Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Так, например, давление и темпе(агура воздуха перед основной камерой соответственно 2,85 МПа и 550 К, а рабочего тела (газов) 222 перед камерой сгорания промежуточного подогрева газов 0,79МПа и 8!3 К. За камерами сгорания температура газов одинаковая: !023 К. Теплонапряжениость рабочего объема камеры сгорания промежуточного подогрева газов 225 кДж,'(и' МПа), а у основной камеры 240 кДж,(м'.ч Па), потери полного давления соответственно 2,4 и 2,2 М. Жаровые трубы !5 (рис. 77) второй камеры установки ГТ-)00-750, так же как и у основной камеры телескопического типа, с рядом отдельных обечаек. Диаметр каждой из )2 жаровых труб 500 мм, общее отношение длины к диаметру 1.„,.1п',, == З,З.
Отношение длины зоны горения к диаметру жаровой трубы 1„1с(.. = == 2,3. В центре фронтового устройства 14 каждой жаровой трубы расположен лопаточпый завихритель 13 с форсуночно-горелочным устройством 12. В передней части жаровые трубы фиксируются с помощью шарнирных устройств 21, а сзади свободно скользят в опорных кольцах патрубков газосборника 18, переходящих в общую кольцевую полость на входе в газовую турбину низкого давления. Высокая температура газов (8!3 К), поступающих в камеру сгорания промежуточного подогрева газов из газовой турбины высокого давления 8 определяет необходимость установки изоляции 19 и 20 у внутреннего и наружного корпусов камеры сгорания.
Внешняя изоляция предназначена для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду, повышения техники безопасности и пожарной безопасности. Внутренняя изоляция главным образом нужна для снижения температурных условий работы узла внутреннего подшипника газо- турбинной установки. Камера сгорания промежуточного подогрева газов, так же как и основная камера сгорания, может работать на жидком и на газообразном топливе, поступающем к форсуночно-горелочному устройству по соответствующему топливопроводу 22. Следует отметить, что, как и у некоторых других современных установок в ГТ-)00-750, переход с одного вида топлива на другой может быть осуществлен простым переключением соответствующих устройств комбинированной топливоподающей системы без остановки ГТУ.
Более высокие общие температурные условия в камере сгорания промежуточного подогрева газов определили несколько больший реальный уровень рабочих температур металла стенки жаровых труб (до )070 К). Относительная длина зоны горения здесь несколько меньше, чем в основной камере, а коэффициент избытка воздуха (газа) значительно больше (!0,8 ). Теплонапряженность, отнесенная к площади поперечного сечения жаровой трубы в зоне горения в камере сгорания промежуточного подогрева газов выше (250 кДж1(м' ч Па) ), чем у основной камеры сгорания !230 кДж1(м' ч Па) ).
Рассмотренные примеры конструкций камер сгорания промежуточного подогрева газов зарубежных и отечественных ГТУ показывают, что при умеренной температуре газов перед турбинами до 973 — !073 К, когда на входе в камеру промем;уточного подогрева газы имеют техшературу до 823 — 873 К, эти к меры сгорания удается 223 выполнять по обычным схемам. Однако в связи с оолсе тяжелыми условиями охлаждения элементов их конструкции приходится, например обечайки жаровой трубы, делать ребристымп„увеличивать скорости охлаждающего газа, снижать тепловые нагрузки.
Однако повышение теплонапряженности )уменьшение размеров) камеры, рост температуры рабочих газов перед турбинами и необходимость снижения потерь давления обусловливают разработку принципиально новых схем конструкции камер сгорания промежуточного подогрева газов для современных ГТУ. С целью повышения экономичности газотурбинных установок стремятся повысизь температуру и давление рабочего тела на входе в турбину, а процессы сжатия и расширения приблизить к изотермическим. Поэтому возрастает температура газа на входе в камеру промежуточного подогрева газов, и появляется необходимость увеличения шсла ступеней подогрева, т. е, числа этих камер. В настоящее время проектируются ГТУ с двумя-тремя камерами промежуточного подогрева газов, в дальнейшем возможно применение схем с большим числом ступеней подогрева.
В этом случае нагрев рабочего тела в каждой промежуточной камере должен быть небольшим: !00 — 200 К. Таким образом, при разработке специальных конструкций камер сгорания промежуточного подо~рева газов надо учитывать следующие специфические условия их работы. !. Повышенную температуру газа на входе в камеру.
Следовательно, процесс горения топлива здесь интенсифицируется, но усложйяется охлаждение деталей конструкции, снижается надежность их работы. 2. Меньшее по сравнению с воздухом содержание кислорода в газах, поступающих в камеру. Это отрицательно сказывается на процессе горения, особенно в высокотемпературных двигателях, когда уже в основной камере избыток воздуха )а ) мал, или в последних камерах промежуточного подогрева йри большом их числе. 3. Пониженное давление газа, уменьшающее скорость процессов химического реагирования и приводящее к большему относительному влиянию по~ерь давления в этих камерах.
