Tipuri de camere de ardere diesel. Caracteristicile de proiectare ale camerei de ardere și ale duzei. Cerințe pentru o cameră de ardere continuă

Camerele de ardere ale motoarelor diesel

Pentru o amestecare bună în același timp, este extrem de important să combinați corect atomizarea combustibilului și mișcarea aerului în camera de ardere. Acest lucru va îmbunătăți distribuția combustibilului în cameră și va efectua procesul de ardere cu cea mai mică cantitate de aer.

Forma camerei de ardere trebuie:

• corespund direcției și domeniului jetului de combustibil injectat;
• asigurarea mișcării organizate a fluxului de aer, amestecarea intensivă a combustibilului și aerului, arderea completă a combustibilului într-o perioadă scurtă cu cea mai mică cantitate de aer;
• creștere lină a presiunii în cilindru, presiune maximă moderată de ardere și pierderi minime de căldură;
• creați condiții pentru pornirea ușoară a motorului.

Prin proiectare, motoarele diesel sunt împărțite în două categorii principale: cu camere de ardere neîmpărțite și divizate. Camerele nedivizate au un singur compartiment, în care au loc atât formarea amestecului, cât și arderea combustibilului. Camerele împărțite sunt împărțite în două părți: principale și suplimentare, conectate printr-un gât. În acest caz, combustibilul este injectat într-o cameră suplimentară.

Conform metodei, se distinge formarea amestecului volumetric, film și combinat.

Odată cu formarea amestecului volumetric, combustibilul este pulverizat în volumul camerei de ardere și doar o mică parte din acesta intră în stratul din apropierea peretelui. Formarea volumetrice a amestecului se realizează în camere de ardere nedivizate.

Amestecarea filmului este utilizată într-o serie de modele de camere de ardere, când aproape tot combustibilul este direcționat către zona de lângă perete. Aproximativ 5-10% din combustibilul injectat de injector intră în partea centrală a camerei de ardere. Restul combustibilului este distribuit pe pereții camerei de ardere sub forma unei pelicule subțiri (10-15 µm). Inițial, o parte din combustibil se aprinde în partea centrală a camerei de ardere, unde de obicei nu există nicio mișcare a încărcăturii și este setată cea mai mare temperatură. Mai târziu, pe măsură ce se evaporă și se amestecă cu aerul, arderea se răspândește în partea principală a combustibilului direcționat către stratul din apropierea peretelui. Amestecarea filmului necesită o atomizare mai puțin fină a combustibilului. Se folosesc duze cu o singură duză. Presiunea de injecție a combustibilului nu depășește 17–20 MPa. Amestecarea filmului în comparație cu amestecarea volumetrică oferă o performanță economică mai bună a motorului, simplifică proiectarea echipamentului de combustibil. Principalul dezavantaj este proprietățile scăzute de pornire ale motorului la temperaturi scăzute din cauza cantității mici de combustibil implicată în arderea inițială. Acest dezavantaj este eliminat prin încălzirea aerului de admisie sau prin creșterea cantității de combustibil implicat în formarea camerei inițiale de ardere.

Formarea amestecului combinat se obține cu diametre mai mici ale camerei de ardere, atunci când o parte din combustibil ajunge la peretele său și este concentrată în stratul din apropierea peretelui. O altă parte a picăturilor de combustibil se află în volumul intern al încărcăturii. Aproximativ 50% din combustibil este depus pe suprafața camerei. La intrarea în cameră, nu se creează nicio mișcare de rotație a încărcăturii. Sarcina este pusă în mișcare atunci când este forțată să iasă din spațiul supra-piston în camera de ardere și se creează un vortex. Viteza de mișcare a sarcinii ajunge la 40-45 m/s. O trăsătură distinctivă a formării amestecului de peliculă este mișcarea în sens opus a jeturilor de combustibil și a încărcăturii deplasate din spațiul peste piston, ceea ce contribuie la creșterea cantității de combustibil suspendat în volumul camerei de ardere și aduce procesul. mai aproape de formarea amestecului volumetric. Duzele sunt utilizate cu pulverizatoarele cu 3-5 orificii de duză.

Camere de ardere cu injectie directa. La motoarele diesel cu astfel de camere, combustibilul este injectat direct în camera de ardere printr-o duză cu o presiune de funcționare de 15–30 MPa, care are atomizatoare cu mai multe orificii (5–7 orificii) cu un diametru mic al canalelor de duză (0,15–30 MPa). 0,32 mm). Astfel de presiuni mari de injecție sunt utilizate datorită faptului că în acest caz atomizarea combustibilului și amestecarea acestuia cu aerul se realizează în principal datorită energiei cinetice transmise combustibilului în timpul injectării. Pentru o distribuție uniformă a combustibilului în cameră, duzele unor astfel de motoare sunt adesea realizate cu mai multe orificii.

Pe fig. 6.4 prezintă camerele de ardere ale motoarelor cu injecție directă, care asigură amestecarea volumetrică.

Orez. 6.4. Camere de ardere nedivizate pentru amestecare volumetrică:

a - emisferic, b - toroidal

Orez. 6.6. Camere de ardere nedivizate pentru amestecarea filmului:

a - tip MAN diesel, b - tip Hesselmann

Pe lângă cele de mai sus, cu amestecarea filmului, camera de ardere este realizată în formă de placă (Fig. 6.6b). Jetul de combustibil de la duză, datorită distanței scurte, ajunge la fundul camerei și se depune sub forma unei pelicule.

Jeturile de combustibil lovesc peretele într-un unghi ascuțit și parcurg o distanță relativ scurtă. Aproximativ 50% din combustibil este depus pe suprafața conică a camerei.

Principalul avantaj al camerelor de ardere cu injecție directă în comparație cu alte tipuri de camere este următorul.

1. Forma simplă și compactă a camerei de ardere asigură mai puține pierderi de căldură în timpul procesului de ardere și o eficiență eficientă mai mare.

2. Răcirea cu aer mai puțin intensă în timpul perioadei de compresie (compactitatea camerei și mișcarea relativ mică a aerului în vortex) creează condiții pentru o pornire mai ușoară. Timpul pentru pornirea unui motor cu injecție directă este de 1,8–3,6 ori mai scurt decât pentru pornirea motoarelor cu alte camere de ardere.

3. Structura chiulasei este simplificată.

Dezavantajele camerelor de ardere cu injecție directă sunt următoarele.

1. Amestecarea are loc la presiuni mari de injecție (până la 30 MPa). Acest lucru crește cerințele pentru echipamentele de alimentare cu combustibil.

2. Procesul de ardere se caracterizează prin presiuni semnificative. Rata de creștere a presiunii este mare. Datorită creșterii sarcinii pe mecanismul manivelei, este necesară creșterea marjei de siguranță a componentelor motorului.

3. Orificiile mici ale duzei atomizorului duzei (0,1–0,25 mm) necesită o execuție precisă și se pot înfunda dacă combustibilul nu este suficient de purificat. Din acest motiv, combustibilul trebuie curățat cu mare grijă. Abaterile minore ale calității combustibilului de la normă afectează performanța motorului.

Precamere. Motoarele diesel precamerale au o cameră de ardere împărțită în două părți (Fig. 6.8). Camera principală este situată direct deasupra pistonului. Volumul său este de 0,75–0,60 din volumul întreg al camerei de ardere. Precamera este realizată în chiulasa. Ocupă 0,25–0,40 din volumul total al camerei. Precamera este conectată la camera principală prin unul sau mai multe canale.

În acest caz, de la 20 la 30% din combustibilul injectat arde, ceea ce corespunde cantității de oxigen din aer conținută în precamera.

Când o parte din combustibil este arsă, temperatura și presiunea din precamera crește. Gazele arzătoare și combustibilul nears se precipită din pre-camera în camera principală. Aici arderea combustibilului continuă și se termină în procesul de expansiune.

În motoarele cu pre-camera, formarea intensivă a amestecului se realizează în principal datorită energiei combustibilului parțial ars în pre-camera. Această energie determină o cădere de presiune între precamera și camera principală (de obicei 1,5 MPa), ceea ce creează condiții pentru amestecarea intensivă și atomizarea mai fină a combustibilului pulverizat anterior în precamera.

Formarea amestecului este facilitată de formarea de mișcări vortex de aer atunci când acesta se deplasează în timpul compresiei din camera principală în precamera. Duza unor astfel de motoare este de obicei realizată cu o singură gaură.

Camere vortex. Motoarele cu camere vortex, ca și motoarele pre-camera, au o cameră împărțită în două părți (Fig. 6.9). Camera principală este situată direct deasupra pistonului și are un volum relativ mic. Camera vortex este realizată în chiulasa, are o formă aerodinamică (bilă sau bilă turtită) și este răcită cu apă. Volumul său este de la 50 la 75% din volumul total al camerei de ardere. Un astfel de volum permite ca o cantitate mare de aer să fie implicată în mișcarea vortexului. Camera vortex comunică cu camera principală prin gât.

În timpul perioadei de ardere, presiunea crește brusc în camera de vortex. În acest caz, produsele de ardere și partea nearse a combustibilului se reped în camera principală. Aici procesul de ardere continuă, terminându-se cu expansiune.

La motoarele cu camere de turbionare pentru formarea amestecului, sunt utilizate în principal fluxuri de aer vortex create în timpul procesului de compresie într-o cameră de turbionare. Diferența de presiune dintre camere este relativ mică (de obicei 0,6 MPa). Duzele pentru astfel de motoare sunt de obicei folosite cu o singură gaură. Presiunea de pornire a alimentării este de 8–10 MPa.

Motoarele diesel cu camere de ardere împărțite realizează o funcționare fără fum la raporturi reduse de exces de aer. Cerințele pentru calitatea atomizării combustibilului sunt reduse semnificativ și se folosesc duze de tip închis cu o gaură de duză cu diametru mare (1–2 mm). Presiunea de injecție a combustibilului este de 12–15 MPa, iar motorul funcționează fără probleme. Aceste motoare diesel sunt cele mai rapide dintre toate motoarele diesel.

Principalele dezavantaje ale camerelor de ardere separate:

Camere de ardere ale motoarelor diesel - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Camere de ardere ale motoarelor diesel” 2017, 2018.

Camera de ardere

Camera de ardere

spatiu inchis, cavitate pentru arderea combustibililor gazosi, lichizi sau solizi in motoare de combustie internă. Camerele de ardere sunt intermitente (de exemplu, în motoarele cu combustie internă alternativă, motoarele cu reacție cu impulsuri) și continue (de exemplu, în motoarele cu turbină cu gaz, motoarele cu turboreacție, motoarele cu rachetă cu lichid etc.). La motoarele cu piston, camera de ardere este de obicei formată din suprafața interioară a chiulasei și a coroanei pistonului. Camerele de ardere ale motoarelor cu turbine cu gaz sunt cel mai adesea încorporate direct în. Produsele de ardere din cameră sunt trimise la turbina cu gaz. În motoarele cu turboreacție și rachete cu propulsie lichidă, produsele arderii, care se accelerează într-o duză instalată în spatele camerei de ardere, creează tracțiunea jetului. O cameră de combustie continuă este una dintre cele mai importante componente ale motoarelor de aeronave și spațiale, ale turbinelor cu gaz de energie și transport, care sunt utilizate pe scară largă în inginerie energetică, industria chimică, transportul feroviar, navele maritime și fluviale, aviație și astronautică.

Enciclopedia „Tehnologie”. - M.: Rosman. 2006 .

Camera de ardere

motor cu turbină cu gaz - un dispozitiv în care, ca urmare a arderii combustibilului, temperatura aerului (gazului) care intră în el crește. Basic K. s. un motor turbopropulsor sau un motor turboreactor este situat în fața turbinei și este format dintr-o carcasă 6, care formează o cavitate pentru tubul (tuburile) de flacără 5, în interiorul căreia este ars alimentat de duzele 2. Partea frontală (admisie) al tubului de flacără este așa-numitul dispozitiv frontal 3, care asigură amestecarea parțială a combustibilului cu aer și gaz fierbinte, stabilizarea flăcării, arderea unei părți a combustibilului. Prin orificiile din pereții tubului de flacără, acesta este introdus în acesta pentru a arde restul combustibilului, a răci produsele de ardere și a forma, împreună cu colectorul de gaz 7, câmpul de temperatură necesar al gazelor care intră în turbină. Temperatura produselor de ardere depinde de coeficientul de exces de aer. 1 încetinește fluxul de aer la o viteză care permite arderea eficientă a combustibilului cu pierderi hidraulice acceptabile în K. s. Aprinderea (sau lumânarea electrică) 4 este utilizată pentru aprinderea inițială a combustibilului. Pentru a răci tubul de flacără, în apropierea peretelui său interior se folosește un văl de aer, format prin trecerea aerului prin găuri mici din perete. Basic K. s. Există trei tipuri: tubular (un tub de flacără este amplasat într-o carcasă de tip tubular), inelar (un tub de flacără inelar comun este situat în spațiul inelar format din carcasele exterioare și interioare), tubular-anular (tuburi de flacără sunt amplasate într-un spaţiu inelar comun format din carcasele exterioare şi interioare). Până în anii 60 și 70. s-au folosit în principal s. tubulare și tubular-anulare, apoi s-au folosit s. inelare mai compacte.
K. s. cel de-al doilea circuit al unui motor de bypass turboreactor și K. cu. motorul ramjet în conformitate cu principiul de funcționare și dispozitiv sunt similare cu camera de ardere postcombustie. munca lui K. cu. caracterizează.

Aviație: Enciclopedie. - M.: Marea Enciclopedie Rusă. redactor-șef G.P. Svișciov. 1994 .

Vedeți ce este o „camera de ardere” în alte dicționare:

Un spațiu închis destinat arderii combustibilului (gazos, lichid, solid). Există acțiuni intermitente (de exemplu, în motoarele cu combustie internă cu piston) și continuă (în turbine cu gaz și motoare cu reacție) ... Dicţionar enciclopedic mare

- - combustibilul arde aici și împinge pistonul. Edward. Dicționar de jargon auto, 2009... Dicționar auto

camera de ardere- - [A.S. Goldberg. Dicţionar de energie engleză rusă. 2006] Subiecte energetice în general EN burnerbnrfirebox … Manualul Traducătorului Tehnic

camera de ardere 3.1.26.1 camera de ardere camera în care are loc arderea amestecului gaz-aer Sursă … Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Schema de funcționare a unui motor cu ardere internă în 4 timpi Camera de ardere este volumul format dintr-o combinație de părți ale motorului sau cuptorului (în acest din urmă caz, camera de ardere se numește cuptor) în care este ars un amestec combustibil sau solid. .. ... Wikipedia

camera de ardere Enciclopedia „Aviație”

camera de ardere- Camera de ardere principală. camera de ardere a unui motor cu turbină cu gaz un dispozitiv în care, ca urmare a arderii combustibilului, temperatura aerului (gazului) care intră în el crește. Basic K. s. motor turbopropulsor sau turboreactor ...... Enciclopedia „Aviație”

Un spațiu închis destinat arderii combustibilului (gazos, lichid, solid). Există periodice (de exemplu, la motoarele cu combustie internă cu piston) și continue (la turbine cu gaz și la motoarele cu reacție). * * * … Dicţionar enciclopedic

camera de ardere- degimo camera statusas T sritis Energetika apibrėžtis Camera dujoms ar degalams deginti. Degimas vyksta periodiškai (stūmokliniuose vidaus degimo varikliuose) arba nuolatos (dujų turbinoză). atitikmenys: engl. camera de ardere vok. Brennraum, f... Aiškinamasis šiluminės și branduolinės technikos terminų žodynas

Volumul destinat arderii combustibilului gazos, lichid sau solid. K. s. există acțiuni intermitente pentru motoarele cu ardere internă cu piston în 2 și 4 timpi (vezi Motor cu ardere internă) (ICE) și continuă ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Toate camerele de ardere sunt fundamental similare între ele, cu toate acestea, există o împărțire a acestora în funcție de anumite caracteristici destul de semnificative. Unul dintre principiile clasificării camere de ardere a motorului cu turbină cu gaz este să le împărțim la aspect general. Astăzi, există trei tipuri de layout: tubular (sau individual), tubular-anular și inelar.

