Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Предваритетьио находит параметры, определяющие горение 1 кг топлива. Низшая теплота сгорания !)э = 81 Со+ 246 Г!г — 26(О" — Зэ)— — 6)У'Р = 39 400 кДж/кг. Стехнометрическое количество воздуха Е.о == 0,1149СР+ 0,3448НР;- 0,0431(5" — Оэ) !3,3 к /кг. Количество, состав и теплоемкость чистых продуктов сгорания при аг = 1: количество чистых продуктов сгорания !е =.
0,0185(С" -1- 0,375г) == 1,572 мз,'кг; и = 0,506 мз/кг; цО Йое )ем =. 0,6155 + 0,008Хп =. 8,185 м /кг; о = 0,799 мз/кг; )еп 0--. 0,0124(9Нэ + йхэ) +()еп о), = 1,272 м~/кг; и и-— — 1,246 мз/кг, где ( р„ о), = 0,00!/.,3, = 0,001. !3,30 6 = 0,0798 и'/кг. Масса чистых продуктов сгорания при сгорании 1 кг топлива 6ч, и —— ьо!)е! = = 14,30 кг; средняя массовая теплоемкость чистых продуктов сгорания при р = сопз1 (с,)„п — ~~ ~(с„); гп где г; — массовая доля каждого компонента; средняя массовая теплоемкость воздуха берется из таблиц. 1.
Определяем общий коэффициент избытка воздуха по выражению (75); ах = '= 4,57. При этоле коэффициент полноты сгорания топлива принимаем т)е = 0,990. 2. Находим общий расход топлива 6 = 36006 /(а„,Е ) = 1658,4 кгlч. г/з7 Пчелкин Ю. М. 193 3. Определяем площадь поперечного сечения жаровой трубы камеры сгорания. Общая площадь поперечного сечения жаровой трубы Е, = 6! о„ш,.
По габл. 4 принимаем аг = 1,6, къ .== !1 мгс, Н = 755 кДж (чз ч.Па). Тогда расход первичного воздуха 6, = се„6а,. сх,. = 9,82 кг,'с, Удельный объем воздуха (по его пзраметрам перед камерон сгорания) оь = КГв)рв =. 0,25 мз(кг. Следовательно, Е, = 9,82 0,25)П = 0,2234 м'. 4. Выбираем тип конструкции камеры сгорания.
Учитывая назначение ГТД, для упрощения экспериментальной доводки кал1еры и ее эксплуатации выбираем схему конструкции секционного типа. Для удобства компоновки двигателя и получения оптимальных размеров (по миделю) кальдеры сгорания и остальных узлов !ТД выбираем число отдельных камер в блоке и = б. Тогда расход воздуха в каждой камере блока 6, =. 6„л,л = 4,56 кг~'с. Расход первичного воздуха в отдельной камере 6 = 6 .
л = 1,535 кг'с и внутренний диаметр жаровой трубы (Ея = Е,х1л) гди = 0,2!8 м. 5, Находил~ основные размеры камеры сгорания. В соответствии с принятой теплонапряжениостью Е) = 6,0'„'Ч,((гжр„= 755 кДж!(ыз ч Па) объем жаровой трубы Уж и полная ее длина 1яг - —. 0,54 м. При этом общая длина корпуса камеры сгорания с патрубками может быть равна 770 мм. Определившееся отношение !ж/аж= = 2,94. Принимая толщину стенки жаровой трубы бя, = 2 мы и скорость шз = 55 м!с по расходу воздуха 6! --- 6„— 6; = 3,025 кг!с находим диаметр корпуса калгеры сгорания 0к = 282 мм. й 15.
ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ГТД Топливоподающая система должна обеспечить хранение заданного запаса топлива и его подачу при соответствующих параметрах в определенные части рабочего объема камеры сгорания в количестве, необходимом двигателю на данных режимах работы. Система подачи жидкого топлива Простейшая принципиальная схема топливной системы авиационного ГТД представлена на рис. 101.
Топливный бак 1 (условно единый) обеспечивает заданное время работы двигателя на расчетной нагрузке. Он, как правило, разделен на несколько отсеков, расположенных в различных частях самолета. Из любого из них переключением кранов топливо можно забирать подкачивающим насосом 2. На входе в насос обычно устанавливают фильтр предварительной очистки топлива. Затем топливо по трубопроводу проходит кран 5 аварийной (пожарной) отсечки, фильтр 4 грубой очистки и поступает к насосу 5 низкого давления (ННД). В зависимости от сопротивления последующей части системы и расхода часть топлива через перепускной клапан б возвращается на всасывание насоса 5.
Остальное кои личество топлива во время пуска двигателя при открытом Рис. 101, Схема топливной системы авиационного ГТД 194 Рис. Ю2. Схема топливоподащщсй системы стенда для испытаний камер сгорания клапане 10 направляется к пусковым форсункам 11, на входе в которые установлены фильтры тонкой очистки. После пуска камеры клапан 10 закрывается и топливо от насоса д проходит основной фильтр 8 тонкой очистки топлива и насос 7 высокого давления (НВД). Пройдя распределительный клапан 9, топливо через коллектор распределяется по ступеням рабочих двухканальных центробежных форсунок 12. В зависимости от нагрузки двигателя часть топлива от клапана 9 перепускается к насосу 7. Насос высокого давления обычно приводится в движение от вала двигателя. Насос низкого давления имеет отдельный электрический привод от бортовых аккумуляторов, после пуска двигателя он приводится от электрогенератора.
