Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 47
Текст из файла (страница 47)
99). В камере с последовательньш расположением зон горения на режиме малой мощности в основную вторую зону топливо не поступает. Работает только первая зона горения, куда топливо подается центробеж. ными форсунками, установленными в центре лопаточпого завихрителя фронтового устройства. С повышением нагрузки топливо главными форсунками начинает подаваться и в основную зону. Организация последовательно двух зон горения помогает оптимизировать параметры работы, а вследствие этого и характеристики камеры на крайних по нагрузке режимах. В обычных камерах сгорания с одной зоной горения высокая эффективность рабочего процесса, обеспечивается в области расчетного режима, а, например, при малых нагрузках качество горения резко ухудшается, полнота сгорания топлива уменьшается иногда до 88 — 93 "о.
Это происходит из.за резкого изменения состава 1обедиения) смеси, ухудшения качества распыливания и перемешивания топлива вследствие снижения перепада давлений, при котором топливо вводится в воздушный поток зоны горения. При форсировке по нагрузке рабочего объема процесс горе. ния улучшается, но существенно возрастает выход оксидов азота в связи с ростом температуры в зоне горения. В двухзонной камере можно исключить некоторые из отмеченных недостатков. Последовательное расположение зон позволяет использовать зону а~алой мощности как дежурную и увеличить избыток воздуха в основной зоне, уменьшая тем самым выход МОх Кроме того, подавая основное топливо в конце зоны малой мощности 190 в поток выходящих нз нее горя шх газов, можно зз счет преднарнтелыюго подогрева и испарения сократить время пребывания 'меси в основной высокотемпературной зоне, а теч самым и выход оксидов азота.
Зля обеспечения предварительного достаточно качественного смесеобразованияв гомогенизации смеси, была разработана двухзонная камера с предварительным смешением топлива и воздуха перед входом н в основную зону горения. и в зону малой мощности (рис. 99). Форсунки зоны малой мощности ! и основной зоны б соответственно подают топливо в каналы предварительного смешения 2 и 4, после чего горючая смесь направляется к перфорированным коническим стабилизаторам пламени б и 7. Пуск камеры проводится пусковыми устройствами, стоящими за пористыми вставками 8 в кольцевых стабилизаторах обеих зон. Как показали исследования, уже на первом этапе работ такие конструкции имели значительно меньшие эмиссии вредных иеществ по сравнению с серийной камерой двигателя ЗТ90-7. На режиме малой мощности самые лучшие результаты показала двухзонная камера с предварительным смешением топлива и воздуха.
Выход СО и СН составлял соответственно 55 и 75 ',а допускаемого нормами. Лвухзонная с последовательным расположением зон камера по выделению этих соединений соответствовала нормам. Модульная камера на повышенных режимах работы также удовлетворяла нормам по выбросу СН и СО, но па режиме малой мощность по результатам была близка к серийной камере На режиме взлета (максимальная нагрузка) ни одна из моделей камер, исследованных на первом этапе работ не соответствовала нормам по эмиссии оксидов азота, однако лучшие данные были у двухзонной камеры с последовательным расположением зон и модульной.
Эмиссия ХОх в газах за этими камерами уменьшилась более чем на 60% по сравнению с эмиссией в исходной серийной камере. Отдельные варианты исследованных моделей несколько отличались характеристиками своей работы, все они подтвердили предварительные расчетные данные. После дополнительных исследований были получены следующие результаты эмиссии токсичных веществ у разных типов конструкций (табл. 5). В качестве основы для дальнейшей доработки был принят один из вариантов двухзонной камеры с последовательным расположением зон горения. Близкие к рассмотренным результаты были получены при доводке исходного варианта кольцевой камеры сгорания серийного двигателя СГ-50С (рис. 100, а).
Полная длина камеры с диффузором 760 мм, длина зоны горения 348 мм, средняя условная скорость потока шсп = 26 м(с. Потери полного давления в самой камере 4,3 — 6 ай Неравномерность поля телгпературы газов 6 = 26 —:30%, коэффициент полноты сгорания топлива цг = 99 ':а, а минимзльный 95 аа. Температура воздуха перед камерой сгорания на режиме взлета близка к 823 К, а на крейсерском 733 К.
