Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Поворот лопаток соплового аппарата сопровождается изменением площади горла соплового аппарата Р, а и, следовательно, приведенного расхода газа через турбину. Одновременно меняются треугольники скоростей и степень понижения давления на турбине. При условии, что перепады давлений как в сопловом аппарате турбины, так и в реактивном сопле двигателя сверхкритические, то представление об изменении я," при регулировании первого соплового аппарата двухступенчатой турбины можно получить из рассмотрения кривой, показанной на рис. 4.16.
Отсюда видно, что изменение Р,, сопровождается примерно пропорциональным изменением ят'. При д ()ь,,) = сопИ относительное изменение приведенного расхода газа бе,р пропорционально изменению площади горла соплового аппарата Р,, Поворот лопаток соплового аппарата приводит к изменению угла направления вектора абсолютной скорости газа на выходе из соплового аппарата а,. Естественно, что изменение угла ее, по сравнению с его расчетным значением приводит к некоторому увеличению потерь. Примерный характер изменения КПД турбины показан на рис. 4.17, кривая построена на основании об- работки результатов ряда экспериментальных исследований турбин с поворотными сопловыми аппаратами.
Хотя, как видно из рис. 4.17, уменьшение приведенного расхода на 1О % может примерно на 2 % снизить КПД турбины, этот способ регулирования является достаточно перспективным, так как позволяет существенно улучшить характеристики ГТД. Г 71 А В А 5. КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ВОЗДУШНО- РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАМЕРАХ СГОРАНИЯ Назначением камер сгорания является подвод тепловой энергии к рабочему телу (воздуху) в двигателе за счет превращения химической энергии в тепловую при сгорании топлива. Камеры сгорания турбореактивных двигателей подразделяются на основные и форсажные.
Основные камеры сгорания (рис. 5.1) располагаются в тракте двигателя между компрессором и турбиной. Температура газа при выходе из основной камеры ограничена жаростойкостью лопаток турбины и достигает значений 1600 ... 1800 К. Основная камера состоит из диффузора (1), наружного (4) и внутреннего (7) корпусов и жаровой трубы (6).
Воздух из компрессора поступает в диффузор камеры, где происходит снижение скорости потока и распределение его по кольцевым каналам (6) между корпусом и жаровой трубой. Из каналов (6) воздух через отверстия поступает внутрь жаровой трубы, где осуществляется процесс горения. Топливо подводится в камеру с помощью форсунок (2). Форсунка и головная часть жаровой трубы с системой щелей и отверстий для прохода воздуха образует фронтовое устройство.
Непосредственно за фронтовым устройством происходит подготовка топливовоздушной смеси — распыливание топлива на мелкие капли и перемешивание его с воздухом. Зто способствует интенсивному протеканию процесса сгорания, По компоновке и форме жаровой трубы основные камеры сгорания могут заметно отличаться. Наибольшее распространение в настоящее время получили кольцевые камеры сгорания. Форсажные камеры сгорания устанавливаются за турбиной двигателя, причем в большинстве двухконтурных форсированных двигателей перед входом в форсажную камеру обеспечивается смешение потоков внутреннего и наружного контуров (рис.
5.2). Камеры сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей по конструкции и принципам организации рабочею процесса близки к форсажным. Такого типа камеры сгорания называют часто прямоточными. Температура газа при выходе из прямоточных 123 топлива происходит за фронтовым устройством в пределах одного- двух диаметров камеры сгорания. В районе фронтового устройства устанавливается антивибрациониый экран (5), а ниже за ним по потоку — теплозащитный экран (б). Для характеристики интенсивности выделения тепла в камерах сгорания часто используется величина удельной теплоиапряженности ()ю представляющая собой отношение количества тепла, выделившегося в течение часа в одном кубическом метре объема камеры сгорания, к давлению газа на входе в нее.
Чаще этот параметр применяется к основным камерам сгорания. Иногда по выбранному значению 67 определяется предварительное значение объема жаровой трубы при проектировании камеры сгорания. По величине удельной теплонапряженности камеры сгорания ВРД существенно превосходят (в 1О ... 100 раз) топочные устройства, прийбеняемые в других областях техники. Рнс. ЬЛ. Схема основной камеры сгорания: 7 — дпффуеор; у — форсунка: б — носпламенателтм б — наружный корпус; б — жара наа труба: б — кольцевые каналы; 7 — внутренней корпус камер сгорания, как правило, существенно выше, чем в основных, и превышает 2000 К.
Дсоток воздуха перед входом в камеру сгорания тормозится в диффузоре (1) (см. рис. 5.2). Подвод топлива, его распределение в потоке и распыливание осуществляется с помощью нескольких топливных коллекторов (3), снабженных„,,форсуиками. Вниз по потоку за коллекторами устанавливаются стабилизаторы пламени (4), представляющие собой плохообтекаемые тела 17-образного сечения.
