книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства
.pdf7
Рис. 6.68. Жаровая труба КС двигателя RB211-535G [6.27]:
1 - дежурная зона; 2 - центральная диффузионная форсунка; 3 - основная зона; 4 -радиальные завихрители; 5 - подвод топлива в дежурную зону;
6 - смесительный канал основной зоны; 7 - подвод топлива в основную зону
Electric, приведенная на рис. 6.69. Фронтовое устройство этой камеры состоит из трех кольце вых рядов горелок 7, разделенных кольцевыми перегородками 2. Внешняя 3 и средняя 4 кольце вые зоны имеют по 30 горелок каждая, внутрен няя кольцевая зона 5 - 1 5 горелок. Такое распо ложение 75 горелок облегчает поэтапную подачу топлива при работе двигателя на режимах час тичной нагрузки. Кроме этого, большое число го релок способствует созданию однородного тем пературного поля перед первым сопловым аппа ратом турбины 6. Горелки каждой зоны имеют собственный канал подачи топливного газа 7. КС имеет укороченный диффузор 8 с разделитель ными перегородками. Крепление жаровой трубы осуществляется с помощью кронштейна 9. С це лью повышения эффективности конвективного съема тепла со стенок жаровой трубы предусмот рены наружный 10 и внутренний 11 дефлекторы. Для удобства сборки и технического обслужива ния наружный корпус 12 выполнен разъемным.
Схема горелки приведена на рис. 6.70. Воздух проходит через внутренний 1 (5 лопаток) и внеш ний 2 (10 лопаток) завихрители, закручивающие его в противоположных направлениях. Получаю щийся турбулентный поток интенсивно смеши вает топливо (природный газ) и воздух. Обратная закрутка делается для устранения возможности формирования зон обратных токов в приосевой зоне горелки. С этой же целью внутри горелки размещается центральное тело 3. Топливо из кол лектора подается в закрученный воздушный по
6.6. Особенности КС двигателей наземного применения
ток через отверстия 4, расположенные на выход ной кромке лопаток завихрителя. Остаточный вихрь на выходе из сопла горелки помогает ста билизировать горение бедной предварительно перемешанной ТВС за срезом сопла.
Порядок подключения горелок в зависимости от режима работы ГТД показан на рис. 6.71. При работе на полной нагрузке топливо поступает во все горелки (рис. 6.71, г). По мере снижения на грузки поддержание необходимой температуры
взоне горения обеспечивается за счет уменьше ния расхода воздуха через КС посредством регу лируемого входного направляющего аппарата
иклапанов перепуска воздуха из компрессора. При дальнейшем снижении нагрузки сначала прекращается подача топлива в горелки внутрен него кольца, и это топливо распределяется между горелками наружного и среднего колец с одно временным закрытием клапанов перепуска воз духа (рис. 6.71, в), а затем перекрываются 30 го релок наружного кольца и открываются 15 горе лок внутреннего кольца (рис. 6.71, б). На низких режимах работы ГТД топливо подается только
вгорелки среднего кольца (рис. 6.71, а). Приме нение такой технологии регулирования позволя ет поддерживать температуру в зоне горения не намного отличающуюся от расчетной величины во всем рабочем диапазоне нагрузок ГТД.
На рис. 6.72 приведен общий вид КС ГТД GT-10, разработанной фирмой АВВ, с кольце вой жаровой трубой 1 и горелками 2 предвари тельного смешения оригинальной конструкции. Эти горелки получили название ЕУ-горелки
Рис. 6.69. КС ГТД LM6000 [6.28]:
1- горелка (75 шт.); 2 - разделительные перегородки; 3 - внешняя зона горения; 4 -
средняя зона горения; 5 - внутренняя зона горения; 6- первый сопловый аппарат турбины; 7 - подвод топливного газа; 8 - диффузор; 9 - кронштейн крепления жаровой трубы;
10- наружный дефлектор;
11- внутренний дефлектор; 12- корпус КС
121
6.6. Особенности КС двигателей наземного применения
Рис. 6.73. Схема двухконусной горелки EV [6.32]:
1 - диффузионная форсунка; 2 - топливо;
3 - воздух; 4 - природный газ; 5 - отверстия;
6 - вихревая зона
и имеет обратный слив 6. С целью снижения обра зования NOx при работе на жидком топливе или с диффузионной форсункой на газе, в горелке предусмотрен подвод 7 воды или пара, осуществ ляемый с помощью соответствующих насадок 8 или 9. В центральной части горелки установлен осевой завихритель 10, благодаря которому улуч шается перемешивание воздуха с топливным га зом, выходящим из дежурной 11 и диффузионной 12 форсунок, и паром (водой). Подвод воздуха 13 для образования предварительно подготовленной ТВС 14 осуществляется через диагональный за вихритель 15. Топливный газ для смешения пода ется с помощью гомогенной форсунки на вход
вдиагональный завихритель.
