Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Эти части сливаются в нити, которые затем распадаются на капли. С ростом скорости воздуха распад пелены происходит раньше, так что нити образуются на меньшем расстоянии от распыливающей кромки; они тоньше и короче и распадаются на капли меньшего размера. В случае жидкости с большой вязкостью такой механизм распыливания не реализуется. Жидкость стекает с распыливающей кромки в виде длинных нитей, которые распадаются на довольно крупные капли на большом расстоянии от форсунки, в области относительно низких скоростей потока.
Более подробные сведения о пневматическом распыливании содержатся в работе 1112]. ИСПАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Другой способ подготовки топлива для горения состоит в нагреве выше точки кипения наиболее тяжелой фракции углеводородов стем, чтобы топливо полностью испарялосьдо начала процесса горения. Испарительные системы начали применяться в камерах газотурбинных двигателей уже довольно давно. Так, в первых камерах Уиттла топливо подогревалось в трубках, т!пдачп топлива 465 помещенных в пламя; нагретое топливо поддерживалось при высоком давлении, чтобы оно не испарилось в трубке до его подачи через сопло, где давление резко уменьшалось до величины, соответствующей давлению в камере сгорания [60~.
Такой метод испарения в настоящее время используется редко вследствие теплового разложения топлива и нагарообразования внутри трубки, а также трудностей регулирования расхода топлива. Другим, значительно более простым методом испарения 2 является подвод топлива и воз- 3 духа в трубку, помещенную 4 в пламя. Топливовоздушная смесь подогревается от стенки трубки и в идеальном случае ио ди 5 вытекает из нее в виде смеси пара и воздуха. В работе !113] описываются ранние конструкции испарителей, использованных на двигателях «Мамба», «Сапфир» и «Вайнер» в Вели- Рис.!055. испарительиая система. кобритании и «Райт» 365 в т — рубя к воквока воавука' у — ор.
вуо: и †жаров труба; т' — вояарктвльвая США. СХЕМа таКОй СнетЕМЫ трубка; б — турбуаяаатор. показана на рис. 10.55. Метод испарения топлива легко применим к различным конструкциям камер сгорания. Многие успешно работавшие трубчатые и трубчато-кольцевые камеры с испарением топлива были разработаны фирмами «Роллс-Ройс», «Кертис-Райт» и «Лайкоминг».
Все эти камеры имеют плоское или скругленное фронтовое устройство, на' котором расположены испарительные трубки и воздушные патрубки. В больших кольцевых камерах число испарительных трубок обычно равно 24. Они имеют д-образную форму и располагаются в два ряда !рис. 10.56). Высота трубки обычно составляет 100 — 120 мм, а ее диаметр 20 — 30 мм. Некоторые конструкции в длинной части колена испарительной трубки имеют турбулизаторы потока для улучшения перемешивания топлива с воздухом. По внешнему и внутреннему периметрам фронтового устройства располагаются патрубки подвода воздуха высотой 10 — 20 мм и диаметром 30 мм.
В верхней крышке каждого патрубка проделана щель шириной 5 — 10 мм. Число патрубков чаще всего равно числу испарительных трубок. Обычно отношение расходов воздуха и топлива принимают близким к 3 при скорости воздуха около 40 м/с. Остальной воздух первичной зоны распределяется через щели в патрубках и участвует в горении с топливовоздушной смесью. Процесс горения происходит вокруг испарительных трубок и за ними.
Для запуска камеры используется простейший факельный воспламенитель. 30 зак. 761 466 Глава 16 Рис. 10.66. Вид испарительной систе. мы со стороны выхода кольцевой камеры. т †передн стенка камеры; У вЂ” патрубак для подвода воздуха; 3 в нспарительная трубпа. Рис. 10.57.
Т-образная испарительная трубка (публикуется с разрешения 4тирмы АНСО 1.усош1пя). т — вмяадное колена: 3 †разделите потока; 3 — топливиыа факел. апта конструкции, имеющей форму гриба. Получаемые с их помощью распределения топлива исследованы в работе 1114~. Испарительные системы имеют следующие преимущества: 1. Меньшее образование сажи благодаря предварительному перемешиванию воздуха и топлива в испарительных трубках. 2. Низкие напоры в системе подачи топлива. 3. Простота и низкая стоимость по сравнению с двухсопловыми форсунками. 4.
Практически неизменная равномерность распределения топлива по зоне горения при изменении его расхода (по сравнению с распределением для двухсопловой форсунки) и, следовательно, постоянное поле температуры газа на выходе из камеры сгорания. Однако испарительные системы имеют ряд недостатков. К ним относятся в первую очередь более узкие, чем для форсуночных систем, пределы устойчивости горения по составу смеси. Кроме того, существует опасность теплового разрушения испарительиых трубок, особенно при высоком давлении в камере.
Для поджигания смеси требуется поджигающая струя или факельный воспламенитель. Наконец, работа испарительной системы зависит от типа топлива. В случаях малоразмерных камер сгорания или камер, в которых нельзя использовать большое число топливных трубок, применяют Т-образные испарительные трубки, которые увеличивают вдвое число точек подачи топлива. На рис. 10.57 показана схема такой трубки; ее особенностью является разделитель во входном колене, что делает это устройство эквивалентным двум ,)-образным трубкам с общим входом. При обшей простоте испарительной схемы существует множество их конфигураций. Так, на рис.
