздуха.
Ббльшая часть воздуха проходит в отверстия, расположенные на расстоянии ( от регистра, здесь уже испарилась и готова гореть последующая часть топлива. Этим обеспечивается высокий уровень температур в зоне горения, необходимый для испарения и химической реакции. Коэффициент Ч, достигается на значи- 'тах тельно меньшей длине (и „. Подбирая наивыгоднейшее распределение воздуха по длине камеры, иногда несколькими рядами отверстий Из в сечепиЯх, о1стоЯЩих дР9 г от дРУга на Расстоаппи 7>, (е, ..., можно найти оптимальную зависимость >1„. 7 (7,) (крпвая 3). Очевидно, прп нерациональном выборе закономерности распределения воздуха люжио су1цсствеппо ухудшить качество работы камеры (кривая 4).
На рис. 49, а показан характер воздействия боковых струй воздуха на поток горючей топливовоздушпой смеси Б и поверхность фронта пламени Б. Диаметр отверстий здесь одинаковый, а скорость воздуха в отверстиях разная (шс„п ) ю„) из-за различия перепадов статических давлений. Струя со скоростью ш, (ядро 5) проникает неглубоко и несколько деформирует поверхность фронта пламени Б. Струя со скоростью ш„п разрывает эту поверхность. Для рабочего процесса, осуществляемого по схеме (см.
рис, 47), когда в ЗОТ имеется много паров топлива, такой разрыв может быть эффективен, так как обеспечит выгорание его внутри зоны обратных токов. При использовании схемы (см. рис. 45), когда струи вводятся в конце ЗОТ и не разрушают ее, а камера сгорания работает на режимах с сепии, т.
е. на богатых смесях, такой разрыв также может быть полезен. Прп этом пограничный слой струй Д насыщается топливом вокруг всей струи и смесь успешно выгорает, а выделяющаяся теплота компенсирует охлаждающий эффект струй на ЗОТ. За струями фронт пламени продол>кает свое существование и развитие, когда д М е. л' >л -у)7 Рис. 49. Влияние закономерностей подачи струй первичного воздуха на положение поверхности фронта пламени а — перепад даплепий; б — размер отверстий; а — характер распределения атаерстий; г— глубина проникноаеиия струй ааадуха; Л вЂ” исходные точки стабилааании пламени; ив поверхность пламени; М вЂ .
оскоаноя масса топлиаа; à — горючая смесг, д — пограничный слой струн; П вЂ” продукты сгорания 1!9 этп струи расположены нс очень близко между собой в плоскости поперечного сечения жаровой трубы. На рис. 49, б показана струя 5 со скоростью штн эффективное воздействие которой на процесс выгорания топлива незначительно вследствие малой глубины проникновения в основной поток зоны горения.
Введение струи 5 со скоростью кун в начальной части зоны горения вообще недопустимо. Чрезмерная глубина проникновения и значительное охлаждающее воздействие таких струй, особенно если они имеют небольшой шаг но длине окружности поперечного сечения жаровой трубы, приводят к разрыву общего фронта пламени и исключают догорание топлива в потоке за сечением, где вводятся такие струи. Схемы продольных и поперечных сечений жаровой трубы с вводоы боковых струй воздуха в зону горения даны в верхней час~и рис.
49, г, а без ввода — в нижней. При распределенной подаче первичного воздуха вследствие сильно развитой поверхности фронта пламени 6, высокой турбулентности н температуры по всей зоне горения топливо успевает выгореть до сечения Т!У, где через большие отверстия смесителя камеры вводятся мощные струи вторичного воздуха для охлаждения продуктов сгорания. При подаче всего первичного воздуха через регистр фронтового устройства (нижняя часть рис. 49, г) фронт пламени имеет более гладкую, близкую к цилиндрической поверхность, особенно на удалении. Первоначальная турбулизация потока завихрителем быстро затухает, процессы перемешивания, подогрева н реагирования идут медленнее и той же длины зоны горения для выгорания потока топлива недостаточно.
Интенсификация общего процесса горения боковыми струями воздуха особенно эффективна при работе на богатых смесях и может приводить к неустойчивой работе и более раннему срыву пламени на бедных смесях особенно тогда, когда зона обратных токов перерезается боковыми струями в ее начальной части. При бедных смесях топливом в достаточной мере насыщаются только передние части пограничного слоя струй. Вокруг всей струи горения уже пе происходит и глубоко проникающие в ЗОТ струи способны переохладить ее ядро. Это приводит к снижению поджигающей способности ЗОТ, уменьшению подогрева поступающих порций топлива и ухудшению условий стабилизации фронта пламени.
В хорошо отработанных конструкциях камер сгорания транспортных ГТУ и авиационных ГТД тщательной доводкой исключают ухудшение характеристик срыва на бедных смесях при обеспечении максимальной форсировки рабочего процесса боковыми струями. Такие камеры могут иметь теплонапряженность, примерно равную 4,2 МДж/(м'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
