Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Я О О и н 0 с 0 « О Я Я о л вс о 5 » х С о х а Я О О со О О о о .с » о 0 н 0 0 а о. с о ч о л Г. о а х :с 1" х х о о й х х з о ь 2 Ф х о. в й з х о х О О Ю -О сч О 00 а о х ь х х 3 х х а хо а Е~х :М х а а ь о Ю % 00 О 00 О ж о х о а % х » о. о Ф Е е. 'с с о о а а о х й х 2 ас' о Д 0 о«о иих ! СЧ Не ОО Я О Ю— 00 О х л о о о х х х а о.
о а о .с о о е чр о о,» ьо х Я 0 хС "- о а ах х «х х х а О х х ах а .0 х» о. х о 3 1с 0 о о е сР Е сч х л Г с о. :ч х х х х о. а а х о со " х сс о дует воспользоваться, в противном случае значения К и ), подсчитывают по выражениям (1) — (3). Для жидкого топлива по справочным данным находят температуру Т„при которой вязкость его не будет превышать !Π— 15 мм'7с. Это значение вязкости обеспечивает качественное распыливание топлива используемыми в настоящее время форсунками.
Найденная, иногда значительная (до 600 К и более) температура топлива определит необходимость его предварительного подогрева. Затем расчет проводят в следующем порядке. !. Определяется общий коэффициент из избытка воздуха по выражению (75). Зная их, можем найти состав газа на выходе из камеры, его теплоемкость и полный расход топлива ГТД 6, == 6ьв (пх(-в). Н. Вычисляется площадь проходного сечения жаровой трубы камеры. Для этого надо принять условную скорость ш,, и коэффициент а„ избытка воздуха в зоне горения, например, по табл. 4.
Тогда расход первичного воздуха 6,х = (ав!ах) 6мь а площадь проходного сечения жаровой трубы по миделю Р.„, = 6,.о„~и„. Н1, Выбирается тип конструкции камеры сгорания и подсчитывается диаметр ее жаровой трубы. Здесь учитывается специфика требований и условий работы ГТД данного класса и соображения, изложенные выше. Если выбирается не кольцевая, одна индивидуальная или выносная камера сгорания, а, допустим, секционная, то дальше рассчитывается и проектируется одна из и камер секции с расходом воздуха в ней 6, = 6„з и, расходом первичного воздуха 6~ = 6,х,'и и расходом топлива 6, = 6,ъ'п.
Площадь проходного сечения ее жаровой трубы Р. = Е.,„~!и. Число камер п должно выбираться оптимальным как с точки зрения компоновки всего двигателя, его размеров, жесткости ротора, доступности узлов, так и с точки зрения условий работы и характеристик самой камеры сгорания. Целесообразно максимальное заполнение рабочими сечениями отдельных камер площади поперечного сечения двигателя между компрессором и турбиной с учетом площади, занятой его ротором при минимальных размерах миделевого диаметра 0,„(рис. 85, а). Расстояние между соседними жаровыми трубами должно быть таким, чтобы обеспечивалась надежная работа патрубков для переброски пламени.
Разделение общего потока воздуха на п частей не должно приводить к необходимости использовать форсунки очень малых размеров. Суммарная поверхность каналов и число отдельных объемов недолжны слишком увеличивать потери давления и неравномерность поля температуры газов перед турбиной.
Следует помнить, что характер размещения отдельных камер влияет на конфигурацию и длину входного диффузора и патрубков газосборника турбины. Число камер и определяет диаметр отдельной жаровой трубы, так как д. = ) (Е. з; п) или г(,„. =7'4Р'.„„~ч. !Ч. Определяется общая длина жаровой трубы 1,.„. Зная тепло- напряженность Н, найдем рабочий объем жаровой трубы "~< =6 Кпг'Я!73). !67 Л а) Рис. 85. Эскизы для расчета камеры сгорания Длина жаровой трубы 1и, = )ги, Гии Это значение проверяют по отношению (.,„д ...
которое должно быть характерным для данного класса ГТД, вида топлива и др. (см. табл. 4). Если это отношение нужно корректировать, то следует пересмотреть выбранные значения нз, н иг илп теплонапряженность Н. Н. Находятся длина зоны горения (а и закономерность подвода воздуха по длине жаровой трубы. В соответствии с классом ГТД И ВИДОМ тОПЛИВа, ПрпияВ, НаПрИМЕр, ПО табЛ.
4 1„,1С(и„ МОЖНО ЛЕГКО получить 1„ поскольку диаметр Ли, известен. Здесь всегда желательно использовать дополнительные данные для наиболее надежного расчеза этой определяющей величины, полученные при исследовании прототипа конструкции пли специального анализа. Как правило, длина зоны горения (расстояние от передней границы фронтового устройства до отверстий смесителя) составляет 80 — 70 % общей длины (,и жаровой трубы (рис. 85, б). Найденная длина („уже определяет крайние точки кривой закона выгорания топлива по длине зоны горения, т. е.
зависимость т1г =- 1' ((,) типа прямой В (рпс. 85, в). Более реальный случай будет отображать зависимость В', а действительная закономерность будет иметь впд кривой Г. Естественно, что реальная кривая Г может баять получена уже после создания и исследования работы камеры на стенде, На данном этапе можно ограничиться заданием зависимости В пли близкой по интенсивности выгорания к кривой Г зависимости В', которая отличается от кривой В тем, что начало заметного выгоранпя топлива удалено па 35 — -45 мм от форсунки, Это обосновано, так как для начала горения топлива нужно некоторое 168 время подготовки, а интенсивное выгорание начинается лишь за первым поясом отверстий для подачи первичного воздуха. Принципиально же можно задаться зависимостью Г, что несколько усложнит отдельные элементы расчетов.