Scheme structurale ale camerelor de ardere. a - tubular, b - tubular-inolar, c - inelar.

Cameră de ardere tubulară (individuală). oarecum din definiția de mai sus a acestuia ca un inel cu două carcase, deoarece este format din mai multe secțiuni separate, fiecare dintre ele având propriul său corp tubular și un tub de flacără situat în interiorul său.

Tuburile de flacără sunt conectate între ele prin așa-numitele duze de transfer a flăcării, care servesc la transferarea flăcării către tuburile învecinate în timpul pornirii și în cazul stingerii unuia dintre tuburi. Capacitatea de supraviețuire a unui motor cu o astfel de cameră este destul de mare. În plus, acest design facilitează funcționarea și repararea motorului. Fiecare CV individual poate fi îndepărtat pentru reparație fără a demonta întregul motor.

Camera de ardere tubulară a motorului Rolls-Royce RB.41 Nene.

Datorită volumului mic, rafinarea unui astfel de CS în timpul dezvoltării sale este destul de ușoară. O astfel de cameră este bine asamblată cu un compresor centrifugal. Acesta este unul dintre motivele principale pentru utilizarea sa pe motoarele turboreactor timpurii cu un compresor bancar central.

Un exemplu este motorul britanic Rolls-Royce RB.41 Nene instalat pe aeronava Hawker Sea Hawk și succesorul său, motorul sovietic VK-1 (sau RD-45, cu postcombustie - VK-1F / RD-45F) pentru MIG- 15 avioane, MIG-17, IL-28, TU-14. Sau Motorlet cehoslovac M-701, care a fost instalat pe aeronava de antrenament de masă Aero L-29 Delfín.

Motor Rolls-Royce RB.41 Nene.

Aeronavă HAWKER SEA HAWK.

Motor RD-45.

Motor RD-45 cu o cameră de ardere tubulară.

Luptător MIG-15 cu motor RD-45.

Motorlet M701.

Aeronava L-29 Delphin.

CS tubular nu este inclus în circuitul de putere al motorului. În modelele diferitelor motoare, pot exista de la 6 la 22 de camere individuale.

Cu toate acestea, o astfel de cameră de ardere are un dezavantaj foarte semnificativ - câmpul neuniform de temperaturi, presiuni și viteze ale fluxului de gaz la ieșire. Mai simplu spus, debitul împărțit în sectoare în funcție de numărul de țevi individuale și care intră în turbină este neuniform în temperatură și presiune, iar paletele rotorului suferă sarcini alternative constante în timpul rotației, ceea ce, desigur, le afectează negativ fiabilitatea și durata de viață.

Funcționarea motorului RD-45. Funcționarea neuniformă a tuburilor de flacără individuale este vizibilă.

Pe baza unui CS individual, a fost dezvoltat un alt tip de aspect, mai avansat - o cameră de ardere tubulară-inelară. Un exemplu tipic de motor cu un astfel de CS este motorul turboventilator AL-21-F3 (ed. 89), care este instalat pe toate modificările aeronavei SU-24, precum și pe toate modificările SU-17M.

Într-o astfel de cameră de ardere, mai multe tuburi de flacără (pentru AL-21F-3 - 12 bucăți, pe alte motoare de obicei de la 9 la 14) sunt situate în jurul circumferinței (de-a lungul inelului) în interiorul unei carcase comune (sau carcasă), care este de obicei incluse într-o diagramă comună a motorului de putere. Tuburile de flacără sunt conectate prin conducte de transfer a flăcării. În partea lor de ieșire, acestea sunt, de asemenea, conectate printr-un special general o conductă scurtă, numită „colector de gaz”.

Motor AL-21F-3 (dispunerea „C” - pentru aeronava SU-17M).

Avion-bombardier SU-17M4 cu motor AL-21F3.

Camera de ardere tubular-inelară.

Un exemplu de tub de flacără al unui CS tubular-anular. 1 - instalarea duzei. 2 - perete frontal cu un turbion. 3 - orificii pentru racirea aerului. 4 - orificii pentru aerul secundar. 5 - suport. 6 - conductă de transfer a flăcării.

Facilitează formarea unui câmp de temperatură mai uniform în fața turbinei de-a lungul circumferinței frontului de curgere a gazului.

Camerele de ardere tubulare-anulare, în ceea ce privește parametrii lor de ieșire, complexitatea finisării și ușurința în exploatare și reparare, ocupă o poziție intermediară între camerele tubulare și următoarea vedere de proiectare și dispunere - camere inelare.

Inel camere de ardere a motorului cu turbină cu gaz au un tub de flacără, care este realizat sub formă de inel și este situat concentric între carcasa exterioară și interioară a camerei de ardere. Se compune dintr-o parte de mijloc realizată sub formă de suprafețe exterioare și interioare (se mai numesc și mixere), un colector de gaz de evacuare și un dispozitiv frontal (partea frontală) cu locuri (arzătoare) pentru instalarea duzelor și a dispozitivelor de alimentare cu aer la tub de flacără. Pot exista destul de multe astfel de locuri. - de la 10 la 132-uh (pe motoarele reale, inclusiv turbinele cu gaz la sol) și chiar mai mult (experiment).

Camera de ardere inelară a motorului NK-32 (aeronava TU-160).

Motoare NK-32 pe aeronavele TU-160. Inspecție după zbor.

Tubul de flacără al camerei inelare de ardere. 5 - dispozitiv frontal. 2,3 - mixere externe și interne. 1.4 - amplasarea duzelor. 6 - orificii pentru alimentarea cu aer secundar.

Un exemplu de cameră de ardere inelară (motor AI-25, model computer).

Model computerizat al unei camere de ardere inelare (motor AI-25).

Camera inelară dintre toate cele menționate este cea mai perfectă din punct de vedere al uniformității câmpului de temperatură. În plus, are o lungime minimă și o suprafață totală și, prin urmare, este cea mai ușoară (aproximativ 6-8% din masa motorului), are pierderi minime de presiune (pierderi hidraulice) și necesită mai puțin aer pentru răcire.

Cu toate acestea, o astfel de cameră este dificil de finisat, asigură arderea și rezistența stabilă, în special la dimensiuni mari și presiune mare a fluxului de gaz. În plus, posibilitățile sale de reparații sunt destul de mici și, practic, necesită dezasamblarea motorului. Deși punerea în aplicare a controlului este destul de posibilă cu utilizarea dispozitivelor boroscopice moderne. Calitățile pozitive sunt mai semnificative și, prin urmare, camerele de ardere inelare sunt utilizate în aproape toate motoarele moderne cu turboreacție.

În plus, există o diviziune camere de ardere a motorului cu turbină cu gazîn direcția fluxului de gaz. Acestea sunt camere cu flux direct și contraflux (se mai numesc și buclă sau semibuclă). În fluxul cocurent, direcția de mișcare a gazului în camera de ardere coincide cu direcția sa de mișcare de-a lungul traseului motorului, iar în contracurent, aceste direcții sunt opuse.

Din această cauză, pierderile de presiune în camerele cu buclă sunt mult mai mari decât în ​​camerele directe. Dar, în același timp, dimensiunile axiale în ele sunt vizibil mai mici. Camerele cu buclă se potrivesc foarte bine cu un compresor centrifugal și pot fi poziționate deasupra (în jurul) turbinei. Aceasta, desigur, presupune o creștere a dimensiunilor transversale, dar în același timp, cele axiale sunt reduse semnificativ.

Un exemplu de aspect al camerei de ardere cu buclă.

Camera de ardere în buclă a unui motor cu turbină cu gaz elicopter.

Unul dintre avantajele camerelor de ardere în buclă este o reducere semnificativă a impactului radiației termice a flăcării asupra duzei turbinei, care în acest caz se află în afara „liniei de vedere” în raport cu miezul flăcării.

Camerele drepte sunt utilizate în motoarele de avioane puternice în combinație cu un compresor axial. Cele cu buclă sunt utilizate în principal pe motoarele de dimensiuni mici, cum ar fi motoarele cu turbină cu gaz pentru elicopter, unitățile auxiliare de putere (APU), motoarele de drone etc.

Camere de ardere GTE Ele sunt, de asemenea, împărțite în funcție de principiul formării unui amestec combustibil-aer. Camerele cu formare externă a amestecului (sau camere de evaporare) implică evaporarea prealabilă a combustibilului și amestecarea acestuia cu aer înainte de a fi alimentat în zona de ardere.

Acest tip de CS poate îmbunătăți semnificativ performanța de mediu a motorului, deoarece are o eficiență ridicată de ardere.

Dar, în același timp, sistemul de pre-evaporare este destul de complicat și există pericolul de cocsificare a conductelor sale (adică depozite de fracții rășinoase de combustibil), ceea ce poate duce la supraîncălzire și ardere, ceea ce poate duce în cele din urmă la un motor. explozie. Prin urmare, motoarele cu stații de compresoare prin evaporare sunt rareori utilizate în practică, dar există astfel de exemple: motorul cu turbină cu gaz elicopter T-700-GE-700 (SUA - General Electric), precum și APU TA-6.

Cea mai mare parte a motoarelor cu turbină cu gaz sunt motoare cu formare de amestec intern. În ele, combustibilul este pulverizat de-a lungul fluxului motorului folosind duze speciale sub formă de picături cu un diametru de aproximativ 40-100 de microni. În plus, se amestecă cu aerul, intră în zona de ardere.

În ultimele două decenii s-a stabilit o altă diviziune a camerelor de ardere, asociată cu performanța de mediu a motorului, adică cu emisia de substanțe nocive în atmosferă.

Acestea sunt dezvoltări de design ale camerelor de ardere cu două zone de ardere, fiecare dintre acestea fiind optimizată pentru funcționarea în anumite moduri. Există camere de ardere cu două zone, în care zonele de ardere sunt situate una după alta în serie și cele cu două niveluri, în care zonele de ardere sunt situate una deasupra celeilalte, adică în paralel.

Ceva despre procese camera de ardere a motorului cu turbină cu gaz.

Arderea, așa cum sa menționat deja, are loc direct în tubul de flacără, ceea ce limitează în sine așa-numitul spațiu de foc. Lucrează în condiții foarte dure. În general, acest lucru înseamnă chiar și blând, dacă luăm în considerare cel puțin faptul că punctul de topire al materialului din care este fabricat este mult mai scăzut decât temperatura flăcării. Cum se descurcă ea cu asta? Este vorba despre organizarea corectă a proceselor de ardere şi răcire.

Rolul principal și decisiv în aceste procese îl joacă aerul. Acesta alimentează procesul de ardere în sine cu oxigen și servește ca mijloc de răcire și izolație termică pentru elementele camerei de ardere a motorului cu turbină cu gaz.

Aerul intră din spatele compresorului cu viteze de până la 150-180 m/s. La o astfel de viteză, procesul de ardere este dificil, iar pierderea totală de presiune este mare. Pentru a depăși aceste probleme, există doar un difuzor. În ea, debitul este redus semnificativ - până la 40-50 m / s.

Fluxul este apoi împărțit în două părți. O parte, mai mică (aproximativ 30-40%), imediat după ce difuzorul intră în tubul de flacără și se numește „aer primar”. Acest aer, care intră de obicei în tubul de flacără, trece în dispozitivul său frontal o unitate specială numită turbion, care încetinește și mai mult și favorizează amestecarea acestuia cu combustibilul atomizat.

Există și aer secundar. Fluxul său trece prin canalele inelare dintre carcasele interioare și exterioare și tubul de flacără. Mai precis, acesta este aer fără acea parte, care nu se întâmplă niciodată să participe la procesul de ardere (nu intră în tubul de flacără). Această parte reprezintă aproximativ 10% din debitul total prin camera de ardere (crește odată cu creșterea temperaturii de ardere) și, trecând prin canalele inelare, este apoi folosită pentru răcirea turbinei.

Iar aerul secundar însuși intră în tubul de flacără în diferitele sale zone și în diferitele etape ale procesului de ardere prin deschideri speciale care servesc la formarea corectă a fluxurilor în interiorul tubului, la răcirea eficientă a pereților acestuia și a corpului CS și, în cele din urmă, la obținerea temperatura dorită a gazului la ieșirea din camerele de ardere, ținând cont de uniformitatea distribuției sale de-a lungul fluxului.

În sine, tubul de flacără este de obicei un fel de „structură perforată” cu multe găuri de diferite dimensiuni și configurații. Pot fi atât tăieturi sau crestături, cât și găuri rotunde sau ovale, obișnuite, cu bordură (ca o manșetă), cu flanșă sau cu duze. Toate aceste găuri sunt supuse unui anumit sistem. Ele sunt calculate sau (mai des) selectate empiric la finisarea camerei de ardere pe suport.

Proiectarea găurilor pentru alimentarea cu aer în pereții ZhT.

Pereții laterali ai tubului de flacără sunt adesea numiți mixere datorită prezenței găurilor care amestecă fluxurile de aer într-o anumită ordine.

Procesele de ardere și amestecarea reciprocă a fluxurilor au loc în zone denumite condiționat. În general, în ciuda convențiilor, aceste zone sunt determinate în timpul calculului și rafinării camere de ardere a motorului cu turbină cu gazși în conformitate cu locația și dimensiunea lor, ele există de fapt, deși nu există o distincție clară și o divizare între ele.

Zona de ardere este situată în partea din față a tubului de flacără. Aici se furnizează aer primar și combustibil și se prepară amestecul combustibil-aer. Aerul este turbulizat cu ajutorul diferitelor turbitoare, combustibilul este pulverizat prin duze, au loc procesele de amestecare, evaporare și aprindere.

Aerul primar intră treptat (prin dispozitivul frontal, turbioane și mai departe prin orificiile de mai sus) de-a lungul lungimii tubului de flacără (în partea frontală) pentru a asigura procese optime.

Procese în camera de ardere a motorului turbinei cu gaz.

Simularea pe computer a fluxurilor de aer într-un tub de flacără.

În funcție de designul motorului, zona de ardere poate fi extinsă. Apoi se izolează o altă zonă intermediară de ardere, în care arderea combustibilului este finalizată. Aerul secundar intră și el în această zonă, participând tot în acest caz la procesul de ardere.

