- •Санкт-петербургский государственный университет
- •Лабораторная работа №10. Конструктивные схемы газотурбинных двигателей……………………………………………….... 34
- •Центробежные компрессоры и центростремительные турбины
- •Рабочие лопатки осевых компрессоров и турбин
- •Входное устройство газотурбинного двигателя
- •Ротор осевого компрессора
- •Статор осевого компрессора
- •Камеры сгорания газотурбинных двигателей
- •Статор осевой турбины
- •Ротор осевой турбины
- •Выходное устройство газотурбинного двигателя
- •Конструктивные схемы газотурбинных двигателей
Камеры сгорания газотурбинных двигателей
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение конструкции и принципа действия камеры сгорания ГТД .
Камеры сгорания ГТД предназначена для преобразования химической энергии топлива в тепловую.
Рабочий процесс в камере сгорания включает смесеобразование, воспламенение и горение топливовоздушной смеси, смешение продуктов сгорания со вторичным воздухом.
По направлению движения газового потока различают камеры сгорания прямой и противоточной схем.
При многообразии конструктивных схем все камеры сгорания имеют внутренний и наружный корпуса, диффузор, жаровую трубу, стабилизаторы, коллектор форсунок, а также устройства, обеспечивающие воспламенение топливовоздушной смеси.
Наибольшее распространение в ГТД получили камеры сгорания трех основных типов: трубчатая, кольцевая и трубчато-кольцевая.
В трубчатой камере сгорания цилиндрическая жаровая труба расположена внутри цилиндрического корпуса.
В кольцевой (тороидальной) камере сгорания жаровая труба расположена концентрично в кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами.
В трубчато-кольцевой камере сгорания несколько цилиндрических жаровых труб устанавливаются внутри кольцевого корпуса. Жаровые трубы соединены между собой патрубками для выравнивания давления воздуха и газов и переброса пламени.
Жаровые трубы обычно состоят из нескольких секций соединенных сваркой. В целях предотвращения образования трещин от термических напряжений в местах стыков отдельных, различно нагретых, секций делают компенсирующие прорези.
Диффузорные участки, расположенные во входной части камер сгорания, предназначены для снижения скорости потока воздуха на входе в жаровую трубу и преобразования части кинетической энергии во внутреннюю энергию потока.
Для распыливания топлива в камерах ГТД используются, как правило, двухканальные центробежные форсунки, состоящие из корпуса со штуцерами и трубопроводами основного и дополнительного контуров.
Фронтовая часть жаровой трубы и завихрители (стабилизаторы горения) формирует структуру воздушного потока и определяет процессы смесеобразования, стабилизации пламени и выгорания топлива. В ней также расположены один или два ряда отверстий для подвода первичного воздуха.
Завихрители могут быть лопаточного, конусного или струйного типа. Они обеспечивают созданием в головной части жаровой трубы пониженного давления, вследствие чего образуется зона обратных токов, в которой часть горячих газов движется навстречу основному потоку воздуха и распыленного топлива. В результате происходит образование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и устойчивое горение.
Масса воздуха, подведенного в эту зону с учетом расхода через фронтовое устройство и пояса охлаждения, составляет 50-60 % от общего расхода через камеру сгорания.
Через отверстия в основной части жаровой трубы через ряды круглых или овальных отверстий подводится воздух, необходимый для завершения процесса сгорания топлива.
Между последним рядом отверстий для подвода воздуха в зону горения и первым рядом отверстий зоны смешения стенка жаровой трубы выполняется сплошной (без отверстий), что необходимо для поддержания высокой температуры процесса без замораживания его струями холодного смесительного воздуха.
В смесительную часть жаровой трубы воздух подводится через отверстия с отбортовками, которые увеличивают глубину проникновения струй вторичного воздуха в газовый поток, что улучшает смешение воздуха с продуктами сгорания и повышает равномерность температурного поля на входе в турбину.
Ресурс и надежность жаровых труб определяются уровнем и равномерностью нагрева их стенок.
Наиболее нагретым (до 1000 - 1300 К) местом жаровой трубы является ее середина, где выделение тепла уже заканчивается, а вторичный воздух еще только начинает подмешиваться к продуктам сгорания.
Для поддержания приемлемой температуры стенок жаровых труб применяется комбинированное конвективно-пленочное охлаждение: охлаждение перфорированных стенок, когда охладитель подается перпендикулярно скорости горячего потока газов через большое число отверстий небольшого диаметра, и струйное комбинированное охлаждение, при котором охладитель подается параллельно скорости горячего потока через специальные щели.
Жаровые трубы изготавливаются штамповкой из жаропрочных сплавов на никелевой основе типа Х20Н80Т, ЭИ602, ЭИ868 и др. Для изготовления других узлов камеры сгорания (диффузора, корпусов и др.) используются стали типа Х17Н2, 1Х18Н9Т.
Порядок выполнения работы
1. Дать характеристику камеры сгорания, определить тип завихрителей, количество и расположение форсунок, способ охлаждения жаровой трубы.
2. Выполнить эскизы основных элементов камеры сгорания (жаровой трубы, коллектора форсунок, корпусов) и определить их геометрические характеристики.
Контрольные вопросы
Какие процессы происходят в камере сгорания ГТД?
Назовите основные элементы камеры сгорания и укажите их назначение.
Назовите методы охлаждения жаровых труб.
Из каких материалов изготавливаются основные узлы камер сгорания?
Лабораторная работа №7