Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.6_15 - Жаровая труба КС фирмы Siemens с керамическим покрытием [6.9.35]

покрытия. Так, фирма Rolls-Royce применяет систему охлаждения типа «трансплай» с «толстым» (δê = 500…600 мк) теплозащитным покрытием стенок жаровой трубы. От исходного уровня расход воздуха на охлаждение уменьшается почти в два раза. Фирмы General Electric и Pratt&Whitney внедрили технологию конвективного охлаждения также с «толстым» теплозащитным покрытием, что дало возможность исключить расход воздуха на пленочное охлаждение, использовать его в процессе низкотемпературного горения.

Наиболее радикальным способом снижения расхода охлаждающего воздуха является применение керамики. Фирма Siemens на своих больших цилиндрических камерах применяет керами- ческие плитки, не связанные жестко с основной конструкцией, а в газосборнике – металлические плитки, покрытые керамикой (см. Рис. 6.6_15). В результате межремонтный ресурс достиг уровня 100000 часов. Несмотря на очевидные положительные стороны внедрения керамики в конструкцию КС, ее применение ограничивается такими свойствами как:

-малые запасы прочности на изгиб и растяжение;

-растрескивание при больших и часто повторяющихся тепловых «ударных» градиентах температур;

-трудности неразрушающего контроля деталей перед поставкой на двигатель.

6.7 - Перспективы развития камер сгорания ГТД

В связи с постоянно растущим вниманием к охране окружающей среды, основным требованием из общего перечня требований к КС ГТД на ближайшую перспективу по-прежнему остается обеспече- ние низких уровней выбросов вредных веществ. При этом, одновременно делается упор на снижение стоимости жизненного цикла, куда входит стоимость изготовления, ремонта и технического обслуживания. Для промышленных ГТД, учитывая конъюнктуру рынка, дополнительно выдвигается требование по расширению диапазона применяемых видов топлива - от низкокалорийных газообразных топлив до тяжелых продуктов нефтепереработки.

Успешное решение задачи по созданию перспективной конструкции КС невозможно без применения новых материалов и технологий изготовления. В первую очередь это относится к жаровой трубе. Так, для повышения эффективности системы охлаждения требуются материалы с высокой рабочей температурой (1200°С и более), например, такие как интерметаллиды и композиционные материалы на основе керамики. Кроме этого, на внутренней поверхности жаровой трубы должно быть предусмотрено керамическое теплозащитное покрытие, обладающее хорошим сцеплением с основным материалом жаровой трубы и стойкостью к термоциклам.

Для каталитических КС основной проблемой является повышение теплостойкости и долговеч- ности катализатора.

К перспективному направлению в плане создания малоэмиссионных КС относится создания гибких автоматизированных систем управления, позволяющих контролировать эмиссию (как правило, по косвенным параметрам) в процессе работы ГТД и при изменении условий воздействовать на регулирующие элементы. В качестве регулирующих элементов могут выступать топливные коллекторы, перепускные трубы и (или) фронтовые устройства изменяемой геометрии. Такие системы позволяют поддерживать минимальный уровень эмиссии во всем диапазоне работы ГТД и предотвращать пульсационное горение и проскок пламени в смесительное устройство.

С целью сокращения времени на создание перспективной КС большая роль отводится расчетным работам. Здесь необходимы надежные методики расчета, использующие, как правило, трехмерные модели и апробированные предыдущими испытаниями.

344

Глава 6 - Камеры сгорания

6.8 – Англо-русский словарьминимум

air spray type fuel spray nozzl - топливная форсунка с воздушным распылом

annular combustion сhamber - кольцевая КС burning - сжигание. горение

сarbon - углерод carbon dioxide

сarbon monoxide - окись углерода сhamber - камера

cooling - охлаждение combustion - горение, сгорание

combustion сhamber - камера сгорания (КС) combustion efficiency - эффективность горения combustion intensity - интенсивность горения combustion stability - стабильность горения dilution zone - зона смешения

electric spark - электрическая искра emissions - эмиссия

flame - пламя

flame tube - жаровая труба flare - горелка

fuel manifold - топливный коллектор fuel supply - подача топлива

fuel spray nozzl - топливные распыливающие форсунки

ignition - воспламенение

interconnecter - пламеперебрасывающий патрубок multiple combustion сhamber - индивидуальная КС oxides of nitrogen - окиси азота

pollution - вредные выбросы

pre-vaporization - предварительное испарение primary zone - первичная зона

smoke - дым snout - заборник

swirl - завихритель

thrust engineтяга двигателя

tubo-annular combustion сhamber - трубчато-коль- цевая КС

turbine blades - рабочие лопатки турбины

turbine nozzles guide vanesсопловые лопатки турбины

unburnt hydrocarbons - несгоревшие углеводороды vaporizer combustion сhamber - испарительная КС

6.9 – Перечень использованной литературы

6.9.1 ОСТ 1 00411-90 Камеры сгорания основные газотурбинных двигателей. Методы обработки результатов измерения поля температуры газа.