Их назначение — стабилизировать, «удерживать» процесс горения в пределах камеры сгорания. Коллекторы и стабилизаторы образуют фронтовое устройство камеры. Сгорание Рнс. 5.2. Схема форсамной камеры сгорания: 1 — днффуаор; у — смесатель; б — топлннпые коллекторы с форсункамн; б — стабнлп° аторм пламенк; б — ептннпбрацнопный екрап: б — теплоеаынтпмй екрап; 7 — корпус 124 5.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ГОРЕВ ИЯ Параметры горючей смеси и продуктов сгорания Основной особенностью рабочего процесса камер сгорания является протекание в них процессов горения. Под процессами горения подразумевают химическую реакцию соединения элементов топлива с кислородом, протекающую с большим вьщелением тепла в единицу времени.
Топливо и воздух, поступающие в камеру сгорания, образуют горючую смесь. Состав смеси характеризуется отношением расхода топлива к расходу воздуха дт = 6,/6„а также коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительного расхода воздуха (6,) к расходу воздуха, теоретически необходимого для сжигания топлива (1.,6,): сс -- 6,/(/.о6т) = 1/((.от/т), (5.1) 1., — стехиометрический коэффициент — количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива. Для керосина /.о = 14,8 кг воздуха/кг топлива. При полном сжигании смеси стехиометрического состава (а = 1) в продуктах сгорания не будет содержаться неиспользованных ни топлива, ни кислорода воздуха. При а ( 1 горючее содержится в избытке (богатая смесь), при а ) 1 имеется недостаток горючего (бедная смесь). При тх » 1 и полном сгорании топлива в отсутствии диссоциации продукты сгорания будут состоять из углекислого газа СО„паров воды НеО, азота Х„кислорода О, и некоторого количества окислов азота ХО„.
В случае неполного сгорания топлива (это имеет место также и при а ( 1) в состав продуктов сгорания будет входить также большое коли- 126 чество компонентов, представляюших собой продукты термического разложения топлива: тяжелые углеводороды СН(СН„С,Нв, С Нв и т. д.), водород Н, и окись углерода СО. Йаиболее важнЫм параметром продуктов сгорания является их температура Т„", или однозначно связанная с ней при заданных значениях Ч„ или бт — полная энтальпия Эти величины рассчитываются на основе закона сохранения энергии, путем составления так называемого уравнения теплового балансж тепло, выделившееся при сгорании топлива 6,Н„11„ равно разности полного теплосодержания продуктов сгорания и воздуха и топлива в исходной горючей смеси: бтНиЧг = (бв+ 6,)1(Т„', 293, Ч,) — 6,((Т;, 293, 0) — 6,1,(Т„293).
(5.2) Если приближенно принять, что (, (Т„293) = 1' (Т;, 293,0) н учесть (5.1), что 6,/б, = а/.„то прирост энтальпии продуктов сгорания выразится следующим образом: А(' = ! (Т„", 293, Ч,) — 1' (Т"„293, 0) = НиЧг/(1 + бт( о). Максимальная величина Л(в обеспечивается при со = ! (Ч, = = 0,0669 для керосина). Зная значение энтальпии продуктов сгорания, можно определить их температуру. При проведении термогазодинамического расчета двигателя, как правило, задаются величины температуры газа при выходе из основной и форсажной камер сгорания.
Необходимо рассчитать потребный для получения этих температур относительный расход топлива. Рассмотрим этот расчет применительно к форсажной камере ТРДДФ, представляющей собой наиболее общий случай камеры сгорания. На вход в форсажную камеру подается смесь продуктов сгорания основной камеры, прошедших турбину, и воздуха, возвращаемого в проточную часть из системы охлаждения турбины и поступающего из внешнего контура. Эта смесь характеризуется суммарным расходом воздуха 6, и расходом основного топлива 6„ а также относительным расходом топлива Ч,,„= 6,/6, и среднемассовой энтальпией 1,'„— ( (Т,".м, 293, Ч,,„).
Величина г';„ приближенно может быть вычислена по формуле: (1 аотб) (1+ от) 1(2 т 293, Чт)+ 1)вовг (Т„', 293, 9) + бЧ (Тв» 293, 9) 1см— (1 — оотб) (1+ Чт) + овос+ "г (5.3) Здесь б„б, б„б = б„б/б„— абсолютный и относительный отборы воздуха перед основной камерой сгорания; 6,.
„, = = б,г — 6„, — расход воздуха через основную камеру сгора- ния; 6„.„5„„= — бвов/бы — абсолютный и относительный ' расходы воздуха, возвращаемого через систему охлаждения турбины. Из форсажной камеры вытекают продукты сгорания, характеризующиеся расходами воздуха б„основного 6, и форсажного топлива 6, ф, относительными расходами топлива Чт =бт/бв.во Чт,ф =бт.ф/бв, Чтя = — (бт+ бт.ф)/бв, 'энтальпией (ф = 1(Тф, 293, Чта). Уравнение теплового баланса (5.2) будет иметь вид бт. фНиЧф = (бв + бт + бт. ф) 1ф — (бв + бт) 'см Отсюда получим формулу для расчета относительного расхода топлива, который необходимо подавать в форсажную камеру для получения заданной температуры Тф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
