Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Качество некоторых из них настолько высокое, что требует лишь проведения обычного процесса разгонки, тогда как остальные настолько низкосортны, что качество получаемых из них топлив даже после проведения интенсивного процесса очистки остается во многих отношениях на весьма низком уровне. Нефтеносный песок Битумы встречаются в природе в естественном виде, однако их непосредственное использование затруднительно вследствие того, что они прочно связаны с горными породами и песком. В работе 19! указывается, что керосин, полученный из канадского 1месторождение Атабаска) нефтеносного песка, почти не отличается по своим характеристикам от высококачественного нефтяного топлива )Рб. Горючий сланец При нагреве горючего сланца содержащиеся в нем смолы разлагаются, образуя маслянистую жидкость, из которой может быть получена сырая нефть (синтетическая).
После соответствующей очистки, необходимой для удаления азота, кислорода и серы, из нее может быть получено топливо, очень близкое по составу к )е1А, но с большим содержанием ароматических углеводородов. Проведенные на этих топливах испытания камер сгорания показали, что для них характерен более высокий уровень выброса окислов азота, что объясняется более высоким -содержанием связанного с топливом азота 19, 70, 71!. 379 топлнва длв гвзотурбннныв двнгатепей Жидкие каменноугольные и сланцевые топлива Существуют многочисленные методы получения жидких углеводородов из каменного угля. Они заключаются во введении в уголь водорода (гидрогеннзации) и удалении азота, серы и других нежелательных элементов.
Стоимость проведения этих процессов довольно велика, так что в газотурбинных двигателях, и то лишь стационарных, пока могут быть использованы только газообразные топлива, полученные из каменного угля. Сведения о жидких топливах, полученных из каменного угля, несколько противоречивы. Топливо типа 1Р5, полученное в результате разгонки исходного жидкого продукта переработки каменного угля, не удовлетворяло ряду требований ТУ, несмотря на проведение интенсивного процесса гидрогенизации [9, 721. Термостабильность его была низкой, теплотворная способность — на нижнем пределе, плотность — слишком высокой, высота некоптящего пламени — слишком низкой.
Однако ни одно из этих свойств не повлияло заметным образом на рабочие характеристики двигателя. На модельных и полноразмерных камерах сгорания стационарных газотурбинных двигателей были проведены испытания 12 различных жидких топлив, полученных из каменного угля, и трех топлив, полученных из горючих сланцев [73, 74]. В процессе испытаний определялись уровни выброса окислов азота, дыма, окиси углерода и несгоревших углеводородов; измерялись также температуры стенок жаровой трубы. Никакой заметной разницы в характеристиках камер, работавших на топливах, полученных из каменного угля и горючих сланцев, и на нефтяных топливах, обнаружить не удалось. Тем не менее рекомендуется производить проверку некоторых свойств каменноугольных и сланцевых топлив, таких, как вязкость, температура застывания, относительная плотность, содержание смолообразующих и загрязняющих веществ.
Несмотря на то что при использовании топлив пониженного качества уровни выбросов дыма и окислов азота возрастают, проблема эта в целом не сложнее той, которая возникает при использовании низкосортных топлив нефтяного происхождения. Топлива расширенного фракционного состава В настоящее время рассматривается некоторая паллиативная мера, которая позволит расширить поставки топлив, пригодных для авиационных газотурбинных двигателей; смысл ее заключается в смягчении требований ТУ на топливо Ле1 А, включая расширение интервала температур выкипания. Одним из последствий такого расширения будет увеличение содержания ароматических углеводородов, которое в существующих топливах ограничивается 22 ~', по массе.
Для проверки влияния 380 Глава Р го этого изменения на ресурс жаровой трубы и характеристики горения было разработано экспериментальное базовое топливо расширенного фракционного состава (ЕКВВ), в котором содержание ароматических углеводородов составляет 35 о/о по массе. Влияние ароматических углеводородов на характеристики горения проявляется главным образом в повышении склонности топлива к сажеобразованию. Данные рис. 9.20 показывают, как изменяется высота некоптяще- 50 го пламени в зависимости от содержания ароматических соло единений С,л в различных топ- ливах. Экспериментально было с 50 установлено, что увеличение Зо содержания ароматических соединений практически эквивалентно уменьшению содержания водорода [5~; в некоторых случаях для оценки склонности топлива к сажеобразованию предпочитают пользоватьо ло ао зо ся именно этим параметром.
