Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 74
Текст из файла (страница 74)
4. Высокая термостабильность, препятствующая засорению фильтров и образованию отложений на клапанах, регуляторах и других элементах топливной системы. 5. Низкое давление насыщенных паров, что обеспечивает снижение до минимума потерь на испарение при полетах на больших высотах. 6. Большая удельная теплоемкость, что обеспечивает эффективное поглощение тепла на высокоскоростных самолетах. Глава 9 Топливная система двигателя. Для обеспечения нормальной работы топливной системы важны следующие характеристики авиационных топлив: 1.
Хорошая прокачиваемость. Это значит, что они должны всегда находиться в жидком состоянии и с малым сопротивлением подаваться по магистралям к форсункам. По существу это требование низкой вязкости. 2. Отсутствие склонности к образованию засоряющих фильтры твердых веществ, в том числе кристаллов льда и парафинов. Образование льда устраняется добавлением присадок или нагревом топлива. Образование твердых парафинов связано с низкой термостабильностью топлива и наличием в нем смолообразующих веществ.
3. Низкое давление насыщенных паров, что уменьшает вероятность образования паровых пробок. 4. Хорошие смазывающие свойства, что уменьшает до минимума износ топливных насосов. Эти свойства обеспечиваются либо наличием, либо добавлением в топливо высокополярных соединений (см. раздел, посвященный смазывающим свойствам топлив).
Камера сгорания. Применительно к камерам сгорания от авиационных топлив требуются следующие характеристики: 1. Отсутствие загрязняющих включений, которые вызывают засорение узких каналов в топливных форсунках. 2. Хорошая способность к распыливанию, которая опреде.ляется в основном вязкостью. 3. Хорошая нспаряемость в условиях камеры сгорания. Интенсивность испарения зависит от летучести топлива и от мелкости распыливания, которая определяет суммарную величину поверхности распыленного топлива.
Максимальная скорость испарения свойственна топливам с малой вязкостью и высокой летучестью. 4. Минимальная склонность к образованию углерода, что обеспечивает низкий уровень излучения пламени и отсутствие нагара на поверхностях и дыма в выхлопных газах (более подробно этот вопрос рассматривается в гл. 11), Рабочие характеристики современных авиационных камер сгорания почти не зависят от свойств применяемого топлива. Вероятно, единственным исключением, когда свойства топлива становятся существенными, является режим повторного запуска после срыва пламени на большой высоте. На этом режиме качество распыливания, вообще говоря, несколько снижается, и поэтому малая вязкость и высокая летучесть топлива становятся весьма благоприятными факторами, способствующими .лучшему воспламенению и повышению полноты сгорания топлива.
топпива дпп газотурбинных двигатепея Современное поколение турбореактивных двигателей является результатом 30-летних конструкторских разработок и исследований. В течение этого периода конструкторы самолетов и двигателей могли предъявлять весьма жесткие требования к свойствам топлив, а нефтеперерабатывающая промышленность имела возможность эти требования удовлетворять. Однако произошедшее в последнее время повышение стоимости топлива и быстрое истощение источников нефти, несомненно, приведут к тому, что авиационной промышленности придется смягчить свои требования и согласиться с расширением фракционного состава используемых топлив и со снижением их качества.
Безопасные топлива Одной из главных опасностей в авиации является возможность возникновения пожара при аварийном приземлении. Топливо, вытекающее из поврежденных баков, может воспламениться от искры, возникшей вследствие трения, от горячих поверхностей или открытых пламен. Образовавшийся очаг горения при этом быстро распространяется по всем зонам, в которых величины отношения топливный пар/воздух находятся в пределах области воспламеняемости.
Один из методов снижения опасности возникновения пожара заключается в применении загущенных топлив, которые медленнее растекаются и обладают меньшей летучестью, чем обычные жидкие топлива. При повреждении бака с загущенным топливом резко снижается как скорость растекания топлива, так и скорость образования воспламеняющихся аэрозолей. Это позволяет увеличить период времени, в течение которого может быть произведена эвакуация пассажиров [45 — 50]. Загущенные топлива получают либо добавлением гелеобразующих веществ, либо эмульгированием. Гелеобразные топлива, их химические и реологическне свойства рассмотрены в работе [51[.
Углеводородные топлива могут быть превращены в гели с помощью ряда агентов, к числу которых относятся, например, пиролитическая окись кремния, ацетиленовая сажа и металлические соли некоторых органических кислот. Время превращения топлива может составлять от нескольких часов до миллисекунд. Гели сжижаются под воздействием тепла, давления и сильного трения. Эмульсии образуются при тонком диспергировании одной жидкости в объеме другой. Эмульгированные топлива обычно содержат около 97 % углеводородного топлива, - 1,5 % воды„ гликоля или формамида (сплошная фаза), остальное †эмульсификатор [43[.
