Камера сгорания.

Камера сгорания является ответственным узлом двигателя, в котором происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию. Поэтому к камерам сгорания предъявляются следующие требования:

1. высокая полнота сгорания топлива на всех режимах работы двигателя. Коэффициент полноты сгорания должен быть не менее 0,98 – 0,99;

2. минимальные потери полного давления в камере сгорания. В двухконтурных двигателях коэффициент восстановления полного давления – 0,94 – 0,96, в одноконтурных двигателях – 0,9 – 094;

3. минимальные габаритные размеры камеры сгорания. Размеры камеры сгорания влияют на продольные и поперечные размеры двигателя и его массу;

4. устойчивая работа без погасания и вибрационного горения во всем эксплуатационном диапазоне;

5. надежный розжиг топлива в земных и высотных условиях;

6. минимальный уровень содержания твердых частиц дымности, токсичных выбросов продуктов сгорания;

7. высокая надежность конструкции и стабильность характеристик камеры сгорания при данном ресурсе двигателя;

8. хорошая технологичность, малая металлоемкость, удобство эксплуатационного обслуживания и ремонтопригодность.

Рассмотрим особенности технологичной схемы камеры сгорания. Из курса Теории АД известно, что в авиационном двигателе используются трубчатые, трубчато – кольцевые и кольцевые камеры сгорания. Любая камера сгорания состоит из корпуса и жаровой трубы. В жаровой трубе осуществляется подача топлива через топливную форсунку и воздуха через стабилизатор, организация перемешивания и горения. Сжигание топлива происходит в отдельной зоне сгорания, а в дальнейшем – смешение продуктов сгорания с воздухом, т.е. решается задача полного сжигания топлива при средней температуре в зоне горения 2000 ⁰С и получения рабочего тела с температурой, при которой сохраняется работоспособность деталей турбин. Для этого поток воздуха, подводимый в камеру сгорания разделяется на первичный, поступающий через лопаточный стабилизатор и отверстия в зону горения, и вторичный, протекающий по отверстиям в жаровой трубе в зону смешения в жаровой трубе. Благодаря зоне смешения температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания снижается до необходимой величины для поступления в сопловой аппарат турбины. Такое разделение потока воздуха обеспечивает устойчивую работу авиационного двигателя. Высокие температуры в зоне горения и смешения, при которых не работоспособны современные материалы, требуют эффективного охлаждения жаровой трубы и других деталей камеры. С этой целью используется первичный воздух, поступающий непосредственно в зону горения и вторичный, протекающий в пространстве между корпусом и жаровой трубой, при этом происходит конвективное охлаждение. Т.е. отвод тепла от стенок жаровой трубы при обтекании их воздухом снаружи. Но это оказывается недостаточным, поэтому воздух, проникающий в зону смешения частично направляется вдоль внутренней поверхности жаровой трубы, образуя заградительный, непрерывно обновляющийся пристеночный слой. Который защищает внутренние стенки жаровой трубы от контакта с горячими газами. Вторая особенность работы камеры сгорания – это относительно большая скорость воздушного потока, т.к. уменьшение скорости приводит к увеличению габаритов двигателя. В связи с этим, устойчивость при высокой скорости воздушного потока достигается образованием токов горячих газов, которые продвигаются против потока воздуха. В этом случае фронт пламени, т.е. поверхность, разделяющая подготовленную для воспламенения смесь и факел горения движется в зоне горения со скоростью, превышающей скорость течения воздуха, что предотвращает срыв пламени. Скорость воздуха, которая на выходе из компрессора порядка 110 м/с, а количество первичного воздуха, поступающего в зону горения – примерно 30 % от общего расхода воздуха через двигатель. Воздух протекает через каналы стабилизатора, которые образованы лопатками, расположенными под углом к оси камеры закручивается и движется одновременно в осевом, окружном и радиальном направлении и его траектория имеет форму спирали. Благодаря этому в центральной части зоны горения устанавливается пониженное давление и в нее поступает горячий газ. Т.о. в результате закрутки потока центральной части жаровой трубы образуется зона обратных потоков, поэтому важнейшим устройством, расположенным в начале жаровой трубы является стабилизатор горения, который имеет следующие конструктивные особенности:

а- лопаточный стабилизатор;

б, в – конические стабилизаторы;

1 – кольцо;

2 – лопатка;

3, 4, 8 – втулки форсунки;

5, 9 – ребра;

6, 7 – кромки;

10, 13, 15 – отверстия подвода воздуха для охлаждения и сдува нагара;

11 – дефлектор;

12 - конус;

14 – зазор.