ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы горения в газотурбинных двигателях из "Реактивные топлива Изд2" Процесс горения в газотурбинных двигателях протекает при большом избытке воздуха и при высоких скоростях воздушного потока в камере сгорания. [c.17] Высокий коэффициент избытка воздуха в этих двигателях применяется для ограничения температуры газов, поступающих в газовую турбину. В современных газотурбинных двигателях максимально допустимой температурой газов перед турбиной считается 1150— 1250° К. Для поддержания такой температуры газов перед турбиной необходимо, чтобы общий коэффициент избытка воздуха был порядка 3,8—4,0. Однако при сильном обеднении топливно-воздушная смесь трудно воспламеняется, а ее сгорание протекает вяло и неустойчиво. Даже в том случае, если смесь воспламеняется, факел пламени не держится в камере сгорания, а легко срывается потоком быстро протекающего воздуха, и процесс сгорания нарушается. [c.17] Большая часть воздуха (70—80%), так называемый вторичный воздух, обтекает снаружи переднюю часть огневой камеры и, минуя зону горения, подмешивается к продуктам сгорания, разбавляя их и снижая температуру газов, поступающих в газовую турбину. [c.18] В зоне смешения вторичного воздуха с горячими газами наряду со снижением и выравниванием температуры газа происходит догорание топ.лива и продуктов неполного его окисления, если они выносятся потоком из основной зоны горения. Установлено, что факел пламени, образующийся в зоне горения, будет устойчивым только тогда, когда скорость распространения пламени не меньше скорости набегающего потока воздуха. В противном случае пламя срывается и устойчивое горение становится невозможным. [c.18] Деление воздуха на две части и обогащение смеси в основной зоне горения до коэффициента избытка воздуха, близкого к единице, способствует увеличению скорости распространения пламени. Однако и при этом условии скорость распространения пламени остается иногда ниже скорости движения потока воздуха на выходе из компрессора. Для создания устойчивого горения, как правило, весь поток воздуха на выходе в камеру сгорания тормозится до скорости порядка 30—60 м сеп путем увеличения проходного сечения. При этом первичный воздух при помощи специальных экранов-стабилизаторов пламени тормозится до скорости, не превышающей в зоне горения 15—25 м сек. [c.18] За экраном-стабилизатором пламени создается область застоя с ввзвратно-вихревыми течениями воздуха и горячих газов. Вихревое движение воздуха за экраном обеспечивает проникновение воздуха внутрь зоны горения и способствует хорошему перемешиванию его с распыленным топливом, а возвратные вихревые течения горячих газов — поджигание (воспламенение) свежей смеси и ее устойчивое сгорание. [c.18] Реактивные топлива практически полностью состоят из углеводородов. Содержание других элементов, например, серы, азота, кислорода и т. д., как правило, не превышает долей процента. Вследствие этого для практических расчетов можно принять, что реактивные топлива состоят только из двух элементов (углерода и водорода), а незначительное содержание серы, азота и кислорода в расчет не принимается. [c.19] Как известно, основным назначением камеры сгорания в газотурбинном двигателе является эффективное превращение химической энергии, заключенной в топливе, в тепловую, а затем в кинетическую энергию газов, вводящих из реактивного сопла. Это превращение должно быть эффективным не только й отношении полноты реакции горения, но и с точки зрения аэродинамики. [c.20] Важность аэродинамических процессов для горения еще больше проявляется при горении паров тонко распыленной струи жидкого топлива (тумана), хорошо смешанного с воздухом. При скоростях потока, превышающих скорость распространения ламинарного пламени (для большинства углеводородов составляющих примерно 0,3—0,6 м сек), однородная смесь не воспламеняется и не образует устойчивого фронта пламени, если структура аэродинамического потока такова, что в потоке не создается локальных вихрей и зон обратного тока. Следовательно, чтобы стабилизировать пламя при высоких скоростях, встречающихся в реактивных двигателях, необходимо создать зоны движения потока с малыми скоростями, при которых может возникнуть пламя или аэродинамический поток такой структуры, при которой могут образоваться локальные вихри или обратные токи. [c.20] Скорость потока газов 2 — 11 ж/сек г —20 л/сек г —37 л/сек. [c.20] Высокая стабильность горения топливно-воздушной смеси является важнейшей эксплуатационной характеристикой газотурбинных двигателей. [c.20] Стабильным горением принято считать такое, при котором наблюдается устойчивое сгорание без срыва пламени и без факела на выходе из камеры сгорания. [c.20] При одной и той же конструкции камеры сгорания наиболее сильное влияние на устойчивость сгорания топливно-воздушной смеси оказывают давление воздуха (высота полета), температура наружного воздуха, обороты двигателя и т. д. Опытами установлено, что чем ниже атмосферное давление (т. е. больше высота полета), тем менее устойчиво горение. Устойчивость горения нарушается при малом числе оборотов двигателя, особенно при низких температурах окружающега воздуха. [c.21] Важнейшими физико-химическими свойствами топлив, которые оказывают влияние на стабильность горения при обеднении смеси являются фракционный состав (выкипание 50%), давление паров и вязкость, т. е. характеристики, оказывающие влияние на процесс смесеобразования (табл. 12). [c.21] На пределы устойчивого горения при обогащении топливновоздушной смеси (появление факела пламени на выходе из камеры), заметное влияние оказывает химический состав топлива. Как правило, при горении в газотурбинных двигателях топлива с большим содержанием ароматических углеводородов образуют факел горения большей длины, чем топлива парафино-нафтенового основания, не содержащие ароматических углеводородов. [c.21] Полнота сгорания реактивного топлива является очень важной эксплуатационной характеристикой его и определяется главным образом конструкцией камеры сгорания двигателя и физико-химическими свойствами топлива. [c.21] При испытании в одной и той же камере сгорания наблюдается ярко выраженная зависимость чем легче фракционный состав, выше давление насыщенных паров и ниже вязкость топлива, тем выше полнота сгорания (табл. 13). [c.22] Водяной пар оказывает ускоряющее действие па распространение пламени при горении окиси углерода и слабое замедляющее действие при горении углеводородов. [c.22] С целью сохранить или повысить мощность газотурбинного двигателя на взлете, что особенно важно при работе в жарких и тропических условиях, в некоторых случаях производят впрыск воды или водпо-метаноловых смесей в двигатель. [c.23] Вернуться к основной статье