Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Газотурбинная установка ГТ-100-750 ПО ЛМЗ в исходном варианте основной камеры сгорания с простой центробежной форсункой имела обычную для таких схем высокую эмиссию 5)О„(порядка 200 — 250 млн ') и повышенную неравномерность температуры газов за камерой 6; 0,2 —;0,3. Для улучшения этих характеристик была проведена серия испытаний ряда вариантов конструкций для модернизированной установки ГТ-100-750 М.
Для уменьшения выхода оксидов азота и дымности в камере этой установки успешно была применена воздушно-механическая форсунка А. Степени неравномерности температуры 6 и дымности О уменьшились (рис. 95, б, прямые 1) при высоких значениях коэффициента полноты сгорания топлива т)„и небольшом выходе оксидов азота.
Зависимость 7З от ав для камеры сгорания ГТД РД-ЗМ-500 для сравнения показана на рис. 95, б штриховой линией. Дальнейшее улучшение ряда характеристик камеры удалось получить после установки воздушной форсунки — стабилизатора Б (рис. 95, а). Характеристики работы камеры сгорания с этой форсункой показаны на рис. 95, б, и (линии 2). Эпюры температур газа в зоне горения (рис. 95, а) показали, что в этом случае выгора- гвб се ! — дг — / жг ! л ! - ! 1 ля я аагл 5 '-1 -! 1у а) Л а е и ага д) Рис. 95. Характеристики работы камеры сгорания с воздушной форсуикой.стабили- затором ч Рис.
96. Воздушные форсунки 187 ние топлива (дизельное) заканчивается раньше и идет более равномерно по сечению, В настоящее время в любых конструкциях форсуночных устройств для улучшения их рабочих характеристик используют цикловой воздух. Широкое распространение получили чисто воздушные форсунки !рис. 93, и и 95, а). Преимущества форсунок такого типа очевидны нз многих исследований. Об этом, например, свидетельствуют сравнительные испытания обычных центробежных двухсопловых форсунок и воздушных !рис. 9б) на трубчато-кольцевых и других камерах сгорания авиационных ГТД. Весь расход топлива б, струями 1 подается прн небольшом (до 0,2 МПа) избыточном давлении через ряд каналов в первичную часть потока основного воздуха б„идущего по внутреннему каналу форсунки, обтекая центральный конус 2 !рис. 96, а) или стержень 4 !рис.
9б, б), несущий внутренний лопаточный завихритель 3. За форсунками образуется топливовоздушная смесь с необходимой закономерностью содержания топлива в воздухе. Еб<б~ г0г. сг( ! 1 л гт ') бг 2а,' 1 у , 152 1 .--в,~ 0 и 20 наи!г б б г2 ог б 52 гтб, т г4 ф ег Рис. 92. Результаты исследовании работы различных форсунок. а — аз = 4,5, и„= 0.9 Мпа; б — ат = 6. Т = 600 К; в — Т„= 600 К; г — и„= 0,8 а!Па.
— — со: — — — — о; х х х — ноар аоо — нс В результате исследований установлено, что форсунки, где распыливание осуществляется самим потоком воздуха, проходящим через камеру сгорания, имеют значительные преимущества перед центробежными вследствие уменьшения всех вредных выбросов и особенно дымления. Отмечено, что для улучшения пуска и получения лучших срывных характеристик такие форсунки целесообразно применять вместе с небольшой пусковой обычной форсункой, которая может работать и как дежурная. Уровень эмиссии вредных компонентов в газах увеличивается незначительно.
Примеры подобных комбинированных форсунок показаны на рис. 96, в, г. Если в первой конструкции комбинированной форсунки для распыливания топлива использован прямой воздушный поток, то во второй воздушные потоки закручены отдельными лопаточными завихритлями б и б. Сравнительные данные по характеристикам работы камер сгорания с центробежными форсунками (кривые 1), комбинированными (кривые 2) и чисто воздушными (кривые 3) приведены на рис.
