Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Стенки из жаростойкой кирпичной облицовки обладают двумя существенными достоинствами: 1. Они стойки к воздействию сильно светящихся пламен при сжигании тяжелых топлив типа мазута; 2. При высокой температуре стенки не происходит образования сажи и замораживания промежуточных реакций вблизи стенки. Кроме того, такая облицовка позволяет значительно уменьшить тепловые потоки к стенкам жаровой трубы [23[, как это показано на рис. 8.49. Таким образом, для охлаждения жаровой трубы потребуется меньше воздуха, и большее его количество будет поступать в зону разбавления для формирования необходимого радиального профиля температуры газа.
Опыты показывают [65[, что для охлаждения стенок жаровой трубы с жаростойкой кирпичной облицовкой достаточно 5 »/» от расхода воздуха через камеру сгорания; в то же время при обычном пленочном охлаждении такой же жаровой трубы необходимо от 20 до 30 7» расхода воздуха. Серьезным препятствием на пути внедрения жаровых труб с кирпичной облицовкой являются трудности в креплении кирпичей к металлической стенке. В камере сгорания стационарной газотурбинной установки в Орусе каждый кирпич укладывается в отдельную ячейку специальной армирующей металлической конструкции.
Кирпичи имеют толщину 2,5 см и образуют сплошную облицовку внутренней поверхности жаровой трубы. Кирпичи на 80 7» состоят из глинозема и имеют коэффициент теплопроводности 1,73 Вт/(м К). Описанная конструкция жаровой трубы обладает ресурсом свыше 10000 ч [66[. Наиболее серьезной проблемой, которую необходимо решать в связи с применением жаростойкой кирпичной облицовки, является образование окалины, возникающей вследствие добавок 329 теппопередача к топливу веществ для предотвращения образования золы в турбнне. Окалина интенсивно образуется, когда в состав кирпичей входят магний, каолин и кремнезем [67].
Указывается, что после 700 ч работы такой камеры огневая поверхность кирпичной облицовки была покрыта темнокоричневым слоем стеклообразной окалины толщиной -1 см. Образование окалины можно уменьшить, используя облицовку с малой поверхностной пористостью. Охлаждение облицовки также оказывает влияние на образование окалины. Например, небольшой проток воздуха над рядом кирпичей вблизи топливных форсунок эффективно противодействует образованию окалины [67]. Этот ряд кирпичей обычно является самым горячим, и на него больше попадает топливо, что способствует образованию окалины. Высокотемпературные материалы Хотя имеется значительный опыт разработки и использования никелевых сплавов с хорошими прочностными характеристиками при повышенных температурах, работы по совершенствованию таких сплавов продолжаются. Однако ожидаемое улучшение свойств этих сплавов представляется гораздо более.
скромным по сравнению с потенциальными возможностями жарспрочных металлических материалов и стойких к окислению керамик. Такие жаропрочные металлы, как хром, ниобий, молибден, тантал и вольфрам, гораздо прочнее никелевых сплавов при температурах выше 1200 К. Однако некоторые из них трудно поддаются обработке, и все они сильно окисляются даже при кратковременном воздействии высокой температуры. Широкое применение этих металлов возможно только при нанесении на них жаростойких покрытий с хорошими адгезионными свойствами и большим сроком службы.
Пока такие покрытия не разработаны, но все равно их применение для жаровых труб сложной формы вызвало бы значительные затруд. пения. Привлекательной альтернативой жаропрочным металлам выглядит применение керамических материалов. Некоторые из них достаточно прочны и устойчивы к окислению при более высокой температуре, чем та, которую выдерживают незащищенные металлы и сплавы.
Перспективны керамические материалы на основе кремния, особенно карбид и нитрид кремния [68]. Нитрид кремния менее чувствителен к тепловым ударам, чем карбид кремния; однако последний обладает большей жаропрочностью при температурах выше 1770 К. Основное достоинство нитрида кремния заключается в том, что он сохраняет стабильность формы и размеров ((0,1 '/о) в условиях камеры сгорания [68]. ззо Глава в Измерения температуры стенки Обычно температуру жаровой трубы измеряют с помощью термопар, вставляемых в ее стенки. Для этих целей широко используются хромель-алюмелевые термопары, которые имеют погрешность измерений до 10 К.
Применять термопары целесообразно, когда требуется определить несколько локальных значений температур стенки. Однако значительное число установленных термопар может сильно изменить картину течения воздуха в охлаждающем тракте жаровой трубы. Поэтому для измерения температур часто применяют температуроиндикаторные краски (термокраски).