Температура газов за камерой на взлете 1586 К, на крейсерском режиме 1450 К, Рис. 99. Схема малотоксичной камеры сгорания авиационного двигателя ЗТ9Р 191 5. Уровень эмиссии выбросов за цикл, г'кг ко. со сн Камера двигателя ЗТЭР сгорания 3 4,3 0,8 4,9 10,8 4,2 2,6 4,4 0,9 2,2 6,5 0,3 Нормы 1США) Серийная Двухзониая с предварительным смешением Двухзонная с последовательным расположенпетг зон га д1 Рис. 100. Схемы камер сгорания авиационного двигателя СГ-50С 192 что определяет общие коэффициенты избытка воздуха ад па этих режимах соответственно 2,9 и 3.3. Жаровая труба имеет фронтовое устройство с 30 центробежными форсуиками А расположенными в центре регистров. Пуск кзмеры осуществляется с помощью электрической свечи 2. Серийная камера двигателя имеет вполне удовлетворительные характеристики работы за исключением показателей выбросов токсичных продуктов и полноты сгорания топлива иа режимах малых нагрузок.
В специальных исследованиях, направленных на снижение вредных выбросов, использовались модульный тип конструкции и другие типы, близкие к только что рассмотрег ным. Особого внимания заслуживает двухзонная радиально-осевая камера сгорания и двухъярусная. В этих вариантах камер стремились объединить преимущества рассмотренных двухзонных типов кон. струкций камер. В зону малого газа радиально-осевой двухзониой камеры топливо подается центробежной форсункой вместе со спутиым потоком воздуха, закручиваемым лопаточиым завихрителем.
Образующая топливовозд>шная смесь сгорает за фронтовым устройством зоны малого газа. При повышении нагрузки начинается подача топлива и главныын форсунками в канал предварительного смешения, откуда, обтекая Н.образные стабилизаторы, топливовоздушная смесь поступает в основную зону горения. Факел горящего топлива в зоне маяого газа способствует стабилизации пламени и полноте сгорания обедненной смеси в основной зоне горения.
В даухъяр) сной камере (рнс. 100, б) обе зоны могут работать параллельно. На малых нагрузках включают только внешний контур — зону малого газа — с по- дачей топлива через форсуяки 2. С ростом нагрузки, как и у других камер, работают обе зоны, причем главная часть топлива подается в основную зону горения форсун- ками !. Воспламенение смеси производится от электрической свечи 3. По дымности серийная камера сгорания удовлетворяла, нормам (Р = 13 вместо 15). Змиссия же основных токсичных компонентов значительно превосходила допустихВю: по выбросам ХОх (иа взлете) двигатель имел 35 вместо 10 г/кг; по СО и СН (малый газ) соответственно 73 и 30 г/кг вместо 20 и 4 г/кг. Лучшие результаты были получены на радиально-осевой двухзонной н двухь- ярусной камере.
Так, у первой нз них эмиссия ХО, (взлет) не превышала 14 г/ьп СН всего 2 г/кг и СО примерно 38 г/кг. У двухъярусной камеры зти показатели были следующие; ХОл — 17 г/кг; СН вЂ” 10 г/кг и СΠ— 42 г/кг. В ходе дальнейших работ выход этих компонентов удалось уменьшить еще: в радиально.
осевой камере ХОл — 7,9, СН вЂ” 0,3 и СΠ— 24 г/кг; а в двухъярусной камере ХОл — 7,2; СН вЂ” 2 и СΠ— 21 г/кг. Следует отметить, что варианты камер, имеющие данный уровень эмиссии вред- ных веществ, несколько уступали исходнои калеере серийного двигателя по характери- стикам срыва пламени, нагарообразованию и ресурсу работы.
Все это свидетельствует о необходимости совершенствования конструкций, удовлетворяеощих всем совре. менным требованиям. Пример определения основных параметров и размеров камеры сгорания. Опре- делим основные паралеетры и размеры камеры сгорания локомотивного ГТД. Исход- ные данные для расчета следующие: 1) расход воздуха ГТД 6 = 28 кг/с; 2) давление воздуха перед камерой сгорания ро — — 0,6 МПа; 3) температура воздуха перед камерой сгорания 2 а = 509 К; 4) температура газов за камерой сгорания Т„ = 1103 К, 5) топливо-мазут флотский (малосернистый) Ф-!2, Температура подогрева топлива перед форсункой Т, = 393 К. Элементарный состав топлива по рабочей массе: СР = 84,7 уо, НР = 10,36 9о, Зэ = 0,97 о4,(ОЭ + ХЭ) яэ ОР 077о6 Аэ 020ой, (Тег =Зоей Схема расчета.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
