Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Диффузор — устройство для снижения скорости потока газа с целью создания необходимых условий для организации устойчивого процесса горения форсажного топлива. Он устанавливается, как правило, непосредственно за турбиной двигателя. Размеры выходного сечения и длина диффузора выбираются из условия понижения скорости потока газа за турбиной от 300 ...
400 до 100 „, 180 м/с. При этом должно быть достигнуто оптимальное сочетание величины гидравлических потерь, габаритных размеров и его массы, С уменьшением длины диффузора уменьшаются его масса и габаритные размеры, но возрастает угол раскрытия диффузора, вследствие чего повышаются гидравлические потери. 447 Б — Б 88881ьпба1 2 уееменю й !8 1 2 449 Рис. 9.о. Фронтовое устройство форсажиой камерге ТРДФ: ! — стенка внутренняя; 2 — стенка наружная; 8 — стайки: 4 — воспламеннтель; б форсунка ультраввуковая; б — свеча; ! — пусковая форсунка; 8, у, 18 — стабнлиаа.
чари пламени; 11 телескопическое соединение С увеличением длины диффузора уменьшаются гидравлические потери, но при этом увеличиваются габаритные размеры и масса форсажной камеры. Кольцевой расширяющийся канал диффузора образуется двумя конусными стенками: наружной и внутренней, соединенными между собой обтекаемыми стойками (рнс, 9.б) или шарнирными тягами (рис. 9.7). Образующие конусных стенок диффузора профилируются таким образом, чтобы были получены минимальные гидравлические потери, Иногда о этой целью виу- 448 Рис.
9.6. Диффуаор с креплением внутренней стенки иа стойках: а — спрямляющвя ренгетка. образованная стайками; 1 — палец; 2 — втулка сферическая; 8 — стойка; 4 — ааружвая стенка; б — внутренняя стенка треннюю стенку делают усеченной, т. е. диффузор выполняется уда ным, с внезапным расширением (рис. 9.7). тойки, соединяющие внутреннюю и наружную стенки диффузора, выполняются обтекаемыми и нередко используются в качестве спрямляющей решетки закрученного потока газа за турбиной (рис.
9.6, а). Спрямление потока газа позволяет избежать , срывов потока на внутренней стенке и связанных с этим дополнительных гидравлических потерь. Конструкция диффузора выполняется из листового материала с применением контактной сварки и сварки плавлением, Внутренняя стенка, стойки и шарнирные тяги имеют более высокую температуру, чем наружная стенка. Поэтому конструкция соединения внутренней стенки с наружной должна предусматривать ком- Рис. 9.7. Диффуаор с креплением внутренней степки иа тягах: 1 — бандаж, 2 — щарнир крепления тяги; 8 — наружна» стенка: 4 — тяга, б — внутренняя стенка; а — упругая линия бандажа наружной стенке, обрааоаавшаяся в реаультате температурного расширения внутренней стенки н тяг 1В Птр Д.
И. Хроника Рнс. 9.В. Прннцнпнальные схемы днффуаоров форсажной камеры ТРДДФ1 е — дкффузор с кольлезмм смеснтелем; 6 — днффузор с раднвльнмм смеснтелем; з днффузор с лепестковым смесителем; à — нольпевоа какал охлаждающего воздуха! у — промежуток между смесителем в входом в канал охлзждекнн фарсвжное камерм пенсацию разности температурных расширений. Компенсация в радиальном направлении осуществляется применением подвижного соединения пальцев 1 стоек 3 со сферическими втулками 2 наружной стенки 4 (рис. 9,8) или упругой деформацией бандажа 1 и наружной стенки 3 (рис. 9.7).
Компенсации в осевом направлении для диффузора со стойками не требуется, так как пальцы стоек расположены в одной плоскости. Для диффузора а тягами осевая компенсация осуществляется благодаря шарнирному креплению тяги к стенкам. Диффузор форсажной камеры для ТРДДФ со смешением потоков более сложен, чем для ТРДФ, так как включает в себя устройство для смешения потоков, так называемый смеситель, который предназначен для того, чтобы с минимальными гидравлическими потерями осуществить смешение холодного потока наружного контура с горячим потоком внутреннего. При этом должна быть достигнута приемлемая неравномерность смешанного потока перед стабилизаторами пламени.
Смесители выполняются по трем основным принципиальным схемам: кольцевой, радиальной н лепестковой (рис. 9.8), а также их сочетаниям. Наименьшие гидравлические потери имеет кольцевой смеситель, однако при этом возникают трудности с получением высокой полноты сгорания топлива вследствие большой радиальной неравномерности потока перед стабилизаторами пламени. Чтобы сохранить заданное распределение форсажного топлива по поперечному сечению камеры и не допустить падения полноты сгорания, необходимо с увеличением скорости полета увеличивать относительную подачу топлива в периферийную зону.
Наибольшее распространение получили лепестковые (карманные) смесителн, позволяющие получить более выгодное распределение холодного воздуха наружного контура по сечению камеры. При проектировании смесителя следует иметь в виду, что смеситель должен быть снабжен кольцевым каналом 1 (рис.
