Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Тогда г 5 г55 Рис. !06. К расчету центробежной форсун- ки а) — ( — -(у(ООЛз — )1 Рдз -( — 1Р Р,з 4 1уле„ш Р РР Р,5 1,Р 1,5 3 Р1/Р г (115) где Лв = чвА!Сс. 202 Приведенный анализ, основанный на рассмотрении модели идеальной жидкости, может быть использован и для приближенных практических расчетов. Однако течение реальной жидкости (вязкой) отличается от течения в идеальной форсунке. Потери энергии возникают во входных тангенциальных каналах (Л,), в камере закручивания (Л„), в сопле форсунки (Л,), а также при трении о стенки каналов (Л,).
Особенности течения топлива на входе в камеру закручивания и в сопловой части заметно влияют на гидравлические характеристики форсунки р и ))т. Вследствие вязкости топлива на стенках каналов проявляются силы трения. подтормажнвающие поток. Момент снл трения уменьшает момент количества движения потока Мм который на входе в сопло (сечение 4 — 4) будет меньше, чем на входе в камеру закручивания й(г (рис.
106, а, сечение 1 — 1). Это обусловливает уменьшение рцдиуса воздушного шнура г в сопле и на выходе иэ него г', а также по длине камеры закручивания, в частности значительно уменьшая гшт на глухой стенке камеры (до г„'ц). В результате сужения воздушного (газового) шнура живое сечение потока топлива растет, увеличивается и коэффициент расхода, но с падением скорости течения уменьшается угол раскрытия топливного факела )) . Таким образом, в реальном по. токе (рт)„ будет меньше рт при течении идеальной жидкости, а расход (От)р будет больше От идеальной форсунки. Гидравлические потери во входных тангенциальных каналах, в камере закручивания и сопле реальной форсунки оказывают влияние в основном не на коэффициент расхода, а на перепад давлений, при котором происходит действительное истечение топлива из сопла форсунки. Следовательно, не изменяется и соотношение скоростей из!ма, определяющее угол рт и радиус гш, а также взаимосвязь ф и йт с геометрической характеристикой форсунки А.
Сама абсолютная величина А н абсолютные величины других параметров, естественно, будут другие. Можно показать, что'при течении реальной жидкости в тангенциальных каналах потери энергии связаны в основном с обтеканием входных острых кромок, а потери иа трение о стенки, если, как обычно, 1э)дь = 1,5 †: 4, относительно очень малы. Перепад давлений во входных кромках Лр = 0,5$ар шб. После преобразований, аналогичных проведенным для идеальной форсунки, можно получить коэффициент расхода с учетом реальности течения только в тангенциальных каналах: Здесь Сс — /«/гс (116) Относительная величина Сс определяет степень раскрытия сопла форсунки.
При А = сонэ! и больших значениях С (закрытые форсунки) гидравлические потери во входных каналах уже незначительно влияют на коэффициент расхода форсунки. С ростам С, падает скоростной напор в каналах, поэтому, несмотря на возрастание коэффициента сопротивления $э, потери давления снижаются в связи с уменшением числа )«еа = ю««(в/т. Для используемых на практике круглых тангенциальиых каналов с острыми входными кромками (радиус округления гн ж О,! мм) при углах наклона касательной к оси отверстия с» = 50 †: 70' (рис. 106, а) и относительных длинах каналов ! /«(а 1,5н 4 экспериментальная зависимость яа = /(Ве) дана на рис. !06, б. После выхода из тангенциальиых каналов в камеру закручивания струя жидкости деформируется, обтекая по радиусу /7к внутреннюю стенку. При этом среднее расстояние струи от оси иамеры /7н увеличивается (Еп ) /с) (рис.
106, а), повышая исходный момент количества движения до значения Мх = /аяша. Это приводит к уменьшению коэффициента 1« и росту 6«. Возрастание начального момента количества движения может быть охарактеризовано коэффициентом деформации втекающих струй о = /с//сд. В расчетах реальных форсунок влияние деформации струй удобно учитывать введением вместо геометричесиой характеристики идеальной форсунки А действительной характеристики форсунки А .=-Р, /[пг» =1( /[о (1!7) При этом зависимость )» и 6 „от величины Ад остается той же, что и от величины А (см. рис.
105, а). Значение а определяется геометрией форсунки и в частности величиной В = Я/г (рис. 106, в). В ГТД обычно используются форсунки с камерами закручивания постоянной высоты Ь, у которых /н ( 3«/ . Здесь влияние трения можно свести к уменьшению отношения М«/Мх, считая М« = М»/(1+ 8). Причем 8 = 0,5ЛнАп [(/7к/гс) — 1. (!!8) Коэффициент трения Лн определяют по числу кеа= ш»«(/т, где «(= «(а у' и (рис. 106, б) .
Потери энергии в камере закручивания АЕ = рт0тйк/(2п г«). Причем к 1 л 3 ) + — !п 0,5 (2а„— Лн) Ад С„~ ~, 2ен — Лн ) 2еэ к (! 19) где ен = Ал + 0,5ЛнСн и С„= /1,«/гс. Потери энергии появляются и на длине сопла форсунии особенно во входной ее части. Они определяются коэффициентом сопротивления кс в сопле и величиной рс 0' аорт с' Здесь бо =.я«Ф (120) 203 где ше — осевая составляющая скорости в «критическом» сечении сопла, определяющим расход вязкой жидкости. »)т Скорость шс = — » »«пг« где Ят — объемный расход топлива. 1 Можно считать ра + /!с Аа «А ' 1 — «р а) Тзпггидр 1 Рис. 10?. Схемы форсунок: /, 3 — тангенцнальные каналы; з, а — 1<амеры аакручннаннн; 5 — сонло; 5 — каналы Эксперимепталыго установлено, ~то йо = 0,11 при ар = 90' (рис. 106, а) и йс = = 0,16 при ф = 120', величина От = (йг)р)6т в основном зависит от О (рис.
