Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 57
Текст из файла (страница 57)
м то тй м~ — 7," ~. о о (! 30) В дальнейшем индекс стандартной температуры То, при которой определяется теплота сгорания топлива, для упрощения будет опущен. Обозначим р гейто' геено генел = ген ггонр генон = ~1гАн* где Чг, — коэффициент полноты сгорания топлива в камере сгорания промежуточного подогрева газов. Теперь, подставляя выражение (!30) в (128), получим уравнение теплового баланса т„' т,".
т "и + ! ! ~ 0 А н + ( 1 а ! ) ! ~ а ! ! М р о о о Г (аа - ') '-.а ' ! ог,.!. хз! т'„ т" ! ! = (1 -~- ахг!.от) 7г~ о о о Суммируя соответствующие члены уравнения, получим т г! гг тг е1гг!!но=(! -!-ахт(н,) 7„~ ~ —. а,,!ог7„~ —.
1, ~ . (!3!) т,', т„' т„" Из этого уравнения непосредственно, не прибегая к методу последовательных приближений, получить аа нельзя, так как неизвестна теплоемкость смеси газов на выходе из каморы г,, Поэтому, анало'ргг' гпчио решению уравнении (70), сначала опреле,:им отдельно количесгво чистых продуктов сгораю,я и воздуха в газах за камерой промежуточного по;.:отрава газов. Известно, что иа входе в камеру в составе каждых ! + ах!., газа содержится (ах — 1) !.„воздуха (в кг). Значит в ахт!.о, газа, приходящегося нз ! кг поступающего в камеру топлива, воздуха будет !.„(а; — ! ) ах!.от,'(1 ,'- ах!.о). (132) В газе за камерой промежуточного подогрева иа 1 кг сгоревшего В ией топлива останется воздуха Аналогично этому чистых продуктов сгорания на входе в камеру промежуточного подогрева на каждые 1 —; ах(.„газа приходится 1 + 1.0 кг.
Тогда на ахти„газа этих продуктов будет (' ' 7..) 1+ аеао с (10-7. )а 1. о) тл 'о1 1 00 а~ь (133) Очевидно, что сумма этих составляющих рабочего тела на выходе из камеры, подсчитанных по выражениям (!32) и (!33), должна дать общее количество газа, приходящегося на 1 кг дополнительного сжигаемого в КСПП топлива. Это количество газа равно 1 -,'— их11.„1. Следовательно, (а„-. 1) 1. а /.
х ) пх1 ы (, ( ' '0) хт гт (! и 71 —,7.)а.' Г 1 а 7 0 Гае1 01' т Х о + х" а Теперь уравнение (131) можно представить в виде (1 + 1,) а,то, 710110чн= 1, 1 !т п ~ (1 ! (о) (0.0 Х О т„' 70 т,', 7','.1 + (аХ ) -оаХ1 Ы (, 0 ! -а о х о то т,".
тт — ах1 (.,71„" ! — I; (134) т,1' то При составлении выражений (132) и (133) уже рассматривалось, в каком количестве воздух и чистые продукты сгорания содержатся в ах11'.„кг рабочего тела на входе в камеру промежуточного по- догрева газов. Учитывая это, можно предпоследний член правой части уравнения (134) выразить суммой количества воздуха и чистых продуктов сгорания. Уравнение (134) примет вид т,'и т,', (1 и 7„) ах17-01 1)г,Щ',- 1, О,, „~; ( -(.0)(а.и +ах о то та (' — -'0) "'1, х а та т„', 7г1 ("х — 1) й,ах,7 „, х о то т,,* 7т 7„" (а, — 1) 1ъ'л,,7-.1 71 П! 7 После сгорания топлива на каждый 1 кг его будет чистых продуктов сгорания Суо!пируя, получим тг"! т,' то 7',*! т; т,',~ (а' ) оах1 !+а ! т,т (! 35) то то После преобразований т,', т: о!,.Д,',, Е,,1, '; — !, то о т„', !"о) )о.