6.9.2.Стандарт ИКАО (Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации, том 2 «Эмиссия авиационных двигателей»).

6.9.3.Авиационные правила АП-34 «Охрана окружающей среды. Нормы эмиссии для авиационных двигателей».

6.9.4.The Jet Engine Rollse-Royce plc.

6.9.5.Тепловое и напряженное состояние стенок жаровых труб камер сгорания ГТД. Сборник статей под редакцией А.Д.Рекина. Выпуск второй. Труды ¹ 1295, ЦИАМ, 1992.

6.9.6.А.В.Сударев, В.И.Антоновский. Камера сгорания газотурбинных установок: Теплообмен. - М.: Машиностроение, 1985.

6.9.7.В.А.Скибин, С.А.Волков. Выбросы вредных веществ от авиационных двигателей. ЦИАМ. Аэрокосмический курьер ¹2 2003г.

6.9.8.А.Лефевр. Процессы в камерах сгорания ГТД. Перевод с английского к.т.н. С.О.Апельбаум и др. под редакцией д-ра техн. наук, проф. В.Е.Дорошенко. - М.: изд. Мир. 1986г.

6.9.9.Gerard Bayle-Laboure Pollutant emissions from aircraft engines: asituation under control. Revue scientifique Snecma. ¹ 2. Juin 1991.

6.9.10.Патент ¹ RU 2107230 C1.

6.9.11.Патент ¹ RU 2103611 C1

6.9.12.R.L. Hack et al. «Design and Testing of a Unique, Compact Gas Turbine Catalytic Combustor Premixer», Proceedings of ASME Turbo Expo 2003 Power for Land, Sea andAir, June 16-19, 2003,Atlanta, Georgia, USA.

6.9.13.Патент РФ ¹ RU 2211409 C2

6.9.14.Патент РФ ¹ RU 2215241 C2

6.9.15.Ю.Ф.Дитякин, Л.А.Клячко, Б.В.Новиков, В.И.Ягодкин. Распыливание жидкостей - М.: «Машиностроение», 1977.

6.9.16.Ю.И.Хавкин. Центробежные форсунки. - Л.:«Машиностроение» (Ленингр. отделение), 1976.

6.9.17.И.Е.Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: «Машиностроение», 1976.

6.9.18.Д.Б.Хронин. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989.

6.9.19.О.А.Попов, С.А.Федоров. Современные электрические системы зажигания для камер сгорания двигателей и теплотехнических устройств различного назначения. Анализ тенденций совершенствования и перспектив развития по материалам ведущих зарубежных фирм и отечественных разработок, (обзор). Технический отчет ЦИАМ, М., 1993.

6.9.20.А.Н.Мурысев. Порядок работ при согласовании применения систем зажигания на ГТД. Ру-

345

Глава 6 - Камеры сгорания

ководящий технический материал, УАКБ «Молния», 1993.

6.9.21.Б.С.Ревзин Газоперекачивающие агрегаты с газотурбинным приводом. Учебное пособие. Екатеринбург, ÓÃÒÓ-ÓÏÈ, 2002.

6.9.22.А.М.Постников Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ. Издательство Самарского научного центра РАН, 2002.

6.9.23.ÃÎÑÒ 28775-90 «Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие техни- ческие условия». Госстандарт, М., 1991.

6.9.24.ÃÎÑÒ 29328-92 «Установки газотурбинные для привода турбогенераторов. Общие технические условия». Госстандарт, М., 1991.

6.9.25.ÃÎÑÒ 12.1.005-88. «Продукция производ- ственно-технологического назначения. Общие технические условия». М., 1988.

6.9.26.ÑÍ 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.

6.9.27.Рекламный проспект «Rolls-Royce Industrial & Marine Gas Turbines Limited», 1994.

6.9.28.Mongia H.C. «Aero-Thermal Design and Analysis of Gas Turbine Combustion Systems Current Status and Future Direction». AIAA Paper 98-3982.

6.9.29.ASME Paper 94-GT-253.

6.9.30.Raghavan P. et al. «Combustion Instability Characteristics of Industrial Engine Dry Low Emission Combustion Systems». AIAA Paper 98-3379.

6.9.31.Рекламная брошюра фирмы ABB Power Generation Industry «The Economic Production of Heat and Power. Steam and Gas Turbines for Industry».

6.9.32.Патент Швейцарии ¹ СН 680 467.

6.9.33.Jeffs E. «New Low-NOx combustors in European Service». Gas Turbine World, ¹ 5, 1988.

6.9.34.А.Г.Тумановский и др. Перспективы создания высокотемпературных малотоксичных камер сгорания стационарных ГТУ. Теплоэнергетика, ¹ 10, 2000.

6.9.35.Рекламная брошюра фирмы ThyssenKrupp VDM, ¹ 565, ноябрь, 2002.

346