Осуществление процесса горения в камере сгорания

Во время работы турбореактивного двигателя а камеру сгорания поступает воздух со скоростью 120 - 170 м/сек.. Осуществить устойчивое горение и полное сгорание топлива при такой скорости воздуха очень трудно, так как поток воздуха сдувает пламя, а бедная смесь плохо поджигается и медленно горит.

Для надежного и быстрого сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания имеется специальная зона горения, расположенная в передней части жаровой трубы.

Первичный воздух (10 - 15% от общего потока) входит внутрь жаровой трубы через отверстия диска и конуса; этому воздуху при помощи завихрителя придается вращательное движение. Воздух от завихрителя поступает в зону горения, где его скорость понижается до 15 - 25 м/сек.

В зоне горения в этот завихренный воздух впрыскивается форсункой топливо, его капельки перемешиваются с воздухом и быстро испаряются. Чем мельче и равномернее распы­лено топливо в воздухе, тем быстрее оно сгорает, при этом увеличивается полнота сгорания. Поэтому в современных ТРД давление впрыска топлива для получения хорошего его распыла достигает 40 - 70 кг/см² на номинальном режиме (при работе на земле).

Через боковые отверстия в жаровой трубе в зону горения проходит еще около 5 - 10% воздуха, и в ней образуется тео­ретическая нормальная смесь с α ≈ 1, которая быстро и пол­но сгорает. В зоне горения образуется устойчивый факел пламени с температурой 1800 - 2100° абс. (середина 50 - х).

На цилиндрической части жаровой трубы сделаны не­большие отверстия, через которые входит воздух, изолирую­щий факел пламени от стенок жаровой трубы и охлаждаю­щий жаровую трубу.

Большая часть воздуха - вторичный воздух (75 - 85% от общего потока) обтекает жаровую трубу снаружи и охла­ждает ее, он минует зону горения и не участвует в горении. Вторичный воздух является изолирующим слоем между жа­ровой трубой и кожухом - зоной охлаждения.

В зоне смешения (перемешивания) жаровая труба имеет большие отверстия, через которые вторичный воздух направ­ляется внутрь жаровой трубы и “пронизывает” факел пламени, чем достигается хорошее перемешивание воздуха с продуктами сгорания. При перемешивании температура газового потока понижается до 1100 – 1150⁰ абс., кроме того, температура и давление отдельных струек газа выравни­ваются. Здесь же происходит догорание частиц несгоревшего топлива, если они не успели сгореть в зоне горения.

Распределение потока воздуха по отдельным сечениям жаровой трубы показано на рис. 24.

Рис. 24. Схема подвода воздуха в жаровую трубу.

Следует иметь в виду, чти повышение температуры и дав­ления воздуха, поступающего в камеру сгорания, улучшает процесс сгорания. Понижение температуры и давления воз­духа на входе в двигатель (при подъеме на высоту) ухуд­шает воспламенение смеси, вызывает неустойчивое горение и даже приводит иногда костановке двигателя.

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ

Изменение параметров газа в камере сгорания показано на рис. 25.

Температура, давление и скорость воздуха на входе в камеру сгорания будут такими, какие имеет поток воздуха на выходе из компрессора. Приблизительно они будут равны:

T₂=208 ⁰C, P₂=4,35 кг/см², с₂=120 м/с.

В камере сгорания за счет подвода тепла температуpa газов резко повышается, достигая на выходе – 850 - 900° С. Давление газов при движении их по камере сгорания падает за счет нагревания газов и за счет гидравлических сопротивлении камеры. Величина падения давления составляет около 0,1 - 0,15 кг/см¹.

Скорость движения воздуха по длине камеры сгорания увеличивается за счет подвода тепла примерно на 50 м/сек.

 

Рис. 25. Изменение параметров газа по длине жаровой трубы

 

ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ ГАЗА

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию и давление рабочих газов в механическую работу.

Газовая турбина имеет два лопаточных элемента:

1. Неподвижный сопловой аппарат, который служит для преобразования скрытой,потенциальной энергии газов в ско­ростную энергию и для направления потока газов на рабо­чие лопатки под наивыгоднейшим углом.

2. Рабочие лопатки, укрепленные на вращающемся диске. Лопатки преобразуют скоростную энергию газов в механическую работу.

По сравнению двигателями других типов газовая тур­бина имеет ряд преимуществ. Она проста по конструкции, надежна в эксплуатации, имеет высокий коэффициент полез­ного действий, обеспечивает получение больших мощностей в одном агрегате при небольшом весе и размерах (имеются турбореактивные двигатели, у которых газовая турбина раз­вивает мощность больше 50 000 л. с.).

Эти качества газовой турбины обеспечили широкое при­менение ее в ТРД для вращения компрессоров (нагнета­телей).