о "о т„' —; (аа — - ! ) 1.„1„' г ! + аа!.о г Откуда 1,', тг! тт 16,6!",, — !1;— д ) т„о ~ -,'- !.„! ! — ~ ! 1,. а,!.о а,- .01 !!36) т„* т,' т„' В развернутом виде, используя средние массовые теплоемкости, получим ЧнЛ~', — (!+ !о)(ор 7'ч — 'р, 'о) + ! -и!., ах1 ! о1 г! Ь !.о) (ср 7„! — ср 7„) Значения с, и г, уже определялись в обшем виде выше. о ~ о. и Найдем а„и расчет камеры промежуточного подогрева продолжим по схеме, рассмотренной выше.
Для этого также надо задаться некоторыми величинами и параметрами, средние значения которых приведены в табл. 6. В ГТД и особенно в стационарных ГТУ может быть использован кяк однократный, так и многократный промежуточный (дополнительный) подогрев газов. В последнем случае расчет второй и последугогцих камер промежуточного подогрева не будет отличаться от расчета первой камеры. Следует лишь обратить особоевнимание пя то, что лли по..иого сгорания топлива необходимо иметь достаточ23з 6.
Средние значения основных параметров камер сгорания промежуточного подогрева газов еяа!,ннннрнн ! т Х и транспортные ! !Д ханаан нн~ е Г!Л Нанненнаанне акндкос н газообразное Теплнво лля !иактпв ннл лагнгателсй 25 — 60 " 70 — 12г> 70 — 125: 0.2 — 0,5 ' 1,1 — !.5 0,84 — 6,28 Топл нво 20 — 50 "" 50 — 100 60 — ! 10 0,8 -0.7 о г 0,25- 1,05 пгг мер гоа «Ф и с!! Н, д!дж,'(ааа ч Па) !к 'А,н сев '1-- 3 1,2-1,8 1,4 — 4 ' Лля некоторых схем камер сгорания пф о --- аг и м! отсутствует, тзк как жаровой трубы на самом деле нет.
"" Орнентнрово аные значения прн недостаточном опыте эксплуатации. о:а = — 6„'(6;6,). Эти данные следует принять за исходные. Затем, следуя схеме определения величин для КСПП!, можно рассчитать КСПГ!2 и т. д. ную концентрацию кислорода в газе на входе в каждую камеру. При определении состава рабочего тела в любой последовательно расположенной камере промежуточного подогрева, если их две пли больше, надо учитывать следующее. После сгорания топлива в первой камере промежуточного подогрева в рабочем газе за этой камерой остается количество воздуха Чистые продукты сгорания за этой камерой б., = б (1 1- /- ) -г б ! (! - !- Г- ) = (! + Г ) (6 '- 6 !). Количество газа за КСПП! бг! =ба -'г-бг-(-6 ! = — бт(1 'Гсср~.н)+бт! =бе н, -'Гб, а, При расчете второй камеры промежуточного подогрева газов удобно считать две первые камеры, оснопную и КСПГ11, как одно топливосжигающее устройство, с суммарным количеством топлива, сгоревшего в нем: 6; бг Ч бго Количество газа перед КСПП2 6; - 6,,:= бн -:; 6;.
Суммарный коэффициент избытка газа (воздуха) в первом (условном) топливо- сжигающем устройстве А НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ Глава 4 ЭКСППУАТАЦР1И ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ Рассмотренные выше основные вопросы не охватывают всех специальных и некоторых общих для всех камер сгорания проблем, часто еще не вполне разрешенных, но весьма существенных. )х таким проблемам в первую очередь относятся рассмотрение особых режимов неустойчивого горения, моделирование рабочего процесса камер сгорания, ненор лальностп работы, дефекты конструкций и некоторые другие, й 17. КОЛЕБАТЕЛЬНЫ Е ПРОЦЕССЫ Г!ри эксплуатации ГТД всречаются случаи временного нарушения устойчивости протекающих в них самих нли их отдельных узлах рабочих процессов. Так, например, случайное дросселирование входного патрубка компрессора, резкое перекрытие заслонок воздушных трубопроводов, нечезкое переключение кранов системы топливоподачи и др, могут привести к временной нестабильности процесса горения топлива в камере сгорания, к четко слышимым хлопкам, изменению яркости или вибрированию факела и даже к полному срыву пламени.
