Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 73
Текст из файла (страница 73)
94. При выборе топлива для авиационных газотурбинных двигателей в основном руководствуются требованиями к топливной системе и характеристикам горения на больших высотах. Для судовых и стационарных двигателей главными, однако, являются вопросы стоимости топлива и обслуживания. В связи с этим следует напомнить, что дешевым является то топливо, которое в данное время и в данном месте имеется в избытке.
Обычно к ним относят мазуты и спутные газы. В некоторых случаях приходится принимать компромиссные решения; например, для автомобильного газотурбинного двигателя газойль предпочтительнее мазута, так как использование такого тяжелого топлива, как мазут, неизбежно приводит к усложнению топливной аппаратуры. Поскольку топлива для промышленных установок должны быть дешевыми, в них часто содержатся З79 Глава Ф Таблица 9.4 Приблизительное соответствие технических условий США н Англии ма некоторые топлива Сорт топлпна Англия США 1»ЕЙЭ 2485 М11-Сг-5572Е 1)ЕЙ)л 2486 3Р4 1»ЕЙ() 2494 АБТМ тип А-1 (ЮР8) 1)ЕЙБ 2498 ЮР5 Бензин (Ачйаз) Бензин широкой фракции (Ач(ад) Керосин (Ач1пг) Керосин с высокой температурой вспышки (Ачса1) Керосин термостабнльный (М-3) Керосин, термостабнльный (М-3 — 4) Топливо высокой плотности (смесь «шелл- дайн») 3Р6 3Р7 3Р9 обычно требуется проведение ряда предварительных операций [14[, таких, как 1) промывка — для удаления следов металлов (натрия и калия) и неорганических твердых включений; 2) добавление магниевых соединений — для нейтрализации ванадия в топливе; 3) фильтрация — для удаления твердых окислов, силикатов и других соединений, которые могут вызвать засорение топливных насосов, клапанов и форсунок.
ТОПЛИВА ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ При выборе топлив для авиационных газотурбинных двигателей необходимо учитывать широкий диапазон давлений и температур, при которых эксплуатируются самолеты. На высоте 12 км давление окружающей среды в 4 раза ниже, чем на уровне моря. В некоторых чрезвычайных условиях температура воздуха на высоте может падать до 193 К [26[, тогда как в тропических условиях у земли или при полетах со сверхзвуковыми скоростями температуры могут быть очень высокими.
Проблемы, связанные с возможным пребыванием топлива прн столь разнообразных условиях, подробно рассмотрены в работах [26, 10, 7, 30[. большие количества загрязняющих включений. Условия хранения и транспортировки топлива, а также обслуживания топливных систем в промышленности не соответствуют требованиям авиационных стандартов, поэтому попадание в эти жидкие топлива воды, солей и песка можно считать обычным явлением.
В связи с этим для подготовки обычных тяжелых топлив к использованию в авиационных газотурбинных двигателях топаиаа дяя газотурбинных двигателей Влияние уменьшення атмосферного давления Выделение растворенного воздуха. Все углеводородные топлива содержат в растворенном виде воздух. Количество растворенного в топливе воздуха пропорционально парциальному давлению воздуха, т. е. разности между атмосферным давлением и давлением насыщенных паров топлива [26]. При уменьшении атмосферного давления снижается растворимость воздуха в топливе (зависимость растворимости воздуха в керосине 15 6ю Е о ео 5 о в ~г я гв гл раипворамосмь воздуха, об. Ж Рис.
9.19. Влияние высоты полета нв растворимость вовлухв в топливе 137) от высоты полета показана на рис. 9.19). Таким образом, по мере набора самолетом высоты растворенный в топливе воздух начинает выделяться и через дренажные клапаны топливных баков вытекать в атмосферу, унося с собой пары топлива. При использовании керосинов потери эти незначительны, и ими вполне можно пренебречь. Кроме того, в современных самолетных системах устанавливаются подкачивающие помпы, благодаря которым воздух выделяется только в баках, а не в топливной системе, где возможно образование из-за этого «паровых пробок». При некоторых условиях, однако, раствор воздуха в топливе может стать пересыщенным.
