4.4. Воспламенение топливовоздушной смеси в процессе запуска

Надежное воспламенение в камере сгорания ГТД топливовоздушной смеси зависит от многих факторов: сорта топлива, подготовки топливовоз­душной смеси и скорости ее движения по проточной части, температуры и давления в зоне воспламенения, расположения источников воспламенения по отношению к конусу распыла топлива, мощности и продолжительности дей­ствия источников воспламенения.

Воспламенение топливовоздушной смеси в жаровой трубе в современ­ных ГТД осуществляется электрической свечой непосредственного розжига или специальными воспламенителями (рис.4.24).

На рис. 4.24, а приведен элемент конструкции кольцевой камеры сгора­ния ТРДД с установленной в головку жаровой трубы свечой непосредствен­ного розжига 2. Свеча 2 устанавливается в специальной втулке 7 с образованием кольцевого зазора между корпусом свечи и втулки. Через шту­цер 1 по кольцевому зазору подается кислород в зону головки жаровой трубы около торца свечи, что повышает надежность запуска. Топливо в зону свечи подается форсунками основного топливного коллектора 5.

Для защиты свечи от перегрева в процессе длительной работы камеры сгорания обеспечивается обдув корпуса и торца свечи воздухом из кольцево­го канала камеры сгорания.

Другой способ розжига камеры сгорания ГТД — поджигание топливовоздушной смеси в жаровой трубе от газовой струи пускового воспламен­ителя.

Пусковой воспламенитель является камерой сгорания с автономной системой топливоподачи и розжига только в миниатюре (рис.4.24 ,б)

Рис 4.24. Система розжига основных камер сгорания: а — свеча непосредственного розжига; б - пусковой воспламенитель: 1 — штуцер кислородной подпитки; 2 — свеча поверхностного разряда; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — жаровая труба; 5 — топливная форсунка; 6 — корпус камеры сгорания; 7 — втулка; 8 — корпус; 9 — электри­ческая свеча; 10 — топливная форсунка воспламенителя; 11 — патрубок; 12 — экран кислородной подпитки

Пусковой воспламенитель состоит из корпуса воспламенителя 8, элек­трической свечи 9, пусковой форсунки 10 Воздух из кольцевого канала ка­меры сгорания через отверстия в корпусе воспламенителя подается внутрь воспламенителя на экран, который образует зону обратных токов и стабили­зирует процесс сгорания. Для повышения надежности розжига и увеличения температуры факела горячего газа через штуцер 1 в полость воспламенителя подводится кислород через отверстия в экране 12

Выходная часть корпуса воспламенителя входит в патрубок 11, соеди­няющий полость воспламенителя с головками жаровых труб. Через патрубки 11 выбрасывается мощный факел пламени, воспламеняющий топливовоздушную смесь основной камеры сгорания

Для надежного запуска двигателя на авиационных ГТД обычно устанавливается 2…4 воспламенителя

4.5. Основные дефекты в камерах сгорания

При доводке и эксплуатации камер сгорания ГТД встречаются дефек­ты, ограничивающие их ресурс и приводящие к выходу из строя ГТД. Рас­смотрим наиболее распространенные дефекты элементов камер сгорания

При неправильном подводе воздуха в жаровую трубу на ее стенках из-за неполного сгорания топлива образуется нагар в виде толстого слоя сажи и кокса Нагар изолирует металлическую поверхность стенки от охлаждающего воздуха и создает в ней большие местные нагревы. Это влечет за собой появ­ление местных температурных напряжений и, как следствие, коробление или растрескивание стенок жаровой трубы (рис.4.25).

Рис 4.25. Коробление стенок жаровой трубы в продоль­ном (а) и поперечном (б) направлениях

В результате отложения нагара может нарушиться структура газового потока, что приведет к прогрес­сивному ухудшению условий горения и неудовлетворительному распределе­нию температуры газов перед турбиной

Существенным дефектом камер сгорания является также возникнове­ние усталостных трещин в наружных кожухах, секциях жаровых труб и со­единительных патрубках как у сварных швов, так и вдали от места сварки (рис. 4.26).

Причиной появления трещин может быть явление резонанса, когда частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных колеба­ний конструкции, а также появление термических напряжений и их цикличе­ское изменение.

Устранить явление резонанса можно двумя способами изменить час­тоту и амплитуду вынужденных колебаний или частоту собственных колебаний конструкции.

Рис.4.26. Разрушения камер сгорания и жаровых труб: а — усталостные трещины на наружном кожухе камеры сгорания; б — трещины в передней части жаровой трубы; в — усталостная трещина вблизи сварного шва жаровой трубы; г — трещина у края отверстия жаровой трубы; д — трещина в жаровой трубе у места окончания фрезерованных ребер

Частота вынужденных колебаний определяется в основном парамет­рами газового потока на выходе из компрессора и зависит от числа оборотов ротора, рабочих лопаток направляющих аппаратов, поэтому такой путь явля­ется трудоемким.

Второй способ устранения резонанса изменения частоты собственных колебаний может быть решен изменением длины, диаметра и толщины дета­лей камеры сгорания.

В некоторых случаях колебания устраняются изменением процесса го­рения, улучшением стабилизации пламени, изменением системы подвода воздуха и др.

Появляются также трещины в жаровой трубе у краев отверстий для подачи воздуха или у мест окончания наружных фрезерованных ребер, Эти трещины возникают от частого изменения температурного режима камеры сгорания, остаточных напряжений при штамповке и механической обработке, а также вследствие большой разницы температур у краев отверстия которые интенсивно охлаждаются и у мест стенки отстоящих на некотором расстоя­ние от отверстий.

От местных перегревов на стенках жаровых труб появляются прогары (рис.4.27.). Причиной прогаров могут быть: негерметичность форсунок, де­фект в работе форсунок, нарушение охлаждения и другие причины.

Рис.4.27. Прогар головки жаровой части кольцевой камеры ТВД:

а — вследствие негерметичной в горячем состоянии форсунки; б — из-за пло­хого охлаждения

Дефект в работе форсунок может возникнуть от закоксования каналов и фильтров, что уменьшает расход через нее и увеличивает расход через чис­тые форсунки