Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 30
Текст из файла (страница 30)
7 или и <1,7 ... 2,0) происходитснижение значений Ч„ главным образом из-за замедления горения в чрезмерно обедненных или переобогащенных объемах смеси. Изменением соотношения расхода воздуха между зонами горения и смешения можно изменять оптимальное значение и. Поэтому при расчетах двигателя значения т), на рабочих режимах можно принимать постоянными и равными ж0,99. На переходных и пусковых режимах необходимо учитывать изменение т)„ если величины Кр и а изменяются в широких пределах. Существенное влияние оказывает работа камеры сгорания на возможность запуска двигателя. С точки зрения обеспечения запуска можно выделить два типа требований к камере: 1) обеспечение воспламенения смеси; 2) обеспечение полноты сгорания топлив (подогрева газа), достаточной для раскрутки ротора двигателя до режима малого газа (Ч, ~ 0,5). Наиболее неблагоприятными для работы камеры сгорания являются режимы высотного запуска двигателя в условиях авторотацни, так как значения Рй и Тй при этом близки к атмосферным.
С уменьшением значений Рй и Тй область воспламенения смеси сужается, поэтому иногда для повышения высотности запуска применяется подача кислорода. Получение требуемой для запуска величины т)г, зависящей от значений КО, может быть достигнуто за счет соответствующего выбора объема жаровой трубы. Поэтому требование обеспечения пусковых характеристик двигателя на заданной высоте полета часто является решающим для определения размеров камеры сгорания. Поля температур газа в выходном сечении камеры сгорания Поля температур газа в выходном сечении камеры сгорания оказывают существенное влияние на ресурс работы турбины.
Лопатки рабочего колеса турбины вследствие вращения подвергаются воздействию температур газа, осредненных по поясам (окружностям данного радиуса) — Т;по Распределение этих температур по высоте лопатки (эпюра температур) задается с учетом условий прочности рабочих лопаток. На лопатки соплового аппарата турбины воздействуют местные температуры газа. Для обеспечения надежности сопловых ЛОПатОК ПРЕВЫШЕНИЕ МаКСИМаЛЬНОй тЕМПЕРатУРЫ (Тыах 1) Нал средней (окружиая неравномерность полей температур) должна быть как можно меньше, 144 Ф Олгаз) Огдг О МГ (О ток ГООО гаОО -~а-Щ О Оз,фа зг Гл О) гхОО ОУО ГОО а) На рис.
5.16 приведено типичное распределение температуры газа при выходе из камеры сгорания. Здесь 6 — )з))т; Й вЂ” расстояние между корневым и текущим сечением лопатки турбины; Ȅ— высота лопатки; Чз — угловая координата в окружном направлении. При построении поля температур газа применяются величины относительных избыточных температур: 9ср г= (Тср г — Тг))(Тг — Тк), 9п1ах г =- (Ттах 1 Тг))(Тг Тй). Часто в качестве суммарной характеристики неравномерности температурного поля используется максимальное значение 9,„„ которое называется максимальной неравномерностью поля температур и обозначается Л9„.
Как правило, наиболее благоприятна такая эпюра температур, когда максимальные значения 9,р, составляют 0,05 ... 0,1 н располагаются на расстоянии около двух третей высоты лопатки от ее корня. Как у корня, так и у конца лопатки значения 9ев, понижены. Необходимым условием получения требуемой эпюры температур является обеспечение достаточной глубины проникновения струй воздуха в зоне смешения (В/)з,„ ) 0,5 для кольцевой камеры сгорания). Заметное влияние на эпюру температур оказывает также расход охлаждающего воздуха.
Для обеспечения допустимой окружной неравномерности необходим рациональный выбор ряда конструктивных параметров камеры сгорания и, в первую очередь, суммарной площади отверстий в стенках жаровой трубы Р, и площади кольцевых каналов Р„„. На рис. 5.!7 приведена зависимость максимальной неравно. мерности температурного поля от отношения Р,)Ра. Как видно, увеличение значений Р,!Р„приводит к возрастанию неравномерности поля температур. Это связано с тем, что при увеличении значений Р, уменьшаются скорости течения воздуха в отверстиях и уменьшается интенсивность процессов смешения внутри жаровой 145 Рис.
5,!6. Распределение температуры газа в окружном направлении на ра- диусе ) (а), безразмерных характеристик полн температур по высоте выходного сечения камеры (б) Рис. б, !7. Примерная зависимость максимальной неравномерности температурного поля от относительной суммарной площади отверстий в стенках жаровой трубы трубы. Кроме того, при этом уменьшаются коэффициент гидравлических потерь жаровой трубы, и, следовательно, демпфирование неравномерностей скоростей, всегда имеющихся в потоке перед ней. Таким образом, для получения более равномерных полей температур в камере сгорания необходимо увеличивать в ней потери полного давления.
