Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Коэффициенты сопротивления берутся из опытов или подсчитываются по эмпирическим зависимостям. На рис. 51 показаны зависимости коэффициентов сопротивления $„х и в„"мх плоского регистра с прямыми лопатками соответственно от угла гр установки лопаток и втулочного отношения»,1»,. С ростом гр величина Лр'„всегда возрастает, как и коэффициент $„'„ (так как ца„= сопя(), а вот $,",„уменьшается, так как еще больше чем Лр", увеличивается ша„,, Уменьшение втулочного отношения обусловливает увеличение Лр,', из-за роста неравномерности поля скоростей в межлопаточных каналах при некотором уменьшении средней скорости.
Следует отметить, что при установке профилированных лопаток коэффициент сопротивления может быть снижен в 1,5 — 2 раза. Сокращение числа лопаток эффективно так же, как и уменьшение толщины их выходных кромок. Общие потери в щелях для подвода охлаждающего воздуха между обечайками подсчитывают аналогично: Лрщ —— 0,5фщрщыщ (57) 17 Рис, вк Зависимости коэффициентов яах и я,*ы . сопротивления плоских лопаточных аавихрителей с прямыми лопатками соответственно от угла гр установки лопаток и втулочного отношения г,ггв, определяемые по перепаду давлений: о — статического, отнесенного к дннамнчеекому напору на входе в регистр: б .
полного, отнесенного к динамическому напору на выходе на регнетра 1 7д чу;У бР Щ Р (о а1 т1 1б 17 1а 1в АХ Щ 07»ф 4 125 Рис. 52. Схема смешения струй воздуха с основным потоком в жаровой трубе: ! — «врптс; 3 — жаровая тр>'бв где >1,*н — коэффициент потерь давления в щели; шн, — скорость воздуха в щелевом канале. Обычно 1„', определяют экспериментально. Для течений, организованных по схемам, показанным на рис. 50, г, д, коэффициент потерь в щели будет соответственно 0,8 и 1,25. Потеря давления при смешении струй. Потери полного давления при смешении боковых струй воздуха, втекающих в поток газа внутри жаровой трубы, отдельно от других потерь можно оценить, рассматри- -1 вая цилиндрический элемент камеры сгоранив (рис.
52) с бесконечно тонкой стенкой жаровой трубы. Последнее исключает ее влияние на направление втекающей струи, осевая составляющая скорости которой ше равна скорости воздуха в кольцевом зазоре между жаровой трубой и корпусом камеры, а радиальная — скорости воздуха в отверстиях жаровой трубы ш„. Радиальная скорость определяет расход втекающего воздуха 6„, зависящий в частности от разности статических давлений Лр в кольцевом зазоре и внутри жаровой трубы.
Эту разность при организации смешения струй полезно поддерживать неизменной по длине зазора за счет постоянства площади его поперечного сечения при уменьшающемся расходе воздуха здесь по мере его перетекания внутрь жаровой трубы. Если в сечении т' — 1' до поступления боковых струй воздуха расход газа основного потока в жаровой трубе О' при скорости движения ш„' и статическом давлении р'„, то после смешения с боковыми струями в сечении П вЂ” П его расход возрастет до величины 6... скорость до ш" и давление до р,",. Обозначим 6,>6' = п и шз1ш,'в = = т, тогда Ож = 6;и (а+ !) и и,', = — ш,'„(и+ !). Из уравнения количества движения г" (Р„', — Р,",.) =- О" ш'„' — (6;вш„' + Осше) можно определить потерю статического давления по~ока в жаровой трубе после втекания и смешения с ним боковых струй: Лрс = Рвв — Рм = 0,5Р (шж) !2п (2 — , 'и — и>)!.
Так как Р = О'о1ш„'о где о — удельный объем газа в жаровой трубе, который можно считать одинаковым для сечений I — 1 и П вЂ” П. Потерю полного давления нри смеюснин струй можно получить из уравнения Бернулли лля струйки тона постоянной массы внутри жаровой трубы между сечениями 1 — ! и П вЂ” П: Рж ге,бр(ю,'к)з =- Р.„'с О,51 (н„".)' '- >Р;.. 126 После преобразовзгпи! получим )р,* 0,50( ",,)'(пз и 2п — 2пш). В камерах сгорания вслп шна Лр'., как правило, положительная, т.
с. данлеппе уменьшается. Однако полпьш напор в потоке при вгскашш в него боковых струй может и унсличиться от того, чго поток разгоняется этими струями. Это видно из уравнения для потерь Лр; или пропорциональных ич коэффициентов потерь полного напора прп счсшеппп струй ф,' 2 Лр,'. г(р (ш', )з), Зависичостн ф! от и и ш показаны на рнс. 52.
Коэффициент ф; при некоторых положительных значениях т и малых числах и может быть отрнцателыюм, С ростом п значение ф„.' становится положительным за счет превышения потерь, возникающих прп повороте н смешении струй, пад приростом полного напора прп разгоне сносящего потока боковымн струями, имеющими большую оссьую составляю.цую скорости.
Если направления потоков в кольцевом зазоре и 'каровой зрубс противополол'ныс, как в противоточпых камерах сгорания, то потерц полного.гавлсння прп смешснпн резко возрастаюг. Условия стгешения заметно меняются при нзчепснпи соотношения скоростей в зазоре и жаровой трубе и количества воздуха в струях.