Впериод пуска ГТД работают дежурные фор сунки и часть диффузионных, на которые пода ется повышенное количество топлива. Подклю чение гомогенных форсунок происходит при относительной нагрузке ~0,437VHOM.При этом рас ход топлива в диффузионной форсунке отключа ется, а в дежурных форсунках поддерживается на минимально возможном уровне. Чем меньше от носительный расход топлива в дежурную зону, тем меньше выбросы N0*. На установившихся режимах работы ГТД относительный расход топ лива через дежурную форсунку поддерживается на уровне 3...4 %. При появлении неустойчиво сти горения в дежурную форсунку подается больше топлива (до 25 %). Дополнительным фак тором, позволяющим снизить эмиссию NOr и по высить устойчивость горения, является возмож ность изменения расхода воздуха через горелки
спомощью регулируемого входного направляю щего аппарата и поворотного кольца, перекры вающего отверстия вторичного воздуха в жаро вой трубе (на выносных жаровых трубах). При включении гомогенных форсунок ВНА прикрыт, отверстия вторичного воздуха открыты. При по-
14 5 12 11
Рис. 6.74. Схема гибридной горелки фирмы Siemens [6.33]:
1 - подвод газа на диффузионную форсунку;
2 - подвод газа на гомогенную форсунку;
3 - подвод газа на дежурную форсунку;
4 - подвод жидкого топлива; 5 - форсунка жидкого топлива; 6 - слив жидкого топлива из форсунки; 7 - подвод воды или пара; 8 - насадок для подачи воды; 9 - насадок для подачи пара;
10 - осевой завихритель; 11 - подача газа из дежурной форсунки; 12 - подача газа из диффузионной форсунки; 13 - подвод воздуха для смешения с топливом; 14 - подготовленная ТВС; 15 - диагональный завихритель
вышении нагрузки до 0,5JVHOMотверстия вторич ного воздуха перекрываются, после чего начинается открытие ВНА, которое заканчивает ся при полной нагрузке.
Гибридные горелки фирмы Siemens при рабо те на природном газе позволяют получать выбро сы N0X< 50 мг/нм3 и СО < 12 мг/нм.
Технология малоэмиссионного горения по схеме RQQL не требует такой сложной системы автоматического управления КС, как схема LPP. В основу схемы RQQL положен метод двухсту пенчатого сжигания топлива. Для этого в КС кон структивно организовывают три последователь но расположенные зоны (рис. 6.75).
123
Глава 6. Камеры сгорания ГТД
В первой зоне 1 формируется горение «бога той» ТВС с коэффициентом избытка возду ха а кс = 0,6...0,8. В эту зону подается все топли во 2, а необходимое соотношение топлива к воз духу обеспечивается подачей воздуха 3. Ввиду недостатка свободного кислорода и низкой тем пературы горения количество окислов азота, об разующихся в первой зоне, невелико.
Во второй зоне продукты неполного сгорания топлива из «богатой» зоны интенсивно смешива ются с большим количеством воздуха 4 (зона рез кого разбавления). Смешение продуктов непол ного сгорания из «богатой» зоны с «холодным» воздухом понижает температуру и увеличивает коэффициент избытка воздуха в смеси, посту пающей в зону 5. В этой зоне происходит горение «бедной» ТВС с коэффициентом избытка возду ха а кс ~ 2,0 образовавшейся на выходе из зоны резкого разбавления. Концентрация N0^ в про дуктах сгорания 6 здесь ограничивается невысо кой температурой пламени и малым временем пребывания.
