Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 48
Текст из файла (страница 48)
7.5, влияиие скорости газа иа энергию воспламенения и ллительдит, если в момент разряда со- кость разряда. СтаВ СМЕСИ НаХОДИтСЯ В ПРЕДЕ- Х и=За м7е' ТО=За мге: ВГ У=!З м7е; лах области распространения — — — аятимятьяяя ллительиьеть РяяРяля. пламени. При таких обстоятельствах для достижения воспламенения увеличение частоты разряда, по-видимому, должно быть более эффективным, чем увеличение энергии разряда. Другим способом разрешения проблем наземного запуска является введение некоторого запаздывания или опережения подачи топлива в камеру сгорания для того, чтобы повлиять на состав смеси вблизи свечи. В работе 1111 исследовалось влияние частоты разряда на характеристики высотного запуска камеры сгорания двигателя Я-33 и было обнаружено, что воспламеняющая способность свечи слегка повышается при увеличении частоты разряда от 2 до 150 в секунду.
По-видимому, частота разряда имеет значение только в случае, если она достаточно велика для того, чтобы очередной разряд происходил в объеме газа, нагретого предыдущими разрядами. 20 50 40 50 50 00 700 11лия7ельнасаь разряда, мкс от 30 до 90 мкс, причем наибольшая величина соответствовала стехиометрической смеси. Было также установлено, что величина оптимальной продолжительности разряда не зависит от уровня турбулентности, но уменьшается с увеличением скорости потока.
Измерения минимальной энергии воспламенения при распыливании керосина в потоке воздуха 1101 подтверждают, что оптимальная продолжительность разряда с увеличением скорости потока уменьшается. В этой же работе показано, что оптимальная продолжительность разряда увеличивается с ростом среднего размера капель в факеле распыливания. Типичные результаты, иллюстрирующие этот эффект, приведены на рис. 7.5. 246 Глава т Волее высокая частота разряда, вообще говоря, предпочтительна, особенно в тяжелых для воспламенения условиях, но для системы зажигания данного размера увеличение частоты разряда может быть достигнуто только за счет уменьшения энергии искры.
Опыт показывает, что при частотах ! — 2 разряда в секунду (в зависимости от условий применения) получаются наименьшие затраты энергии и наиболее компактные системы зажигания. Система зажигания высокой энергии Электрическая схема стандартной 12-джоулевой системы зажигания показана в несколько упрощенном виде на рис. 7.6,а. Индукционная катушка с электромеханическим прерывателем 3 Рис. 7.6. Схемы систем зажигания высокой энергии (3]. а †стандарт» система; б †транзисторн снстеиа. а) ! — к свече зажигания! 2-дросселщ 5 — разРядник; 4 — вмпрнмитель; 5 в нидукпвонная катушка; 5 в прерыватель; 1 — резистоР утечки; 8 в конденсатор: У вЂ резист гальванической связи. б) ! — защитный диод; 2 †сопротивление смещения )пусковой резистор); 5 †разрядн дросселтп 4 †резист утечки; 5 в резистор гальванической связи: 5 †резист.
заряжает накопительный конденсатор от источника постоянного тока (24 В) через высоковольтный выпрямитель до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с напряжением пробоя в межэлектродном промежутке разрядника. Накопитель 247 Воспламенение смеси а камере сгорания разряжается через этот промежуток, дроссель и свечу поверхностного разряда, соединенные последовательно.
С помощью дросселя устанавливают необходимую продолжительность разряда. Резистор утечки используется для того, чтобы обеспечить сток запасенной в накопителе энергии на случай, если он останется в заряженном состоянии после отключения электропитания системы. На рис. 7.6, б изображена более совершенная система. Здесь генератор напряжения с виброконтактами заменен на транзисторное заряжающее устройство с целью увеличения ресурса всей системы, который в противном случае определялся бы износом контактов [3]. В настоящее время выпускаются системы зажигания различных типов для удовлетворения разнообразных требований к летательным аппаратам н их двигателям. Существуют одно- и двухканальные системы с уровнями накопляемой энергии между ! и 12 Дж. В некоторых системах зажигания используется апериодический (однополярный) разряд с тем, чтобы увеличить количество выделяемой в искре энергии.
При особенно высоких температурах окружающего воздуха применяются системы зажигания, охлаждаемые топливом. Поиожение свечи В ранних конструкциях газотурбинных двигателей свечи располагали достаточно произвольно, принимая во внимание главным образом удобство сборки и замены. Теперь считается общепризнанным, что положение свечи имеет определяющее влияние как на характеристики воспламенения, так и на ее срок службы. Очевидным соображением при выборе наилучшего расположения свечи является то, что она должна находиться в пределах первичной зоны так, чтобы ядро горячего газа, созданное искрой, переносилось возвратным течением вверх, против направления основного потока.