Рассмотрим рен1имы работы камеры сгорания ГТД, при которых нестабильность процесса горения приобретает характер установившихся колебаний. Это не о~дельные хаотические колебания давления, скорости или температуры потока, всегда сопутствующие процессу сжигания топлива, а регулярные колебания с достаточно большой амплитудой и четко выраженной частотой, которые начавшись по тем или иным причинам, поддерживаются затем за счет возникновения регулярного автоколебательного процесса. Режимы неустойчивого (вибрационного или пульсацион ного) горения возможны в любых камерах при любых топливах, они сопровождаются неприятнььми шумами. могут приводить к колебаниям отдельных деталей и систем (управления, регулирования), к механическим п термическим разрушениям узлов, колебаниям лющности ГТД, разрушению двигателя. Совершенно очевидна необходимость исключения подобных режимов.
ГТУ относится к динамическим системам. Современный подход к анализу устойчивости динамических систем опирается на исследования Ляпунова в области устойчивости движения. Теоретический 235 анализ и ряд практических выводов и с) ществеппых новых поло кепий получены благодаря трудам Б. В. Ра) шенбаха, .'1.
Л. Вулпса, Д. А. ч ранк-Каменецкого, Ю. Х. Шаулова, йЕ О. Лернера, Л. Д. Ландау, Е. И. Лифшица и др. Неустойчивое горение характеризуется различными частотами колебаний: от единиц до нескольких сот герц — низкочастотные колебания; от нескольких сот герц до !Π— 15 тыс. герц — высокочастотные колебания. Применительно к камерам сгорания иногда удобно делить колебания на низкочастотные и высокочастотные по соотношению периода колебаний т„ и времени пребывания смеси в рабочем объеме камеры сгорания т„.
Если т, > т„, т. е. газ колеблется в камере как одно целое, колебания считаются низкочасготпыми. При т, ( ( т„ отдельные массы общего объема находятся в существенно различных фазах колебательного движения и имеет место распространение волн по камере. Такие колебания будут высокочастотными. Так, например, при колебаниях с частотои !" ( 500 Гц (т, > 2 мс) и т, †- ! мс имеем низкочастотные колебания. В подавляющем большинстве случаев частота колебаний определяется акустическими свойствами самой камеры, воздухо-газопроводов и других элементов. Это естественно, так как колеблющейся средой являются упругие массы газа, которые подчиняются акустическим закономерностям.
В зависимости от характера колебаний их относят к нульмерным илп одномерным. При нульмерных колебаниях давление во всем объеме камеры изменяется одновременно и одинаково. Такие колебания по существу являются низкочастотными. В камерах сгорания ГТД обычно наблюдаются одномерные колебания, причем чаще всего такие, при которых масса газа колеблется в направлении течения потока (продольные колебания). В различных сечениях вдоль оси по~ока амплитуды колебаний разные, несмотря на то, что они имеют одинаковую частоту (стоячие волны).
Частота таких колебаний зависит от длины газового канала, она определяется краевыми условиями. Очевидно, что массы газа колебаблются не только в области, близкой к зоне горения, по и в примыкающих воздухо-газопроводах. Исходя из изложенного, можно рассматривать следующую идеализированную схему: по достаточно длинному каналу постоянного сечения движется газ и в какой-то области канала осуществляется горение. Из акустики извес~но, что, если оба конца капала закрыты или открыты, то период колебания т, газа будет равен времени пробега звукового импульса в трубе по течению и обрзтно: (138) о а где х — координата вдоль оси потока; ш — местная скорость течения (одномерного); с — местная скорость звука; Б -- длина трубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