97. Рост температуры воздуха Т, при входе в камеру сгорания всегда полезен с точки зрения повышения коэффициента полноты сгорания топлива, уменьшения выхода СО, НС и дымности, но выход )х)О, будет увеличиваться. Как видно из приведенных характеристик, выход токсичных компонентов в сравнимых условиях при использовании воздушных форсунок гораздо ниже, чем при установке 1оо центробежных. По выходу ХО, эти форсунки сравниваются лишь при значительных коэффициентах избытка воздуха (сгх >5 —;6) даже прн сравнительно невысокой температуре поступающего воздуха. У центробежных форсунок при повышении давления воздуха р, качество распыливания ухудшается из-за уменьшения рабоче~ о перепада давлений. По этой же причине, а также из-за увеличения плотности воздуха уменьшается угол раскрытия топливного факела.
В результате ухудшается качество смесеобразоваиия, уменьшается дальнобойность форсунки н переобогащаются ближайшие центральные части объема зоны горения, а следовательно, снижается полнота сгорания топлива, увеличивается дымность и сажеобразование. Правда, иногда последнего может и не быть благодаря специфике взаимодействия зон образования и выгорания сажи. Так, например, повышение давления воздуха обычно сопровождается и ростом его температуры, интенсифицирующей подготовительные стадии и кинетику химических реакций. При использовании воздушных форсунок оба фактора, а также увеличение Т„ и р, положительно сказываются на характеристиках работы камеры, так как качество распыливания и смесеобразования здесь определяются скоростью воздушного потока в каналах форсунки, которая связана со средней расходной скоростью ш, потока в камере сгорания.
Зависимость дымности от коэффициента кз избытка воздуха очень сильная для обычных форсунок, а у воздушных почти отсутствует и даже может несколько уменьшаться с ро. стом аз (рис. 97, д). Недостатком чисто воздушных форсунок может быть сужение границ срывных характеристик, что видно на рис. 97, е (кривая 3), здесь характерная скорость в каналах форсунки 120 м)с и мелкость распыливания (средний эффективный диаметр капель) в ее топливном факеле меньше, чем у центробежной форсунки. Излишняя гомогенизация и однородность смеси резко ухудшила устойчивость горения при значительном обеднении смеси (аз ) 30).
Этого не произойдет, если скорость воздуха в каналах форсунки не будет превышать 50 — 70 м/с. Для повышения экономичности и снижения уровня токсичности уходящих газов авиационных ГТД, имеющих высокие степени повышения давления воздуха в компрессоре, было предложено использовать большое число модульных головок (по существу воздушных форсунок) в составе фронтового устройства камеры, схема которой дана на рис.
98, и. Конструкция отдельного модуля показана на рис. 98, б. Модульная конструкция камеры — многогорелочная с предварительным хорошим смесеобразованием, причем большая масса воздуха идет непосредственно через фронт, определяя значительный коэффициент избытка воздуха и„)> 1,3 —:1,5. Ее схема близка к схеме микрофакельного устройства. Такая камера может работать с низким уровнем вредных выбросов вследствие невысокой температуры в зоне горения и малого времени пребывания в ней: ! — 2 мс вместо обычных 4 — 6 мс.
Результаты экспериментального исследования модульной камеры показали пониженный уровень ее токсичности, 139 а) Рис. 98. Малогокснчная камера сгорания Большой цикл исследований был проведен с натурными кольцевыми камерами сгорания серийных двигателей ЛТ9П, а также их различными модификациями. Эти камеры, обладая на расчетном режиме удовлетворительными показателями по полноте сгорания топлива, равномерности поля температуры газов, характеристике срыва пламени, совершенно не удовлетворяли нормативным требованиям по токсичности. Исходная конструкция серийной камеры сгорания турбореактивного двухконтурного двигателя ЗТ91)-7 длиной 600 мм, имеет длину зоны горения 450 мм. При давлении воздуха перед камерой примерно 2,4 МПа его температура составляет приблизительно 770 К.
Расчетная температура газов за камерой 1490 К. Потери полного давления составляют б % при полноте сгорания топлива т)„ = = 91 †: 99,5 % и степени неравномерности поля температур газа за камерой 30 %. Для улучшения характеристик работы, в основном по токсичности газов, кроме варианта конструкции с модульным фронтовым устройством были исследованы схемы двухзонных камер с последовательным расположением зон и с предварительныч смешением топлива и воздуха (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