106, в). Реальный угол раскрытия тойливного факела (Дт)р находят, определив предварительно йт в зависимости от Ао па рис. 105, а. Эквивалентная геометрическая характеристика Аа реальной форсунки при наличии потерь энергии (давления) йЕх будет равна: Ал ,4а — — й-— 1 + О 1 + О,бйнАд ((Як/го) — 1) ' (121) При этом (122) где бл= Ла+ Ли+ и. Простая, одноступенчатая пентробежнан форсунка имеет гидравлическую характеристику типа ! (см. рис. 105, б), где 0 — уур,' .
Величина р,' ограничена напором насоса и редко превышает 7 — 9 МПа, поэтому диапазон изменения расхода топлива получается небольшим. Надо иметь в виду, что при малых давлениях (для керосина ниже 0,3 — 0,5 МПа, для дизельного топлива 0,6 — 0,9 МПа) качество распыливания топлива становится неудовлетворительным. Следовательно, реальный диапазон отношения расходов (6 )аы,.1(6т)юн, = угнал,* ) н„Яр," )ннн еше более сужается до 3 — 5, В газотурбинных двигателях, особенно транспортных, как правило, необходимо обеспечивать значительно ббльшне отношения расходов: 10 — 20 н более. Лля этого требуются или системы с большим числом параллельно, по мере надобности подключаемых простых форсунок, или форсунки более сложной конструкпии, например, двухступенчатые одно- или двухсопловые (рис.
107, а) с регулированием подачи топлива на неполных нагрузках частичным возвратом (перепуском] его обратно в бак (рис. ! 07, б) н т. п. 204 В двухступенчатых форсунках топливо на малых нагрузках подается только через первую ступень 1, а на повышенных через обе ступени форсунки ! и П, При атом суммарная гидравлическая характеристика имеет вида — Ь вЂ” с — г((см. рис, ! 05, б). В центробежных форсунках с регулируемым отводом топлива диапазон изменения его расхода расширяется и за счет уменьшения допустимых значений (р," ) .„вследствие улучшения качества распыливания топлива па малых нагрузках.
Через тангенпналь~ые каналы 3 в камеру закручивания 4 постоянно подается поток топлива, соответствующий расходу иа полной нагрузке. В зависимости от режима работы двигателя ббльшая или меньшая его часть через каналы б и специальный клапан отводится обратно на всасывание насоса. На всех режимах, даже когда через сопло б подается малое количество топлива, качество его рзспылнвания остается хорошим, так как в камеру закручивания поступает неизменный расход топлива и энергия вращения потока не изйеняется. Это позволяет снизить величину (р," )м!и.
т„ ппп Имеются конструкции форсунок, в которых можно полностью отключать подачу топлива в камеру сгорания не прекращая прокачивания его через форсунку, что важно при работе на тяжелом жидком топливе, когда после выключения камеры сгорания топливо может застыть в трубопроводах и затруднить последующий пуск. Ряд преимуществ имеет комбинированная пневмоцентробенсная форсунка, принцип работы которой понятен из рис. 107, в.
Использование даже незначительного количества сжатого воздуха, не превышающего расход топлива, позволяет резко улучшить качество распылнванин топлива форсункой и ее охлаждение. Пример определения основных параметров и размеров центробежной форсунки. Рассчитаем одноступенчатую центробежную форсунку с углом топливного факела Рг = 60'. Исходные данные: расход топлива 6, = 40,5 !О-' кг/с; перепад давлений Лрт = 3,6 МПа, топливо — керосин; плотность рт = 830 кг/м~.
Расчет. !. Выбираем конструкцию форсунки, йоказанную на рис, 105, б. 2. По рис. 105, а для угла рт = 60 находим геометрическую характеристику А = 0,9 и козффицпент расхода )г = 0,461. 3. Из выражения для массового расхода топлива (! 10) определяем диаметр сопла по = 1,2! 10 з м, принимаем округленно г(с = 1,2 мм. 4. Выбираем для форсупки в соответствии с величиной А число входных таигенциальных каналов п = 3 (обычно 2 — 4) и плечо закручивания (радиус й, определяющий положение входных каналов), обычно )7 сз 2пс. Тогда )7 = 2. 1,2 = 2,4 мм.
5. Находим диаметр входных тангеппиальных каналов оз = 2 ~')(гс((пА) = 1,47 мм округленно принвмаем г( = 1,5 мм. 6, Выбираем несколько дополнительных размеров: а] диаметр камеры закручивания ()н = 2 ()г + г„) = 6,30 мч; б) высоту Д цилиндрической камеры закручивания, которая несколько больше г(в, принимаем Ь = 1,8 мм; в) длину сопла 1, (толщину передней торцовой стенки сопла) обычно принимают О,бп'„возьмем 1, = 0,6 мм; г) длвну входных тангенциальных каналов (н яв 2г(в принимаем 1„= 3 мм. Гидравлический расчет необходимо уточнить, учитывая округление найденных размеров.
Система подачи твердого топлива Экспериментальные исследования по сжиганию твердого топлива в ГТУ выявили некоторые рациональные типы элементов аппаратуры и самой топливоподающей системы. В пылеугольной камере сгорания, показанной на рис. 80, для подачи топлива к форсунке используется пылеподатчик сетчатого типа (рис. 108). Вго ротор 1 вращается электродвигателем, в нижней части его имеется обод со спицами 4, на которых укреплена металлическая сетка б. Каменноугольная пыль У располагается над сеткой в бункере 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