Основной источник образования NOx в схеме RQQL - зона резкого разбавления, в которой воз можно образование локальных стехиометриче ских очагов горения. Поэтому очень важно орга низовать процесс разбавления таким образом, чтобы перемешивание продуктов сгорания «бо гатой» зоны с воздухом происходило как можно быстрее и равномерно по всему поперечному се чению жаровой трубы.
Достоинствами схемы RQQL является про стота системы регулирования, так как для подачи топлива может быть задействован только один коллектор, и хорошая устойчивость горения во всем диапазоне режимов работы ГТД. К недос таткам этой схемы можно отнести то, что на практике она имеет ограниченные возможности по получению низких уровней выбросов N 0, (менее 50 мг/нм3). Наиболее рационально схему горения RQQL использовать в ГТД с низкими
исредними параметрами рабочего цикла. Технология горения по схеме RQQL широко
используется в ОАО «Авиадвигатель», в частно сти, на ГТД семейства ПС-90ГП, созданных на базе газогенератора авиационного серийного двигателя ПС-90А. На рис. 6.76 приведена КС двигателя ПС-90ГП-1, предназначенного для привода компрессора на газоперекачивающих станциях. Параметры воздуха на входе в КС дви гателя ПС-90ГП-1 на номинальном режиме со ставляют: Р* = 16,2кгс/см2, Т* =686 К. Диапа зон изменения коэффициента избытка воздуха на выходе КС от режима холостого хода до номи нального - от 4,41 до 2,96. КС имеет двенадцать цилиндрических жаровых труб 1 и общий коль-
4
ч Ц /
Рис. 6.75. Схема жаровой трубы, работающей по принципу RQQL:
1 - зона «богатого» горения; 2 - подача топлива;
3 - подвод воздуха в «богатую зону»; 4 - подвод воздуха в зону смешения; 5 - зона «бедного» горения; 6 - продукты сгорания
цевой газосборник 2. Фронтовое устройство жа ровой трубы включает в себя газовую форсунку 3 с большим количеством отверстий для лучшего перемешивания топлива с воздухом и радиаль ный завихритель 4. В зону «богатого» горения 5 поступает около 20 % воздуха, в «бедную» зону б- около 70 %. Воздух в зону разбавления посту пает через восемь крупных отверстий 7. Розжиг КС при запуске осуществляется с помощью све чи зажигания 8. При изменении режима работы двигателя от холостого хода до номинального коэффициент избытка воздуха в «богатой» и «бедной» зонах меняется соответственно от 0,9 до 0,6 и от 3,1 до 2,1. Такое изменение коэффици ента избытка воздуха позволяет обеспечить ус тойчивое горение во всем рабочем диапазоне ГТД и в то же время получить низкие выбросы вредных веществ.
В случае применения воды или пара для сни жения уровня выбросов NOx КС должна иметь «запас» по полноте сгорания для того, чтобы впрыск влаги не привел к недопустимому росту выбросов СО и СН или срыву пламени. Отсюда следует, что впрыск воды (пара) в камеру, рабо тающую на бедной гомогенной смеси по концеп ции LPP, нецелесообразен. Он применяется, как правило, при сжигании околостехиометрических ТВС в диффузионном режиме. Для получения выбросов N0* на уровне 50 мг/нм3 расход пара должен составлять не менее 100... 150 % от рас хода топлива. При впрыске воды, в соответствии с тепловым балансом, ее требуется в 1,62 раза больше по сравнению с паром для достижения одинакового эффекта по снижению NOx. По скольку впрыск воды или пара подавляет образо вание NOx по термическому механизму, очень важно для уменьшения расхода воды (пара) по давать ее в область максимальных температур
124
вместе с топливом. Очевидно, что лучший спо соб добиться желаемого - это подготовить
исжечь водно-топливную эмульсию.
