Камеры сгорания ГТД

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

 

Камера сгорания предназначена для создания газового потока заданной температуры за счет сжигания органического топлива в среде сжатого воздуха и является одним из основных элементов ГТД. Схематично камера сгорания представляет собой емкость, куда непрерывно поступают топливо и воздух, и из которой непрерывно отводятся продукты сгорания.

К камерам сгорания ГТД предъявляются следующие требования: высокий КПД, малое гидравлическое сопротивление, малые габариты, надежный пуск, обеспечение устойчивости горения топлива, равномерное распределение поля температур, возможно больший срок службы.

Рис. 45. Устройство и схема работы камеры сгорания ГТД.

 

1 – лопаточный завихритель; 2 – форсунка; 3 – запальное устройство; 4 – корпус;

5 – жаровая труба; 6 – сопловый смеситель; 7 – диффузор; – первичный воздух;

– вторичный воздух; Т – топливо.

В состав камеры сгорания входят следующие элементы: корпус, диффузор, лопаточный завихритель с размещенной в центре форсункой, жаровая труба, пусковое устройство, включающее в себя пусковую форсунку и воспламенитель.

 

Воздух, поступающий в камеру сгорания, делится на первичный, направляемый через лопаточный завихритель непосредственно в зону горения (20 ÷ 25 %), и вторичный, обтекающий жаровую трубу снаружи и подмешиваемый к продуктам сгорания (75 ÷ 80 %). Вторичный воздух, обтекая снаружи жаровую трубу, охлаждает ее стенки. Часть вторичного воздуха через мелкие отверстия или кольцевые щели поступает на внутреннюю поверхность жаровой трубы и создает заградительную пленку, остальная часть вторичного воздуха через крупные отверстия или сопла подмешивается к продуктам сгорания в зоне смешения и охлаждает газы до температуры, приемлемой для работы материалов проточной части газовой турбины. Распыливание топлива осуществляется через форсунки таким образом, чтобы конус распыла топлива примыкал к зоне обратных токов газов, поджигался, и частички топлива не попадали на стенки жаровой трубы.

 

Диффузор предназначен для понижения скорости воздуха, поступающего из компрессора, до 50 ÷ 80 м/с;

 

Завихритель подает в зону горения жаровой трубы первичный воздух и формирует закрученный поток, способствуя турбулизации потока воздуха и лучшему перемешиванию его с топливом;

 

Жаровая труба служит для ограничения пламенного пространства КС и восприятия тепловых нагрузок. Выполняется обычно многосекционной. В первых по ходу газа секциях размещаются форсунка и завихритель, последние секции могут иметь смесители и стабилизаторы, обеспечивающие формирование потока газа на выходе.

 

Форсунка предназначена для непрерывной дозированной подачи распыленного топлива в жаровую трубу КС. Форсунка выполняется в виде сопла с центробежным эффектом закручивания топливной струи для обеспечения мелкодисперсного распыла топлива. Для предохранения сопла форсунки от перегрева на нее одевается колпачок, охлаждаемый потоком первичного воздуха.

 

Запальное устройство предназначено для зажигания топлива в КС в момент пуска ГТД и представляет собой конструкцию, объединяющую пусковую форсунку и свечу зажигания. Факел пламени пусковой форсунки направлен так, чтобы обеспечить надежное зажигание топлива, подаваемого через основную форсунку камеры сгорания.

 

Все камеры сгорания, используемые в ГТД, можно классифицировать по следующим признакам:

 

· по направлению подачи топлива:

- с подачей топлива в направлении движения потока воздуха;

- с подачей топлива против направления движения воздуха;

· по конструкции:

- на индивидуальные или трубчатые – выполняются только выносными; Такие камеры сгорания просты, технологичны, удобны в эксплуатации, обладают малым гидравлическим сопротивлением. В судовых ГТД их применяют в основном во вспомогательных двигателях (газотурбогенераторах – ГТГ);

- многотрубчатые или секционные КС (рис. 46.а) – состоят из нескольких трубчатых, расположенных по окружности вокруг вала ГТД. Все камеры идентичны, имеют малые массу и габариты, взаимозаменяемы. Применение такого типа КС усложняет разборку двигателя;

- кольцевые КС (рис. 46.б) – характеризуются единым огневым пространством. Жаровая труба имеет вид кольцевой полости с многорегистровым фронтовым устройством (число форсунок 10 и более) и расположена вокруг вала двигателя между наружным и внутренним кожухами. По сравнению с многотрубчатыми КС, такая конструкция имеет меньшие габариты и меньшее гидравлическое сопротивление, создает более равномерное температурное поле, но затрудняет доступ к подшипникам ГТД. Применяются кольцевые КС в основном в ГТД малой мощности;

- трубчато-кольцевые КС (рис. 46.в) – состоят из нескольких жаровых труб, размещенных в одном общем кольцевом пространстве, по которому проходит вторичный воздух. Запальные устройства в таких КС устанавливаются только в части жаровых труб. В остальных трубах воспламенение факела осуществляется пламяперебрасывающими патрубками, соединяющими между собой жаровые трубы. Одновременно пламяперебрасывающие патрубки осуществляют выравнивание давлений между отдельными жаровыми трубами. Такие КС более ремонтопригодны и проще в настройке, чем кольцевые. Недостатком их является неравномерность температур и давлений по окружности перед газовой турбиной. Эту конструкцию КС наиболее часто используют в корабельных и судовых ГТД.

 

а б в

 

Рис. 46. Типы камер сгорания ГТД:

а – многотрубчатая; б – кольцевая; в – трубчато-кольцевая.

1 – жаровая труба; 2 – корпус; 3 – форсунка с лопаточным завихрителем;

4 – наружный кожух; 5 – внутренний кожух; 6 – пламяперебрасывающие патрубки.

· по направлению движения основного потока воздуха:

- на прямоточные;

- противоточные;

- поворотные;

 

· по способу распыла топлива:

- на камеры сгорания с распылом топлива под высоким давлением центробежными форсунками;

- камеры сгорания с пневмоцентробежными форсунками;

- камеры сгорания с распылом топлива под низким давлением с применением испарительного устройства;

- камеры сгорания с разбрызгиванием топлива через вращающиеся каналы.

 

Чаще всего в судовых и корабельных ГТД применяются многотрубчатые и трубчато-кольцевые камеры сгорания. В установке ГТУ-20 (рис. 47) применена индивидуальная камера сгорания.

 

 

Газовые турбины

 

В настоящее время в главных судовых ГТД применяют исключительно осевые газовые турбины с одной, двумя и большим числом ступеней, с охлаждаемыми и неохлаждаемыми лопатками.

 

Конструкция элементов газовой турбины вытекает из условий и особенностей ее работы:

- высокие начальные температуры газа на входе в ГТ обусловливают применение специальных жаростойких материалов и различных способов интенсивного охлаждения лопаток и дисков турбин;

- относительно малые начальные давления газа и незначительное увеличение его объема при расширении приводят к незначительной разнице в высотах лопаток первой и последней ступеней;

- незначительные срабатываемые теплоперепады (в 3 ÷ 5 раз меньше, чем у паровых турбин) сокращают число ступеней и длину проточной части газовой турбины;

- для получения высокого КПД газовые турбины требуют более тщательного исполнения проточной части и профилирования лопаток, чем паровые турбины;

- при разработке конструкции корпусов особое внимание уделяют достижению аэродинамического совершенства входного и выпускного патрубков компрессора и турбины.