В качестве НВД часто используют шестеренные или плунжерные насосы, а в качестве ННД вЂ” шестеренные, роторные, роторно- вращательные и др, Фильтры применяют сетчатые, щелевые, фетровые, сетчато-бумажные, резьбовые и т, д, Стационарные и транспортные ГТД, работающие на тяжелом жидком топливе типа мазута, имеют в топливоподающей системе несколько дополнительных элементов. На рис. !02 показана схема одного из вариантов системы заводского стенда для испытаний камер сгорания, работающих на мазуте. На стенде предусмотрена установка одновременно двух камер сгорания 25 и 2б, сжигающих мазут, и одной камеры 10, работающей на керосине. Последняя может использоваться и как вспомогательная для подогрева воздуха, идущего в другие камеры.
Система топливоподачн включает баки 1 и 2 для мазута, 3 для дизельного топлива и 4 для керосина. Топливо в баки подается из цистерн насосами 7 — 9. 195 Пусковая система камеры 10 имеет блок зажигания с электрической свечой и пусковой форсункой. Керосин подается насосом 11 и по пути от бака к форсунке проходит фильтры 18 грубой очистки и 12 тонкой очистки. Регулировочный клапан 19, расположенный перед форсункой, часть топлива направляет обратно на всасывание к шестеренному насосу !1, обеспечиваюгцему давление топлива 0,2— 0,3 МПа. К рабочей форсунке топливо, проходя фильтр 14 грубой очистки, подается насосами 6 низкого давления и 15 высокого давления, за которым расположен фильтр 16 тонкой очистки.
Часть топлива за насосом 15 через клапан 20 перепускается обратно на всасывание насоса 15. Для измерения расхода керосина используется штихпробер 29. В камерах 25 и 26 сжигается мазут, предварительно подогреваемый в баке 1 или 2 до 303 †3 К от змеевика, по которому пропускается пар. Подогрев необходим для обеспечения легкого прокачивания топлива насосом 17 через фильтр 18 грубой очистки и часть трубопроводов до насоса 27 высокого давления. В зависимости от нагрузки часть топлива через клапан 28 направляется обратно на всасьшание насосом 27, а остальное перед поступлением в форсунку дополнительно подогревается до 373 †4 К в электрическом подогревателе или в паровом. Клапаны 22 отключают подачу топлива в том случае, если работает только одна камера. Затем топливо проходит фильтр 21 тонкой очистки и поступает к первой ступени форсунки, а при повышении нагрузки и соответственно давления топлива, через клапан 24 ко второй ступени двухступенчатой центробежной форсунки.
Для измерения расхода топлива используется расходный бак, установленный на весах 28, из которого во время замеров топливо подается к насосу 27. Перед отключением подачи топлива и остановкой камер сгорания систему необходимо освободить от мазута во избежание его застывания в системе. Для этого перед остановкой камеру переключают на питание дизельным топливом из бака 8. Через некоторое время, выработав оставшийся в системе мазу~ и заполнив ее дизельным топливом,' можно останавливать установку.
Последующий пуск камер происходит, таким образом, на дизельном топливе, а затем систему переключают на работу от одного из баков с мазутом. Сливают топливо из баков и выпускают отстой с помощью насоса 5. Двигатель газотурбинного локомотива Коломенского тепловозо- строительного завода имеет топливоподающую систему, принципиальная схема которой показана на рис.
103. Вместимость бака тяжелого топлива (мазута) составляет 9 т, бак легкого топлива вмещает 200 кг дизельного топлива. Перед форсунками мазут подогревается до 393 К паром, который поступает от специального котла: в основном баке до 303 †3 К, в первичном подогревателе 5 до 330--355 К и в основном подогревателе 9 до 393 К. Фильтры грубой и тонкой очистки дублируются с тем, чтобы обеспечить их очистку без останова ГТД. Шестеренные насосы имеют перепускные клапаны, которые не допускают излишнего повышения давления в системе. 196 Рис.
!03. Схема системы топливоподачи ГТД локомотива: 1 — устройство для отбора таплава; 7 бак для мазута;  — переключатель; 1— бак для легкого (пускового! топлива; 5 и Э вЂ” подогревателя топлива; 5 — пасос низкого давленая; 7 — фильтр грубой очнсткп топлвва;  — насос высокого давле. пвя; 10 — фвльтр тонкой очпсткп; 11 — регулятор температуры; 17 — регулятор даплеппя; 1 — клапан свстечы регулпроваппя; 19 — отсечной клапан; 15 — регулпрово пгый кланов; Ы в 17 — коллекторы дпух ступеней форсунок; 1 — рабочие форсупкк Л 17 Н Х 15 17 ч-оЪ вЂ” П ф ,17 Элементы систем подачи жидкого топлива.
Баки основного топ- лива стационарных ГТУ рассчитаны обычно на 20 — 25 ч работы. Прн использовании мазута онн имеют, например, электрические обо- гревательные устройства нлн змеевнкового типа с передачей теплоты от пара нлн отработавших газов двигателя. Уровень топлива в баке определяется по высоте столба воды, вытесненной нз бачка в про- зрачную трубку со шкалой. Бак наполняется топливом через патрубок, топливо подогревается паровым змеевиком. При нзь1ененни уровня топлива на величину Ьй, уровень воды в мерной трубке изменится на величину Лав, причем рт Ьйт = рв Лйв.
Следовательно, ко- личество израсходованного топлива 117 = 777тбйт = г!гпзтгв где Š— площадь поверхности топлива в баке; рг и р„— плотности соответственно топлива и воды. Фильтры тонкой очистки должны удерживать частицы размером более 0,07— — 0,08 мм. Эти фильтры бывают сетчатые, чаще пластинчатые или с набивкой из волокнистых или пористых материалов. Ведущая шестерня шестеренного насоса такая же, как ведомое колесо, она при- водится во вращение от вала ГТД или от электродвигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
