1. Общая компоновка и основные типы камер сгорания.
Камера сгорания независимо от способа выполнения состоит из двух основных частей – жаровой трубы, в которой происходит сжигание топлива, и внешнего кожуха, расположенного вокруг жаровой трубы. Топливо впрыскивается через форсунки в начальную, фронтовую часть жаровой трубы.
Воздух из компрессора поступает в пространство между кожухом и жаровой трубой, откуда проходит внутрь трубы через имеющиеся в ее стенках отверстия. Продукты сгорания топлива и избыточный воздух, т. е. газовая смесь, из жаровой трубы выходят в турбину.
По общей компоновке различают три основных типа камер сгорания: трубчатая или индивидуальная (рис. 3.2), кольцевая (рис. 3.3) и трубчато-кольцевая (рис. 3.4).
Рис. 3.2. Схема трубчатой камеры сгорания:
1 - жаровая труба; 2 - кожух; 3 - фиксатор; 4 - форсунка;
5 - соединительный патрубок
Кольцевая камера сгорания представляет собой жаровую кольцевую трубу, размещенную между наружным и внутренним цилиндрическими кожухами. В двигателе всегда используется только одна кольцевая камера, расположенная коаксиально с ротором (см. рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема кольцевой камеры сгорания:
1 И 5 - внешняя и внутренняя стенки жаровой трубы; 2 и 6 - наружный и внутренний кожухи; 3 - фиксатор жаровой трубы; 4 - форсунка
Трубчато-кольцевая камера имеет наружный и внутренний кожухи, между которыми размещены цилиндрические жаровые трубы, т.е. она представляет собой комбинацию двух предыдущих типов (см. рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема трубчато-кольцевой камеры сгорания:
1 - жаровая труба; 2 и 6 - наружный и внутренний кожухи; 3 - фиксатор;
4 - форсунка; 5 - соединительный патрубок
В рабочем состоянии температура жаровой трубы намного выше, чем кожуха. Поэтому для устранения тепловых напряжений при всех компоновочных решениях жаровая труба фиксируется в осевом направлении по отношению к кожуху только в одном месте, причем способ фиксации предусматривает возможность свободной деформации трубы в радиальном направлении.
Установка форсунки во фронтовой части трубы и способ присоединения выходной ее части допускают свободное осевое перемещение трубы, но фиксируют ее положение в радиальном направлении.
В трубчатых и трубчато-кольцевых камерах отдельные жаровые трубы связаны друг с другом соединительными патрубками. Этим повышается надежность действий камер, поскольку при срыве пламени в одной из жаровых труб горючая смесь поджигается раскаленными газами, поступающими через патрубок из соседней, работающей трубы. Кроме того, применение соединительных патрубков упрощает систему запуска, так как позволяет устанавливать пусковые устройства (пусковые воспламенители) не на всех жаровых трубах.
Трубчатая камера сгорания более проста для экспериментальной отработки, чем кольцевая; в случае каких-либо дефектов в эксплуатации ее смена не требует разборки двигателя, что невозможно при кольцевой камере. Вместе с тем комплект трубчатых камер на двигатель при одинаковой общей площади поперечного сечения, что и у кольцевой камеры, имеет существенно больший диаметральный габарит и массу. Применение трубчатых камер связано с необходимостью двукратной перестройки потока (с кольцевой формы на ряд цилиндрических струй при поступлении из компрессора в камеры и наоборот при выходе из камер в турбину), что приводит к дополнительным гидравлическим потерям и усложняет конструкцию двигателя. Кожухи кольцевой камеры в отличие от трубчатых кожухов могут использоваться в качестве силовых элементов двигателя.
Трубчато-кольцевая камера сгорания во многих отношениях позволяет объединить преимущества трубчатой и кольцевой камер. Однако в сравнении с кольцевой камерой при одинаковом поперечном габарите она имеет меньшие площади поперечного сечения газового тракта и хуже согласуется с входом в турбину.
В настоящее время применяются в основном только кольцевые и трубчато-кольцевые камеры. Трубчатые камеры используются лишь в маломощных двигателях, в которых можно ограничиться одной камерой.