Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 6-7-Perspektivy_razvitija_KS_GTD

Рисунок 6.78 - Жаровая труба КС фирмы Siemens с керамическим покрытием [6.9.35]

покрытия. Так, фирма Rolls-Royce применяет систему охлаждения типа «трансплай» с «толстым» (δ ê = 500…600 мк) теплозащитным покрытием стенок жаровой трубы. От исходного уровня расход воздуха на охлаждение уменьшается почти в два раза. Фирмы General Electric и Pratt&Whitney внедрили технологию конвективного охлаждения также с «толстым» теплозащитным покрытием, что дало возможность исключить расход воздуха на пленочное охлаждение, использовать его в процессе низкотемпературного горения.

Наиболее радикальным способом снижения расхода охлаждающего воздуха является применение керамики. Фирма Siemens на своих больших цилиндрических камерах применяет керамические плитки, не связанные жестко с основной конструкцией, а в газосборнике – металлические плитки, покрытые керамикой (см. Рис. 6.78). В результате межремонтный ресурс достиг уровня 100000 ча- сов. Несмотря на очевидные положительные стороны внедрения керамики в конструкцию КС, ее применение ограничивается такими свойствами как:

-малые запасы прочности на изгиб и растяжение;

-растрескивание при больших и часто повторяющихся тепловых «ударных» градиентах температур;

-трудности неразрушающего контроля деталей перед поставкой на двигатель.

6.7 - Перспективы развития камер сгорания ГТД

Âсвязи с постоянно растущим вниманием

êохране окружающей среды, основным требованием из общего перечня требований к КС ГТД на ближайшую перспективу по-прежнему остается обеспечение низких уровней выбросов вредных веществ. При этом, одновременно делается упор на снижение стоимости жизненного цикла, куда входит стоимость изготовления, ремонта и технического обслуживания. Для промышленных ГТД, учитывая конъюнктуру рынка, дополнительно выдвигается требование по расширению диапазона применяемых видов топлива - от низкокалорийных газообразных топлив до тяжелых продуктов нефтепереработки.

Успешное решение задачи по созданию перспективной конструкции КС невозможно без применения новых материалов и технологий изготовления. В первую очередь это относится к жаровой трубе. Так, для повышения эффективности системы охлаждения требуются материалы с высокой рабочей температурой (1200°С и более), например, такие как интерметаллиды и композиционные материалы на основе керамики. Кроме этого, на внутренней поверхности жаровой трубы должно быть предусмотрено керамическое теплозащитное покрытие, обладающее хорошим сцеплением с основным материалом жаровой трубы и стойкостью

êтермоциклам.

Для каталитических КС основной проблемой является повышение теплостойкости и долговеч- ности катализатора.

К перспективному направлению в плане создания малоэмиссионных КС относится создания гибких автоматизированных систем управления, позволяющих контролировать эмиссию (как правило, по косвенным параметрам) в процессе работы ГТД и при изменении условий воздействовать на регулирующие элементы. В качестве регулирующих элементов могут выступать топливные коллекторы, перепускные трубы и (или) фронтовые устройства изменяемой геометрии. Такие системы позволяют поддерживать минимальный уровень эмиссии во всем диапазоне работы ГТД и предотвращать пульсационное горение и проскок пламени в смесительное устройство.

С целью сокращения времени на создание перспективной КС большая роль отводится расчетным работам. Здесь необходимы надежные методики расчета, использующие, как правило, трехмерные модели и апробированные предыдущими испытаниями.

Контрольные вопросы

1.Для чего предназначен диффузор камеры сгорания?

2.С какой целью воздух, поступающий в камеру сгорания разделяют на первичный и вторичный?

3.В чем достоинства и недостатки кольцевых камер сгорания по сравнению с трубчатыми и труб- чато-кольцевыми?

4.В чем достоинства и недостатки противоточных камер сгорания по сравнению с прямоточными?

5.Эмиссия каких веществ при работе двигателя ограничивается международными и отечественными стандартами?

6.Какие факторы определяют выброс окислов азота?

7.Каким образом достигается снижение эмиссии вредных веществ при применении двухзонных камер сгорания?

8.В чем достоинства и недостатки ступенчатых диффузоров перед плавными?

9.Каким образом обеспечивается свобода тепловых расширений жаровых труб трубчато-кольце- вой камеры сгорания в осевом направлении?

10.Какие материалы применяют для изготовления жаровых труб камер сгорания?

11.Какие функции выполняет фронтовое устройство камеры сгорания?

12.Каким образом реализуется снижение температуры стенок жаровой трубы при конвективнопленочной схеме охлаждения?

13.Как реализуется транспирационная схема охлаждения жаровых труб?

14.Каким нагрузкам подвергается при работе двигателя наружный корпус камеры сгорания? Внутренний корпус?

15.Каким образом осуществляется воспламенение топливо-воздушной смеси в камере сгорания?

16.Поясните принцип работы двухсопловой форсунки.

17.Для чего в камеры сгорания наземных газотурбинных установок подают водяной пар?

Англо-русский словарьминимум

air spray type fuel spray nozzl - топливная форсунка с воздушным распылом

annular combustion сhamber - кольцевая КС burning - сжигание. горение

сarbon - углерод carbon dioxide

сarbon monoxide - окись углерода

сhamber - камера cooling - охлаждение

combustion - горение, сгорание combustion сhamber - камера сгорания (КС)

combustion efficiency - эффективность горения combustion intensity - интенсивность горения combustion stability - стабильность горения dilution zone - зона смешения

electric spark - электрическая искра emissions - эмиссия

flame - пламя

flame tube - жаровая труба flare - горелка

fuel manifold - топливный коллектор fuel supply - подача топлива

fuel spray nozzl - топливные распыливающие форсунки

ignition - воспламенение

interconnecter - пламеперебрасывающий патрубок multiple combustion сhamber - индивидуальная КС oxides of nitrogen - окиси азота

pollution - вредные выбросы

pre-vaporization - предварительное испарение primary zone - первичная зона

smoke - дым snout - заборник

swirl - завихритель

thrust engineтяга двигателя

tubo-annular combustion сhamber - трубчато-коль- цевая КС

turbine blades - рабочие лопатки турбины

turbine nozzles guide vanesсопловые лопатки турбины

unburnt hydrocarbons - несгоревшие углеводороды vaporizer combustion сhamber - испарительная КС

Перечень использованной литературы

6.1 ОСТ 1 00411-90 Камеры сгорания основные газотурбинных двигателей. Методы обработки результатов измерения поля температуры газа.

6.2.Стандарт ИКАО (Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации, том 2 «Эмиссия авиационных двигателей»).

6.3.Авиационные правила АП-34 «Охрана окружающей среды. Нормы эмиссии для авиационных двигателей».

6.4.The Jet Engine. Rollse-Royce plc.

6.5.Тепловое и напряженное состояние стенок жаровых труб камер сгорания ГТД. Сборник статей под редакцией А.Д.Рекина. Выпуск второй. Труды ¹ 1295, ЦИАМ, 1992.