сел, мас я Типичная взаимосвязь между 'Рис. 9.20. Зависимость высоты некоп- содержанием водорода и темтяпгего пламени от содержания аро- пературой стенки жарОвойтруматическик углеводородов с,„; экспе- бы показана на рис. 9.21. Анариментальные точки не показаны !75!. логичная взаимосвязь между содержанием водорода и числом дымности представлена на рис. 9.22. Обе эти группы данных были получены при испытании трубчатой камеры сгорания ЗТ8В на режимах, соответствующих взлету и крейсерскому полету [761. Из этих рисунков следует, что при уменьшении содержания водорода ниже типичной для современных топлив ве.личины 14 о7о заметно начинают возрастать уровень дымления н температура стенки жаровой трубы. Влияние содержания водорода в топливе на температуру жаровой трубы изучалось также в работе [771.
Измерение температуры производилось в условиях, соответствующих режиму максимальной тяги на современной кольцевой камере авиационного ГТД Е101, н на несколько устаревшей по конструкции трубчатой камере сгорания авиационного ГТД 379. В обоих случаях снижение содержания водорода приводит к существенному повышению температуры стенок жаровой трубы. Оценки, базирующиеся на экспериментальных значениях температуры стенок жаровых труб, показывают, что уменьшение содержания водорода от 14,5 до 12 % должно привести к уменьшению ресурса камеры двигателя Е101 на 53 е7о, а камеры двигателя .,!79 на 65 %. Из этих и других аналогичных данных следует топлива йля газотурбнннык двигателей 381 с полной очевидностью, что освоение в будущем топлив со сниженным содержанием водорода потребует большего внимания !500 1200 ,", поа Е к!000 900 500 Ю 1! !2 15 14 !5 75 !7 Содермсание водорода, мис Рис.
9.21. Зависимость максимальной температуры стенки жаровой трубы от содержания водорода в топливе [76[. ба си и7 50 ь В ~~~ 40 Я~ 30 и го 10 17 !2 15 14 15 15 Содержание водорода, мас. М Рис. 9.22. Зависимость числа дымности иа взлетном режиме от содержания водорода в топливе [6[. к проблемам подготовки топлива и улучшения конструкции систем охлаждения. ДРУГИЕ ТОПЛИВА Ниже рассматриваются другие горючие вещества, которые могут быть использованы в качестве топлив газотурбинных двигателей. жидкий водород Основные характеристики водорода [78 — 80], а также других представляющих интерес для авиации топлив — метана, пропана и аммиака — представлены в табл.
9.5. Там же для сравнения приведены характеристики керосина. 382 Гнава Ф С теоретической точки зрения водород, вероятно, ближе всего подходит под понятие идеального топлива. Для него характерны высокая скорость распространения пламени, широкие пределы устойчивого горения, хорошая воспламеняемость, отсутствие сажи при сжигании. Более того, жидкий водород обладает огромным хладоресурсом, большим, чем любое другое жидкое топливо. К основным недостаткам водорода как авиационного топлива относятся его малая плотность и низкая температура кипения, вследствие чего он потребует на самолете Таблица 9.5 Свойства некоторых сжнженных горючих газов 179 — 82) Керосин ~ Жидкий 1Аттог) ~ аодорад Жидкий аммиак Жидкий ироиан Жидкий метан Сиойстао 42,8 116 49 17,2 Низшая теплотвориая способность, Мдж/кг Хладоресурс, МДж1кг Относительная плотность (при 289 К) Удельная теплоемкость, кйж/(кг К) Температура кипения, К Температура замерзания, К Скорость распространения пламени, м(с 0,38-0,85 20,2 0,8 0 071 *1 2,55 0,424 1 3,39 0,682 У 1,2 0,585 1 1,97 7,32 3,43 423 †5 223 0,39 240 195 0,30 231 91 0,43 21 13 2,67 111 91 0,37 1 При температуре кипенна.
очень больших топливных баков с тяжелой системой теплоизоляции. Производство водорода обходится довольно дорого, однако в одном из недавних исследований [8) было установлено, что применительно к 400-местному дозвуковому пассажирскому самолету, рассчитанному на дальность полета около 10 000 км, водород может оказаться в зкономическом отношении более выгодным, чем синтетический авиационный керосин. В результате, несмотря на большие трудности, связанные с разработкой конструкции топливной системы и эксплуатацией, жидкий водород может в будущем оказаться весьма перспективным топливом для самолетов гражданской авиации. Жидкий метан Удельная энергия жидкого метана ( 49 МДж/кг) выше, чем у керосина (-42,8 МДж/кг).
Его хладоресурс не столь велик, как у водорода, тем не менее весьма значителен из-за очень низкой (1! 2 К) температуры ожижения. Низкие температуры жидкого метана открывают большие возможности охлаждения для сверхзвуковых самолетов, а также позволяют создать систему глубокого охлаждения лопаток турбины и, Топлива длл газотурбиииыа двигателей ЗЗЗ следовательно, перейти к более высоким температурам газа перед турбиной [43]. К другим преимуществам метана относятся высокая термостабильность и сгорание без образования загрязняющих веществ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
