Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 65

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 65)

Хотя создатель одного из первых авиационных ГТД Уиттл, исходя из соображений стоимости, доступности и удобства в обращении, остановил свой выбор на керосине, многие другие специалисты считали, что в результате естественного научно-технического прогресса будут созданы двигатели, работающие на различных газообразных, жидких |и даже твердых пылевидных топливах. Однако этот ранний оптимизм довольно быстро угас, по крайней мере в отношении авиационных двигателей, поскольку вскоре было установлено, что требованияк летательным аппаратам идвигателям накладывают жесткие ограничения на физические и химические свойства топлив. В результате многочисленных исследований были получены важные сведения о свойствах топлив и влиянии их на эффективность, безопасность и надежность авиационных двигателей и самолетов.

Полученные данные позволили устранить или смягчить многие чрезвычайно сложные проблемы, однако время от времени все-таки возникают различные новые проблемы, обусловленные главным образом требованиями увеличения скорости, дальности и высоты полетов. В конце 60-х гг.

озабоченность широких общественных кругов в связи с загрязнением воздушной среды продуктами сгорания привела к изданию законов, ограничивающих выбросы вредных веществ, прежде всего окиси углерода, несгоревших углеводородов, дыма и окислов азота. Действие этих законов и ограничений, а также традиционное для авиации стремление пользоваться топливами высшего качества способствовали тому, что авиационные топлива, применяемые в настоящее время, мало чем отличаются от керосина, который использовал Уиттл.

Вообще говоря, для каждого конкретного применения летательного аппарата оптимальным следует считать тот сорт топлива, который наилучшим образом обеспечивает компромисс между противоречивыми требованиями, выдвигаемыми нефте- 334 Глава 9 перегонной, двигателестроительной, самолетостроительной отраслями промышленности и авиатранспортными организациями. Для гражданской авиации основными требованиями являются безопасность, надежность, низкая стоимость и простота обслуживания. Для военной авиации стоимость топлива играет второстепенную роль по сравнению с его качеством, доступностью и простотой использования даже при нестандартных условиях.

Промышленные и судовые газотурбинные двигатели могут успешно конкурировать с дизелями только при условии использования очень дешевых сортов топлива, таких, как мазут или остаточные горючие газы перегонки. Использование газообразных топлив, как правило, не создает каких-либо проблем, однако сжигание мазутов сопровождается образованием золы. а иногда и больших количеств дыма.

Попытки сжигания твердых пылевидных топлив в газотурбинных установках открытого цикла окончились неудачей. Однако развитие методов сжигания твердых топлив в псевдоожиженном слое может коренным образом изменить эту ситуацию. В настоящее время доминирующими в топливной проблеме являются вопросы стоимости и доступности топлива. С 1973 г.

до наших дней стоимость сырой нефти на мировом рынке резко (в 3 — 4 раза) возросла. Такое сильное изменение цен оказало существенное влияние на экономическое положение развитых индустриальных стран и наглядно продемонстрировало ограниченность ресурсов жидкого топлива. Теперь очевидно, что к концу текущего столетия потребности в нефти и высококачественных нефтяных продуктах полностью удовлетворить не удастся. Поэтому в настоящее время предпринимаются попытки приспособить энергетику и промышленность к возникшему положению вещей.

В этом плане помимо различных мер по экономии топлива также рассматриваются возможность использования других сырьевых источников энергии и снижение требований к качеству авиационных топлив. Наибольший интерес в качестве альтернативных источников сырья представляют горючие сланцы, нефтеносные пески, тяжелые сорта нефти и каменный уголь.

Рассматривается возможность использования в более отдаленной перспективе таких топлив, как метан и водород. Все эти топлива должны соответствовать требованиям, предъявляемым к авиационному двигателю и топливной системе, а затем уже — к конструкции самолета и условиям нормального обслуживания. 'Что касается камер сгорания, то в связи с изложенным потребуются определенные изменения в их конструкции и направлении доводочных работ. В основном это относится к разработке конструкций форсунок, которые могли бы работать на различных топливах, а также к организации процесса горения, обеспечивающего минимальное образование сажи.