Urmează zona de amestecare (sau diluare). În această zonă, aerul secundar intră în tubul de flacără prin aceleași orificii speciale din acesta, care nu mai este implicat în procesul de ardere. Acesta, amestecându-se cu gazul, formează temperatura finală la ieșirea din camera de ardere și câmpul său de distribuție (câmp de temperatură).

O altă funcție importantă a aerului secundar este răcirea elementelor camerei de ardere. În timpul proceselor în tubul de flacără se ating temperaturi de 2000-2200°C pentru produsele de ardere. Cu toate acestea, pentru a asigura funcționarea normală și fiabilitatea pe termen lung, temperatura pereților tuburilor de flacără nu trebuie să depășească 900-950°C (gradient nu mai mult de 50°C/cm).

Aceste condiții sunt îndeplinite de răcirea cu aer secundar. Motoarele moderne cu turbină cu gaz utilizează așa-numita răcire combinată cu aer cu peliculă convectivă. O parte din aer își îndeplinește funcțiile folosind răcirea convectivă.

Principii de răcire a pereților camerei de ardere a motorului cu turbină cu gaz.

De exemplu, aerul care trece prin canalele inelare dintre tubul de flacără și corpul CS răcește pereții tubului de flacără din exterior, iar aerul care intră prin orificiile și fantele din interiorul tubului și se răspândește de-a lungul pereților acestuia formează ceva. ca o peliculă perdea de aer cu temperatură mult mai scăzută decât temperatura zonei de ardere.

Acest film reduce semnificativ fluxul convectiv al energiei termice. Aerul este un slab conductor de căldură, adică în acest fel pelicula de aer protejează pereții tubului de flacără de supraîncălzire.

În același timp, însă, practic nu afectează fluxul de energie radiantă. La urma urmei, încălzirea suprafețelor din motor are loc nu numai ca urmare a convecției, ci și datorită radiației termice a produselor de ardere încălzite.

Principii de răcire în camera de ardere.

Aerul de răcire poate intra în zona de ardere fie paralel cu fluxul, în acest caz este o răcire combinată cu jet, fie perpendicular pe acesta. Aceasta este așa-numita răcire perforată combinată. Aici, aerul este furnizat printr-un sistem de mici orificii în peretele conductei (perforare).

Toate elementele tubului de flacără, atât pereții, cât și dispozitivul frontal, sunt răcite într-un mod similar, iar versiunile canalelor de răcire sunt diferite. Duzele prin care se alimentează combustibilul trebuie, de asemenea, să fie răcite. Se realizeaza datorita aceluiasi aer, precum si datorita combustibilului care trece prin ele. Îndepărtează excesul de căldură din duză și apoi, pulverizat, se arde în tubul de flacără.

Despre injectoare.

Designul și principiul de funcționare al duzelor pot fi diferite, dar scopul principal este atomizarea de înaltă calitate. Cu cât picăturile sunt mai mici, cu atât se evaporă mai repede și mai bine și cu atât este mai ridicată completitatea arderii și, prin urmare, calitatea camerei de ardere.

Calitatea atomizării depinde, printre altele, de vitezele jetului de combustibil și de fluxul de aer din spatele compresorului. Atomizarea este posibilă atunci când combustibilul este injectat sub presiune ridicată în aer care se mișcă relativ lentă. Această acțiune a duzei se numește mecanică. Dacă presiunea combustibilului este suficient de scăzută și debitul este mare, atunci acestea sunt duze pneumatice.

Cel mai proeminent reprezentant al duzelor mecanice sunt duzele centrifuge utilizate pe scară largă. În ele, combustibilul este furnizat tangențial sub presiune ridicată și, răsucindu-se, iese sub formă de con (giulgiu).

De fapt, pulverizarea are loc sub acțiunea forțelor centrifuge din con. Se sparge în picături care se amestecă cu aerul primar. Forțele centrifuge sunt opuse de forțele de tensiune superficială ale kerosenului din con.

Forma conului, grosimea carcasei și, în cele din urmă, calitatea pulverizării într-o astfel de duză depind în mare măsură de presiunea de alimentare cu combustibil. Acesta este principalul dezavantaj al duzelor centrifuge.

De obicei, o atomizare satisfăcătoare este posibilă la presiuni de ordinul 100-150 kPa, și bună și excelentă la 6-12 MPa. Cu toate acestea, modurile de funcționare ale unui motor modern de aeronave (și, prin urmare, consumul de combustibil) au o gamă destul de mare, iar cu o accelerare profundă a motorului (adică o scădere a consumului de combustibil), este adesea pur și simplu imposibil să se asigure o bună atomizare a combustibilului și prin urmare funcționarea fiabilă a motorului.

De exemplu, conform calculelor existente, la o presiune a combustibilului în modul nominal de aproximativ 6-12 MPa (adică cu o atomizare bună), presiunea la gaz scăzut va fi de aproximativ 4-5,8 kPa. Și la o astfel de presiune, nici măcar o pulverizare satisfăcătoare nu poate fi obținută, adică un con de combustibil în spatele duzei nu va funcționa.

Pentru a depăși acest dezavantaj, se folosesc așa-numitele duze în două etape (două canale). Au două duze. Duza centrală (prima treaptă) funcționează în modurile de ralanti și de pornire, care este mai mică și asigură atomizare la un consum redus de combustibil.

Duză mecanică în două trepte.

Și la modurile ridicate, a doua duză (a doua etapă) este conectată și funcționează simultan. Astfel, se asigură o bună atomizare în toate modurile. În acest caz, totuși, este nevoie de timp pentru a umple galeria celei de-a doua trepte cu combustibil printr-o supapă de distribuție specială, care poate provoca instabilitate în regimul de ardere. Acesta este principalul dezavantaj al unui injector centrifugal în două trepte.

Duzele cu jet aparțin și ele mecanice. Ele sunt în esență un jet și au o rază de acțiune destul de lungă. Pentru camerele principale de ardere relativ scurte ale motoarelor moderne cu turbină cu gaz, acest lucru este incomod, deci practic nu sunt folosite pe ele.

Un tip de jet este o duză de evaporare. Jetul ei este plasat într-un tub de evaporator, care este încălzit de gaze fierbinți pentru a vaporiza combustibilul. Aceste injectoare au aspecte pozitive, cum ar fi simplitatea, nu este nevoie de presiune ridicată a combustibilului, mai puține emisii de oxizi de azot nocivi și cea mai importantă caracteristică pozitivă - aceeași distribuție a combustibilului în zona de ardere, adică un câmp uniform de temperatură la ieșirea din camera de ardere, care este foarte importantă pentru turbine.

Dar există și multe aspecte negative. O astfel de duză este sensibilă la compoziția amestecului și la tipul de combustibil. Tubul de evaporare este de scurtă durată, sunt posibile arderi. Pornire slabă a motorului la altitudine mare. Puteți porni camera de ardere doar de la un aprinzător care încălzește tubul de evaporare.

La WFD aeronavelor cu un grad ridicat de creștere a presiunii în compresor (cum ar fi motoarele moderne pentru avioanele comerciale mari), așa-numitele duze de aer legate de pneumatică sunt utilizate pe scară largă.

Schema duzei de aer.

Una dintre mostrele duzei de aer.

În ele, pelicula de combustibil este spartă în picături minuscule de două fluxuri de aer învolburate, interne și externe. Un astfel de injector nu necesită presiune mare în conducta de combustibil pentru funcționare, ceea ce afectează în mod favorabil fiabilitatea și durata de viață a pompelor de combustibil și, de asemenea, reduce greutatea acestora.

Atomizarea și amestecarea combustibilului cu aer în ele este extrem de eficientă, ceea ce reduce semnificativ nivelul de formare a oxizilor de azot și a funinginei în timpul arderii. Reducerea cantității de funingine, la rândul său, reduce nivelul de radiație termică, ceea ce ajută la răcirea mai eficientă a pereților tubului de flacără.

În plus, duzele de aer asigură o distribuție uniformă constantă a combustibilului în tubul de flacără la orice debit. Și acest lucru face posibilă prezicerea și menținerea constantă a câmpului de temperatură la ieșire, ceea ce face mai ușoară reglarea fină a camerelor de ardere de pe bancă.

Ceva despre aprindere.

În timpul lucrului camere de ardere a motorului cu turbină cu gaz nu este necesară aprinderea forțată constantă a amestecului combustibil-aer. Este suficientă căldură în jur. Cu toate acestea, pornirea aprinderii, ca orice motor, este necesară.

Sursa flăcării în acest caz este descărcarea electrică la temperatură înaltă a unei bujii, similară cu bujia dintr-un motor convențional cu combustie internă pe benzină. Dar doar similar, deoarece bujiile electrice convenționale de înaltă tensiune sunt folosite în motoarele cu ardere internă. Puterea lor de descărcare depinde de presiunea din camera de ardere și cu cât aceasta este mai mică, cu atât puterea este mai mică. În echipamentele de service, atunci când se verifică astfel de lumânări, este chiar pompat special.

Acest lucru nu este benefic pentru un motor de avion, mai ales, de exemplu, pentru lansarea la mare altitudine. Prin urmare, toate motoarele moderne cu turbină cu gaz de aviație folosesc acum așa-numitele lumânări semiconductoare de joasă tensiune cu o descărcare de suprafață, care nu sunt afectate de presiunea externă.

Aprinderea propriu-zisă a amestecului combustibil-aer poate avea loc direct de la bujie sau cu ajutorul unor aprinderi speciale de combustibil. Acesta din urmă este folosit mai des pe motoarele moderne.

Schema de aprindere directă a camerei de ardere de la o lumânare.

Aprindetorul este, de fapt, o cameră de ardere în miniatură, la care este montată cel mai adesea o duză centrifugă simplă cu o singură treaptă și o bujie pentru aprindere directă. Pentru lansare fiabilă la mare altitudine, reaprovizionarea cu oxigen este de obicei disponibilă.

Combustibilul de pornire este furnizat în camera de aprindere în conformitate cu o lege specială de control al combustibilului, care este diferită de camera de ardere principală pentru a asigura o pornire fiabilă și stabilă.

Aprindetorul în sine este instalat în afara camerei de ardere, de obicei în partea sa din față, și nu este expus la gaze fierbinți (cu excepția conductei de alimentare cu flăcări). Aerul intră în el prin orificii speciale din partea din față datorită compresorului, adică este destul de rece.

Instalarea aprindetorului pe camera de ardere.

Conducta de ramificare a aprinderii (pistolul de alimentare) este introdusă în tubul de flacără, direct în zona de ardere pentru a furniza acolo o pistoletă cu flacără. Pentru aprinderea fiabilă a unor astfel de aprinderi, există de obicei mai mult de unul (două sau trei), acest lucru este valabil mai ales pentru camerele de ardere tubulare și tubulare-inelare.

Despre materiale.

Pentru a asigura o resursă suficientă a tuburilor de flacără din motor, acestea nu sunt niciodată sub sarcină de putere, adică nu sunt incluse în circuitul de putere al motorului. În același timp, materialele din care sunt fabricate au caracteristici ridicate de rezistență la căldură și rezistență la căldură. În plus, astfel de materiale sunt ușor de prelucrat, rezistente la coroziunea gazelor și vibrații.

De obicei, acestea sunt aliaje specializate crom-nichel. Pentru metalurgia rusă, acestea sunt tipurile Kh20N80T, KhN60V, KhN70Yu, KhN38VT, Kh24N25T. Dacă camerele de ardere funcționează la temperaturi de până la 900 ° C, atunci pot fi utilizate aliaje de tipurile Kh20N80T, KhN38VT, KhN75MVTYu. Și pentru temperaturi de 950-1100°C - aliaj XN60V.

Tuburile de flacără în sine sunt asamblate prin sudare din părți separate - secțiuni. Pentru a evita solicitările termice între secțiuni, legătura dintre ele se realizează cu „rigiditate scăzută”, adică se face elastică. În acest scop, se fac numeroase tăieturi de-a lungul generatricei secțiunii cu găuri de diametru mare la capăt pentru a reduce concentrația de tensiuni. Acestea sunt așa-numitele „cusături de temperatură”.

Conectarea secțiunilor camerei de ardere (elastic).

În plus, elementele tuburilor de flacără sunt acoperite din interior cu emailuri speciale rezistente la căldură, sau altfel cu acoperiri de sticlă-smalț. Aceste acoperiri au o dublă funcție. Datorită conductibilității lor termice scăzute, acestea contribuie la protecția pereților tubului de flacără împotriva supraîncălzirii. O astfel de acoperire de 1 mm grosime cu un coeficient de conductivitate termică scăzut poate asigura o scădere a temperaturii peretelui cu aproape 100 de grade.

În plus, smalțul servește ca o bună protecție împotriva coroziunii gazului, adică oxidarea materialului elementelor ZhT cu oxigenul liber prezent în gaz. În timpul funcționării, smalțul se uzează treptat și se subțiază din cauza fenomenelor de eroziune, dar poate fi restabilit în timpul unei reparații programate a motorului. Emailurile cresc rezistenta la coroziune de 6-8 ori. Acestea funcționează la temperaturi de 600-1200°C (în funcție de tip).

Smalț de sticlă de protecție pe CS inelar.

Unul dintre cele mai comune emailuri pe motoarele de fabricație rusă (mai mult pentru motoarele „vechi”) este EV-55, folosit, în special, cu aliaj 1X18H9T. Apropo, are o culoare verde caracteristică datorită prezenței dioxidului de crom în compoziția sa.

Un alt smalț comun EVK-103 poate funcționa mult timp la temperaturi de până la 1000 ° C și este utilizat pentru aliaje de tip KhN60VT (VZh98).

Pentru aliajele promițătoare, cum ar fi VZh145 (temperatura de funcționare până la 1100°C, VZh155/171 (temperatura de funcționare până la 1200°C), sunt dezvoltați aditivi speciali pentru a îmbunătăți proprietățile emailurilor din sticlă comerciale de tip EVK.

În plus, sunt utilizate materiale compozite și ceramică, care cresc semnificativ capacitățile operaționale ale tehnologiei avansate (compoziție ceramică compozită VMK-3 / VMK-3). Devine posibilă dezvoltarea pieselor care pot fi operate la temperaturi de până la 1500°C. Practica folosirii ceramicii pentru producerea unor elemente a fost deja testata pe motoare militare, acum a venit si randul motoarelor comerciale.

Despre controlul stării elementului.

Creșterea constantă a temperaturii și presiunii procesului de ardere în camere de ardere a motorului cu turbină cu gaz necesită metode moderne de monitorizare a stării elementelor structurale. În acest sens, există, ca să spunem așa, atât subiectul, cât și mijloacele. Aproape toate camerele de ardere existente și viitoare au o testabilitate destul de bună, în special în ceea ce privește inspecțiile vizuale.

Endoscoape XLG3 și XLGo.

Utilizarea dispozitivelor boroscopice speciale face ca inspecția vizuală și controlul cavităților interne să fie o chestiune destul de simplă. Dispozitivele cel mai larg (și convenabil) utilizate în acest sens sunt videoendoscoapele de tip XLGO (Everest XLGO) sau un endoscop tehnic mai „serios”. GE Inspection Technologies XL G3 VideoProbe.

Două abordări pot fi utilizate în general pentru a inspecta suprafața exterioară a tuburilor de flacără. Pe toate motoarele moderne din carcasa exterioară a camerei de ardere există găuri (porturi) special concepute pentru inspecții boroscopice, închise cu dopuri ușor demontabile.

