Кравченко И. В. Христофоров И. Л. Силовые установки летательных аппаратов (554342), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Радиальная неравномерность поля температур вводится преднамеренно с целью снижения температур наиболее нагруженных сечений лопаток турбины. 6. Надежный запуск на земле и в воздухе. 7. Низкий уровень содержания твердых частиц (сажи) и токсичных веществ в продуктах сгорания. Авиационные топлива Авиационные топлива представляют собой жидкие смеси различных углеводородов. Горючими элементами в топливах являются углерод и водород. Состав топлива, характеризующийся прежде всего содержанием в нем углерода С и водорода Н (в процентах или долях единицы), называется элементарным составом топлива.
Так, в частности, в авиационных керосинах содержится (84 — 86)%С и ~16 — 14)%Н. Углеводородные топлива получают из нефти путем прямой гонки и крекинга. В отечественных ГТД широко применяют керосины Т-1, Т-6, РТ, различающиеся по Фракционному составу. Основные физико-химические свойства указанных топлив приведены в табл. 6.1 Здесь же приведены свойства водорода и метана, которые рассматриваются как перспективные топлива для ВРД. Жидкий водород Н2 имеет втрое более высокую теплотворность, чем керосин, и больший хладоресурс, необходимый для обеспечения охлаждения двигателя на гиперзвуковых скоростях полета.
Недостатком Параметры горючей смеси и продуктов сгорания В камерах сгорания идут процессы горения, под которыми подразумевают химические реакции соединения элементов топлива с кислородом воздуха, протекающие с большим выделением тепла в единицу времени. Топливо и воздух, поступающие в камеру сгорания, обраг ~ зуют горючую смесь, состав которой характеризуется относительным расходом топлива о =О /С (отношение расходов топлива и воздуха), а / также коэФФициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение тююо действительного расхода воздуха 0 к расходу воздуха, 1 з я теоретически необходимого для сжигания топлива: ~в 1 гДе ЬО О т О~т стехиометрический коэФФициент — количество воздуха, непри Т' = 300 К обходимое для сжигания 1 кг к топлива.
При а= 1 горючая смесь называется стехиометрической; при о < 1 — "богатой*' ~топливом); при а > 1 — "бедной". Характер изменения температуры продуктов сгорания неФтяного топлива в воздухе по составу смеси, полученный расчетным путем, показан на рис. 6.1. Температура горения достигает максимального значения при составе смеси, близкой к стехиометрической. Обогащение смеси приводит к снижению температуры продуктов сгорания за счет затраты тепла на нагрев и испаре- 1воо Рис. 6.1.
Расчетная зависимость температуры продуктов сгорания от коэффициента избытка воздуха: при Т' = 600 Е его, помимо трудностей эксплуатации, является очень низкая плотность, т.е. требуются большие объемы топливных баков. Жидкий метан СН4 также имеет большой хладоресурс и несколь- ко большую теплотворность, чем керосины. Основная камера сгорания Основные камеры сгорания располагаются в.тракте двигателя между компрессором и турбиной. Температура газа при выходе из основной камеры сгорания ограничена жаростойкостью лопаток турбины и достигает значений 1600...1800 К. Основная камера сгорания (рис.
6.2) состоит из диффузора, корпуса и жаровой трубы. Воздух из компрессора поступает в диффузор ка- яои*тояиыи злвиятиттяв зяляояля тязвл нляъввный яоииво отвввсз ия тоны низ отвтвззия втзя'нчиоя яя'оитояол з з звойгпю щв зн оя.влждтния Рис. 6.2. Схема трубчатой камеры сгорания В2 ние топлива, не участвующего в горении, а обеднение — за счет затраты тепла на нагрев лишнего воздуха. Воспламенение горючей смеси при запуске двигателя происходит от постороннего источника пламени (электрической свечи, вспомогательного факела пламени и т.
д.). В последующем свежая смесь воспламеняется от факела пламени, непрерывно существующего в камерах сгорания. Пределы воспламеняемости однородных гомогенных смесей керосинов с воздухом находятся в диапазоне 0,5...0,6 < а < 1,5...1,7. меры, где происходит снижение скорости потока и его распределение по кольцевым каналам. Из кольцевых каналов воздух через отверстия попадает внутрь жаровой трубы, где осуществляется процесс горения. Топливо подается в камеру с помощью Форсунок. Форсунка и головная часть жаровой трубы с системой щелей и отверстий образует Фронтовое устройство, за которым происходит распыливание топлива и перемешивание его с воздухом.
По компоновке и Форме жаровой трубы основные камеры сгорания подразделяются на три типа ~рис. 6.3): а — трубчатые (индивидуальные); б — трубчато-кольцевые; в — кольцевые. Трубчатая камера сгорания имеет жаровую трубу 1 и корпус ~кожух) 2, процесс сгорания в каждой камере протекает независимо от процесса в других камерах. Между собой они сообща- А-А В-В С-С Рис. 6.3. Типы основных камер сгорания: а — трубчатая; б — трубчато-кольцевая; в — кольцевая 1 — жаровая труба; 2 — корпус ются патрубками, по которым при запуске распространяется пламя из камер, где имеются воспламенители, и с помощью которых выравнивается давление между камерами.
