Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 42
Текст из файла (страница 42)
!70 рости потоков по трактам и др. Экспериментальная установка должна иметь источник сжатого воздуха и систему устройств для измерения параметров, определяющих характеристики работы камеры сгорания, из которых главнейшей является коэффициент и„ полноты сгорания топлива. При испытаниях камеры необходимо определять следующие параметры: 1) расход б„воздуха, кг!с; 2) температуру Т„ воздуха иа входе в камеру сгорания, К; 3) полное давление р'„ воздуха на входе в камеру, Па; 4) расход 0„.
топлива, кг с; 5) температуру Т; топлива перед форсункой, К; 6) полное давление и",. газа на выходе из камеры, Па; 7) температуру Т„ "газа на выходе из камеры, К; 8) содержание токсичных веществ в газах за камерой. В ряде случаев измерения всех этих параметров необходимо проводить и по длине зоны горения. Для измерения расхода воздуха обычно используют стандартные расходомериые устройства: сопла, диафрагмы и другие, которые устанавливают на прямом участке трубы.
Расход воздуха 6„= аэеЕвт' 2брр пи, где а — коэффициент расхода; е — коэффициент сжатия струи; и 2. Ев — площадь проходного сечения расходомерного устройства, м; Лр — разность статических давлений до расходомера и после Р з него, Па; пр — удельный объем воздуха перед расходомером, м !кг. Для подсчета вр перед расходомерным устройством определяют статическое давленйе и температуру воздуха. Температуру обычно измеряют в нескольких точках 1двух, трех) по сечению, чаще всего термопарами (например, хромель-копелевыми). Затем ее осредняют. При равномерных полях температуры и скорости на входе в расходомерное устройство может быть взято их среднее арифметическое значение.
Статическое давление измеряют в кольцевом коллекторе, сообщающемся отверстиями с воздушным трубопроводом. Для подсчета абсолютного давления измеряют атмосферное давление. Полное давление воздуха на входе в камеру сгорания определяют трубками полного напора. Расход топлива удобнее и точнее находить взвешиванием. Определение параметров газа на выходе из камеры (р„", р„; Т„'; гв;) связано со значительными трудностями ввиду того, что поля температуры и скорости потока здесь обычно неравномерные. Для получения надежных значений параметров проводятся исследования с большим числом измерений с последующим осреднением показаний, причем учитывается расход газа через ту часть сечения, в которой измерялись параметры. Обычно определяют температуру (Т„'),в газа как среднемассовую, считая статическое давление по сечению измеряемого участка постоянным.
Площадь сечения участка разбивают на достаточно большое число равных 1например, кольцевых) 171 площадок и на каждой из них, обычно в четырех точках по двум взаимно перпендикулярным диаметрам, измеряют температуру и полное давление газа. Показания приборов каждого участка можно осреднять арифметически. Скоростной напор данного участка д; = = р„" — р„=- 0,5ш7 пь Среднемассовая температура газов за камерой сгорания ~ (т'„)г»га» р (т;),„, = ~ ла; г где (Т;), — температура торможения газов, средняя для данной площадки г)г';; г(б; =- ш;Е, о; — массовый секундньш расход газа через площадку г(Е;; щ, — скорость газа, протекающего через ИЕь УчитываЯ, что скоРостной напоР г1» =- 0,5щ»,,оо величина площадки г(Е= пг(ге и Удельный объем о; = КТ;"1Р», пРичем Р=сопз(, получим ~ (тг) т»'[»Н1(тг');) И(га) (Тг)„„= т (ок(7 )')»! (г ) о Величину (Т;)„и определяют по графику зависимостей (Т;); х 7Х т/д;1(Т„'); и т'гу,1(Т;); от г', получая ее как частное от деления площадей под соответствующими кривыми, Общей характеристикои камеры, отражающей полноту сгорания топлива, слУжит зависимость т!„= 1 (ав) пРи би = сопя! и 6, =- маг (рис.
88, а, кривая 1). Наибольшая полнота сгорания (т)„)„„„при а„, »»» Д7 д! г»иы»"»»» и) »ее и»»а» *»г1 Дгр,,»ЧИ г) ) "'ля»»» / ф Рис, Вб, Зависимости лля полноты сгорания топлива в камере сгораиия !72 имеет место между границами срыва пламени: в результате значительного обеднения а „или обогащения топливом а „горючей смеси.
На величину (Ч„)„,„, характер и положение кривой и„=- = 1 (их) влияют несколько факторов. Определяющим будет распределение и способ подачи первичного воздуха 6, по длине зоны горения. На рис. 86, а и в показано, как для данной камеры (жаровой трубы) при постоянном расходе бг с изменением длины участка подвода первичного воздуха изменяется характеристика ть = ! (ах). Если при данном (ц,,)„,„.„(кривая 1, рпс. 86, а) воздух подводится на коротком участке (вариант (), то процесс выделения теплоты идет интенсивнее и кривая коэффициента выделения теплоты ~ поднимается круто. Если же воздух подводится на большей длине (вариант 11), то кривая $ пологая, и более пологая кривая!1 и„== ! (ах), что позволяет на частичных нагрузках (отходя от а„,„) иметь достаточно высокие значения Ч„.