Un exemplu de amplasare a punctelor de acces pentru inspecția boroscopică a camerei de ardere. motor CFM56-3.

Prin astfel de porturi, sonda boroscopică poate ajunge aproape în orice punct sub carcasa exterioară a camerei de ardere a motorului cu turbină cu gaz. Dacă boroscopul are o sondă lungă, flexibilă, cu o articulație bună (același XLGO, de exemplu), atunci această sarcină este mult simplificată, iar starea aproape oricărui loc suspect poate fi bine verificată și analizată, inclusiv prin utilizarea analizei 3-D și efectuarea imagini și înregistrări video de înaltă calitate.

În același mod (a doua metodă), este posibil să se inspecteze prin orificiul din locul aprinderii de pornire îndepărtate. Demontarea-montarea aprindetorului nu este de obicei o operație dificilă. În acest caz, este posibil să se inspecteze atât cavitățile externe, cât și interne ale camerei de ardere GTE.

În plus, dispozitivele frontale și difuzorul SC pot fi inspectate prin porturile boroscopice pentru ultima treaptă a compresorului (pentru motoarele cu turboventilator și turboventilator acesta este un compresor de joasă presiune). În același mod, colectorul de gaz al tubului de flacără (precum și întregul tub de flacără din interior) este examinat prin orificiile borescopice de pe aparatul duzei din prima treaptă a turbinei.

O imagine a suprafețelor interne ale camerei de ardere, realizată cu XLGO.

Cavitățile interne ale CS de pe ecranul videoendoscopului.

Astfel de porturi (atât pe compresor, cât și pe turbină) sunt disponibile pe aproape toate motoarele moderne cu turbină cu gaz. Aceste lucrări nu necesită demontarea motorului și orice alte lucrări complexe de demontare și asamblare.

Clipul video prezintă o panoramă pe afișajul aparatului XLGO la examinarea camerei de ardere a unui motor cu turbină cu gaz. Interesant este că aceasta este o cameră de ardere DAC cu două niveluri (va fi discutată mai jos).

nuanțe de mediu.

În condițiile moderne de creștere globală a volumului de transport aerian, atât de pasageri, cât și de marfă, cultura de utilizare a motoarelor de aeronave devine din ce în ce mai importantă, aș spune. Adică, o persoană nu este indiferentă nu numai față de caracteristicile ridicate de tracțiune ale unui motor cu turbină cu gaz de avion, ci și față de eficiența și respectarea mediului.

Protecția mediului este direct legată de emisiile nocive ale motorului în atmosferă. La numărul lor în crearea motoarelor moderne (și, prin urmare, camerele de ardere ale motoarelor cu turbină cu gaz) sunt acum supuse unor cerințe destul de stricte. Acest lucru îi obligă pe creatorii și designerii camerelor de ardere să folosească tehnici noi, neconvenționale.

Care este esența acestor tehnici și care sunt, de fapt, emisiile nocive.

Formula fundamentală pentru arderea (oxidarea) combustibilului (kerosen) în camera de ardere a unui motor cu turbină cu gaz arată cam așa: C 12 H 23 + 17,75 O 2 \u003d 12 CO 2 + 11,5 H 2 O

Adică, cele două produse principale rezultate din arderea combustibilului sunt apa și dioxidul de carbon.

Gazele care ies din camera de ardere a motorului cu turbina cu gaz contin in cele mai mari cantitati: oxigen O2, azot N2 si dioxid de carbon si apa rezultata din ardere. În plus, există produse de oxidare incompletă precum CO, hidrocarburi neardoase HC (cum ar fi CH4, C2H4), precum și produse de descompunere rezultate din disocierea la temperatură înaltă.

Substanțe de tip SO (de obicei ca urmare a oxidării sulfului conținut în combustibil), oxizi de azot NOx, diverse amine, cianuri, aldehide și hidrocarburi aromatice policiclice (în cantități mici) sunt reprezentate într-o cantitate mai mică. În plus, carbonul este prezent sub formă de funingine și fum, ca urmare a descompunerii termice a combustibilului în zonele în exces.

Din toată această listă, doar primele patru produse nu au proprietăți toxice și nu au un efect negativ asupra atmosferei (deși acest lucru este relativ la CO2). Restul sunt oarecum dăunătoare atmosferei, organismelor vii și oamenilor. Unele sunt deosebit de periculoase.

Acestea includ oxizi de azot NOx (în special NO și NO2), monoxid de carbon CO (monoxid de carbon), hidrocarburi CH de diferite compoziții (carcinogene, cunoscute pe scară largă). benzopiren C20H12) și carbon sub formă de funingine sau fum (adsorbe toxinele pe sine și, dacă intră în organism, nu este îndepărtat din acesta).

Emisia acestor substanțe de către motoarele de aeronave în atmosferă ( emisie) este acum reglementată de reguli speciale ICAO destul de stricte (cel mai recent set actualizat de standarde CAEP 8 din 2010).

Cea mai mare parte a oxizilor de azot (până la 90%) se formează în camera de ardere a motorului cu turbină cu gaz prin așa-numitul mecanism termic, când azotul atmosferic este oxidat de oxigen la temperatură ridicată. Adică, pentru ca NOx să fie mai mic, în primul rând, este nevoie de o temperatură de ardere mai scăzută și, în al doilea rând, de o concentrație mai mică de oxigen, deși influența celui de-al doilea factor este mai puțin semnificativă.

Temperatura maximă de ardere este atinsă cu compoziția stoechiometrică a ansamblurilor combustibile (adică atunci când există exact suficient aer pentru a finaliza arderea cantității disponibile de combustibil. Parametrul care caracterizează compoziția amestecului combustibil-aer este excesul de aer deja menționat. coeficient ( α ), iar în acest caz este egal cu unu.

Influența temperaturii și a compoziției amestecului asupra formării oxizilor de azot.

Cu toate acestea, la Tmax. vor exista condiții ideale pentru formarea și mai mare de oxizi de azot. Prin urmare, în ceea ce privește reducerea numărului acestora camera de ardere a motorului cu turbină cu gaz ar trebui să funcționeze departe de zona α=1, adică ansamblul combustibil nu trebuie să fie stoichiometric. Fie îmbogățit, fie epuizat. În plus, un amestec combustibil-aer (FA) bine amestecat nu ar trebui să stea mult timp într-o zonă cu temperaturi ridicate, ceea ce implică dimensiuni axiale mai mici ale camerei de ardere.

ASA DE- acesta este rezultatul arderii incomplete a combustibilului, atunci când nu există suficient oxigen pentru a finaliza reacția de oxidare. Acest lucru se întâmplă într-o zonă cu un amestec bogat. Dacă amestecul este slab sau aproape de stoichiometrie, atunci se formează CO ca urmare a disocierii. Prin urmare, modalitatea de combatere a formării acestuia este o bună amestecare a ansamblurilor de combustibil și îmbunătățirea completității arderii.

CH- hidrocarburile prezente în gaz ca urmare a descompunerii termice a combustibilului în componente mai simple și a arderii incomplete a acestuia din cauza amestecării slabe. Metoda de luptă este aceeași bună amestecare a ansamblurilor de combustibil plus o ședere mai lungă în zona de ardere.

funingine (carbon). Formarea acestuia depinde de compoziția combustibilului, de calitatea amestecării amestecului și de atomizarea combustibilului. Odată cu creșterea presiunii în CS, crește formarea de funingine.

Camerele de ardere tradiționale ale motoarelor „vechi”, care au un design conservator și funcționează pe amestecuri de compoziție aproape stoichiometrică (α=1), nu reduc semnificativ cantitatea de emisii nocive. La regimurile de tracțiune scăzută cu eficiență redusă de ardere (până la 88-93%), emisiile de CO și HC cresc, iar odată cu creșterea sarcinii, temperatura și, în consecință, emisiile de NOx cresc.

Prin urmare, cei mai importanți producători mondiali de motoare cu turbină cu gaz pentru a rezolva această problemă și pentru a atinge conformitatea cu cerințele CAEP dezvoltă noi CS cu emisii scăzute folosind tehnologii inovatoare.

Această activitate este foarte dificilă din cauza complexității și sensibilității proceselor care au loc în COP. Adesea, factorii care influențează formarea componentelor de emisii nocive (NOx, CO, CH, funingine) pot fi într-o anumită contradicție între ei și cu parametrii motorului cum ar fi eficiența de tracțiune și economia.

De exemplu:

Funcționarea arzătoarei într-o zonă bogată în FA reduce posibilitatea formării de NOx, dar crește semnificativ emisiile de carbon sub formă de funingine. Lucrul într-o zonă slabă reduce cantitatea de oxizi de azot și funingine, dar există o tendință de creștere a cantității de CO și CH. În plus, un amestec sărac nu oferă stabilitate la aprindere și funcționare la tracțiune scăzută.

Reducerea dimensiunii axiale camere de ardere a motorului cu turbină cu gaz, după cum sa menționat deja, reduce și cantitatea de Nox format, dar din nou există o tendință de creștere a formării de CO și CH. Capacitățile de lansare la mare altitudine ale unor astfel de camere sunt reduse.

În general, pentru a ajunge la orice soluție acceptabilă în care să alegeți, nu se poate face fără compromis. În ultimele două decenii, au fost conturate destul de clar două direcții principale în dezvoltarea camerelor de ardere promițătoare pentru motoarele moderne, cu un grad ridicat de creștere a presiunii în compresor.

Prima direcție. COP care funcționează în modul de proiectare (împingere mare) pe un amestec sărac combustibil-aer. În astfel de camere în modul principal, se obține o bună amestecare preliminară a ansamblurilor de combustibil și o evaporare de înaltă calitate a combustibilului. Cu toate acestea, o astfel de cameră nu poate asigura independent aprindere și ardere bună în modurile de tracțiune scăzută.

Soluția problemei are ca rezultat, de obicei, crearea a două zone de ardere: o zonă pilot pentru modurile de pornire și de putere redusă, care funcționează pe un amestec bogat și este optimizată pentru emisii scăzute de CO și CH și o zonă principală pentru proiectare ridicată. moduri de tracțiune, funcționând pe un ansamblu de combustibil slab.

Motoare cu amestec slab.

Astfel de camere cu două zone (precum și cele cu două niveluri) sunt destul de complexe în design, au o masă și un cost mare. Pentru fabricarea lor, din cauza solicitărilor termice mari (comparativ cu camerele tradiționale), a fost dezvoltată o nouă tehnologie, așa-numita segment.

Fiecare secțiune inelară din care constă tubul de flacără este tăiată în segmente separate, care sunt atașate la un cadru de putere comun cu ajutorul unor cârlige și plăci speciale (dibluri). Se dovedește un astfel de design „plutitor” sau „respirator”, fără ca stresul să reacționeze la sarcinile termice. Acest lucru îmbunătățește fiabilitatea și durata de viață a tubului de flacără.

Segmentele fac posibilă aplicarea unei răciri mai eficiente. În canalele de răcire se organizează un flux de aer paralel-opus (convecție), plus răcirea de baraj ulterioară a suprafeței.

În plus, designul segmentului face posibilă utilizarea ceramicii la fabricarea elementelor camerei de ardere.

Un exemplu de utilizare operațională a acestui tip de cameră este CFM56 DAC (Dual Annular Combustor) montat pe motoare CFM56-5B / 7V. Indicatorii săi sunt vizibili pe diagramă. La fel și o cameră DAC pe motoarele GE90-94B/115B. Pe toate aceste motoare, o cameră de ardere de acest tip este instalată ca opțiune suplimentară, adică la cererea clientului.

Cameră de ardere tip DAC pentru motoarele CFM56. 1 — zona pilot, 2 — zona principală.

Diferențe în cantitatea de emisii nocive (DAC SAC / Dual-Single).

Ca tehnologii promițătoare și camere de ardere create pe baza lor și funcționând pe un amestec slab, care, în principiu, sunt menite să înlocuiască camerele de tip DAC, se poate numi tehnologia ANTLE (Affordable Near Term Low Emissions) de la Rolls-Roys (ca precum și o perspectivă și mai îndepărtată - CLEAN) și tehnologia TAPS (Twin Annular Premixing Swirler) de la General Electric.

Cameră de ardere avansată cu tehnologie ANTLE.

Camerele de ardere de acest tip funcționează pe baza așa-numitului principiu de preamestec. Pentru a spune simplu, aici duzele de aer cu un anumit design sunt plasate într-un bloc de turbioane speciale de aer. Turbulizarea (răsucirea) preliminară a aerului în sine începe, de fapt, chiar înainte de a pătrunde în tubul de flacără.

Acest design îmbunătățește semnificativ condițiile și fiabilitatea arderii. Zonele de ardere sunt situate aici secvenţial. Există, de asemenea, o zonă pilot pentru lansare durabilă și operare cu tracțiune scăzută. Un scurt videoclip ilustrează acest principiu.

Astfel de camere au o dimensiune axială scurtată și practic nu au orificii în tubul de flacără pentru trecerea aerului secundar. Camerele de ardere TAPS depășesc camerele DAC în ceea ce privește emisiile (Nox, CO, CH). Astfel de CS-uri sunt planificate pentru utilizare pe motoarele CFM-56-7B.

A doua direcție de dezvoltare a CS. Aceasta este tehnologia RQL. Abrevierea este descifrată astfel: Rich-Burn, Quick-Mix, Lean-Burn Combustor, adică arderea unui amestec bogat, amestecarea rapidă și arderea unui amestec slab. Acesta este, de fapt, întregul principiu.

Camera RQL este în esență un CS cu două zone cu un aranjament secvenţial al zonelor de ardere. Prima este o zonă bogată în combustibil (în figură, raportul de combustibil în exces φ sau FAR (inversa α sau AFR) este 1,8). Aici, arderea stabilă are loc la o temperatură relativ scăzută și o cantitate mică de oxigen.

Prin urmare, cantitatea de oxizi de azot formată este, de asemenea, mică. Dar, în același timp, se formează destul de multe substanțe combustibile precum CO, cele mai simple hidrocarburi CH, hidrogen H2 și, de asemenea, carbon (funingine). Aceste substanțe nu pot fi eliberate în atmosferă, astfel încât se organizează o a doua zonă de ardere.

Principiul tehnologiei RQL.

Motoare bazate pe principiul RQL.

Aerul suplimentar este furnizat prin orificii speciale din pereții tubului de flacără (mixer), astfel încât amestecul să devină slab (φ (FAR) = 0,6). În continuare, are loc arderea amestecului slab, la care formarea de Nox este la fel de mică și se ard CO, CH, H2, provenind din zona „bogată”. Ca urmare, gazul părăsește camera de ardere, având o compoziție complet acceptabilă a componentelor (ideal).

Principalul „truc” și problema acestei tehnologii este de a asigura amestecarea rapidă și de înaltă calitate a fluxului de gaz în stadiul intermediar (Quick-Mix) pentru a preveni formarea unui amestec de compoziție stoechiometrică (practic). Acest lucru poate determina o creștere bruscă a temperaturii de tur cu consecințe nedorite, atât în ​​ceea ce privește emisiile nocive, cât și în ceea ce privește fiabilitatea elementelor structurale.

Formarea oxizilor de azot și principiul RQL.