Кнедостаткам способа с впрыском воды (па ра) можно отнести:
- снижение ресурса из-за возникающих пульсаций давления в камере и высокого гради ента термических нагрузок, особенно при впры ске воды;
- усложнение конструкции ГТД (иногда тре буются изменения первого соплового аппарата турбины с целью повышения его пропускной способности);
- значительные эксплуатационные расходы, связанные с качественной подготовкой воды (же сткость не более 0,005 мгэ/л). Дорогостоящая во да затем безвозвратно теряется вместе с выхлоп ными газами.
Несмотря на указанные недостатки, способ подачи воды или пара в КС широко используется
вГТД многих фирм, особенно за рубежом. Перспективным направлением в решении
проблем по снижению выбросов вредных ве
6.6. Особенности КС двигателей наземного применения
ществ является разработка каталитических КС. С их помощью можно получить ультранизкие выбросы. Так, на фирме General Electric в стендо вых условиях при параметрах, характерных для двигателей серии F были получены выбросы: NOx = 0,5 ppm; СО = 0,8 ppm; НС = 1,7 ppm.
Работы по каталитическим КС проводятся уже длительное время практически на всех фир мах, занимающихся разработкой ГТД. Некото рые из этих камер находятся в стадии натурных испытаний или опытной эксплуатации (ГТД 501 фирмы Allisson, ГТД Frame-9E (PG9171E) фир мы Pratt&Whitney совместно с фирмой Catalytic, ГТД MlА-13А фирмы Kawasaki и др.). Разработ чики считают, что применение каталитических систем приведет к уменьшению капитальных
иэксплуатационных затрат (рис. 6.77). Исполь зование катализа позволяет получать в натурных условиях выбросы NOx менее 12 мг/нм3, а СО
иСН - менее 7 мг/нм3. Поскольку широкое ком мерческое применение каталитических КС сдер живается их ограниченным ресурсом, то основ ные работы в настоящее время ведутся по опти-
1 |
2 |
Рис. 6.76. КС двигателя ПС-90ГП-2 с жаровой трубой, работающей по схеме RQQL:
1 - жаровая труба; 2 - газосборник; 3 - форсунка; 4 - завихритель; 5 - «богатая» зона; 6 - «бедная» зона;
7 - отверстия зоны разбавления; 8 - свеча зажигания
125
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 созда ния малоэмиссионных КС относится создания гибких автоматизированных систем управления, позволяющих контролировать эмиссию (как пра вило, по косвенным параметрам) в процессе рабо ты ГТД и при изменении условий воздействовать на регулирующие элементы. В качестве регули рующих элементов могут выступать топливные коллекторы, перепускные трубы и (или) фронто вые устройства изменяемой геометрии. Такие сис темы позволяют поддерживать минимальный уровень эмиссии во всем диапазоне работы ГТД и предотвращать пульсационное горение и про скок пламени в смесительное устройство.
С целью сокращения времени на создание перспективной КС большая роль отводится рас четным работам. Здесь необходимы надежные методики расчета, использующие, как правило, трехмерные модели и апробированные предыду щими испытаниями.
Контрольные вопросы
1.Для чего предназначен диффузор камеры сгорания?
2.С какой целью воздух, поступающий в ка
меру сгорания разделяют на первичный и вто ричный?
3. В чем достоинства и недостатки кольцевых камер сгорания по сравнению с трубчатыми
итрубчато-кольцевыми?
4.В чем достоинства и недостатки противо-
точных камер сгорания по сравнению с прямо точными?
5.Эмиссия каких веществ при работе двигате ля ограничивается международными и отечест венными стандартами?
6.Какие факторы определяют выброс оки слов азота?
7.Каким образом достигается снижение эмис сии вредных веществ при применении двухзон ных камер сгорания?
8.В чем достоинства и недостатки ступенча тых диффузоров перед плавными?
9.Каким образом обеспечивается свобода те пловых расширений жаровых труб трубчато кольцевой камеры сгорания в осевом направле нии?
10.Какие материалы применяют для изготов ления жаровых труб камер сгорания?
Англо-русский словарь-минимум
11.Какие функции выполняет фронтовое уст ройство камеры сгорания?