4. Значительно меньшее, чем в основных камерах, количество сжигаемого топлива, что затрудняет создание эффективных форсуночно-горелочных устройств. Отмеченные обстоятельства определяют необходимость разработки специальных мероприятий, конструктивных схем и компоновки камер сгорания промежуточного подогрева газов. Стремясь приблизить процесс расширения к изотермнческому, логично было бы проводить последовательное сжигание топлива между отдельными ступенями турбины, непосредственно в ее проточной части.
Однако пока не удается организовать надежное и качественное горение топлива в межлопаточных каналах с обеспечением необходимой эффективности работы и долговечности конструкции проточной части газовой турбины. 224 Рис, !2!. Схема зажигания газообразного и жидкого топлива в проточной части турбины без подачи дополнительного окисли- теля !'„о/ //- й // В этом отношении интересна схема, представленная па рис.
!2!. Внутрь полых сопловых лопаток ! топливо (газообразное или жидкое) по стрелкам !! подается через отверстия 4 в заглушенной с торца трубке 3. К трубке топливо по стрелке А подводится от коллектора, в котором оно находится под давлением, несколько превышающем давление газов в камере сгорания. Струи жидкого топлива, попадая на стенки лопатки, испаряются, охлаждая ее, и смешиваются со струями газа, поступающего внутрь лопатки из основного потока по ряду отверстий 2 в передней кромке лопатки. Дополнительное перемешивание горючей смеси осуществляется при течении ее по каналу между стенками лопатки н внутренним дефлектором 5, фиксируемом штифтами б.
Через сплошную нли прерывистую щель в выходной кромке или около нее вытекает переобогащепная топливом горючая смесь 7, первоначально воспламененная электрической свечой 9. Переход пламени к другим лопаткам ступени обеспечивается кольцевым стабилизатором-перемычкой !О, соединя/ошей все лопатки. Вдоль перемычки по окружности топливо растекается струями, вытекая через отверстия 8 пз внутренних полостей лопаток. Как показали исследования, проведенные в МВТУ пм.
Н. Э. Баумана, такая схема обеспечивает удовлетворительное горение газообразного и легкого жидкого топлива при скоростях потока примерно )20 мус. Прп недостатке кислорода в основном газовом потоке схему можно модернизировать (рис. !22). Внутрь лопатки ! подаются топливо и воздух, так что а„= 0,2 —:0,4. Топливо подводится через отверстия в заглушенной с торца трубке, а воздух — через 22б 7 Рис. !22.
Схелга подачи дополнительного окислителя Рис. 723. Кольцевая камера сгорания промежуточного подогрсва газов отверстия в другой трубке. Перепад давлений между топливом и газом основного потока мал (0,02 — 0,05 МПа), и отверст>гя в трубке подающей топливо, можно выполнять значительного диаметра (более 0,5 мм), что обусловливает наде>кггость работы и простоту изготовления. Кроме того, отпадает необходимость в создании большого давления за топливньж| насосом, упрощается его конструкция и повышается надежность эксплуатации.
Сжигать топливо в проточной части турбины нужно так, чтобы не создавались чрезмерные местные очаги горения (факелы) с температурами, значительно превосходящими средние допустимые с точки зрения работоспособности и стойкости материала лопаток. Такое рассредоточенное (микрофакельное) горение должно идти во всем объеме от сопловых до рабочих лопаток каждой ступени турбины.
Подобные схемы еще не использу7отся в практике, но уже известны, например, встроенные прямоточные кольцевые камеры сгорания промежуточного подогрева газов. На рис. )23 показана конструкция такой камеры сгорания, работающей на газообразном топливе. Воздух пз комгрессора поступает на стрелке Л к системе уголковых стабилизаторов 1 и 3. Газообразное топливо из коллектора 2 по радиальным трубкам с боковыми отверстиями нли просто через отверстия подается за радиально расположенные стабилизаторы !. Перемычки 3 обеспечива7от передачу пламени к соседним радиальным стабилизаторам прп случайном срыве его н прн первоначальном зажигании. Между корпусами 4 и б и обечайками жаровой трубы 7 и 8 идет поток охлаждающего воздуха.
Продукты сгорания Б поступа7от в сопловой аппарат 5 турбины низкого давления. Другая специальная конструкция камеры сгораютя промежуточного подогрева газов дана на рис. !24, а. Она расположена между двумя группами ступеней в проточной части турбины. Разделение потока на первичный и вторичный в ней отсутствует; весь поток, как в форсажной камере, поступает к фронтовому устройству, за которым осуществляется горение топлива, причем на малой длине вследствие невысоких (по сравнению с форсажными камерами) скоростей газа в зоне горения, но больцшх, чем в основных камерах: сот:=: 30 —, 22б — 50 х> 'с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
