Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ч Па) и даже более при п„=0,98 —: 0,99, (яа),„,„до 200 —: 300 при срыве и высокие пусковые качества: быстроту и надежность зажигания топлива во время пуска ГТД. Значительная теплонапряженность рабочего объема обычно неблагоприятно сказывается на долговечности конструкции. потере давления, равномерности полей температуры н скорости газа на выходе из камеры. 120 3 СИСТЕМА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА, СХЕМЫ КОНСТРУКЦИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ КАМЕР СГОРАНИЯ э 1В. ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ Потеря давления в камере сгорания приводит к уменьшению полного давления за ней, которое, так же как и температура, является важнейшим параметром рабочего газа.
При холодных продувках цилиндрической камеры, когда температуры и скорости потока одинаковы на входе и выходе р„„,/рх„=- р,*„,„/р„"„потерю давления можно оценивать как по полным, так н по статическим давлениям. При горении топлива Т„ых )) Тхх и Рвхх(р~х )) Рххх~рйх т.
е. потери полного давления даже в цилиндрической камере значительно больше потерь статического давления. Учитывая, что камеры сгорания обычно не цилиндрические и скорость потока по их трактам изменяется, сопротивление следует считать только по потере полного давления. В камерах сгорания газ практически всегда течет в автомодельной области, т. е.
при таких больших числах Ве, когда характер движения потока от этого критерия уже не зависит. В этом случае потеря полного давления в камере пропорциональна квадрату скорости потока: 144) Лр,* = р„' у,". = 0,54;рхш', где ф„" — безразмерный коэффициент потерь полного давления; 0,5р„шх — скоростной напор ца входе в камеру сгорания. При холодных продувках коэффициент потерь полного давления в автомодельной области постоянен для данной камеры.
Ои указывает, какая часть динамического напора теряется только за счет гидравлических потерь. Прн горении топлива в камере этот коэффициент ф; меняется в зависилюсти от режимов работы, возрастает по мере уменьшения суммарного коэффициента ах избытка воздуха, т. е. роста тепловых потерь. Поэтому сопротивление камер сгорания можно сравнивать лишь при одинаковых режимах работы, одинаковых ах. Исследованиями установлено, что ф,*,, определенный при горении с ах:= 5 и их = 3 может быть больше ф"', полученного прн холодной ее продувке соответственно на 25 — 35 и 45 — 55 ",'„. 121 Посколькз ЛР,', = ЛР,'в '-ЛР, „— 'ЛР, =ЛР."ц; ЛР.*.
(45) Считая ЪР,' „=- ЛР'„получ«м ЛР,", = ЛР'„д- ЛР,. (46) Уменьшение величины ЛР." всегда ограни кно. Так, например, прн холодных продувках, когда Лр,' = О, уменьшение Лр,' ограничено необходимыми затратами энергии на движение потока по каналам камеры, потерями при торможении потока в диффузоре, обтекании деталей систем стабилизации, топливоподачи, зажигания и др. При горении к этим потерям добавляется составляющая Лр,', связанная с расширением газа прп подводе к нему теплоты и соответствующим перераспределением и увеличением скоростей течения.
Соотношение величин 4,*. и ф" для цилиндрического канала при равномерных полях температуры и скорости в потоке воздуха на входе и газа на выходе получим с учетом выражения (44) из уравнения (46): фгг = ф" -'г- 2 Лргг(рвов). (47) Составляющая потерь полного давления газа при подогреве в камере (Лр,')„=(р, — рг) + 0,5 (рвюв — р„пгв).
Разность статических давлений, возникающую при подогреве газа, без учета трения можно приравнять к изменению количества движения: (Рв — Рг) гк = (Ргюг — Рвшв) Рк, т. е. Рв — р„=- 0,5 (р„ю„'— р„пг';). Тогда (Лрг")ц = 0,5 (Ргшгв — Рвюв) = 0,5Рвшв (РгжЦРвщв) — 1).
По уравнению неразрывности р,ю„Е„= р„пг„Р,. Для канала Е = = сопз1, полагая потери давления необольшими (Р = сопз1), получим пг„lю, -- р,lр„= Тг~Т, и (ЛР,'), = 0,5р,пгв, ((Т„)Т,) — 1). (48 Для реальных камер сгорания ГТД, обычно не цилиндрической формы с неравномерными полями Т; и ш; по сечению, при подсчете величины Лр„' по выражению типа (48) следует вводить экспериментальный поправочный коэффициент А: Ч' =- ф* 'г- 4 ИТ.'7 ) — 11 = Ф* + Ф.".
(49) Величину ф; можно считать тепловым коэффициентом сопротивления камеры. По данным исследований, А == 1,7 —:2,2 и может быть подсчитано по эмпирической формуле А == 2,2 (Р„/Рвг)', (50) где Ег — плщцадь поперечного сечения воздухоподводящего канала (каналов) на входе в камеоу; Р, — площадь поперечного сечения (по миделю) жаровой трубы (труб). !22 При холодных продувках камеры величина 1"' отражает чисто гидравлические потери н может быть связана с рассмотренной ранее величиной о,'.