Площадь кольцевых каналов Е„„должна быть несколько больше суммарной площади отверстий в стенках жаровой трубы Еи „!Р, = 1,2 ... 1,4. Уменьшение величин Е„„приводит к возрастанию скоростей течения воздуха в кольцевых каналах и влияния неравномерности поля скоростей в них на течение внутри жаровой трубы. Размеры и расположение отверстий в стенках жаровой трубы и ее продольные размеры выбираются из условия обеспечения эффективного протекания процессов смешения. Кроме того, для получения равномерных полей температур необходимо как можно меньше устанавливать в диффузоре и кольцевых каналах патрубков дренажа, силовых стоек, пусковых устройств и так далее, которые загромождают сечение и вызывают местные неравномерности в поле скоростей воздуха.
Для кольцевых камер сгорания окружной 'шаг форсунок не следует выбирать больше (0,5 ... 0,7) гт . Охлаждение стенок жаровых труб Организация теплозащиты элементов камеры сгорания представляет собой весьма важную задачу, решение которой все более усложняется с ростом параметров рабочего процесса двигателя. В современных камерах сгорания применяются комбинированные системы охлаждения: часть воздуха вводится внутрь жаровой трубы через щели системы охлаждения тангенциально стенкам для создания защитного слоя, а протекающий по кольцевым каналам воздух охлаждает стенки жаровой трубы снаружи. Воздух, вытекающий из щели со скоростью сщ, образует пристенную струю, которая перемешивается с потоком продуктов сгорания в соответствии с закономерностями, характерными для спутных струй (рис.
5.18). Конвективный поток тепла к стенке со стороны горячих газов определяется температурой и скоростью на границе пристенного пограничного слоя Та и сй. При относительных значениях расхода охлаждающего воздуха Оохл Оохл7Оа =- 20 ... 25 % удается практически полностью !46 Рвс. б.!8. Структура течения н распределение температур газа вблизи стенки жаровой трубы: — — — граница пограничного слоя; — — — граница слоя смешения при. стенной струн изолировать стенки жаровой трубы от контакта с горячими газами, т. е. на всей длине охлаждающих секций Те = Т„*, а се — сщ. Подвод тепла к стенкам жаровой трубы в этом случае осуществляется только за счет излучения пламени (д„,), Лучистый поток тепла от газов в камерах сгорания из-за большого содержания сажи сильно превышает (в 7 ...
10 раз) излучение «чистых» продуктов сгорания, которое обусловлено излучением трехатомных газов СО, и НвО. Исследования показывают, что величина т)„, имеет максимум в конце зоны горения, так как здесь температура газа внутри камеры наиболее велика. Значения т7 , практически не изменяются в рабочем диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха са„ и возрастают с увеличением времени пребывания газа в камере, а также с увеличением давления и температуры воздуха при входе, так как при этом увеличивается степень черноты пламени (вследствие увеличения выделения сажи), а с ростом Т„увеличивается еще и температура газа. При некоторых достаточно высоких значениях давления р,' = ~ 1 ... 1,5 МПа степень черноты пламени становится практически равной единице, ее дальнейший рост прекращается.
Отвод тепла от стенки определяется по обычным формулам теплообмена. Исследования показывают, что увеличение температуры воздуха при входе в камеру сгорания приводит к су!цественному возрастанию значений температуры стенок жаровой трубы Т, Повышение значений и', оказывает неоднозначное влияние на величину Тру . при )т„( 1 ... 1,5 МПа с увеличением давления температура стенки увеличивается, а при р„' ) 1 ... 1,5 МПа— уменьшается.
Уменьшение времени пребывания газа в камере (уменьшение объема жаровой трубы или увеличение объемного расхода воздуха) приводит к уменьшению температуры стенок. Заметное снижение температуры стенки может быть достигнуто при уменьшении продольных размеров секций системы охлаждения (при б,хл = сопз!), так как в этом случае происходит интенсивное перетекание тепла от более нагретых участков к менее нагретым за счет теплопроводности материала стенки, а также несколько возрастают значения коэффициентов теплоотдачи. Разрабатываются также системы охлаждения, в которых интенсификация конвективного отвода тепла от стенки обеспечивается путем применения специальных мероприятий (например, оребре- !47 ние стенок).
Большое значение для повышения надежности камер сгорания имеет также такая организация рабочего процесса, при которой бы обеспечивалось снижение лучистых потоков тепла. При высоких значениях Т„" и р„' значительные трудности возникают с обеспечением теплозащиты фронтового устройства и головной части жаровой трубы. Связано это, в основном, с тем, что здесь возможно попадание топлива в пристенные слои, газа и его воспламенение. 5.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
