Камеры сгорания газотурбинных двигателей

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение конструкции и принципа действия камеры сгорания ГТД .

Камеры сгорания ГТД предназначена для преобразования химической энергии топлива в тепловую.

Рабочий процесс в камере сгорания включает смесеобразование, воспламенение и горение топливовоздушной смеси, смешение продуктов сгорания со вторичным воздухом.

По направлению движения газового потока различают камеры сгорания прямой и противоточной схем.

При многообразии конструктивных схем все камеры сгорания имеют внутренний и наружный корпуса, диффузор, жаровую трубу, стабилизаторы, коллектор форсунок, а также устройства, обеспечивающие воспламенение топливовоздушной смеси.

Наибольшее распространение в ГТД получили камеры сгорания трех основных типов: трубчатая, кольцевая и трубчато-кольцевая.

В трубчатой камере сгорания цилиндрическая жаровая труба расположена внутри цилиндрического корпуса.

В кольцевой (тороидальной) камере сгорания жаровая труба расположена концентрично в кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами.

В трубчато-кольцевой камере сгорания несколько цилиндрических жаровых труб устанавливаются внутри кольцевого корпуса. Жаровые трубы соединены между собой патрубками для выравнивания давления воздуха и газов и переброса пламени.

Жаровые трубы обычно состоят из нескольких секций соединенных сваркой. В целях предотвращения образования трещин от термических напряжений в местах стыков отдельных, различно нагретых, секций делают компенсирующие прорези.

Диффузорные участки, расположенные во входной части камер сгорания, предназначены для снижения скорости потока воздуха на входе в жаровую трубу и преобразования части кинетической энергии во внутреннюю энергию потока.

Для распыливания топлива в камерах ГТД используются, как правило, двухканальные центробежные форсунки, состоящие из корпуса со штуцерами и трубопроводами основного и дополнительного контуров.

Фронтовая часть жаровой трубы и завихрители (стабилизаторы горения) формирует структуру воздушного потока и определяет процессы смесеобразования, стабилизации пламени и выгорания топлива. В ней также расположены один или два ряда отверстий для подвода первичного воздуха.

Завихрители могут быть лопаточного, конусного или струйного типа. Они обеспечивают созданием в головной части жаровой трубы пониженного давления, вследствие чего образуется зона обратных токов, в которой часть горячих газов движется навстречу основному потоку воздуха и распыленного топлива. В результате происходит образование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и устойчивое горение.

Масса воздуха, подведенного в эту зону с учетом расхода через фронтовое устройство и пояса охлаждения, составляет 50-60 % от общего расхода через камеру сгорания.

Через отверстия в основной части жаровой трубы через ряды круглых или овальных отверстий подводится воздух, необходимый для завершения процесса сгорания топлива.

Между последним рядом отверстий для подвода воздуха в зону горения и первым рядом отверстий зоны смешения стенка жаровой трубы выполняется сплошной (без отверстий), что необходимо для поддержания высокой температуры процесса без замораживания его струями холодного смесительного воздуха.

В смесительную часть жаровой трубы воздух подводится через отверстия с отбортовками, которые увеличивают глубину проникновения струй вторичного воздуха в газовый поток, что улучшает смешение воздуха с продуктами сгорания и повышает равномерность температурного поля на входе в турбину.

Ресурс и надежность жаровых труб определяются уровнем и равномерностью нагрева их стенок.

Наиболее нагретым (до 1000 - 1300 К) местом жаровой трубы является ее середина, где выделение тепла уже заканчивается, а вторичный воздух еще только начинает подмешиваться к продуктам сгорания.

Для поддержания приемлемой температуры стенок жаровых труб применяется комбинированное конвективно-пленочное охлаждение: охлаждение перфорированных стенок, когда охладитель подается перпендикулярно скорости горячего потока газов через большое число отверстий небольшого диаметра, и струйное комбинированное охлаждение, при котором охладитель подается параллельно скорости горячего потока через специальные щели.

Жаровые трубы изготавливаются штамповкой из жаропрочных сплавов на никелевой основе типа Х20Н80Т, ЭИ602, ЭИ868 и др. Для изготовления других узлов камеры сгорания (диффузора, корпусов и др.) используются стали типа Х17Н2, 1Х18Н9Т.

Порядок выполнения работы

1. Дать характеристику камеры сгорания, определить тип завихрителей, количество и расположение форсунок, способ охлаждения жаровой трубы.

2. Выполнить эскизы основных элементов камеры сгорания (жаровой трубы, коллектора форсунок, корпусов) и определить их геометрические характеристики.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы происходят в камере сгорания ГТД?

2. Назовите основные элементы камеры сгорания и укажите их назначение.

3. Назовите методы охлаждения жаровых труб.

4. Из каких материалов изготавливаются основные узлы камер сгорания?

Лабораторная работа №7