Cei mai mari producători de motoare din lume au propriile lor dezvoltări folosind tehnologia RQL. Una dintre cele mai cunoscute este dezvoltarea camerei de ardere tip Pratt & Whitney TALON (Technology for Advanced Low Nox). Una dintre cele mai recente opțiuni este TALON II pentru motoarele PW4158/4168 și PW6000. Ca o perspectivă aproape de finalizare, următoarea variantă a TALON X.

Rolls-Roys în acest sens are propria sa dezvoltare - camera de ardere Tiled Phase 5, instalată pe motoarele Trent 500/800/900/1000. Compania GE - o cameră de ardere realizată folosind tehnologia LEC (The Low Emission Combustor).

O cameră de ardere promițătoare de la Rolls-Roys.

Toate mostrele de mai sus, precum și cele moderne și destul de fiabile în funcțiune camere de ardere a motorului cu turbină cu gazîntr-un fel nu perfect. A obține o îmbunătățire semnificativă în acest sens nu este atât de ușor. Procesul complex și în multe privințe chiar dificil de a crea noi CS-uri, depășind obstacolele conservatorismului constructiv, trece prin multe compromisuri inginerești și tehnice.

Cu toate acestea, există o axiomă care spune că progresul nu poate fi oprit. Și așa este cu adevărat. Este suficient să comparăm, de exemplu, motorul RD-45 și orice motor modern, militar și comercial. Și perioada de timp care îi separă nu este atât de mare... Și totuși vreau să mă grăbesc...

Asta este tot pentru acum. Vă mulțumesc că ați citit până la capăt

Distribuția combustibilului peste CS se realizează datorită energiilor cinetice ale combustibilului și încărcăturii de aer în mișcare. Raportul acestor energii este determinat de metoda de formare a amestecului și de forma CS. În motoarele diesel de automobile moderne, amestecarea volumetrică, aproape de perete (film), combinată, pre-camera și amestecarea vortex și-a găsit aplicație. CS în combinație cu echipamentul de alimentare cu combustibil determină condițiile pentru procesele de formare și ardere a amestecului. Camerele de ardere sunt proiectate pentru a asigura:

• - arderea completă a combustibilului la cel mai mic coeficient posibil și în cel mai scurt timp posibil la PMS;
• - creșterea lină a presiunii în timpul arderii și valori admisibile ale presiunii maxime a ciclului p z ;
• – pierderi minime de căldură către pereți;
• – condiții acceptabile de funcționare a echipamentului de combustibil.

Amestecare volumetrica. Dacă combustibilul este pulverizat în volumul camerelor de ardere cu o singură cavitate (neseparate) și doar o mică parte din acesta intră în stratul de perete, atunci formarea amestecului se numește volumetrică. Astfel de CS au o adâncime mică și un diametru mare, caracterizat printr-o valoare adimensională - raportul dintre diametrul CS și diametrul cilindrului: d ks /D = 0,750,85. Un astfel de CS este de obicei situat în piston, iar axele injectorului, CS și cilindrul coincid (Fig. 6b).

Ciclul de lucru al motoarelor diesel cu amestecare volumetrică se caracterizează prin următoarele caracteristici:

• - formarea amestecului este asigurată prin atomizarea fină a combustibilului la presiuni maxime de injecție ridicate (p upmax = 50150 MPa), turbulența în camera de ardere se produce datorită deplasării aerului din golul dintre umărul pistonului și chiulasa când pistonul se apropie TDC;
• - Distribuția uniformă a combustibilului în aer este asigurată prin coordonarea reciprocă a formei camerei de ardere cu forma și amplasarea torțelor de combustibil;
• - debitul procesului de ardere în modul nominal se realizează la b = 1,50-1,6 și mai mult, deoarece ca urmare a distribuției neuniforme a combustibilului pe volumul camerei de ardere, la un b inferior, nu este posibilă asigurarea arderii fără fum, în ciuda coordonării formelor camerei și a pistolului, precum și a utilizării presiunii de injecție ridicate. ;
• – ciclul de funcționare se caracterizează prin presiuni maxime ridicate de ardere pz și viteze mari de creștere a presiunii Dr/Dc;
• – Motoarele cu formare volumetrică de amestec au o eficiență ridicată a indicatorului. datorită arderii relativ rapide a combustibilului la PMS și pierderilor mai mici de căldură în pereții camerei de ardere, precum și calităților bune de pornire.

De mare importanță este suprafața jeturilor de combustibil, prin care are loc difuzia vaporilor de combustibil în aerul din jur. Unghiul de dispersie al jeturilor de combustibil nu depășește de obicei 20°. Pentru a asigura acoperirea completă a jetului a întregului volum al camerei de ardere și utilizarea aerului, numărul de găuri de pulverizare a duzei ar trebui, teoretic, să fie i c =360/20 = 18.

Valoarea ariei de curgere a orificiilor de pulverizare f c este determinată de tipul și dimensiunea motorului diesel, de condițiile din fața organelor de admisie. Afectează în mod semnificativ durata și presiunea injectării, este limitată de condițiile pentru asigurarea unei bune formări a amestecului și a eliberării căldurii. Prin urmare, cu un număr mare de găuri de pulverizare, diametrul acestora ar trebui să fie mic. Cu cât numărul orificiilor de atomizare este mai mic, cu atât aerul este rotit mai intens pentru arderea completă a combustibilului, deoarece. în acest caz, sarcina trebuie să se rotească printr-un unghi mai mare pe o perioadă caracteristică de timp, de obicei egală cu durata injecției de combustibil. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui port de intrare elicoidal sau tangenţial.

Crearea unei mișcări de rotație a încărcăturii în timpul admisiei duce la o deteriorare a umplerii cilindrilor cu aer. O creștere a valorii maxime a vitezei tangențiale tmax determină o scădere a v (Fig. 7). Amestecare pe perete. Metoda de formare a amestecului, în care combustibilul este furnizat pe peretele camerei de ardere și se răspândește pe suprafața acesteia sub forma unei pelicule subțiri de 1214 microni grosime, se numește perete sau peliculă.

Cu o astfel de formare a amestecului, CS poate fi amplasat coaxial cu cilindrul, iar duza este deplasată la periferia sa. Unul sau două jeturi de combustibil sunt direcționate fie într-un unghi ascuțit față de peretele arzătorului, care are o formă sferică (Fig. 6d), fie lângă și de-a lungul peretelui arzătorului (Fig. 6e). În ambele cazuri, sarcina este condusă într-o mișcare de rotație suficient de intensă (viteza tangențială a sarcinii atinge 5060 m/s), ceea ce contribuie la răspândirea picăturilor de combustibil de-a lungul peretelui camerei de ardere. Pelicula de combustibil se evaporă din cauza căldurii pistonului.

După începerea arderii, procesul de evaporare crește brusc sub acțiunea transferului de căldură de la flacără la pelicula de combustibil. Combustibilul evaporat este transportat de fluxul de aer și arde în frontul de flăcări care se propagă de la sursa de aprindere. Când combustibilul este injectat, datorită căldurii consumate la evaporarea acestuia, temperatura de încărcare scade semnificativ (până la 150-200°C de-a lungul axelor jetului). Acest lucru face dificilă aprinderea combustibilului din cauza scăderii vitezei reacțiilor chimice care preced apariția unei flăcări.

Îmbunătățirea semnificativă a inflamabilității carburanților cu conținut scăzut de cetan este depreciată cu o creștere, care în motoarele diesel speciale multicombustibil trebuie crescută la 26. Pentru camerele cu formare de amestec lângă pereți, riscul de injecție cu lungimea insuficientă a combustibilului jeturi este semnificativ mai mică decât în ​​cazul camerelor cu formare de amestec volumetric. Prin urmare, creșterea nu provoacă o deteriorare a formării amestecului. Cu metoda de amestecare în apropierea peretelui, este necesară o atomizare mai puțin fină a combustibilului. Presiunea maximă de injecție nu depășește 4045 MPa. Se folosesc una sau două găuri de pulverizare cu diametru mare.

În motoarele diesel, CS dezvoltat de Institutul Central de Cercetare Diesel (TsNIDI) și-a găsit aplicație (Fig. 6c). Pistolele cu combustibil dintr-o astfel de cameră cad pe pereții săi laterali sub marginea de admisie. O trăsătură distinctivă a formării amestecului este mișcarea în sens opus a jeturilor de combustibil și a încărcăturii deplasate din spațiul peste piston, ceea ce contribuie la creșterea cantității de combustibil suspendat în volumul CS și aduce acest proces mai aproape de amestecul volumetric. formare. Când utilizați camera TsNIDI, sunt utilizate 35 de găuri pentru duză. Parametrii de injectie de combustibil sunt apropiati de cei care au loc la compresoarele de tip VTZ si YaMZ.

Formarea amestecului volumetric-perete. O astfel de formare a amestecului se obține la diametre mai mici ale camerei de ardere, atunci când o parte din combustibil ajunge la peretele său și este concentrată în stratul din apropierea peretelui. O parte din acest combustibil este în contact direct cu peretele CS. Cealaltă parte este situată în stratul limită al încărcăturii. Contactul parțial al combustibilului pe pereții camerei de ardere și amestecarea intensivă a aerului și a particulelor de combustibil reduc cantitatea de vapori de combustibil generată în timpul perioadei de întârziere a aprinderii. Ca urmare, scade și viteza de degajare a căldurii la începutul arderii. După apariția flăcării, ratele de evaporare și amestecare cresc dramatic. Prin urmare, alimentarea unei părți din combustibil în zona de lângă perete nu întârzie finalizarea arderii dacă temperatura peretelui în punctele în care jeturile îl lovesc este în intervalul 200-300°C.

La d cs /D = 0,5-0,6 (Fig. 6a, b, g), datorită accelerării semnificative a rotației sarcinii atunci când curge în CC, este posibil să se utilizeze 35 de găuri de pulverizare cu un diametru suficient de mare. Valoarea componentei tangențiale a vitezei de încărcare atinge 2530 m/s. Presiunile maxime de injecție, de regulă, nu depășesc 5080 MPa.

Datorită faptului că pe cursa de expansiune în timpul returului de sarcină din cameră, o parte din combustibilul nears este transferat în spațiul de deasupra dislocatorului, unde există aer care nu a fost încă folosit pentru ardere. Nu este pe deplin implicat în procesul de oxidare. Prin urmare, ei caută să minimizeze cantitatea de sarcină situată în spațiul dintre piston (în poziția PMS) și chiulasă, aducând înălțimea sa d de la (Fig. 6a) la 0,9-1 mm. În acest caz, este important să stabilizați decalajul în fabricarea și repararea unui motor diesel. Rezultate pozitive sunt, de asemenea, furnizate prin minimizarea spațiului dintre capul pistonului și manșon și reducerea distanței de la coroana pistonului la primul inel de compresie.

Formarea amestecului în camere de ardere separate. Camerele de ardere divizate constau din cavitățile principale și auxiliare conectate printr-un gât. În prezent, vortexurile CS și precamere sunt utilizate în principal.

Camere de ardere vortex. Camera de ardere vortex (Fig. 8) este un spațiu sferic sau cilindric conectat la spațiul suprapiston al cilindrului printr-un canal tangențial. Volumul VK al vortexului COP2 este de aproximativ 60-80% din volumul total de compresie Vc, aria secțiunii transversale fc a canalului de legătură 3 este de 1-5% din aria pistonului Fp.

De regulă, duzele de tip știft închis 1 sunt utilizate în arzătoarele turbionare, oferind un jet gol de combustibil atomizat.

Când aerul intră în camera de turbionare din cilindru în timpul cursei de compresie, aerul se învârte intens. Vortexul de aer, acționând continuu asupra flăcării combustibilului care se formează, contribuie la o mai bună atomizare a combustibilului și amestecarea acestuia cu aerul. În cursul arderii care a început, vortexul de aer oferă aer proaspăt pistoletului și îndepărtarea produselor de ardere din aceasta. În acest caz, viteza vortexului trebuie să fie astfel încât în ​​timpul injecției de combustibil, aerul să poată face cel puțin o rotație în camera de ardere.

Arderea are loc mai întâi într-o cameră vortex. Presiunea care crește în acest caz face ca produsele de ardere și amestecul aer-combustibil să curgă în cilindru, unde procesul de ardere este încheiat.

Pe fig. 9 prezintă elementele structurale ale camerelor vortex. Partea inferioară a camerei, de regulă, este formată dintr-o inserție specială din oțel rezistent la căldură, care protejează capul de ardere. Temperatura ridicată a inserției (800-900 K) ajută la reducerea perioadei de întârziere la aprindere a combustibilului din arzător. Formarea intensivă a vortexului și prezența unei inserții fac posibilă obținerea unui flux stabil al ciclului de lucru într-o gamă largă de moduri de sarcină și viteză.

Ciclul de funcționare al camerei vortex asigură arderea combustibilului fără fum la rapoarte de exces de aer scăzute (b = 1,2–1,3) datorită efectului favorabil al unui vârtej intens de aer. Arderea unei părți semnificative a combustibilului într-o cameră suplimentară situată în afara cilindrului determină o scădere a presiunii maxime de ardere (p z \u003d 7-8 MPa) și a ratei de creștere a presiunii (0,3-0,4 MPa / ° PKV) în cavitatea peste piston a cilindrului la sarcină maximă .

Ciclul de funcționare al motorului cu cameră vortex este mai puțin sensibil la calitatea atomizării combustibilului, ceea ce permite utilizarea atomizoarelor cu o singură gaură cu presiuni maxime scăzute de injecție (pvp = 20-25 MPa) și un orificiu de duză cu diametru relativ mare - sus până la 1,5 mm.

Principalele dezavantaje ale motorului cu camera vortex sunt: ​​consumul specific efectiv de combustibil crescut, ajungand la 260270 g/(kWh) la sarcina maxima, precum si calitati de pornire mai slabe in comparatie cu motoarele cu CS nedivizat. Cu toate acestea, atunci când se utilizează bujii incandescente în camera vortex, calitățile de pornire sunt îmbunătățite semnificativ.

Eficiența mai scăzută a motoarelor diesel cu cameră vortex se explică printr-o creștere a transferului de căldură către pereții arzătoarelor principale și suplimentare datorită suprafeței lor mai dezvoltate, prezenței formării intense de vortex în arzător, pierderilor hidraulice mari în timpul curgerii de fluidul de lucru de la cilindru la camera de vortex și înapoi și, de asemenea, adesea o creștere a duratei procesului de ardere. Deteriorarea calităților de pornire ale motorului se datorează scăderii temperaturii aerului la curgerea în camera vortex și creșterii transferului de căldură către pereți datorită suprafeței dezvoltate a CS suplimentar. Motoarele diesel de tractor SMD, ZIL-136, D50, D54 și D75, motoarele diesel de automobile Perkins și Rover (Marea Britanie) și altele se numără printre motoarele cu amestecare în cameră vortex.

Diesel de precamera. Volumul precamerei (Fig. 10) este de 25-35% din volumul total de compresie V s. Zona de curgere a canalelor de conectare este egală cu 0,3-0,8% din suprafața pistonului. CS folosește o duză 1 cu o singură gaură (de obicei știft), care asigură injecția de combustibil în direcția canalelor de conectare 3.