Скорость распространения пламени для загущенного топлива намного ниже, чем для жидких топлив. Испытания Зхб Глава Р показали, что элементы топливной системы работают на сгущенных топливах вполне нормально [43]. Далеки от решения, од.нако, такие важные проблемы, как сохранение стабильности загушенного топлива при хранении, заправка и.слив топлива, измерение расходов и выделение воздуха на больших высотах. В связи с этим загущенные топлива в авиации пока не нашли широкого применения. ТОПЛИВА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Проблемы, возникающие при использовании мазутов в газо-турбинных установках, можно подразделить на две группы, одна из которых связана с процессом горения, а другая — с про.дуктами сгорания.
К первой группе относятся недостаточная эффективность процесса горения и трудности с запуском камер, т. е. проблемы, обусловленные большой вязкостью и низкой летучестью мазутов. В результате этого усугубляются трудности, связанные с дымлением двигателей и образованием нагара на форсунках. Однако при правильном выборе структуры течения воздуха, а также при обеспечении хорошего распыливания и необходимого времени пребывания топлива полноту сгорания в стационарных ГТД можно довести до весьма высокого уровня. Поэтому в настоящее время вполне реальна возможность создания даже очень крупных промышленных газотурбинных установок [12, 13, 52], Вторая группа проблем связана с образованием различного рода отложений, коррозией и выбросом вредных веществ.
Наиболее трудноразрешимой из них является проблема вольных отложений, которая в некоторых случаях приводит к совершенно неприемлемому снижению мощности через несколько сотен часов работы установки [53 — 57]. Помимо серы, содержание которой в топливе может достигать 5 а7а по массе, наибольшую озабоченность вызывает наличие следов пяти металлов: кальция, свинца, калия, натрия и ванадия. При соответствующей концентрации все они приводят к образованию отложений, а последние четыре из них могут вызвать эрозию турбинных лопаток [12]. В нефтяных топливах чаше всего содержатся натрий и ванадий.
Оба эти элемента допустимы только в малых количествах из-за их способности образовывать сложные легкоплавкие соединения, которые, находясь в полурасплавленном состоянии, вызывают коррозию металлов даже при низких (894 К) температурах [56, 57]. Естественно, что при столь низких температурах газа перед турбиной эффективность работы газотурбинной установки не может быть высокой. Этим объясняется необходимость введения ограничений на допустимый уровень концентраций металлосодержащих соединений в тяже- Толлнва для газоттлбннныя двнгателей 377 лых топливах, предназначенных для современных форсированных газотурбинных установок. Промывка водой для уменьшения содержания натрия и калия до заданного уровня и введение присадок на магниевой основе для нейтрализации коррозионного воздействия ванадия являются в настоящее время стандартными операциями подготовки тяжелых топлив. Массовое отношение магний/ванадий рекомендуется выбирать в пределах от 3 до 1 [12).
Эта присадка образует твердую золу, лишь небольшая часть которой прилипает к лопаткам турбины, постепенно снижая мощность установки. Однако эта сухая зола не обладает коррозионным действием в отличие от расплавленного вещества, которое может образоваться при использовании необработанного топлива. Уменьшение КПД турбины, вызванное отложениями на лопатках, может быть устранено различными способами, например, вдуванием ореховой скорлупы и остановкой турбины с одновременной промывкой и без нее [14). Наиболее эффективным является метод, при котором после остановки и охлаждения двигателя в камеру сгорания впрыскивают воду. Процесс очистки производится при прокручивании турбины и позволяет фактически полностью удалить все отложения на его горячих частях.
Остановка турбины на несколько часов без промывки, приводит к отслаиванию и отпадению чешуек отложений, образовавшихся при температурах (1172 К. После запуска установки они выдуваются из нее выхлопными газами. Наименьший эффект дает продувка воздухом с ореховой скорлупой,. поскольку при этом устраняется не более половины потерь в КПД из-за отложений. Однако этот метод обладает важным преимуществом, так как может применяться на работающей. установке.
При работе газотурбинной установки на тяжелом мазуте для облегчения прокачки его через трубопроводы и фильтры может потребоваться предварительный подогрев топлива. Подогрев может понадобиться также при использовании нефтей или тяжелых дистиллятов. В этом случае подогрев предотвращает вьделение смол и засорение топливных магистралей и форсунок. Минимальная вязкость топлива, однако, обычно ограничивается требованием обеспечения смазки топливного насоса и клапанов топливораспределительного устройства. Важное значение имеет также температура вспышки, поскольку она определяет необходимость установки противовзрывных устройств [14).
Существен также диапазон температур выкипания, так как он влияет на условия распыливания и летучесть топлива. Ранее уже отмечалось, что загрязнение топлива следами металлов способствует коррозии лопаток и образованию отложений. Другими важными химическими характеристиками. 378 гпааа Р топлив для промышленных газотурбинных установок являются отношение водород/углерод, которое влияет на образование сажи и дыма, а также концентрации азота и серы, превращаюзцихся в выхлопных газах соответственно в окислы азота и серы. Методы контроля за уровнем выбросов дыма и окислов азота описываются в гл. 11.
Дополнительные сведения о способах хранения, обработки л сжигания топлив для стационарных газотурбинных двигателей приведены в работах 158 — 601 АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ТОПЛИВА К другим ископаемым, которые могут быть использованы для производства газообразных и жидких углеводородов, относятся нефтеносные пески, горючие сланцы и каменный уголь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