Диаметр г(а, количество з отверстий и перепад статических дзвлепий ЛП почти не оказываюг влияния на Лдсц сслн бг. 0,25лдогро )Г2 тдо = сопл(. (53) Всличины пч, а и Лр имеют очень большое значенис для протекания рзбочего процесса в камере, так как определяют характер и глубину проникновения й струн холодного воздуха в поток газа. В зависимости от места и цели ввода струи зта глу. бина должна быль различной так же, кав и кощшсство отверстий в данном сечении. Воздух, охлаждающий степки жаровой трубы, .юлжеп вводиться неглубоко, слегка наклонно илн вдоль стенки по потоку (рпс. 53, а), так, чтобы образовался сплошной, омывающий ее слой. Г!оперенные струи первичного воздуха (рис.
53, б), вводимые по длине зоны горения, не должны перерезать зону обратных токов и переохлаждать ее. Струи воздуха, поступающие в зону смешения, должны бьжь болес мощными, про. никающими до центра жаровой трубы, ~тобы быстро н совершенно выровнять поле температуры газов. Глубина проникновения й и форма )гг = 7" (Гг) струи зависят также от наклона оси отверстия к направлению сносящего потока, 7спрл::., Рис. 53. Схема втекания боковых струй воздуха внутрь жзровой трубы по длине зоны горения (27 рис, 54.
Зависимости и, от Оаусго при различ- ных и,гю„; п,в формы отверстия, толщины стенки 6.,„, шероховатости поверхности, профиля 07 кромок отверстия и т. д. Определить максимальную глубину проникновения струи при вводе ее в жаровую "'/ о трубу перпендикулярно через кругггг гг7 ОЗ ггггг лые или близкие к ним отверстиям можно, используя эмпирическое выра>кение )г = с!о (0,3 -', - 0 415 !ш, ев с)! !! г! )о с' !59) где ! — длина, на которой глубина проникновения струи равна й; г4и — эквивалентный диаметр отверстия. Скорость !60) пгс =- ро 1' 2" ЛР.
Коэффициент расхода )го — ~ (пгт!гв>п бж)г!а) (61) Зависимости коэффициента по расхода для круглых отверстий с кром. кой, скругленной по радиусу 0,1 — 0,2 мм, даны на рис. 54. При проектировании камеры сгорания очень важно правильно выбрать условия и закономерности введения струи первичного воздуха: диаметр и шаг (чггсло) отверстий в данном сечении, количество сечений (рядов отверстий) и их взаимное расположение, глубину ввода струй и т. д. Решение этих вопросов зависит от вида топлива, форсировки камеры, параметров воздуха и топлива на входе и др.
Однозначно определить все аналитическим путем пока не удается. Окончательное решение получается после экспериментальных исследований и доводки камеры сгорания в рабочих условиях на стенде. Имеющиеся опытные данные позволяют все же сделать некоторые выводы. Так, например, анализ конструкции камер авиационных ГТД показал, что число рядов подвода струй первичного воздуха по длине зоны горения выполняют различным, 1 — 4. Оптимальные закономер.
ности тепловыделения будут своп для каждого конкретного режима работы при различных условиях подвода струй воздуха. В реальных конструкциях Лгг и г)„неизменны, поэтому характеристики работы камер буд)т зависеть от их выбранных значений. При значительных Лр максимальные значения т)„на характеристике = 7" (ав) с ростом Лр смещаются к (яи)„и, !для богатых смесей). Здесь увеличением подачи воздуха через отверстия с ростом Лр смесь обедняется, создавая более благоприятные условия для горения и догорания богатых смесей.
На обедненной смеси увеличение потоков холодного воздуха может резко ухудшить течение химических реакций, понизить г)„и ускорить наступление срыва пламени при увеличении ах. гзв Для уменьшения потерь давления в камере значительную глубину подачи струй воздуха выгоднее получать, увеличивая не Лр, а размеры отверстий. Иитенсифицируя процесс горения боковыми струями воздуха, чтобы ие ухудшить срывную характеристику камеры, надо избегать ранней подачи мощных струй в начальной части ЗОТ.
На большом числе ГТД:,первый ряд отверстий располагается на расстоянии 1„=: (0,3 —;0,4) д.. от фронтового устройства при диаметре жаровой трубы д„., = 200 —:300 мм. Расстояние между первым и вторым рядами отверстий 1, =.. 0,5 г(„. Результачы исследования некоторых камер показали, что получить (э)г)„„, на минимальной длине зоны гоРениЯ можно пРи выполнении определенных условий. Главным из иих для полного выгорания топлива иа малой длине является оптимальный относительный шаг отверстий г == 101,,; при определенной глубине проникновения струй воздуха в поток газов в жаровой трубе й == й!г„=: (0,4 —: †; 0,8), При однорядном подводе первичного воздуха, когда яфр— = 0,4, а и, =" 1,5 (топливо — керосин) 1„,„ 1,4 †: 2.
У камер с высокой температурой газов на выходе (больше 1473 К) суммарный коэффициент избытка воздуха сга ~; 2,5 †: 3,5. При сс„ = =- 1,5 примерно половина общего расхода воздуха должна поступать в зону горения. В этих условиях однорядный ввод воздуха с 7„„связан с очень большими скоростями втекания струй воздуха ш„ (100 — 150 мыс и более). В этом случае, чтобы не повышать потери давления, целесообразно делать несколько рядов отверстий (2 — 3) по длине зоны горения. Располагать отверстия в рядах можно последовательно, а лучше в шахматном порядке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