În motorul diesel de pre-camera, în timpul procesului de compresie, aerul curge parțial în pre-camera, unde continuă să fie comprimat. La sfârșitul compresiei, combustibilul este injectat în el, care se aprinde și arde, provocând o creștere rapidă a presiunii. O parte din combustibil arde în volumul precamerei, deoarece cantitatea de aer din el este limitată. Combustibilul nears este transportat de produsele de ardere în cilindru, unde este pulverizat suplimentar și bine amestecat cu aer datorită fluxurilor intense de gaz rezultate. Arderea este transferată în spațiul de deasupra pistonului, provocând o creștere a presiunii în cilindru.

Astfel, la motoarele diesel precamerale pentru formarea amestecului, se folosește energia gazului care curge din pre-camera datorită arderii prealabile a unei părți a combustibilului în volumul său.

Utilizarea unui flux de gaz pentru formarea amestecului face posibilă intensificarea amestecării combustibilului cu aerul cu o atomizare relativ grosieră a combustibilului de către duză. Prin urmare, la motoarele diesel pre-camera, presiunile inițiale de injecție relativ scăzute nu depășesc 10-15 MPa, iar raportul de aer în exces la sarcină maximă este de 1,3-1,

Un alt avantaj important al motoarelor diesel pre-camera este rigiditatea scăzută a arderii combustibilului. Presiunea gazului în spațiul peste piston nu este mai mare de 5,56 MPa din cauza stropitării gazului în canalele de conectare.

Avantajele motoarelor diesel precamerale ar trebui să includă, de asemenea, sensibilitatea mai mică a ciclului de funcționare la tipul de combustibil utilizat și la modificările regimului de viteză. Primul se explică prin influența suprafeței încălzite a fundului precamerei asupra condițiilor de aprindere, al doilea - prin independența energiei fluxului de gaz care curge din precameră față de viteza pistonului. Viteza maximă pentru motoarele diesel precamerale cu dimensiunea cilindrului mic (diametru mic) este de 30004000 min -1 .

Principalele dezavantaje ale unui motor diesel precameral sunt: ​​eficienta redusa a combustibilului datorita pierderilor termice si hidraulice rezultate din curgerea gazelor, datorita lungimii procesului de ardere, precum si a suprafetei totale marite a camerei de ardere. Presiunea de pierdere mecanică medie p m la motoarele diesel precamerale este cu 2535% mai mare decât la motoarele cu camere nedivizate, iar consumul specific efectiv de combustibil este de 260290 g/(kWh).

Asemenea motoarelor cu cameră vortex cu formare de amestec în pre-camera, acestea au calități de pornire scăzute. Prin urmare, aceste motoare diesel se disting adesea printr-un raport de compresie crescut (până la 18-20) și sunt echipate cu bujii incandescente de pornire.

Caracteristici ale formării amestecului în timpul supraalimentării. Alimentarea ciclică cu combustibil semnificativ trebuie efectuată într-un timp nu mai mare decât alimentarea cu combustibil în motorul diesel de bază fără supraalimentare. Pentru a crește aprovizionarea ciclică cu combustibil și a menține durata totală a injecției dp, aria efectivă de curgere a orificiilor de pulverizare poate fi mărită până la o limită acceptabilă.

A doua posibilitate este de a crește presiunile de injecție. În practică, se utilizează de obicei o combinație a acestor măsuri. O creștere a presiunilor de injecție, în alte condiții identice, asigură o atomizare mai fină și mai uniformă a combustibilului, ceea ce poate îmbunătăți calitatea formării amestecului. Gradul necesar de creștere a presiunilor de injecție este stabilit pe baza gradului necesar de accelerare a procesului de formare a amestecului. Când este injectat într-un mediu mai dens, unghiul de dispersie al jeturilor de combustibil crește.

Caracteristici de amestecare

Dacă este necesar, valoarea notată a dp poate fi redusă și prin alte metode mai laborioase, în special prin creșterea diametrului pistonului pompei de combustibil și prin creșterea abruptului camelor sale. La modernizarea motoarelor diesel supraalimentate, se fac adesea modificări semnificative la toate sistemele și mecanismele sale principale: reduc raportul de compresie, viteza de rotație n, modifică unghiul de avans al injecției etc. Aceste măsuri, desigur, afectează formarea amestecului în CS.

În cazul supraalimentării turbinei cu gaz, densitatea de încărcare în cilindru crește odată cu creșterea vitezei de rotație n și a sarcinii, iar durata perioadei de întârziere la aprindere este redusă în timp. Pentru a asigura pătrunderea necesară a jeturilor de combustibil în stratul de aer în timpul perioadei de întârziere a aprinderii, echipamentul de alimentare cu combustibil trebuie să asigure o creștere mai accentuată a valorilor presiunii de injecție cu creșterea vitezei n și a sarcinii decât într-un motor diesel cu aspirație naturală. La grade ridicate de amplificare forțată, sunt utilizate pompe-injectoare și sisteme de combustibil de tip baterie. În motoarele diesel cu cameră vortex de dimensiuni mici ale autoturismelor = 21-23.

Pierderile hidraulice, la rândul lor, pot fi împărțite în pierderi de componente: în difuzorul din canalele inelare pentru intrarea aerului în deschiderile tubului de flacără și elementele dispozitivului frontal al FU pentru jeturi de amestecare. volumul său este caracterizat de valoarea densității termice specifice Qv care este egală cu raportul dintre cantitatea de căldură degajată pe unitatea de timp și volumul tubului de flacără și presiunea la intrarea în arzăre: unde este puterea calorică netă valoarea combustibilului J kg; al doilea consum de combustibil kg s; volumul tubului de flacără m; presiune...

Distribuiți munca pe rețelele sociale

Dacă această lucrare nu vă convine, există o listă de lucrări similare în partea de jos a paginii. De asemenea, puteți utiliza butonul de căutare

Cursul 5

CAMERA DE ARDERE GTE

Într-un ciclu termodinamic „simplu” al unui GTE, căldura este furnizată fluxului fluidului de lucru. În GTE acest proces se realizează în camera de ardere (CC). Căldura este furnizată datorită arderii combustibilului, adică conversiei energiei chimice a combustibilului în căldură, în timp ce temperatura fluidului de lucru crește de la valoarea T*k (în spatele compresorului) până la T*g (la admisia turbinei).

Procesul real din CS diferă de cel ideal în prezența pierderilor de presiune. Pierderile de presiune în CS sunt alcătuite din pierderi hidraulice (pierderi prin frecare) și pierderi de la alimentarea cu căldură către fluxul fluidului de lucru. Pierderile hidraulice, la rândul lor, pot fi împărțite în pierderi de componente:

în difuzor

În canalele inelare

La intrarea aerului în deschiderile tubului de flacără și elementele dispozitivului frontal (FU),

Pentru amestecarea cu jet.

Pe lângă pierderile de presiune, procesele din arzător sunt însoțite de pierderi de căldură din cauza disipării acesteia în spațiul înconjurător și din cauza arderii incomplete a combustibilului. Pierderea de căldură în spațiul înconjurător în comparație cu cantitatea de căldură furnizată fluidului de lucru în CS al motorului cu turboreacție este de 0,005 ... 0,01%.

Eficiența motorului depinde direct de completitatea arderii combustibilului. La motoarele moderne cu turbină cu gaz, procesul de ardere a combustibilului în camera de ardere este bine organizat, prin urmare, completitatea arderii combustibilului în acestea atinge valoarea = 0,995...0,999.

5.1. Cerințe pentru CC

Pe lângă cerințele generale, COP sunt impuse și cerințe specifice. Să le luăm în considerare mai detaliat.

Dimensiunile de gabarit minime ale KS. Acestea afectează dimensiunile longitudinale și transversale ale motorului și, în consecință, masa acestuia. De obicei, dimensiunile CS (adică volumul său) sunt caracterizate de valoarea densității termice specifice Qv , care este egal cu raportul dintre cantitatea de căldură eliberată pe unitatea de timp și volumul tubului de flacără și presiunea la intrarea în camera de ardere:

unde este puterea calorică netă a combustibilului ( J/kg);

Consumul secundar de combustibil ( kg/s);

Volumul tubului de flacără ( m);

Presiunea aerului ( Pa).

Cu cât densitatea căldurii este mai mare la un anumit consum de combustibil, cu atât este mai mic volumul camerei de ardere. Stresul termic al CS al motoarelor moderne cu turbină cu gaz este (3,5 ... 6,5) 10 6 (J/h m3 Pa).

Completitudine ridicată a arderii combustibiluluiîn toate modurile de funcționare a motorului. Completitudinea arderii combustibilului este caracterizată de coeficientul de completitudine a arderii, care este de obicei înțeles ca raportul dintre cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii unei unități de masă de combustibil și puterea sa calorică.

Pierdere totală minimă de presiuneîn CS. Pierderile sunt caracterizate de factorul total de recuperare a presiunii:

În stațiile de compresoare moderne, factorul total de recuperare a presiunii este de 0,94...0,96.

Gamă largă de ardere durabilă. Limitele arderii durabile sunt determinate de condițiile de operare ale aeronavei. Flacăra nu trebuie să se stingă în intervalul specificat de raport combustibil/aer, presiune, viteză și atunci când apa, gheața și corpurile străine intră în admisia motorului.

În condiții terestre, aprinderea trebuie asigurată în intervalul de temperatură de la minus 40° la plus 40°C.

Fără pulsații de presiune(combustie vibratoare).

Câmp de temperatură de ieșiredin KS. Câmpul de temperatură în direcția radială ar trebui să aibă o diagramă determinată de tensiunile maxime admise în paletele turbinei și aparatul duzei. Natura specifică a diagramei de temperatură de-a lungul razei palelor este aleasă în funcție de caracteristicile de proiectare ale turbinei (mărimea și forma paletei de lucru, materialul acesteia, metoda de răcire etc.).

Nivelul emisiilorfumul (SN (numărul de fum)), combustibilul nearse și substanțele gazoase care poluează atmosfera - oxizi de azot (NOx), oxizi de carbon (CO), hidrocarburi nearse (HC) - trebuie să respecte standardele internaționale ICAO.

Pe elementele structurale, CS nu trebuie depus funingine.

Motoarele cu turbine cu gaz la sol ar trebui să poată funcționa cu combustibili lichizi și gazoși de diferite grade și ar trebui să ofere o ușurință sporită de întreținere și o întreținere ridicată.

5.2. scheme CS

Cu toată varietatea de modele CS, schema sa și procesele care apar în el pot fi reprezentate după cum urmează (Fig. 5.1).

Orez. 5.1. Schema generală și distribuția aerului în stația de compresor:

1 - difuzor; 2 - canale inelare; 3 - carcasă KS; 4 - tub de flacara;

5 - deschideri ale zonei primare; 6 - deschideri ale zonei de amestecare; 7 - orificii de racire;

8 - injector de combustibil; 9 - dispozitiv frontal; 10 - bujie

Aerul intră din compresor în camera de ardere cu o viteză mare - în motoarele moderne de până la 150 Domnișoară . Pierderea presiunii totale în CS în timpul furnizării de căldură unui flux care se mișcă cu o astfel de viteză ar fi inacceptabilă și ar atinge un sfert din creșterea presiunii aerului din compresor. Pentru a reduce pierderile de presiune și a converti o parte din energia cinetică în câștig de presiune statică, debitul de aer după compresor trebuie redus semnificativ. Prin urmare, pe toate motoarele cu turbină cu gaz, după compresor, există un difuzor 1. În continuare, aerul intră în canalele inelare 2 dintre carcasa 3 și tubul de flacără 4, iar apoi în tubul de flacără. În tubul de flacără, aerul este distribuit prin orificiile a două zone condiționate - zona de ardere 5 (zona primară) și zona de amestec 6. În plus, aerul intră și în orificiile 7 pentru a răci pereții fierbinți ai tubului de flacără. Combustibilul este furnizat tubului de flacără prin duzele 8. În zona primară, o zonă cu viteze mici este organizată cu ajutorul unui dispozitiv frontal (FU) 9. În această zonă, procesul de ardere este susținut de fluxul circulant al produselor de ardere, aprinzând continuu un amestec aer-combustibil proaspăt (TBC). La pornirea motorului, aprinderea TBC în COP se efectuează folosind o bujie electrică 10 sau un aprinzător.

Debitul de circulație în zona primară asigură stabilitatea și eficiența arderii. Raportul dintre consumul de combustibil și aer în zona primară este cel mai important factor care influențează procesul de ardere și performanța camerei de ardere. Pentru a asigura un proces de ardere stabil în toate modurile de funcționare a motorului, doar o parte din aer este furnizată în zona primară. În funcție de modul în care este ars combustibilul, această cantitate de aer poate varia. Pe fig. Figura 5.1 prezintă distribuția aerului în tubul de flacără pentru o cameră de ardere tipică, unde 20% din aer intră în FI și 80% în tubul de flacără (20% către zona de ardere, 20% către zona de amestec și 40% % să răcească pereţii). Uneori, zona primară (zona de ardere) este împărțită în două zone - zona de circulație și zona de post-ardere a combustibilului (zona intermediară).

În zona de amestecare, produsele de ardere sunt diluate cu aer la temperatura necesară, formând astfel un câmp de temperatură stabil și optim la ieșirea CS pentru a asigura performanța turbinei.

5.2.1. Scheme de bază CS

În funcție de scopul motorului cu turbină cu gaz pentru aplicarea la sol, de tipul de combustibil utilizat, de parametrii ciclului de funcționare și de schema termică, se folosesc CS de diferite modele. Din punct de vedere al amplasării pe motor, CS poate fi împărțit în două grupe: la distanță și încorporat.

Stațiile de compresoare la distanță sunt plasate într-o carcasă de putere separată cu un tub de flacără paralel sau în unghi cu axa longitudinală a motorului cu turbină cu gaz (Fig. 5.3).

Orez. 5.3. COP al motorului Rolls-Royce:

1 - tub de flacara; 2 - colector de gaz; 3 - turbină de înaltă presiune; 4 - vârtej;

5 - duză; 6 - aprindere; 7 - difuzor; 8 - canal de aer

Aici, fiecare tub de flacără 1 are o carcasă de putere exterioară 2, care poate fi detașată cu ușurință din carcasa comună a COP. Datorită acestui fapt, tubul de flacără poate fi îndepărtat și inspectat și este, de asemenea, posibil să inspectați aparatul duzei din prima etapă a turbinei. Tubul de flacără este conectat telescopic la colectorul de gaz 3, care este fixat prin intermediul unui suport 4. Tubul de flacără are un dispozitiv frontal 5 cu un injector de combustibil 6 și o bujie 7. Este prevăzut un deflector 8 pentru a asigura un aer uniform. alimentarea tubului de flacara si imbunatateste conditiile de racire a peretelui acestuia.Parte din aer 9 dupa ce compresorul intră in tubul de flacara ca aer de racire 10.

Arzătoarele de la distanță cu tuburi de flacără separate sunt ușor de întreținut și reparat, sunt mai ușor de reglat, reduc costul dezvoltării diferitelor dispozitive care reduc formarea de emisii nocive. În plus, colectoarele lungi de gaz între tuburile de flacără și turbină creează condiții bune pentru amestecarea produselor de ardere. Dezavantajele stațiilor de compresoare la distanță includ dimensiuni mari, cu o suprafață de răcire dezvoltată și condiții mai dificile pentru compensarea expansiunii termice a colectoarelor de gaz.