В этом случае избыточное количество воздуха может выделиться внезапно, например в момент запуска подкачивающей помпы ]26, 43], когда возникает интенсивное турбулентное перемешивание топлива в баках. Кипение топлива. При постепенном увеличении высоты полета в некоторый момент времени давление насыщенных паров топлива становится равным атмосферному (рис. 9.8), и топливо начинает кипеть.
До наступления этого момента потери топлива из-за испарения обычно пренебрежимо малы, однако при кипении они могут стать значительными (26, 30]. Самолет, 24е 372 Глава У заправленный бензином, при полете на высоте 12 км может потерять из-за испарения до 10% запаса топлива. Другая проблема, связанная с кипением топлива, состоит в том, что образующиеся пары могут прервать подачу топлива в двигатель. Очевидно, что во избежание образования паровых пробок и потерь на испарение желательно использовать топлива с низким давлением паров. Другая возможность заключается в наддуве топливных баков. В большинстве гражданских самолетов давление в топливных баках поддерживается на том же повышенном уровне, что и внутри самолета. Влияние понижения температуры Ранее уже упоминалось, что при охлаждении топлива до температуры ниже 273 К в нем появляются кристаллики льда.
При дальнейшем охлаждении и достижении температуры кристаллизации в топливе начинают образовываться кристаллики парафина. Главной проблемой, связанной с образованием обоих видов кристаллов, является засорение топливных фильтров. В какой-то мере этого можно избежать подбором соответствующих материалов для фильтров. Другой подход к решению проблемы засорения фильтров льдом заключается в предотврашении самого процесса образования кристаллов льда. Этого можно достичь введением в топливо присадок антифриза, снижающего точку замерзания свободной воды до температуры, которая была бы ниже самой низкой температуры топлива в полете. Влияние повышения температуры При полете на больших сверхзвуковых скоростях температура жидкого топлива в баках постепенно повышается, что обусловлено динамическим нагревом планера самолета и передачей тепла от него к уменьшаюшейся с течением времени массе топлива.
Кроме того, топливо нагревается также в теплообменниках для охлаждения масла и гидросмеси и, в еще большей степени, в топливном насосе. Вследствие этого температура топлива, поступающего в камеру сгорания, может повыситься при полетных числах М, равных 2,2 и 3, до 473 и 533 К соответственно ]43]. При уменьшении расхода топлива, необходимого, например, для перехода на режим снижения самолета, температура топлива в топливной системе резко возрастает вследствие теплопередачи от конструкции двигателя. Проблемы, связанные с повышением температуры топлива, были рассмотрены в работах [2, 28, 41, 44]. Основная трудность при этом, как указывалось ранее, состоит в образовании смол и других нерастворимых твердых включений и отложении топлива длв газотурбинныт двигателей зуд этих веществ на рабочих поверхностях теплообменников, а также в фильтрах и топливных форсунках.
Керосины с большим содержанием парафинов, которые применяются в настоящее время в качестве реактивных топлив, обладают относительно высокой стабильностью. Однако следы неуглеводородных соединений в топливе могут оказаться менее устойчивыми и образовывать отложения. Некоторые ароматические соединения н высококипящие фракции также недостаточно устойчивы, поэтому предполагаемое в будущем повышение допустимого содержания ароматических углеводородов и температур кипения может существенно обострить проблемы, связанные с термостабильностью топлив. Если, как это ожидается в настоящее время, содержание ароматических углеводородов возрастет до 35 %, то это может потребовать существенных изменений в конструкции планера, двигателя и системы регулирования подачи топлива. Требования н авиационному топливу Техническими условиями на топлива для авиационных ГТД предъявляются значительно более жесткие требования, чем для газотурбинных двигателей других типов.
Основные требования„ учитывающие особенности самолета, топливной системы двигателя и камеры сгорания, приводятся ниже. Самолет. К топливам, используемым на самолете, предъявляются следующие требования: 1. Низкая стоимость и широкая доступность. 2. Низкая пожароопасность, т. е. низкое давление паров, напав летучесть, высокая температура вспышки и высокая электропроводность, при которой снижаются возможности накопления статического электрического заряда в процессе заправки топливом. 3.
Высокая теплотворная способность, обеспечивающая максимальную дальность полета или максимальную полезную нагрузку. В зависимости от того, какие ограничения налагаются на самолет — по массе или объему,— теплотворную способность при проектных оценках относят либо к единице массы, либо к единице объема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