10.58 показаны два вари- 461 Подача топлива В современных двигателях испарительные системы выполняют в основном функцию распределения топлива, а не его испарения. Значительная часть топлива попадает на фронтовое устройство жаровой трубы, где оно либо испаряется, либо распыливается воздухом, вытекающим из множества малых отверстий во фронтовом устройстве. Обзор развития испарительных камер сгорания фирмы «Роллс-Ройс» до 1969 г.
сделан в работе [1161. Там же приведены характеристики некоторых кольцевых испарительных камер, а также их диффузоров. Другая схема испарительной системы предложена в работе [1161. В этой системе топливо распределяется вдоль ваази стенки испарительной предка- таллива меры, где оно испаряется под Риа 1О.бз. Грибкавый лспарктель действием закрученного пото- 11141. ка первичного воздуха. Ее преимущество состоит в создании предварительно перемешанной смеси, что обеспечивает малое образование дыма, а при низком коэффициенте избытка топлива и низкий уровень выброса 1ь10 .
Недостатком такой системы является ее подверженность отложению нагара на стенках при использовании тяжелых топлив. ПОДАЧА ГАЗА При условии достаточно большой теплотворной способности газообразных топлив (не менее 6 МДж/ма) их сжигание не вызывает особых проблем. Обычно горение газа происходит с малым образованием сажи и окислов азота. Основной трудностью является достижение оптимального уровня перемешивания в зоне горения. Слишком интенсивное перемешивание сужает пределы устойчивого горения; а слишком слабое может вызвать вибрационное горение с колебаниями давления. В двигателях, предназначенных для работы на газообразном и жидком топливах, важно, чтобы распределения потоков топлива и воздуха оставались одинаковыми при переходе на другое топливо, так как в противном случае будет изменяться поле температур газа на выходе из камеры.
Необходимо также тщательно регулировать расход топлива при таком переходе во избежание срыва пламени или перегрева камеры. Использовались различные способы подачи газа в камеру сгорания, включая отверстия, щели, завихрители и трубки Вентури. Их описание можно найти в работах [117, 118]. зоа Глава 10 468 СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ПОДАЧИ ТОПЛИВА Процесс подачи топлива влияет на пределы устойчивости горения и скорость тепловыделения. На рис.
10.59 показаны типичные границы области устойчивости. Одна из них соответствует равномерному перемешиванию топлива с воздухом, создаваемому, например, пневматической форсункой, а другая— плохому перемешиванию, имеющему место при использовании "э Нагрузка камеры сгорания 200 100 0 Запуск малыа Взлеы газ ражам рабашы дгагашеля Рве. 10.60. Сравиеиие характеристик рвспыливвиия двухсопловой и пиевмвтической форсунок по режимам работы двигателя [67) — а э! — — — коэффициент вязкости !2 1О м 1сэ — коэффициент вязкости 1,2 1О и /с. 1 — квухсопловая форсуикаэ 2 — пиевматичесная форсунка. Рис.
10.59, Влияние перемешиваиия топлива с воздухом иа пределы устойчивого горения и скорость тепловыделения. — — — хорошо перемешанные смеси 1пневматическая форсунка); — плохо перемешанные смеси 1центробежная форсунка1. большинства механических форсунок. В однородных смесях достигается высокий максимум скорости тепловыделения, но диапазон устойчивого горения узок; он зависит главным образом от температуры и скорости поступающего в камеру воздуха. При плохом перемешивании максимум тепловыделения низок, несмотря иа то что средний состав смеси в максимуме тепловыделения равен стехиометрическому.
Плохое распределение топлива вызывает значительные пульсации состава смеси относительно стехиометрического значения. Однако горение поддерживается даже вне концентрационных пределов воспламенения соответствующей однородной смеси, так как при неравномерном составе смеси существуют области, в которых локальное значение состава близко к стехиометрическому. Таким образом, для механических форсунок характерен широкий диапазон устойчивого горения; в частности, «бедный» срыв происходит при отношении расходов воздуха и топлива — 1000, тогда 469 Подача топлива как в случае хорошего перемешивания оно примерно равно 120. Недостатки механических форсунок (особенно на двигателях с высокой степенью повышения давления воздуха) способствовали широкому применению пневматических форсунок, которые показали ряд важных преимуществ: хорошее распределение температуры газа, малое дымообразование, низкое давление подачи топлива, большую надежность конструкции н слабую зависимость от вязкости топлива (рис.
10.60). Такой Ф срр' ф ;н !основное ~ топливо двлсррнае ! топливо ! Рис. !0.61. Схема конструкции пневматической форсунки с дежурным факе- лом. недостаток пневматических форсунок, как более узкий диапазон устойчивого горения, может быть устранен использованием систем подачи топлива, в которых применяются комбинированные форсунки. При запуске двигателя топливо подается через механическую форсунку (струйную или односопловую центробежную).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