Существует целый набор термокрасок, каждая из которых изменяет цвет только при определенной температуре. Этот способ позволяет легко и быстро получить информацию о температуре поверхности жаровой трубы, не нарушая течения воздуха в кольцевом канале и не применяя никакого инструментального оборудования. Термокраски и методика измерений с их помощью описываются в работе [73!. Необходима искусная интерпретация цвета термокрасок; однако при большом опыте работы с ними можно определять температуру стенок с погрешностью около 30 К.
ОБОЗНАЧЕНИЯ А— А,— А„— С— площадь поперечного сечения канала; площадь поверхности корпуса камеры; площадь поверхности жаровой трубы; конвективный тепловой поток от продуктов сгорания к жаровой трубе, Вт/мт; конвективный тепловой поток от жаровой трубы к воз- духу в кольцевом канале, Вт/мт; коэффициент турбулентного смешения, формула (8А5); корректирующий коэффициент излучательной способ- ности углекислого газа по давлению; С Ссо,— Основными недостатками нитрнда кремния и других керамических материалов, несмотря на их жаростойкость, являются хрупкость и недостаточная деформируемость по сравнению с металлами.
Если все же использовать указанные выше уникальные свойства керамик, то из-за их хрупкости и недостаточной деформируемостн придется создавать новые конструкции жаровых труб. В настоящее время камеры сгорания из керамических матералов находятся пока в стадии исследований, однако имеются большие надежды на их внедрение 169 — 72]. Практическое применение керамик будет начато, по-видимому, с отдельных участков камер сгорания промышленных газотурбинных установок.
тепеепередача 331 Сн,о — корректирующий коэффициент излучательной способности водяного пара по давлению; С/Н вЂ” массовое соотношение углерода и водорода в топливе; ср — геплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг.К); 0 — диаметр; На1 — гидравлический диаметр; г", — угловой коэффициент; Й вЂ” коэффициент теплопередачи; К вЂ” кондуктивный тепловой поток вдоль стенки; й — коэффициент теплопроводности; Š— коэффициент светимости; А„— длина жаровой трубы; 1» — средняя длина пути луча, м; М вЂ” число Маха; т= (р(/),/(рУ),— отношение массовых скоростей воздуха и продуктов сгорания; т — расход; тл.„— расход охлаждающего воздуха на единицу охлаждаемой поверхности, кг/(ма с); 11п — число Нуссельта; Р— общее давление, кПа; р — парциальное, статическое давление, кПа; Я вЂ” тепловой поток, Вт/мю; Я1 — лучистый тепловой поток от пламени к жаровой трубе, Вт/мю; Яю — лучистый тепловой поток от жаровой трубы к корпусу камеры, Вт/м', Ке — число Рейнольдса; (хе, = рюУ,з/рю — число Рейнольдса, определенное по параметрам воздуха в щели; о = (х/гпз) яе-юлю.
И вЂ” число Стантона; з — высота щели; Т вЂ” абсолютная температура, К; Т, „— температура адиабатической стенки, К; АТ, — повышение температуры вследствие сгорания топлива, К; 1 — толщина козырька над щелью; — толщина стенки жаровой трубы; У вЂ” скорость; х — расстояние вниз по потоку от щели; а — поглощательная способность; е — излучательная способность; юю — массовое отношение топливо/воздух; т) — эффективность пленочного охлаждения; т1,— локальный коэффициент полноты сгорания топлива; 332 Глава а Индексы газ; первичная зона; ребро; стехиометри ческий; воздух; кольцевой канал; охлаждающий воздух; корпус камеры, охладитель; жаровая труба; среднее значение; щель; стенка жаровой трубы; внутренняя поверхность (стенка) жаровой трубы; внешняя поверхность (стенка) жаровой трубы; продольное расстояние; характерное значение; огневая сторона жаровой трубы; внешняя сторона жаровой трубы; условия на входе в камеру сгорания; относительная или средняя величина.
п. з— Р стех— и— аи— ас— гп— 8— ш ш(— шо— х— 0— 1— 2— 3— Ч' — охлаждающая эффективность пористой стенки; Ог — отношение температур для пористой стенки; ц — коэффициент динамической вязкости, кг/(м с); р — плотность; о — постоянная Стефана — Больцмана, 5,67 10-в Вт/(м'Х хк). Топлива для газотурбинных двигателей ВВЕДЕНИЕ В первые годы после появления газотурбинных двигателей существовало широко распространенное мнение о том, что двигатели эти смогут эффективно работать на самых разнообразных и дешевых топливах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