Зная длины зоп горения 1,, и смешения 1, определяют закономерность подачи соответствующего количества воздуха по длине жаровой трубы 1,„.. В зону горения поступает первичный воздух 6,, определяющий в конце зоны коэффициент а,, избытка воздуха.
Приняв (по табл. 4) величины яфе и и...,„задают закон поступления потоков первичного воздуха по длине зоны горения. Принципиально можно считать, что исходным может быть линейный закон поступления первичного воздуха по длине зоны горения (штриховая линия Л, рис. 85, в). Зависимость Б распределения воздуха по длине жаровой трубы получают после конкретного выбора числа поясов и отверстий в поясе для подачи первичного и вторичного воздуха (см. выше).
Одновременно надо задать глубину й проникновения струй воздуха по длине камеры (рнс. 85, г). Воздух, поступающий через отверстия и другие каналы внутрь жаровой трубы, выполняет различные функции, и это определяет место и глубину его подачи. Для внутреннего охлаждения жаровой трубы воздух проходит вдоль внутренней поверхности стенки на глубину в несколько миллиметров, либо через большое число мелких отверстий (диаметром примерно 3 — 5 мм с шагом 10 — !5 мм по окружности), либо сплошной кольцевой пеленой толщиной 2 — 4 мм.
Отверстия для охлаждения обычно располагаются на специальных выштамповках обечаек жаровой трубы, наклонно или вдоль стенки. Первичный воздух, участвующий в окислении топлива, подается глубже, на (0,4 — 0,7) г.„,, через отверстия с оптимальным шагом по длине зоны горения в отдельных сечениях. Диаметр отверстий здесь значительно больше (примерно 15 — 25 мм), в зависимости от >( ., перепада давлений и принципа организации рабочего процесса (см. выше). Оптимальный диаметр, шаг отверстий и глубину подачи струй надо выбирать с учетом данных, приведенных выше. Анализ выполненных конструкций показывает, что число отверстий г = б — 8 — !2 — !6 — 20, соответственно при г(.„> = !50 — 200 — 300 — 400 — 500 мм.
В зону смешения воздух подводится для охлаждения газов, выходящих из зоны горения. Глубина проникновения своруй в смесителе еще большая, до (0,9 — !) г,.„.. Расход воздуха через отверстия жаровой трубы подсчитывается по уравнению (58); 6„.„, =- !Ы,,',„'(4о„) ) ги>„, а глубина проникновения струй по выражениям (59) и (63). Для зоны горения й =- г(„„, (0,3 тз 0,4!5 (и>,,'и>„,.) ) (1,т(„,,)' а'. После этого расчета выбирается конструкция фронтового устройства (см. выше), Если принято устройство с лопаточпым завихрителем, то угол наклона передней конической обечайки 0 должен быть меньше удвоенного угла ч> установки лопаток. Ъ'!. Подсчитывается внутренний диаметр корпуса камеры сгорания. Предварительно выбирается скорость вторичного воздуха и>., в зазоре между жаровой трубой и корпусом, а также толщина стенки жаровой трубы б,,...
У камер сгорания авиационных и транспортных !бя ГТД при д.„,. = 200 —:300 мм величина б.„,. = 1,5 —:2,5 мм. В стационарных ГТУ г(.„,. =- 0,5; 1; 1,5 м и соответственно б.„,.= 3; 5; 7 мм. Толщину 6.,„. можно уточнить, выполнив расчет жесткости и устойчивости конструкции. Площадь поперечного сечения кольцевого зазора (по миделю) между жаровой трубой и корпусом Ег бппв шз где 01~ — расход воздуха, протекающего в зазоре и расчетном сечении (см, этап Ч). Внутренний диаметр корпуса Т1не .Р 4Г21п+ (г)„, —,— 26,„)'.
ЧП. Определяется температурный режим стенки жаровой трубы. В соответствии с изложенным (см. выше) расчет Т,.„. проводится методом последовательных приближений. Первоначально задаются значением Т„.. учитывая назначение двигателя, ресурс его работы, вид топлива, используемые конструкционные материалы и др. Обычно Т.„,. = 800 —; 1080 К для стационарных ГТУ и транспортных ГТД и Т.„.
=- 1!20 —:!230 К для авиационных ГТД. Затем находится действительное значение Т.„,. После этого расчета проверяется правильность выбора величины ш, на этапе Ч1. Если температура стенки с учетом дополнительного эффекта внутреннего заградительного охлаждения будет признана неудовлетворительной, то принятую скорость ш., следует изменить. Ч!11. Находятся распределение газовоздушных потоков и потери полного давления по отдельным трактам и в камере.
Для этого выполняется конструкторский гидравлический расчет камеры (см. выше). Его результаты (потери полного давления) определят возможность использования принятых элементов конструкции и характерных величин (ш;; а;; Н и др.) нли необходимость пх изменения с целью снижения потерь. Если потери давления получаются допустимые, то осуществляется проектирование и расчет остальных элементов конструкции: форсунки (см. ниже), крепления жаровой трубы, отдельных ее обечаек и др.
За этапом изготовления образца обычно следует этап экспериментального исследования и доводки камеры сгорания. й 14. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ КАМЕР СГОРАНИЯ Экспериментальное исследование Экспериментальным исследованием вновь созданной камеры сгорания необходимо установить, соответствуют ли действительные характеристики ее работы тем, которые были приняты или получены при проектировании. Если реальные характеристики не удовлетворительные, то проводятся доводочные работы, в процессе которых изменяются отдельные элементы конструкции, распределение воздуха по длине камеры, закручивание потока в регистре, око.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