Трубчато-кольцевая камера имеет несколько жаровых труб 1, размещенных в общем, кольцевом кожухе 2, и представляет собой комбинацию трубчатой и кольцевой камеры. Кольцевая камера имеет кольцевой кожух 2, внутри которого размещается жаровая труба 1, имеющая в головной части несколько горелок. К достоинствам трубчатых камер относится сравнительная простота экспериментальной отработки, возможность быстрого осмотра и замены камеры без разборки двигателя. Вместе с тем комплект таких камер на двигателе имеет большую массу и габаритные размеры.
Кожухи камер не могут быть использованы в качестве элемента силовых' корпусов двигателей. Кольцевые камеры сгорания хорошо вписываются в габаритные размеры двигателя, имеют сравнительно небольшую массу, обладают хорошими пусковыми свойствами, отличаются сравнительно небольшими гидравлическими сопротивлениями. Но доводка таких камер более сложна, чем трубчатых, осмотр и замена их в эксплуатации затруднены. Трубчато-кольцевые камеры обладают преимуществами камер других типов, но при одинаковой с кольцевой камерой площадью сечения имеют меньшую площадь газового тракта.
Наибольшее распространение получили кольцевые камеры сгорания ввиду их существенных преимуществ, затем — трубчато-кольцевые. Трубчатые же камеры сгорания используются только в двигателях с центробежными компрессорами. Принцип организации рабочего процесса в основных камерах сгорания Несмотря на большое разнообразие схем и конструктивных форм основных камер сгорания, процесс горения организуется в них на основе одних и тех же принципов. Для примера на рис. 6.4 показана схема трубчато-кольцевой камеры сгорания. Камера имеет жаровую трубу 1 и корпус 2. В передней части жаровой трубы, которую называют фронтовым устройством, размещаются форсунка 3 для подачи топлива и завихритель 4. Для уменьшения скорости в камере сгорания на входе в нее делается диффузор б.
В камеру поступает воздух из компрессора. При этом значение суммарного коэффициента избытка воздуха (при которых смесь не воспламеняется и р ) р не го ит) на рабочих режимах составляет о„ = = 2 5...5 О. Устойчивое и быстрое сгорание гоплива может ыть осу б уществлено если сжигать топливо не во У всем объеме воздуха, $ з уха а в части объема, обеспечивающей получение смеси, характеризующеися величино" й а = 1 О. Исходя из этих соображении, о ъ объем камеры сгорания делится на зону горения и зону смешения. Деление это условное, и четкой границы между зонами нет. Рис. 6.4, Схема основной камеры сгорания: 1 — жаровая труба; 2 — корпус; 3 — форсунка; 4 — лопаточный завихритель; б — диффузор Поступающий из компрессора воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичныи С ~, втор вто ичный С и смесительныи " С .
Первичный воздух поступает для начального смесеобразования, надежного воспламенения с, р меси о ганизации устойчивого Фронта пламени. Для этого долж лжна быть "богатая" смесь соответствующая а = 0,3...0,9. Вследствие высокой темпе- 1 ратуры газа Т = 1500...1800 К в начале первичной зоны капли г топлива быстро нагреваются и испаряются. Вторичный воздух подводится через передние ряды отверстий в жаровои трубе и служит для завершения процесса сгорания, при этом значения а возрастают до 1,5...1,7.
Часть жаровой трубы от Форсунки до этого сечения называется зоной горения. Далее подводится смесительный воздух и расположена зона смешения, где горение практически отсутствует. Благодаря подводу этого воздуха про- 85 исходит снижение температуры газа до 1200..Л600 К, определяемой суммарным коэффициентом избытка воздуха. Число, расположение и форма отверстий подбираются таким образом, чтобы обеспечить желаемое поле температур перед турбиной.
Часть вторичного и смесительного воздуха подается через небольшие щели вдоль внутренней поверхности жаровои трубы для ее дополнительного охлаждения. Для обеспечения устойчивого горения в первичной зоне камеры создаются циркуляционные зоны — зоны стабилизации, имеющие низкие скорости движения газа. Подготовка горючеи смеси и стабилизация процесса горения осуществляется фронтовым устройством камеры сгорания. По конструктивному выполнению фронтовые устройства весьма разнообразны. На рис. 6.5 показана структура потока в начале жаровой трубы с лопаточным завихрителем. Поступающий через завихритель воздух движется вдоль поверхности жаровой трубы в виде коническои вихревой струи, внутренняя поверхность которой увлекает за собой газ, расположенный вблизи оси, поэтому за завихрителем в центре камеры образуется область пониженного статического окт$$в$$ы$$ гронниз то$$л ф$$к 1о$$$$то $о$$$$Ч$$ $'РЯ Зо$$ь ток Рнс.
6.5. Структура потока за Фронтовым устройством, образованным лопаточным завихрителем и переходным конусом давления. В эту область устремляются струи сгоревшего газа из более удаленных областей камеры и образуют зону обратных токов. При запуске двигателя смесь поджигается огненной струей пускового воспламенителя, а в дальнейшем циркулирующие в зоне обратных токов горячие газы поджигают свежую смесь. Характеристики основных камер сгорания Основными характеристиками камер сгорания являются зависимости полноты сгорания, уровня гидравлических потерь, а также диапазона состава смесей, при которых обеспечивается устойчивое сгорание, от параметров потока воздуха, поступающего в камеру сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