= Лр"/р„'. Для нашего случая о„" =- а". Тогда 4 * = р» — р'1(0,броша) = о'р,';(0,5р,ш";), где р,' — давление холодного воздуха на выходе из камеры. Учитывая, что р, =-- р„1ЯТ,) и р, =. р„[1 + 0,5 (/г — 1) М„']"'" ", получим '! "И!в о*'— г [ ! + о з (ь — !) з!',]' ы — О где ̄— число Маха на входе в камеру сгорания. Значение а* учитывает потери на трение рабочего тела о стенки каналов, потери, связанные с цнркуляционными течениями, сужениями и расширениями потоков, смешением струй, местными сопротивлениями и потерями во входном диффузоре камеры. Потери в диффузоре иногда составляют основную долю суммарных потерь давления в камере и резко возрастают при увеличении угла раскрытия канала диффузора. Потери полного давления в диффузоре на удар Лр„* = 0,5)гр„ш-",, (1 — Е,„1Е„,„)'-, (51) где я — коэффициент потерь давления в диффузоре на удар: г"„„ и Р„„— площади поперечного сечения канала диффузора соответственно на входе и выходе.
При больших скоростях воздуха на входе в диффузор (150— 200 м/с) и углах 9 > 15 †: 20' Лр„' может составлять основную долю не только а', но и о„". Часто задача осложняется еще необходимостью использования некруглого, несимметричного диффузора, требующего специальной отработки. Малые возможные значения Лр„' соизмеримы с потерями давления на трение в диффузоре (Лр]) ~р = 0,5$тр (1,'А) рвачах, (52) где в,р — коэффициент трения, являющийся функцией Яе; при 4 1О' < йе ( 100 10' $,„ =- 0,3168!Де' '; 1 — длина диффузора; й,, — эквивалентный диаметр диффузора на входе, для некруглых каналов д, == 4Р~П; Р и П -- площадь проходного сечения и периметр, омываемый течением.
Часто, используя опытные данные, считают сумму потерь в диффузоре (Лр,",)в = — 0,5ф,'р„ш";„, (53) где ф„" — коэффициент гидравлического сопротивления диффузора. При проектировании ГТД, исходя из условий компоновки узлов и стремления сократить его размеры (длину), чаще всего выбирают диффузор сложной формы. При этом профилирование канала проводят так, чтобы получить изменение площадей поперечного сечения по его длине, эквивалентное простому круглому диффузору (изоградиентное профилирование).
В авиационных ГТД используют также ступенчатые диффузоры или многоканальные с внутренними профилированпыми разделительными перегородками, уменьшающими углы раскрытия отдельных каналов общего короткого диффузора. !23 Рис. 50. Элементы конструкции жаровой трубы: а — плоские лопаточные завнхрнтелн: б — конический регистр; г — полуканнчсскнй регистр; г н д — щелевые зазоры с течением потока соответственно прячын н обрати ыч Потери давления иа трение о стенки любого канала камеры определяют так же, как и потери на трение в диффузоре, учитывая профиль каналов и режим течения.
Чисто гидравлические потери полного давления в элементах камеры, например фронтовых устройствах, определяют отдельно: Лрфр 0 5згнфрйвнзв (54) где ффр — коэффициент гидравлического сопротивления фронтового устройства, определяемый экспериментально. Скоростной напор подсчитывают по параметрам воздуха на входе во фронтовое устройство. Основным элементом фронтового устройства является плохообтекаемое тело, которое чаще всего выполняют в виде лопаточного завихрителя различных конструкций. Наиболее часто, особенно в авиационных и транспортных ГТД используют плоские элементы конструкции (рис. 50, а) с профилироваиными 1 или прямыми 11 лопатками, число которых п = 7 —:12.
К втулке радиуса г, и наружному кольцу радиуса ге лопатки могут быть прикреплены, например, сваркой по согнутым пластинчатым опорам 1. В стационарных ГТУ иногда используют конические (рис, 50, б) п полуконические (рис. 50, и) регистры. Общие потери полного давления в регистре Лрр' складываются из потерь на 124 входе в него и выходе, потерь в мсжлопаточиых каналах и потерь ца трение: Лрр — 2ыЛР, —.
О„тй„)ыгс„, где $й — коэффициент полного сопротивления регистра. Динамический напор можно определять как по скорости ыт,х воздуха на входе в регистр, так и по скорости тпнвщ на выходе, что иногда бывает удобнее для последующих расчетов. Два различных значения 3'ч связаны между собой следующей зависимостью; с,*„15,*,х = (га,х!ш,„„)т = (г',„а'»,х)', (56) Для отдельных гидравлических расчетов нужно знать потери статического давления Лрр = 0,5$р р„нт„'-'. Согласно исследованиям сопротивления регистра при холодных и горячих испытаниях камеры сгорания практически одинаковые и зависят главным образом от угла установки лопаток гр втулочного отношения»,1»„ типа, числа и формы лопаток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