Топллва длл гааотурблллыа двигателей 335 В настоящей главе рассматриваются прежде всего основные свойства применяемых жидких и газообразных топлив и влияние, которое они оказывают на характеристики н конструкцию камер сгорания. Определенное внимание уделяется также специфическим требованиям к авиационным топливам и некоторым проблемам, связанным с топливами для промышленных газотурбинных установок. Приведены некоторые соображения, относящиеся к альтернативным и синтетическим топливам. Вопросы, связанные с мировыми запасами нефти, их доступностью, рыночной конъюнктурой и т. п., почти не обсуждаются, так как, по мнению автора, они выходят за рамки задач настоящей книги. Упомянутые и многие другие аспекты топливной проблемы были достаточно подробно рассмотрены в опубликованных недавно работах 11 — 71.

КЛАССЫ УГЛЕВОДОРОДОВ Сырая нефть как известно, залегает на различных глубинах — под землей и под морским дном — почти во всех частях света, однако в промышленных масштабах она добывается в основном только в четырех регионах: на Ближнем Востоке, в Советском Союзе, Северной Америке и в Карибском бассейне. До сих пор наука не располагает точными данными о происхождении нефти, хотя известно, что она образовалась в далеком прошлом в результате разложения остатков животных и растительных организмов.

Сырые нефти представляют собой чрезвычайно сложные смеси газов, жидкостей и растворенных твердых веществ, которые в основном состоят из углеводородов с небольшими примесями азотосодержащих веществ и сероорганических соединений. Обычно они содержат также следы различных металлов. Чистые углеводородные топлива состоят только из двух элементов — углерода (С) и водорода (Н). При нормальных давлении и температуре они могут быть газообразными, жидкими или твердыми в зависимости от числа атомов углерода и структуры их молекул. У газообразных углеводородов число атомов углерода не превышает четырех; у твердых — больше 20; в промежутке между этими значениями располагаются жидкие углеводороды [8). Обычно принято подразделять углеводороды, входящие в состав нефтяного топлива, на четыре основных класса: парафины, олефины, нафтены и ароматические углеводороды.

Свойства топлива в значительной степени определяются пропорцией, в которой эти углеводороды в нем представлены. Парафины Парафиновые нефти встречаются в основном в США, Северной Африке и Нигерии. Общая для парафинов формула СаНт,+т. 336 Глава Р Простейший из углеводородов, метан, относится к этой группе; его молекулу можно представить в виде Н ! Н вЂ” С вЂ” Н н Метан, СН4 Иногда атомы водорода опускаются; тогда молекула метана изображается в виде — С вЂ” Метан, СНз Другие нормальные парафины строятся из молекул метана в виде прямых неразветвленных цепей, например Н Н ! ! ! ! Н вЂ” С вЂ” С вЂ” Н или — С вЂ” С вЂ” Этан, СзНз ! ! ! ! Н Н ! — С вЂ” [.' — С вЂ” Пропал, СзМз и т. и. ! ! ! Кроме нормальных парафинов существуют также изопарафины, которые имеют разветвленную цепную структуру, например СНз СНз ! ! Диметилгексан, СзН>з(СНз)з СНз — СН вЂ” СНз — СН вЂ” СНз — СНз Опефины Обшая формула для олефинов СзНз„.

Обычно в сырой нефти нет олефинов, однако они образуются в процессе конверсии при перегонке нефти. Олефины принадлежат к классу ненасыщенных углеводородов; это значит, что нх молекулы содержат меньше теоретически допустимого числа атомов водорода. Вследствие этого они обладают высокой химической активностью, легко вступают в реакцию с большим числом различных соединений, образуя при этом смолы и резинообразные ве- В современных авиационных топливах содержится, в зависимости от месторождения сырой нефти и процесса ее дистилляцни, от 35 до 45 о>о парафиновых углеводородов.

Вообще говоря, от других видов топлив парафины отличаются более высокими значениями отношения водород/углерод, меньшими плотностями и большей массовой теплотворной способностью. Они обладают высокой термостабильностью и при сгорании не образуют нагара н дыма. ззу топлива дпп гапотурбиииык двигатппвй шества.

В связи с этим присутствие олефинов в газотурбинных топливах весьма нежелательно. В молекулу олефина должны входить по крайней мере два атома углерода, и поэтому самой легкой молекулой этой группы углеводородов является этилен СзН4. Более сложные молекулы олефннового ряда образуются присоединением группы СНз, ! ! ! ! ! ! ! ! ! С=С С=С вЂ С С=С вЂ С вЂ ! ! ! ! ! ! Этнлен, Сана Пропилеп. СзН6 Бутилен. Сана Поскольку олефины образуются обычно только в процессе крекинга, то в дистиллятах прямой гонки их содержится очень мало. Крекированные топлива, однако, могут содержать до 25 676 олефинов.

Характеристики

Список файлов книги