12.Каким образом реализуется снижение тем пературы стенок жаровой трубы при конвектив но-пленочной схеме охлаждения?
13.Как реализуется транспирационная схема охлаждения жаровых труб?
14.Каким нагрузкам подвергается при работе двигателя наружный корпус камеры сгорания? Внутренний корпус?
15.Каким образом осуществляется воспла менение топливо-воздушной смеси в камере сгорания?
16.Поясните принцип работы двухсопловой форсунки.
17.Для чего в камеры сгорания наземных га зотурбинных установок подают водяной пар?
Англо-русский словарь-минимум
air spray type fuel spray nozzle - топлицная форсунка с воз душным распылом
annular combustion chamber - кольцевая КС burning - сжигание, горение
carbon - углерод
carbon dioxide - двуокись углерода carbon monoxide - окись углерода chamber - камера
cooling - охлаждение combustion - горение, сгорание
combustion chamber - 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 nozzle - топливные распиливающие форсунки ignition - воспламенение
interconnecter - пламеперебрасывающий патрубок multiple combustion chamber - 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 engine - тяга двигателя
tubo-annular combustion chamber - трубчато-кольцевая КС
127
Глава 6. Камеры сгорания ГТД
turbine blades - рабочие лопатки турбины |
|
|
6.19. Попов О.А. Современные электрические системы |
|||||
turbine nozzles guide vanes - сопловые лопатки турбины |
зажигания для камер сгорания двигателей и теплотехниче |
|||||||
unbumt hydrocarbons - несгоревшие углеводороды |
|
ских устройств различного назначения. Анализ тенденций |
||||||
vaporizer combustion chamber - испарительная КС |
|
совершенствования и перспектив развития по материалам |
||||||
|
|
|
|
|
ведущих зарубежных фирм и отечественных разработок, |
|||
Список литературы |
|
|
|
(обзор): технический отчет / О.А. Попов, С.А. Федоров; |
||||
|
|
|
Ц И А М .-М ., 1993. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
6.20. Мурысев А.Н. Порядок работ при согласовании |
|||
6.1. ОСТ 1 00411-90. Камеры сгорания основные газо |
применения систем зажигания на ГТД. Руководящий техни |
|||||||
турбинных двигателей. Методы обработки результатов из |
ческий материал / А.Н. Мурысев; УАКБ «Молния», 1993. |
|||||||
мерения поля температуры газа. |
|
|
|
6.21. Ревзин Б.С. Газоперекачивающие агрегаты с газо |
||||
6.2. Стандарт ИКАО. (Приложение 16 к Конвенции о ме- |
турбинным приводом: учеб, пособие / Б.С. Ревзин. - Екате |
|||||||
ждународной гражданской авиации. Том 2: Эмиссия авиаци |
ринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2002. |
|
||||||
онных двигателей). |
|
|
|
6.22. Постников А.М. Снижение оксидов азота в вы |
||||
6.3. Авиационные правила АП-34 «Охрана окружающей |
хлопных газах ГТУ / А.М. Постников. - Самара: Изд-во Са |
|||||||
среды. Нормы эмиссии для авиационных двигателей». |
|
мар. науч. центра РАН, 2002. |
|
|
||||
6.4. The Jet Engine. Rollse-Royce pic. |
|
|
6.23. ГОСТ |
28775-90. Агрегаты газоперекачивающие |
||||
6.5. Тепловое и напряженное состояние стенок жаровых |
с газотурбинным приводом. Общие технические условия. - |
|||||||
труб камер сгорания ГТД: сборник статей / под ред. А.Д. Ре- |
М.: Госстандарт, 1991. |
|
|
|||||
