Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 83
Текст из файла (страница 83)
9.10). В нишах образуется цнркуляционная зона 1, заполненная горячим газом, с помощью которой и поддерживается устойчивое горение. Аэродинамическая стабилизация пламени осуществляется с помощью воздушных струй, вдуваемых в газовый поток форсажной камеры через отверстия различной формы навстречу или' под некоторым углом к потоку (см. рнс. 9.10, б, и). Воздух отбирается от компрессора двигателя н на нефорснрованных режимах работы двигателя может быть выключен. У вершины воздушной струи возникает горячая критическая зона, которая и является источником стабилизации пламени.
Для существенного расширения зоны устойчивой работы в сторону бедной смеси в воздушную струю может быть подана некоторая часть форсажного топлива. Однако, несмотря на ряд преимуществ, пищевые и аэродинамические стабилизаторы не получили распространения в форсажных камерах турбореактивных двигателей вследствие сложности организации охлаждения пищевых стабилизаторов и понижения экономичности двигателя в связи с необходимостью отбора воздуха за компрессором для питания аэродинамической стабилизации пламени.
Форсажные камеры некоторых ТРДДФ снабжены форкамерными стабилизаторами пламени. Это связано с трудностями получения устойчивого воспламенения и горения топлива в форсажных камерах двухконтурных двигателей с помощью простых Ч-образных стабилизаторов. Форкамера представляет собой миниатюрную камеру, в которой создано течение с малой скоростью (10 ... 20 м/с), благодаря чему обеспечивается хорошее воспламенение и устойчивое горение. Горячий газ из форкамеры направляется в зоны форсажной камеры, где воспламенение и горение затруднено.
Пример форкамерного стабилизатора приведен на рнс. 9.11. Система смесеобразования предназначена для ввода жидкого топлива в форсажную камеру, распыления его в потоке газа для образования горючей смеси и при необходимости испарения, а также для создания требуемого распределения топлива между стабилизаторами н по поперечному сечению камеры. Система содержит подводящие трубопроводы и коллекторы, форсунки для распыла топлива (распылнтели) и устройства для испарения жидкого топлива (карбюраторы), 463 стабилиаа. Рис. 9.!!.
Форкамериый тор пламени: у — топлвввыа коллектор с форсуннамв; У вЂ” запзльнвв свеча; 3 — форкамера; 4, б — радиальные стабвлвваторм А — А Рис. 9.!9. Конструктивные схемы л. б — с сазмепгсвнымв звввхрвтелсм внкрвтелем: 1 — корпус форсупкн; внзрвтель; б — сопла 454 пентробедсных форсунок: в соплом; з — с рвздезптельвымп соплом в зау — заглуыка; а — сонно-завнкрнтель: а — за- %~ Подводящие трубопроводы и коллекторы выполняются из цельнотянутых трубок, соединенных между собой с по-,: мощью резьбовых ниппельных соединений, сварки или пайки, причем ниппельные резьбовые соединения внутри форсажной камеры, как правило, не при'- меняются ввиду их недостаточной надежности по герметичности соединения.
Коллекторы и стабилизаторы наиболее часто устанавливаются в следе друг за другом, при этом форсунка располагается на некотором расстоянии (100 ... 150 мм) впереди стабилизатора. Это делается для того, чтобы до подхода к задней кромке стабилизатора получить перемешивание топлива с наибольшим количеством газа (наибольший размер поперечного сечения факела топлива) и испарение значительной части капель жидкого топлива. Капли топлива, попадающие на поверхность стабилизатора, образуют жидкую пленку, которая охлаждает стабилизатор и, стекая с задних кромок, обогащает зону обратных токов, благодаря чему расширяется диапазон устойчивого горения в форсажной камере.
Распыливание жидкого топлива производится с помощью центробежных илн струйных форсунок, которые обычно приваривают к коллекторам. Примеры конструкций центробежных форсунок показаны на рис, 9.!2 124, 35). Форсунки располагают иа- р . 9,И, Коллектор со струйными форсуиками-распылителями.
у — форсунка-распывнтель; у — коллектор встречу потоку газа для получения меньшего диаметра капель топлива благодаря дроблению их встречным потоком. В связи с тем, что скорость газового потока в месте расположения форсунок весьма велика, удовлетворительную мелкость распыливания можно получить с помощью струйных форсунок- распылителей. Пример конструкции такого распылителя показан на рис. 9.!3. Оси отверстий струйных форсунок диаметром 0,3 ...
0,8 мм, как правило, располагают поперек или под некоторым углом к направлению потока. Дробление струи топлива на капли происходит под действием газового потока. Для повышения равномерности распределения топлива иногда при е м няют ударно-струйные форсунки, для чего перед отверс. 9,!4 . с иями форсунок устанавливают отбойную пластинку (рис., ).
Струя топлива, ударяясь о пластинку, равномерно растекаетс т я вдоль нее и поступает в поток газа. Большое значение для воспламенения и горения топлива имеет стабильность локального состава смеси вблизи стабилизатора 1181. При изменении режимов работы двигателя существенно меняется давление топлива, а следовательно, скорость истечения топлива из форсунки, конфигурация топливного факела и мелкость распыла, что приводит к изменению локального состава й смеси вблизи стабилизатора.
Задача достижения необходимо стабильности может быть решена применением форсунок с изменяемым проходным сечением сопла. В коллекторе с такими форсунками (рис. 9.15) площадь отверстия изменяется вследствие движения иглы 3 относительно отверстия 2 прн упругой деформации коллектора 4 под действием давления. При увеличении давления игла 3 опускается вниз и площадь проходного сечения отверстия 2 4бб А-А Перепад дадленил теплила 457 Рис. 9.14. Коллектор с ударио-струйными фор.