Из этого примера можно сделать следующий вывод. Например, при варианте 11 можно получить качественный процесс с ав ( (а,„,)ы, если изменить распределение воздуха и сделать его близким к распределению в варианте 1, т. е. выполнить более ранний подвод первичного воздуха. Иначе значение п„будет низким из-за слишком поздней подачи воздуха, а на выходе из камеры появится факел пламени, уходящий за пределы жаровой трубы. Абсолютная величина я„зависит и от характера ввода боковых струй (рис. 86, а ив).
Так, например, если в камере варианта!значительно уменьшить глубину )г подачи струй воздуха в жаровую трубу за счет уменьшения диаметра отверстий при соответствующем увеличении их числа, то кривая т)„= 1 (а ) пойдет ниже (кривая!)'. Естественно, что при увеличении )г имеется некоторое й,„„при превышении которого эффект будет уже отрицательным. Увеличения (г можно добиться и повышением скорости ш, в зазоре между жаровой трубой и корпусом, однако при этом возрастают потери давления в камере. Параметры рабочего тела значительно влияют на полноту сгорания топлива, особенно температура, скорость и давление воздуха на входе в камеру. С уменьшением температуры воздуха Т, коэффициент п„также становится меньшим (рис.
86, в) особенно тогда, когда температура не достигает 450 К. При этом и„ снижается тем больше, чем выше аз. Примерно такой же характер влияния давления воздуха р, при р, ~ 0,1 МПа (рис. 86, г). При уменьшении Т„и р„особенно одновременном, границы срыва сужаются. Увеличение скорости ш„воздуха на входе, как правило, снижает пр (рис. 86, д), так как уменьшается время пребывания топлива в зоне горения, изменяются аэродинамические условия, ухудшается стабилизация пламени.
Однако при значительном снижении ш„ниже расчетного, когда резко ухудшаются процессы перемешивания, также наблюдается снижение и„. Здесь же показана зависимость п„от высоты полета Н„„. Для любого ГТД очень важна характеристика срыва рабочего процесса камеры сгорания при данных р, и Т,, определяющая область 1, где невозможно устойчивое горение топлива (рис, 8?, а). 173 фар/и," и;тмп; а=теме 7 Рис. 87.
Характеристики работы камеры сгорании Эта характеристика также в основном зависит от состава смеси (ак), скорости ю„, температуры Т„и давления пи воздуха на входе в камеру Та<Т, и ра<пм Важна пусковая характеристика, определяющая область значений скоростей воздуха, при которых может быть произведен надежный пуск камеры сгорания (ГТД).
Пусковая область 7! более узкая по сравнению с областью 7!! устойчивого горения. Очень существенна зависимость потерь полного давления Лр,',р," =-- (р, — рг) р," от режимных и других факторов. Основное влияние иа потери оказывают еии и ак, определяющий тепловую составляющую потерь давления (рис. 87, б). При испытаниях камер сгорания нужно определять поле температур газа на выходе (рис. 87, и) по измерениям вдоль радиуса (диаметра) камеры и в окружном направлении (перед газосборником турбинь;). Поля температур позволяют определить коэффициент неравномерности температуры газа б = (Т',„— Т,„),'(Т;),„, который обычно заметно меняется при изменении скорости воздуха и„ (рис.
87, б). В авиационных камерах сгорания часто неравномерность поля температуры газов оценивают таким образом. 1. В окружном направлении на данном радиусе сечения патрубкагазосборника или выхода из кольцевой камеры сгорания с Ттах — Тер (Т,)„,— Т„ где Т"„и Т„',и — температура газов на окружности рассматриваемого радиуса соответственно максимальная и средняя: (Т„'), средняя температура газов за камерой сгорания. Отклонения от расчетной температуры на данном радиусе обычно допустимы в пределах + (100 — 120) К в авиационных ГТД и на десятки градусов в стационарных ГТУ. Особенно опасна большая окружная неравномерность температуры на радиусе, где температура газов максимальная (Т;, = Т„",,„).
Здесь Ьба„„„= (Тт໠— Т: ),ЦТе)ср — Тъ). 2. В радиальном направлении по сечению на выходе из камеры сгорания (Лби)„„а=7'„',к — (Т,*), ~1(Т,")ср — Т, "). Здесь возможно отклонение максимальных температур от допустимых в среднем на .+ (30 — 50) К при задании прямоугольной эпюры поля температуры газов за камерой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