CS-urile încorporate fac posibilă reducerea dimensiunilor totale și a greutății GTE și reducerea numărului de module.

Cele mai răspândite în motoarele cu turbină cu gaz sunt trei scheme CS - tubular, tubular-anular și inelar.

în tubular CS fiecare tub de flacără are un corp separat și formează un CS tubular individual (Fig. 5.2).

Orez. 5.2. COP tubular:

1 - carcasa interioara a motorului; 2 - corp; 3 - racordare flansa cu compresorul;

4 - ambreiaj transfer flacără; 5 - conducta de scurgere; 6 - compartimentare de incendiu; 7 - duză; 8 - colectorul circuitului primar; 9 - colectorul celui de-al doilea circuit;

10 - difuzor; 11 - admisie aer primar

În GTE CS, o astfel de schemă este realizată sub forma unui bloc de mai multe CS tubulare individuale. COP tubular cu COP tubular individual situat în jurul carcasei interioare 1 a motorului. Carcasele 2 ale fiecărui CS individual sunt conectate la ieșirea compresorului prin intermediul unei flanșe 3. Carcasele individuale CS și tuburile de flacără sunt interconectate prin cuplaje 4 pentru transferul flăcării în timpul aprinderii TBC și egalizarea presiunii între tuburile de flacără. În plus, carcasele COP sunt interconectate prin conducte de drenaj 5 pentru scurgerea combustibilului în cazul unei porniri eșuate a motorului.

Combustibilul este furnizat către COP prin injectoarele 7. Combustibilul este furnizat către injectoare prin colectorul 8 al circuitului primar și galeria 9 al circuitului secundar. Difuzorul 10 este situat la intrarea în CC.

Inel tubularCS constă, de asemenea, din mai multe tuburi de flacără separate și colectoare de gaz, dar acestea sunt amplasate într-un canal inelar comun între clădiri. Pe fig. 5.3 prezintă un CS tubular-anular.

Orez. 5.3. Camera de ardere tubulară-inelară:

1 - carcasa exterioară a COP; 2 - carcasa interioara COP; 3 - tub de flacara; 4 - inelul exterior al colectorului de gaz; 5 - inelul interior al colectorului de gaz; 6 - rack de alimentare;

7 - inelul exterior al difuzorului; 8 - inelul interior al difuzorului; 9 - cavitatea de prelevare a probelor de aer; 10 - flanse de admisie aer; 11 - duză; 12 - galeria de combustibil a circuitului primar; 13 - galeria de combustibil a celui de-al doilea circuit; 14 - conducte pentru alimentarea cu combustibil la duză; 15 - bujii; 16 - conductă de transfer a flăcării;

17-ambreiaj transfer flacara; 18 - suspendarea tubului de flacara; 19 - deschideri ale zonei primare; 20 - orificii ale zonei de amestecare; 21 - flanșă cadru a tubului de flacără;

22 - Aparate cu duze TVD; 23 - conductă de ocolire; 24 - trapa de inspecție

Stație de compresoare combinată cu douăsprezece tuburi de flacără și un colector de gaz inelar. Utilizarea unui colector de gaz inelar distinge CS prezentat de schemele obișnuite de CS tubular-anular cu colectoare individuale de gaz.

Corpurile exterior 1 și interior 2 formează un canal inelar în care sunt amplasate tuburile de flacără 3 și un colector de gaz inelar, constând din inele exterioare 4 și interioare 5. În plus, carcasele exterioare și interioare, împreună cu douăsprezece suporturi de alimentare 6 care le fixează, sunt incluse în circuitul de putere al motorului. La intrarea în COP, inelul exterior 7 și inelul interior 8 al difuzorului formează un canal de difuzor inelar cu flux continuu în secțiunea inițială și cu o expansiune bruscă a fluxului la secțiunea de ieșire. Inelul exterior 7 al difuzorului, împreună cu carcasa exterioară, formează o cavitate 9, din care aerul este preluat prin flanșele 10 către unitățile sistemului de control automat al motorului.

Pe corpul COP sunt instalate douăsprezece injectoare de combustibil 17, colectoare ale primului 12 și celui de-al doilea circuit 13 cu douăzeci și patru de conducte 14 pentru alimentarea cu combustibil la injectoare. Pentru a aprinde TBC în camera de ardere, în două tuburi de flacără este instalată o bujie 15. Combustibilul este aprins în alte tuburi de flacără prin conductele de transfer de flacără 16 conectate prin cuplaje de transfer de flacără 17.

Tuburile de flacără se fixează din mișcare în direcția radială în partea din față cu ajutorul duzelor, iar în partea din spate sunt sprijinite pe inelele colectoare de gaz. Pe direcția axială, zece din cele douăsprezece tuburi de flacără sunt fixate cu umerașe 18 și două tuburi de flacără cu bujii. În pereții tuburilor de flacără, sunt realizate două rânduri de orificii 19 și 20 pentru alimentarea cu aer în zona primară și, respectiv, în zona de amestec. Pe suprafețele laterale ale flanșelor 21, tuburile de flacără sunt îmbinate între ele, iar pe suprafețele superioare și inferioare sunt cuplate telescopic cu inelele colectorului de gaz. Inelele colectorului de gaz formează un canal inelar în care se formează un flux de gaz la ieșirea CS cu cea mai mică neuniformitate a temperaturilor și presiunilor de-a lungul circumferinței și diagrama radială necesară. Partea din spate a inelului exterior colector de gaz este corpul aparatului cu duze TVD 22.

Douăsprezece țevi de derivație 23 sunt instalate pe flanșele carcasei exterioare, care trec prin partea de curgere a CS și sunt introduse în bucșe de pe carcasa interioară. Conductele sistemelor de ulei, aer și ventilație ale motorului trec prin conductele de ocolire, iar cavitatea situată sub carcasa interioară comunică cu conturul exterior. Pentru controlul endoscopic al COP, douăsprezece trape 24 sunt amplasate pe carcasa exterioară.

În CS inelar (Fig. 5.4), un tub de flacără 3 este instalat între corpurile exterior 1 și interior 2 formând canalul inelar.

Carcasele COP împreună cu paletele de ghidare 4 ale compresorului sunt incluse în circuitul de putere al motorului. Un inel difuzor exterior 5 este instalat la ieșirea paletei de ghidare a compresorului, care, împreună cu peretele carcasei interioare, formează un difuzor inelar.

Volumul de lucru al tubului de flacără este un spațiu inelar între pereții exteriori 6, interiori 7 și placa frontală 8.

Orez. 5.4. Ring COP:

1 - carcasă exterioară; 2 - carcasa interioara; 3 - tub de flacara; 4 - aparatul de ghidare al compresorului; 5 - inel exterior difuzor; 6 - peretele exterior al tubului de flacără; 7 - peretele interior al tubului de flacără; 8 - placa frontala; 9 - suspendarea tubului de flacara; 10 - centura sistemului de racire; 11 - orificii de perforare; 12 - deschideri pentru alimentarea cu aer a zonei primare; 13 - deschideri ale zonei de amestecare; 14 - vizor; 15 - bucșă;

16 - injector de combustibil; 17- galeria de combustibil; 18 - cavitatea de prelevare a probelor de aer;

19 - flanșă de prelevare a probelor de aer; 20 - peretele interior al carcasei exterioare; 21 - aparat de duză cu turbină

Din deplasarea de-a lungul axei motorului, tubul de flacără este fixat prin umerase 9. Pereții tubului de flacără se realizează prin rotire. Aerul pentru răcirea pereților este furnizat prin mai multe curele de orificii 10. În plus, pentru răcirea locală în pereți există o perforație 11 de orificii mici. Pentru a organiza arderea, aerul intră în tubul de flacără în FU, în orificiile 12 ale zonei primare și orificiile 13 ale zonei de amestecare. Pentru a crește puterea de penetrare a jeturilor de aer, în găuri sunt instalate viziere 14 și bucșe 15. Combustibilul este alimentat în camera de ardere prin duzele 16 cu pulverizare de aer. Combustibilul este alimentat la injectoare prin colectoarele 17. Inelul exterior al difuzorului formează, împreună cu carcasa exterioară, o cavitate 18, din care se preia aerul prin flanșele 19.

Carcasa exterioară a COP are un perete dublu. Peretele interior 20 formează partea de curgere a CC și protejează peretele exterior de fluxul de căldură din tubul de flacără fierbinte. Peretele exterior al carcasei este putere. Ea percepe forțele din presiunea internă și forțele axiale. Între pereții carcasei trece aerul preluat din CS pentru răcirea turbinei.

În plus față de schemele de bază considerate, există un număr mare de CS-uri care au caracteristici de proiectare pentru a îndeplini cerințele pentru un anumit CS.

Deci, conform designului FU al tuburilor de flacără, CS se distinge evaporativ şi duze multiple.

CC evaporative diferă de cele convenționale numai prin prezența unui dispozitiv de evaporator special, în care combustibilul și o cantitate mică de aer sunt furnizate de o duză, astfel încât TBC să nu se aprindă în dispozitivul de evaporare.

În funcție de direcția fluxului care trece prin CS, acestea se împart în o dată prin , (toate discutate mai sus) și contracurent unde curgerea își schimbă direcția.

În motoarele industriale cu turbină cu gaz, CS-urile tubular-anulare sunt utilizate pe scară largă, deoarece în acest caz unul dintre primele locuri este ocupat de cerința de fabricabilitate operațională (posibilitatea înlocuirii unităților CS în funcțiune, până la înlocuirea tuburilor de flacără).

5.3. Principalele elemente structurale ale CS

CS constă din următoarele elemente structurale și funcționale principale: un difuzor, tuburi de flacără, injectoare, carcase și un sistem de aprindere. În ciuda caracterului comun al funcțiilor, există o mare varietate de versiuni de design ale COP și ale elementelor sale constitutive. Fiecare soluție tehnică are justificări obiective. De importanță nu mică sunt tradițiile și experiența firmelor de dezvoltare.

Proiectarea COP este dezvoltată pe baza schemei selectate și a datelor inițiale. Datele sursă includ:

Date determinate de calculul de proiect al CS;

Parametrii difuzorului;

Dimensiunile tubului de flacără și canalelor de aer;

Număr de duze;

Amplasarea orificiilor principale pentru alimentarea cu aer a tubului de flacara;

Distribuția aerului prin tubul de flacără;

Dimensiunile de montare ale traseului de curgere și ale carcaselor compresorului și turbinei;

Circuitul de putere al motorului (locația suporturilor lagărelor);

Schema debitelor secundare ale motorului (conducte care trec prin stația de compresoare, asigură funcționarea suporturilor motorului, sistem de răcire etc.);

Cerințe pentru fixarea unităților și ansamblurilor de propulsie pe corpul stației de compresoare.

5.3.1. Difuzor

Difuzorul este un canal în expansiune în care debitul scade și o parte din energia cinetică este transformată în energie potențială, care este exprimată printr-o creștere a presiunii statice.

Difuzoarele trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Au pierderi hidraulice minime;

Au o lungime minimă;

Asigurați un câmp stabil de viteze și presiuni înainte de a intra în tubul de flacără (adică fără separare a fluxului).

În arzătoarele tubulare, difuzoarele sunt realizate sub formă de conducte de ramificație individuale pentru fiecare tub de flacără cu o creștere izogradient în zona secțiunii de curgere.

În stațiile de compresoare tubular-anulare și inelare, difuzoarele 1 au fost utilizate anterior sub formă de canale inelare profilate formate din carcasele exterioare 2 și interioare 3 ale stației de compresor, de asemenea, cu o modificare de izogradient în suprafață (Fig. 5.5, a). Astfel de difuzoare oferă cea mai mică pierdere totală de presiune, cel mai uniform câmp de viteză la ieșire, dar au o lungime destul de mare. Un alt dezavantaj al unor astfel de difuzoare este că nu pot funcționa fără separarea fluxului în toate modurile de funcționare a motorului.

Pentru a asigura debitul de aer necesar în canalele CS inelar și aceeași cădere de presiune pe pereții exteriori și interiori ai tubului de flacără, înainte de a intra în tubul de flacără 4, carenele 5 sunt instalate în difuzoarele CS inelar. , care separă fluxul prin canalele inelare exterioare și interioare (Fig. 6.29, b) , sau realizează difuzoare cu două canale cu un separator de curgere 6 (Fig. 6.29, c).

Orez. 5.5. Difuzoare KS:

a - cu o modificare de izogradient a ariei; b - cu separator de curgere;

c - cu două canale cu separare fixă ​​a curgerii;

1 - difuzor; 2 - carcasă exterioară; 3 - corp intern; 4 - tub de flacara;

5 - carenare; 6 - separator de curgere

În modelele moderne CS, difuzoarele în trepte sunt din ce în ce mai preferate. Un astfel de difuzor are două secțiuni caracteristice (Fig. 5.5, d): o secțiune relativ scurtă cu o extindere lină a căii de curgere - pre-difuzor 1 (o secțiune cu flux continuu) și o secțiune cu o dilatare bruscă 2 (o secțiune cu o separare de curgere stabilizată). Avantajele unui difuzor în trepte în comparație cu un difuzor neted convențional includ lungimea sa scurtă și sensibilitatea scăzută la modificările structurii curgerii la intrare. În același timp, însă, are pierderi ușor crescute.

5.3.2. Tub de flacără

După alegerea schemei CS, la efectuarea calculelor de proiectare, se determină principalii parametri ai tubului de flacără, care servesc ca date inițiale pentru dezvoltarea designului său. Acestea includ:

Volumul tubului de flacără;

Distribuția aerului pe lungimea tubului de flacără (zonele de curgere ale dispozitivului frontal, numărul și dimensiunea orificiilor din zona de ardere și amestecare, numărul de zone de răcire și numărul de orificii din zone);

Număr de duze și dispozitive frontale;

Tip dispozitiv frontal;

Tipul sistemului de răcire.

Tubul de flacără în arzătoarele tubulare și tubular-anulare constă de obicei din două părți - tubul de flacără în sine și colectorul de gaz (Fig. 5.6).

Orez. 5.6 Tub de flacără:

un CS tubular-anular: 1 - dispozitiv frontal; 2 - cap raționalizat;

3 - sistem de racire; 4 - deschideri pentru alimentarea cu aer în zona de ardere și amestecare;

5 - suport; 6 - conductă de transfer a flăcării;

b inel CS: - dispozitiv frontal; 2 - perete inelar exterior; 3 - perete inelar interior; 4 - placa frontala; 5 - carenare; 6 - deschideri pentru alimentarea cu aer în zona de ardere și amestecare; 7-consola.

FU 1 este situat în fața tubului de flacără (Fig. 5.6, a). Mai departe de-a lungul lungimii tubului de flacără există un cap aerodinamic 2, în spatele acestuia este un perete format din secțiuni și inele ondulate sudate între ele prin sudare în puncte.

