3.3 Камера сгорания. Назначение, типы, коэффициент избытка топлива. Основные узлы кс и рабочие процессы. Камера сгорания.

Назначение: преобразование химической энергии топлива в тепловую путем организации эффективного сгорания топлива в потоке сжатого воздуха поступающего из компрессора.

Рис. 29. Диаграмма процесса горения.

Горение – быстро протекающий химический процесс окисления топлива, сопровождающийся выделением большого количества тепла.

L₀ – стехиометрический коэффициент (минимальная масса воздуха необходимая для полного сгорания 1 кг топлива)

Необходимо 14,5 кг воздуха.

α – коэффициент избытка воздуха

Максимальная эффективность процесса горения – при α=1. В этом случае полностью сгорает все топливо и полностью используется весь кислород, содержащийся в воздухе зоны горения. На практике для гарантированного сгорания топлива поддерживается α=1,1-1,2. Температура в зоне горения при этом может достигать 2000⁰С.

Однако, на выходе из камеры сгорания температура потока должна быть в допустимых пределах по жаропрочности лопаток и узлов турбины, а это 800⁰С-900⁰С. Организация устойчивого процесса горения при такой температуре невозможна. Поэтому в камерах сгорания любого типа ГТУ используется принцип двухзонности, а именно: локализация зоны горения, внутри зоны смешения.

На всех режимах работы двигателя «первичным воздухом» в зоне горения обеспечивается α=1,1-1,2, чем создаются благоприятные условия для быстрого, устойчивого и полного сгорания топлива. В зоне смешения раскаленные газы перемешиваются с относительно холодным «вторичным воздухом», в результате чего на выходе из камеры сгорания температура потока не превышает 800⁰С-900⁰С.

Рис. 30. Распределение воздушного потока в камере сгорания.

«Первичный воздух»:

– (25-30)% - через завихрители и стабилизаторы пламени в зону горения.

«Вторичный воздух»:

– (50-60)% - через отверстия смесителя для перемешивания с «первичным воздухом» и создания приемлемого поля температур на выходе из камеры сгорания;

– (10-25)% - пленочное охлаждение стенок жаровых труб (через щелевые или «терочные» отверстия).

Принципы организации рабочего процесса в камере сгорания:

– Двухзонность (подробно сказано выше).

– Снижение скорости воздуха во входном диффузоре до 50-60 м/сек с целью предотвращения срыва пламени.

– Максимальное перемешивание смеси (с помощью завихрителей и стабилизаторов пламени и дальнейшее снижение скорости потока до 15-25 м/сек).

– Пленочное охлаждение стенок жаровой трубы (тонкий слой вторичного воздуха вдоль стенок жаровой трубы).

Типы камер сгорания.

Рис. 31. Поперечные сечения камер сгорания.

Таблица 2. Сравнение характеристик типов камер сгорания.

Тип	Достоинства	Недостатки
Трубчатая	Хорошая технологичность (простота сборки, легкость доводки, возможность замены в эксплуатации)	Неравномерность температурных полей, большие габариты и масса.
Кольцевая	Небольшая масса, высокая равномерность температурных полей, хорошие пусковые свойства и небольшие потери давления.	Отсутствует возможность демонтажа по частям – только целиком.
Трубчато-кольцевая	Промежуточное положение по габаритам и массе. К достоинствам кольцевого типа добавлена хорошая эксплуатационная технологичность (возможность замены отдельной жаровой трубы).