2. Определение расхода топлива в камерах сгорания

Тепловой поток через стенки корпуса камеры сгорания пренебрежимо мал по сравнению с количеством теплоты, выделяемой в ней при сгорании топлива. Если бы в основной камере сгорания шел процесс подогрева газа неизменного состава, то потребное количество теплоты (в расчете на единицу массы газа) согласно уравнению энергии определялось бы формулой

,

где  средняя теплоемкость газа в данном интервале температур.

Если при этом тепловыделение на 1 кг топлива составляет кДж, то относительный расход топлива в основ­ной камере сгорания определялся бы равенством

, (9.11)

где секундный расход топлива ирасход воздуха через камеру сгорания.

В действительности процесс горения сопровождается изменени­ем как количества, так и химического состава газа, что делает за­дачу определения потребного расхода топлива более сложной. Но расход топ­лива и в этом случае может быть определен по формуле, аналогичной (9.11), если представить её в виде

, (9.12)

где условная теплоемкость процесса подвода теплоты в реаль­ной камере сгорания, которая должна быть определена по точным расчетам с учетом состава продуктов сгорания, зависимости теплоемкости воздуха и продуктов сгорания от температуры и условий проведения опытов по определению теплотворности топлива. Результаты таких расчетов для случая, когда топливом является авиационный керосин и, представлены в виде диаграммы на стр. 123 в имющихся у Вас «Таблицах и диагпаммах теплофмзическуих величин и газодинамических функций».

Они получены при условии, что значения соответствуют полному сгоранию топлива, т.е. все поправки на неполноту сгорания учитываются коэффициентоми могут быть с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимированы формулой

(9.13)

Аналогично может быть определен расход топлива и в двигателях в форсажной камерой сгорания (ТРДФ и ТРДДФсм). Задача определения расхода топлива непосредственно для форсажной камеры усложняется тем, что энтальпия поступаю­щих в неё газов зависит не только от температуры на входе в форсажную камеру, но и от их химического состава газов, связанного с процессом, протекающим в основной каме­ре сгорания. Но если рассматривать ТРДФ или ТРДДФсм в целом, то с учетом изменения количества, химического состава и температуры продуктов сгорания общий рас­ход топлива в двигателе , равный сумме расходов топливав основной и в форсажной камерах сгорания, может быть определен с помощью формулы, аналогичной формуле (9.12):

, (9.14)

где расход воздуха на входе в двигатель,расход воздуха, отбираемого на самолетные нужды,общий коэффици­ент полноты сгорания в двигателе, ачопределяется по той жедиаграмме или по той же фотмуле (9.14), но с заменойна, ана. Отбор мощности от ТРДФ или ТРДДФсм на привод агрегатов и другие цели практически составляет малые доли процента мощности турбины и поэтому может не усчитываться.

3. Розжиг камер сгорания

Рис. 9.18. Пусковой воспламенитель основной камеры

сгорания

Запуск ГТД в условиях, когда воздух на входе в основную камеру сгорания двигателя имеет низкое давление и низкую температуру, в особенности в зимний период, требует принятия специальных мер для надежного воспламенения топливо-воздушной смеси в камере. Обычно для этой цели на камерах сгорания устанавливаются специальные пусковые воспламенители. Одна из возможных схем таких воспламенителей показана на рис. 9.18. Воспламенитель представляет собой миниатюр­ную (50…100 см³) камеру сго­рания, в которую через форсун­ку 1 подается топливо, а воз­дух поступает из пространства между жаровой трубой 4 и кор­пусом камеры сгорания 3. При запуске образовавшаяся здесь богатая смесь воспламеняется с помощью электрической свечи 2. Воспламенитель распола­гается на камере сгорания так, что образовавшийся факел пламени направляется на гра­ницу зоны обратных токов и поджигает имеющуюся там свежую смесь. Для надежности запуска на двигателе устанавливается несколько воспламенителей (пусковых блоков).

Если камера сгорания имеет несколько жаровых труб, а пуско­вые воспламенители установлены не на всех трубах, то между жаровыми трубами в районе расположения зон обратных токов уста­навливаются пламяперебрасывающие патрубки. Наилучшие условия для переброски пламени имеются в кольцевых камерах сгорания.

Иногда приходиться запускать двигатель в воздухе. Понижение давления и температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, резко сужает пределы воспламенения топлива по составу смеси. Поэтому для обеспечения надежного запуска двига­теля на больших высотах применяется подпитка пусковых воспламенителей кислородом, что существенно расширяет пределы воспламенения смеси и поэтому является эффективным средством увеличения максимальной высоты надежного запуска дви­гателя в полете.

И всё же возможности запуска двигателя в полёте оказываются ограниченными и притом тем в большей мере, чем больше высота полёта. Поэтому запуск в воздухе инструкцией по эксплуатации каждого типа ГТД разрешен только в ограниченном диапазоне скоростей полёта и при том тем меньшем, чем больше высота полёта.

При розжиге форсажной камеры температура горючей смеси уже высока, что облегчает её воспламенение. Но в то же время большая скорость газового потока в камере затрудняет эту задачу. Поэтому в форсажных камерах применяются мощ­ные источники воспламенения, например небольшие камеры, питаемые чистым воздухом от компрессора и снабженные электрической свечой повышенной мощности. На некоторых ТРДФ и ТРДДФ воспламенение топлива в фор­сажной камере достигается путем впрыска порции топлива в зону горения основной камеры сгорания с таким расчетом, чтобы в ре­зультате воспламенения и сноса горящих капель газовым потоком образовалась огненная дорожка, проникающая через турбину и поджигающая горючую смесь в форсажной камере.