Это предполагает механизм воспламенения, при котором локальный объем воспламенившегося газа остается в зоне возвратного течения, циркулируя в этой зоне и одновременно распространяясь вовне ее, пока, наконец, вся первичная зона не будет заполнена пламенем. Опыт показывает, что наиболее выгодно располагать свечу вблизи осевой линии жаровой трубы около топливной форсунки. К сожалению, это положение неприемлемо вследствие трудности доступа к свече и ее влияния на структуру течения газа. Более того, рабочая поверхность свечи в этом случае, вероятнее всего, быстро покроется отложениями углерода и будет повреждена по причине перегрева. Поэтому обычно свечу располагают на цилиндрической части жаровой трубы, вблизи 248 Глава У наружного края факела распыленного топлива.
Но при этом очень важно, чтобы свеча не подвергалась чрезмерному смачнванню жидким топливом ни при непосредственном попадании на нее капель топлива из форсунки, ни в результате течения пленки жидкого топлива по стенке жаровой трубы. Верхняя часть свечи должна быть погружена внутрь жаровой трубы настолько, чтобы она выступала (или почти выступала) за пределы слоя охлаждающего воздуха, текущего вдоль внутренней поверхности стенки жаровой трубы. Вообще говоря, увеличение глубины погружения свечи в поток повышает ее воспламеняющую способность, но сокращает срок службы. Оптимальная глубина погружения может быть определена в испытаниях, проводимых при максимальном давлении в камере со свечой, в торцевую часть которой вставлена термопара.
Вначале свеча устанавливается заподлицо со стенкой жаровой трубы, а затем глубина ее погружения в поток постепенно увеличивается до тех пор, пока термопара не покажет резкого повышения температуры. После этого глубину погружения слегка уменьшают, выбирая тем самым окончательную позицию свечи. Температура торцевой части свечи ни при каких условиях не должна превосходить 600'С. Для большинства промышленных газотурбинных установок проблема запуска не стоит столь остро, поскольку последствия неудачной попытки воспламенить смесь в камере для них значительно менее суровы, чем в случае двигателя на самолете. Обычное воспламеняющее устройство для стационарных ГТД конструируется таким образом, чтобы после запуска его можно было извлечь и не устанавливать до тех пор, пока оно не понадобится снова. Такое решение имеет много привлекательного, так как оно позволяет помещать свечу в самое выгодное для воспламенения положение и при этом избегать всех проблем, связанных с возмущением потока газа в камере и сроком службы свечи.
Если газотурбинная установка работает на легких продуктах перегонки нефти, то часто используют факельные воспламенптели, питаемые тем же топливом. Но если топливом является мазут, то воспламенитель должен отдельно снабжаться газовым или легким жидким топливом. Газовые добавки Влияние добавок газообразного топлива на пределы воспламенения исследовалось при использовании керосина в качестве основного топлива ~13], В ряде опытов газовое топливо (его состав в работе не указан) вводилось в воздушный поток перед камерой сгорания, в других опытах оно подавалось непосредственно в зону разряда свечи зажигания. На рис. 7.7 показаны типичные результаты этого исследования.
Из них следует, 249 Воспламенение смесн в камере сгорания чзо пределы воспламенения могут быть расширены, в данном случае в область более низких давлений, посредством локального подвода газообразного топлива в зону искрового разряда. Этот вывод полностью согласуется с наблюдениями автора 1101, свидетельствовавшими о том, что главным препятствием воспламенению является недостаток испаренного топлива в зоне искрового разряда. 45 Добавка кислорода к о: Самоаоспяаменя2ощиеся добавки Ряд веществ самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом, и при этом происходит интенсивное выделение тепла. Как показывают опыты, небольшие количества (около 2 см') таких самовоспламеняющихся топлив очень эффективны при их подаче с помощью трубки в первичную зону камеры сгорания [2].
При низких давлениях воспламенение значительно облег- 40 чается, если в первичную зону камеры подводится кислород 1!41. Испытания камеры сгорания двигателя «Протей» пока- 55 зали, что при давлении 14 кПа добавка кислорода в количестве 0,5 0/0 от расхода воздуха через камеру позволяет втрое зо увеличить предельный расход воздуха, при котором возмож- 0 0,2 04 О,Б 0,0 но воспламенение 1151. Подоб- 0'ср ные же результаты были полу- чены с трубчато-кольцевой ка- рпс.
7.7. Влияние газовых добавок мерой сгорания — 0,4 % кисло- нв пределы воспламенения 113]. рода дали увеличение предель- Π— керосин; хз — добавка 2% газа на входе в камеру сгорания; А — добавка 1зв газа НОГО ДЛЯ ВОСПЛаМЕНЕнни Рас иа входе в камеру сгорании; Я вЂ” добавка 0,20% газа через свечу зажигания; Π— до- Хода ВОЗДука В 3,5 Раэа' банка в,зззз газа через свечу зажигании. В обеих сериях испытаний кислород подавался через воздушную щель пневматической топливной форсунки. Так как кислород обычно имеется на борту самолета, он представляет собой заманчивое средство улучшить характеристики высотного запуска в условиях, когда традиционные способы не дают желаемого результата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