Un sistem de răcire cu peliculă este utilizat în proiectarea tubului de flacără. Pe suprafața tubului de flacără sunt realizate găuri pentru alimentarea cu aer în zona de ardere și în zona de amestec. Din mișcări axiale, tubul de flacără este fixat de corpul CS cu ajutorul suportului 5. Suportul este amplasat în partea frontală lângă FI și duză pentru a reduce efectul mișcărilor termice ale tubului de flacără în raport cu duza la asigurați parametri stabili de pulverizare și amestecarea combustibilului cu aerul în FI. Pentru a transfera flacăra de la un tub de flacără la altul în momentul aprinderii, conductele sunt interconectate prin conducte de transfer de flacără 6 și cuplaje.

Colectoarele de gaz din arzătoarele tubulare sunt realizate separat pentru fiecare tub de flacără, iar în arzătoarele tubular-anulare pot fi fie separate, fie inelare, în care sunt introduse toate tuburile de flacără ale motorului de-a lungul inelului. Pentru a compensa dilatarea termică, tuburile de flacără sunt conectate la colectorul de gaz folosind o conexiune telescopică. Flanșa din spate a colectoarelor de gaz este de obicei atașată la carcasa primului aparat cu duză de turbină. Pereții colectorului de gaz sunt echipați cu un sistem de răcire.

Tubul de flacără (Fig. 5.6, b) este format dintr-un dispozitiv frontal 7, exterior 2 și interior 3 pereți inelari, placa frontală 4. Pentru a reduce rezistența hidraulică și distribuția necesară a aerului prin canalele inelare, un caren 5 este amplasat în fata tubului de flacara.

Sistemul de racire este realizat pe pereti. Găurile 6 sunt realizate pe pereții exteriori și interiori pentru a furniza aer zonelor de ardere și amestecare. Din mișcări axiale și radiale, tubul de flacără se fixează de corpul CS cu ajutorul mai multor console 7. Legătura cu corpul duzei se face telescopic pentru a compensa dilatarea termică.

Pentru fabricarea tuburilor de flacără și a colectoarelor de gaze se folosesc următoarele materiale:

Oțel inoxidabil - până la o temperatură de 800 °C;

Aliaje rezistente la căldură pe bază de nichel și crom - până la o temperatură de 900...1100 °C.

5.3.2.1. Dispozitive frontale

Aproape toate CS-urile cunoscute au propriile lor FU, care diferă ca design.

Exemple clasice de FI sub formă de corpuri slab raționalizate sunt capul cu fante al tubului de flacără 1 și duzele conice 2, instalate în partea frontală a tubului de flacără (Fig. 5.7). Astfel de FU-uri au rezistențe hidraulice crescute, formarea amestecului nu este suficient de completă în ele, drept urmare se obține o eficiență de ardere relativ scăzută și un nivel ridicat de emisie.

Una dintre modalitățile de a obține un TBC omogen în zona primară a CS este utilizarea FU evaporativ (vezi Fig. 5.7).

În FU cu turbioane axiale cu 4 sau radiale cu 5 lame (vezi Fig. 5.7), dimensiunile zonei de curent invers sunt determinate de gradul de răsucire a curgerii. Gradul de răsucire a fluxului depinde de viteza de ieșire a aerului din turbion și de unghiul lamelor. Pierderile hidraulice în UF în vârtej sunt mult mai mici decât în ​​cele cu fante și conice.

Orez. 5.7. Dispozitive frontale KS:

1 - cap crestat; 2 - duză conică; 3 - FU evaporativ;

4 - turbion cu lame axiale; 5 - turbionar cu lame radiale;

6 - FU vârtej combinat; 7 - turbion cu jet; 8 - duză duză

În prezent, cele 6 FU-uri vârtej combinate sunt utilizate în principal în CS. Pe lângă funcția de stabilizare a flăcării, acestea asigură pregătirea preliminară a TBC (pulverizare, amestecare la concentrația și gradul de uniformitate dorit).

Unitățile moderne de turbionare constau din două sau mai multe turbitoare axiale, cu jet 7 și (sau) radiale și duze de duză 8 de diferite configurații (Fig. 5.7). Cu ajutorul unor astfel de FU, este posibil să îndepliniți aproape toate cerințele actuale.

Una dintre principalele cerințe pentru CS, care este furnizată în principal cu ajutorul FU, este gama largă de ardere durabilă.

Vom lua în considerare principiul de funcționare al FU folosind exemplul unui FU tipic format dintr-un turbion cu lame 7 și un con de tranziție 2 între turbion și partea cilindrică a tubului de flacără. Schematic, structura de curgere formată în spatele unui astfel de FU este prezentată în Fig. 5.8.

Baza fizică pentru stabilizarea flăcării este crearea unei zone de joasă presiune în partea de cap a tubului de flacără, care se formează datorită ejectării de gaz de către un jet de aer conic 3 creat de un turbion. Debitul de gaz din interiorul jetului conic este compensat prin adăugarea acestuia din zonele situate ceva mai departe de FU. Ca urmare, se formează o zonă de curenți inversi 4, în care o parte din gazele fierbinți se deplasează spre fluxul principal de aer. Combustibilul atomizat 5 este alimentat de duza 6 în zona curenților inversi.

Orez. 5.8. Structura fluxului și stabilizarea flăcării în spatele dispozitivului frontal al camerei GTE:

1 - turbion cu lame; 2 - con de tranziție; 3 - jet de aer conic;

4 - zona curenților inversi; 5 - con de combustibil; 6 - duză; 7 - zona de stabilizare a flăcării; 8 - limita zonei curenților inversi; 9 - graficul vitezelor axiale;

10 - diagrama presiunii; 11 - linii curente

Structura fluxului în partea de cap a tubului de flacără, prezentată în fig. 5.8 folosind diagrama de viteză 9, diagrama de presiune 10 și liniile de curent 77, atât cu suflare la rece, cât și cu stația de compresor în funcțiune, calitatea este aceeași.

5.4. injectoare de combustibil

Dintre varietatea mare de modele de injectoare, injectoarele centrifugale sunt cele mai utilizate pe scară largă în principalele CS GTE.

Schema celei mai simple duze centrifuge este prezentată în fig. 5.9.

Orez. 5.9. Schema unei duze centrifuge:

1 - canale tangențiale; 2 - camera de turbionare;

3 - duză; 4 - vortex de aer

Combustibilul dintr-o astfel de duză intră în canalele tangenţiale 1 ale camerei de turbionare 2 şi capătă o turbiune iniţială. În camera de turbionare, cu o scădere a diametrului de turbionare, componenta vitezei circumferențiale crește și apar forțe centrifuge semnificative. În duza de evacuare 3, se formează o peliculă subțire cu o secțiune transversală inelară, care, la ieșirea duzei, se sparge în picături minuscule care creează un văl conic de combustibil atomizat. În acest caz, de-a lungul axei duzei se formează un vortex de aer (gaz) 4. Cu cât viteza combustibilului la ieșirea duzei este mai mare, cu atât se obțin picăturile mai fine și, astfel, se realizează condiții mai favorabile pentru crearea unui TBC omogen.

Valoarea vitezei combustibilului la ieșirea din duză este determinată de căderea de presiune pe duză. În general, căderea de presiune și consumul de combustibil prin duză sunt legate de relația:

G T \u003d K (Δ P ) 0,5

unde K - coeficientul de curgere, luând în considerare parametrii geometrici ai duzei și dimensiunea valorilor G T și ∆ P ,

∆P - cădere de presiune a duzei.

Pompele de combustibil utilizate în prezent asigură o presiune maximă în fața injectoarelor, aproximativ egală cu 75 ... 80 kg/cm2.

În fig. 5.10.

Orez. 5.10. Duză:

1 - corp duză; 2 - sticla; 3 - carcasă pentru suflarea capetelor atomizoarelor; 4 - atomizor al celui de-al doilea circuit;

5 - pulverizator al circuitului primar; 6 - adaptor-pulverizator de combustibil;

7 - inel de etanșare;

8 - tub; 9 - bucșă; 10- bucșă; 11 - lipire; 12 - inel de etanșare; 13 - izolatie termica;

14 - carcasa de protectie termica;

15 - montarea circuitului primar;

16 - montarea celui de-al doilea circuit;

17- filtre de combustibil;

18 - canalul de combustibil al circuitului primar; 19 - canalul de combustibil al celui de-al doilea circuit

Duza este formată dintr-un corp 7, o cupă 2, sudată cu o carcasă 3, care direcționează aerul pentru a sufla capetele atomizatoarelor. Sticla cu ajutorul unui filet apasă pe corp un pachet de elemente de alimentare cu combustibil cu un cuplu de strângere ridicat: atomizor 4 al celui de-al doilea circuit, atomizor 5 al primului circuit, adaptor-distribuitor 6 de combustibil și inel de etanșare 7. racordul filetat este etanșat prin sudare cu fascicul de electroni. Separarea canalelor de combustibil din interiorul corpului se face folosind tubul 8 și bucșele 9 și 10. Etanșarea tubului 8 și a bucșei 9 cu corpul se realizează prin lipire la temperatură înaltă 77, iar bucșele 10 sunt realizate din argon. sudarea cu arc și inelul de etanșare 12 este realizat din grafit expandat termic. Corpul duzei este izolat termic din exterior cu fibră de sticlă 13, care este protejată de fluxul de aer printr-o carcasă 14. Filtrele 17 sunt instalate în fitingurile 15 și, respectiv, 16 ale primului și al doilea circuit.

5.5. Sisteme de aprindere GTE

Un sistem de aprindere este utilizat pentru a aprinde TBC în camera de ardere a motorului.

Sistemul de aprindere asigură:

TBC aprinderea inițială la pornirea motorului;

Alimentarea cu energie termică a TBC la funcționarea în condiții climatice severe (precipitații, ceață, vânt puternic etc.), în regimuri maxime sau de urgență, precum și prin comenzi de la panoul de comandă.

Sistemul de aprindere a motorului constă de obicei din una sau două unități de aprindere (Fig. 5.11), două lumânări (Fig. 5.12), fire de joasă și înaltă tensiune cu dispozitive de conectare la unități și bujii.

Orez. 5.11. Unitate de aprindere:

1 - conector "Power"; 2 - conector „Control”; 3 - conectori pentru conectarea firelor de înaltă tensiune; 4 - suport; 5 - corp; 6 - capac

Pe lângă cerințele generale pentru sistemele de aprindere, sunt impuse cerințe suplimentare:

Fiabilitatea aprinderii TBC în zona de operare dată;

Siguranța la explozie.

Orez. 5.12. Bujie într-o carcasă de protecție:

1 - electrod central; 2 - electrod lateral; 3 - izolator; 4 - carcasă bujie; 5 - hexagon; 6-husa de protectie; 7 - flanșă; 8 - cavitate de biți; 9 - carcasă reflector; 10 - fereastra pentru admisia aerului

În total, în lume sunt produse peste 190 de tipuri de sisteme de aprindere, care pot fi clasificate după cum urmează:

La programare (pentru pornirea motorului la sol si in zbor);

Conform principiului de funcționare (capacitiv, plasmă, laser);

Prin curent de alimentare (pe curent continuu, pe curent alternativ);

După sursa de alimentare (de la o sursă autonomă de energie - un generator de mașini electrice sau o baterie de stocare);

În funcție de modul de funcționare (pe termen lung, intermitent, dual-mod cu diferite niveluri de energie de descărcare);

După mărimea tensiunii furnizate de la unitatea de aprindere la lumânări (tensiune joasă - tensiunea de ieșire a unității de aprindere este de la 2 la 10 kV, tensiune înaltă - tensiunea de ieșire a unității de aprindere este mai mare de 10 kV) ;

În funcție de energia acumulată (energie scăzută - până la 10 J, energie mare - mai mult de 10 J);

După numărul de canale (cu un singur canal, cu două canale);

Dupa tipul de bujii folosite (cu bujii incandescente, cu bujii);

După metoda de conectare a bujiilor la circuitul de descărcare (cu conectare paralelă a bujiilor, cu conectare în serie a bujiilor);

După metoda de aprindere a camerei de ardere (cu aprindere a camerei de ardere direct de la bujie - cu aprindere directă, cu aprindere a camerei de ardere cu aprindere de pornire);

Conform metodei de obținere a unei descărcări de scânteie (cu eclator; cu un comutator de energie tiristor);

Prin controlabilitatea unității de aprindere (gestionată, cu sistem de control încorporat, negestionată);

După tipul de descărcare a bujiilor (oscilativă, aperiodică).

Sistemele de aprindere ale unor motoare cu turbină cu gaz încorporează aprinderi de pornire (Fig. 5.13).

Orez. 5.13. Aprindere:

1 - bujie; 2 - duză; 3 - camera de ardere

Aprindetorul de pornire constă dintr-o bujie 1, un injector 2 și o cameră de ardere 3 asamblate într-o singură carcasă. Combustibilul atomizat de injector este amestecat în camera de ardere a aprindetorului cu aer, TBC rezultat este aprins de bujie.

Lanterna cu flacără formată de aprindetorul de pornire este direcționată către motorul CS. Eficiența aprinderii depinde de locația sa pe camera de ardere, precum și de temperatura și adâncimea de penetrare a pistoletului în tubul de flacără. Aprindetorul de pornire este instalat astfel încât pistolul său să intre în zona tubului de flacără, unde concentrația de combustibil este suficient de mare, iar viteza stratului de flux de aer de suflare este cea mai mică.

PAGINA\*MERGEFORMAT 12

Alte lucrări conexe care vă pot interesa.vshm>
5619.		Influența transferului de căldură în conducta de gaz a unui motor rachetă cu circuit închis asupra parametrilor de curgere din fața capului duzei camerei de ardere	4,77 MB
	Scopul lucrării: Pentru a efectua calculul parametrilor gaz-dinamici în conducta conductei de gaz pentru diferite valori ale debitului mediu. Determinați efectul transferului de căldură asupra profilului de viteză și distribuției presiunii în fața grătarului de distribuție a gazului și a blocului de duze. Compararea valorilor vitezei și presiunii statice a fost efectuată în secțiuni...
15532.		Calculul camerei unui motor rachetă lichid	790,54KB
	Schemele de proiectare ale camerelor realizate sunt diverse. În motoarele rachete moderne cu propulsie lichidă, sunt utilizate în mod predominant camere de ardere cilindrice, care, în combinație cu un cap de amestecare plat, fac posibilă efectuarea procesului de generare a forței la un debit mare, cu organizarea simultană a unei protecții fiabile a combustibilului. sistem si asigurarea caracteristicilor de rezistenta termica cerute. Designul specificat al camerelor este destul de avansat din punct de vedere tehnologic în producție.
7639.		Procesul de ardere în motoarele cu carburator și motoarele diesel	387,19 KB
	Procesul de ardere în motoarele cu carburator Acest proces nu are loc de fapt la volum constant, ci aproape de aceste condiții. Procesul de ardere de pe diagrama indicatoare poate fi împărțit în 3 faze. Viteza de ardere depinde de proprietățile combustibilului.
11320.		CALCULUL TERMIC SI DINAMIC AL MOTORULUI CU ARDE INTERNA	240,88 KB
	Motoarele pe benzină cu injecție de combustibil și aprinderea forțată a amestecului de lucru, în funcție de organizarea procesului de formare a amestecului și de caracteristicile lor de proiectare, pot combina proprietățile pozitive atât ale motoarelor cu carburator, cât și ale motoarelor diesel.