9.8) для подачи охлаждающего воздуха под тепловой экран форсаж- 450 иой камеры. При этом промежуток 2 между концом этого канала и входом в канал охлаждения должен быть выбран таким, чтобы избежать подсоса под тепловой экран горячего газа из внутреннего контура двигателя. Стабилизаторы пламени обеспечивают стабильное положение фронта пламени в камере, удерживают его от сноса потоком газа. Турбулентная скорость распространения пламени, как известно, не превышает 1О ... 15 м/с, а скорость потока в конце диффузора, как указывалось выше, составляет 100 ... Г80 м/с.
Поэтому осуществить устойчивое горение топлива в форсажной камере невозможно без опецнальных устройств, которые называются стабилизаторами пламени. Наиболее широко применяются стабилизаторы в виде плохо обтекаемого тела — желоба у'-образного профиля с углом при вершине 30 ... 80', обращенным навстречу потоку, и расстоянием между выходными кромками 30 ... 80 мм. Этот размер называют полкой стабилизатора.
Стабилизаторы, как правило, выполняются из листового материала, За стабилизатором пламени образуется зона обратных токов, в которой циркулируют продукты сгорания топлива с температурой порядка 1500 ... 2000 К. Поэтому внутри стабилизатора недопустимо располагать какие-либо неохлаждаемые элементы конструкции (болты, трубки и т. п.). Сама же стенка стабилизатора охлаждается снаружи набегающим потоком более холодного газа н форсажным топливом, которое подается перед стабилизатором. Зона обратных токов, благодаря очень высокой температуре газа в ней, служит источником тепла для непрерывного поджигания топливогазовой смеси, набегающей на стабилизатор, и удерживания фронта пламени от сноса.
Пламя, образованное воспламенившимися от зоны обратных токов частицами горючей смеси, распространяется по объему смеси и сносится потоком газа, образуя фронт пламени, расположенный под углом к направлению потока. Горючая смесь, протекающая на удалении от стабилизатора, воспламеняется при пересечении ею фронта пламейи, Стабилизаторы пламени в виде плохо обтекаемого Тд-образного профиля могут быть выполнены кольцевыми (см. рис.
9.8), радиальными (рис. 9.9) н радиально-кольцевыми (см. рис, 9.!). Выбор Юид А -мй- хй- А Рнс. 9.9. Схема фронтового устройства с радиальными стабнлнзаторамн пламенв: т топлззные коллекторы е форсуньамв: у — радиальные стзонзззаторы пламени 1ь 45! Ф-М~ Рис. 9ЛО. Стабилизаторы пламени удобообтекаемой формы; л — нвшевый стабилизатор; б — азродинаыячеснай стао л стз «лязатор ва встречяой возду1в. ив ста влвзатор иа поперечных струях; 1 — вона нарну- ни, — наша: 4 — стабилизатор; й — воздушная струя; 6— формы стабилизатора зависит от назначения и конструктивных особенностей двигателя н форсажной камеры.
Так, ной каме ы ТРДФ ры Д наиболее часто применяются кольцевые стабилизаторы, а для форсажных камер ТРДДФ— ц вые. Иногда форма стабилизаторов определяется необходимостью подавления вибрационного горения, о чем будет сказано В качестве стабилизатора пламени может быть также'использован и плохо обтекаемый срез внутренней стенки дифф зо а Число стабилизаторов определяется размерами фо саж камеры (днамет ом и ля р и длиной зоны горения) н потребной степенью форсирования '.
Степень форсирования, например, 1,2 ... 1,3 прн длине зоны горения 1300 ... 1500 мм может б п именением о м может ыть достигнута р ем одного кольцевого стабилизатора пламени. Более высокая степень форсирования достигается применением большего так называемую Стабилизаторы пламени существенно загромождают сечение форсажной камеры, Степень загромождения сечения для сов еменных форсажных камер составляет 25 ... 35 вй.
С ния гидравлических по о. целью уменьше- ескнх потерь на обтекание стабилизаторы пламени смещают относительно друг друга вдоль потока (эшелонируют) на величину двух-трех размеров полки стабилизатора. Стабилнзывают ли е ным. Л затор, расположенный впереди остальных стаб та илизаторов, парис. 9,8 или с едннй см. дерным. Лидерным может быть как внутренний (с . , ) р д ( м. рнс. 9.2), таки наружный стабилизатор, н (см.
наклона стабнл а аднальные стабилизаторы эшелонируют чер редованнем углов П н большой ст табнлнзаторов относительно оси камеры (см. н . 9.9 . р тепени расширения н большом приведенном угле днффузора эшелонированные стабилизаторы помещают вну- т) Степень фо си о а ванна к тяге на иефорсироваииом ежнме и ф р р в ния — отношение тяги двигателя на е я на режиме форсиротурбиной. иом режиме при одинановой температуре газа перед йбй три выходной части диффузорного канала, благодаря чему предупреждается отрыв потока в диффузоре и снижаются гидравлические потери фронтового устройства в целом. Кроме стабилизаторов Ч-образного профиля известны стабилизаторы других типов: нншевые стабилизаторы, аэродинамические на воздушных струях, форкамерные. Первые два типа стабилизаторов предназначены для снижения гидравлических потерь. Нишевые стабилизаторы выполняются в виде выемок (ниш) в стенках камеры илн специальных обтекаемых телах (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