пупками: 1 — отбойная пластинас 2 — коллектор; 3 — отвер- стие форсунки; 4 — направление потока газа увеличивается. Там же на рис. 9.15 показаны сравнительные расходные характеристики форсунок постоянной и изменяемой геометрии. Для обеспечения устойчивого и эффективного горения форсажного топлива в широком диапазоне высот и скоростей полета самолета (изменение расхода топлива в 10 ... 15 раз) и степени форсирования (от 1,1 ... 1,2 до 1,5 ...
1,7) применяют многокаскадную систему подачи топлива в форсажную камеру. С этой целью во фронтовом устройстве перед стабилизаторами пламени устраивают по нескольку коллекторов с форсунками (рис. 9.16). При большом расходе форсажного топлива включены оба каскада коллекторов. При снижении расхода топлива (увеличении высоты или снижении скорости полета)до определенной величины второй каскад коллекторов 8 (рис. 9.15) отключают, давление в первом каскаде 2 увеличивается. Увеличение расхода топлива восстанавливает подачу топлива во второй каскад. Изменение степени форсирования осуществляется измененяем расхода топлива прн перемещении рычага управления двигателем (РУД) в пределах форсажных режимов.
При перемещении РУД в сторон то о у Рис. 9.15. Форсувкз изменяемой геометрии: а — форсунка: б — расходные характеристики форсунок; 1 — направлеяве потока газа; 2 — отверстие: 3 — игла регуляроеочиая; 4 — коллектор: б — форсунка изменяемой геометрии, б — форсунка постоянной геометрии 456 Рис. 9.16. Стабилизатор пламени с двумя каскадами топливиык коллекторов: 1 — труба подвода топлива к коллекторус 2 — коллектор 1-га каскада; б — коллектор 2-го каскада; 4 — стабилизатор пламени у меньшения степени форсирования по сигналу,определенного положения РУД отключается подача топлива на некоторые из стабилизаторов фронтового устройства, например на внутренний или наружный. При обратном движении РУД подача топлива восстанавливается.
Таким приемом удается сохранить локальный состав смеси вблизи стабилизаторов в пределах зоны устойчивого горения и удовлстворительное распределение топлива по сечению форсажиой камеры. В настоящее время получили широкое распространение устройства для испарения жидкого топлива, так называемые карбюраторы, расположенные внутри стабилизатора (рнс.
9.17) и предназначенные для обеспечения устойчивой работы форсажной к еры на бедных смесях (ав > 3). Внутри стабилизатора б расположена трубка 2, снабженная заборным патрубком и, ер з ам п,ч ез Рис, 9.17. Стабилизатор с карбюратором: ! — коллектор с форсуикамн карбюраторов; 2 — трубка карбюратора; 3 — забориик карбюраторе; 4 — отверстия подачи газа в зову циркуляции; з — отверстия подачи карбюраторяой смеси в зону циркуляции; б — сгабвлизагор который в трубку 2 поступает газ из встречного потока и топливо через форсунку 1. В трубке 2 топливо испаряется, перемешивается с газом н образовавшаяся однородная смесь через отверстия 5 вытекает в зону циркуляции стабилизатора, В стенке стабилизатора выполнены отверстия 4, через которые к струйкам однородной смеси из отверстия 5 вытекают струйки газа из основного потока.
Трубка 2, хотя и расположена в горячей зоне циркуляции, не выгораег, так как охлаждается топливом, поступающим нз форсункн 1. Конструкция фронтового устройства, а также и других элементов форсажной камеры должна быть выполнена с учетом компенсации температурных расширений на различных режимах работы. На бесфорсажных режимах работы температура внутренней стенки диффузора, стабилизаторов и коллекторов примерно одинакова, так как все эти элементы омываются потоком газа за турбиной. На режиме форсажа температура стенок диффузора практически не изменяется, температура стабилизаторов повышается на 200 ... 300' вследствие подогрева его горячими продуктами сгорания, циркулирующими в зоне обратных токов, а температура топливных коллекторов и трубопроводов снижается на 300 ...
400' в результате охлаждения их топливом. При отключении одного нз каскадов возникает разность температур между коллекторами. Возникающая прн этом разность температурных расширений, чтобы не допустить деформации и высоких напряжений в элементах конструкции, должна быть компенсирована возможностью свободного относительного перемещения этих элементов. С этой целью крепление стабилизаторов к корпусу днффузора и коллекторов к стабилизаторам или корпусу днффузора, а также коллекторов между собой производится с помощью шарнирных звеньев, как это, например, показано на рис. 9.16. Вывод трубопроводов подвода топлива к коллекторам также производится О помощью подвижных сферических соединений.
9,4,2, Жаровая труба Жаровая труба представляет собой тонкостенную цилиндрическую илн коническую оболочку, ограничивающую определенный объем, необходимый для сгорания форсажного топлива. Передним концом жаровая труба крепится к корпусу фронтового устройства форсажной камеры, сзади к жаровой трубе присоединяется регулируемое реактивное сопло.
Наружная стенка жаровой трубы обычно выполняется из листового жаропрочного материала, однако в форсажных камерах ТРДДФ для снижения массы наружную стенку часто выполняют из листового титанового сплава, Длина жаровой трубы составляет 1,2 ... 2,0 м, диаметр до 1,2...1,5 м. Важнейшее значение для конструкции жаровой трубы имеет обеспечение необходимой температуры ее оболочки. С этой целью, 458 во-первых, распределение топлива по сечению форсажной камеры выполняют неравномерным — уменьшают подачу топлива в перифернйн с о" ф "ный слой газового потока, во-вторых, организуют охлака выхо яждение наружной оболочки с помощью газового потока, в дщего из турбины, воздуха второго контура и отбора воздуха нз внешнего потока, обтекающего самолет. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