кина; ЦИАМ. Вып. 2 // Труды № 1295. 1992. |
|
6.24. ГОСТ |
29328-92. Установки газотурбинные для |
|||||
6.6. Сударев А.В. Камера сгорания газотурбинных уста |
привода турбогенераторов. Общие технические условия. - |
|||||||
новок: Теплообмен / А.В. Сударев, В.И. Антоновский. -М .: |
М.: Госстандарт, 1991. |
|
|
|||||
Машиностроение, 1985. |
|
|
|
6.25. ГОСТ |
12.1.005-88. |
Продукция |
производствен |
|
6.7. Скибин В.А. Выбросы вредных веществ от авиаци |
но-технологического назначения. Общие технические усло |
|||||||
онных двигателей / В.А. Скибин, С.А. Волков. ЦИАМ. Аэ |
вия. - М ., 1988. |
|
|
|
||||
рокосмический курьер. - 2003. - № 2. |
|
|
6.26. СН 245-71. Санитарные нормы проектирования |
|||||
6.8. Лефевр А. Процессы в |
камерах |
сгорания ГТД / |
промышленных предприятий. |
|
|
|||
A. Лефевр; пер. с англ. С.О. Апельбаум [и др.]; под ред. |
6.27. Рекламный проспект |
«Rolls-Royce Industrial & |
||||||
B. Е. Дорошенко. - М.: Мир, 1986. |
|
|
Marine Gas Turbines Limited», 1994. |
|
||||
6.9. Bayle-Laboure Gerard. |
Pollutant |
emissions |
from |
6.28. Mongia H.C. Aero-Thermal Design and Analysis of |
||||
aircraft engines: asituation under control // Revue scientifique |
Gas Turbine Combustion Systems Current Status and Future |
|||||||
Snecma. - 1991. - № 2, Juin. |
|
|
|
Direction. AIAA Paper 98-3982. |
|
|
||
6.10. Пат. № RU 2107230 C l. |
|
|
|
6.29. ASME Paper 94-GT-253. |
|
|||
6.11. Пат. № R U 2103611 C l. |
|
|
|
6.30. Combustion Instability |
Characteristics o f Industrial |
|||
6.12. Design and Testing o f a Unique, Compact Gas Turbine |
Engine Dry Low Emission Combustion Systems / P. Raghavan |
|||||||
Catalytic Combustor Premixer / R.L. Hack [et al.]. Proceedings |
et al. АГАА Paper 98-3379. |
|
|
|||||
o f ASME Turbo Expo 2003 Power for Land, Sea and Air, June |
6.31. Рекламная брошюра фирмы ABB Power Generation |
|||||||
16-19,2003, Atlanta, Georgia, USA. |
|
|
Industry «The Economic Production o f Heat and Power. Steam |
|||||
6.13. Пат. РФ № RU 2211409 C2. |
|
|
and Gas Turbines for Industry». |
|
|
|||
6.14. Пат. РФ № RU 2215241 C2. |
|
|
6.32. Пат. Швейцарии № СН 680 467. |
|
||||
6.15. Распыливание жидкостей / Ю.Ф. Дитякин [и др.]. - |
6.33. Jeffs E. New Low-NOx combustors in European Ser |
|||||||
М.: Машиностроение, 1977. |
|
|
|
vice / E. Jeffs. Gas Turbine World. - 1988. -№ |
5. |
|||
6.16. Хавкин Ю.И. Центробежные форсунки / Ю.И. Хав |
6.34. Перспективы создания высокотемпературных ма |
|||||||
кин. -Л .: Машиностроение (Ленингр. отделение), 1976. |
лотоксичных камер сгорания стационарных ГТУ / А.Г. Ту- |
|||||||
6.17 |
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим со |
мановский и др. Теплоэнергетика. - 2000. - № 10. |
||||||
противлениям /И.Е. Идельчик. -М .: Машиностроение, 1976. |
6.35. Рекламная брошюра фирмы ThyssenKrupp VDM. - |
|||||||
6.18. |
Хронин Д.Б. Конструкция и проектирование авиа 2002. - № 565, ноябрь. |
|
|
|||||
ционных газотурбинных двигателей / Д.Б. Хронин. - |
М.: |
|
|
|
|
|||
Машиностроение, 1989. |
|
|
|
|
|
|
|
Глава 7. Форсажные камеры
Рис. 7.2. Цикл ТРДФ (ТРДЦФ):
площадь 4ТФ54 - сумма внешнего тепла и тепла трения, лежащая под линией ТФ
реального подвода тепла в ФК (g); площадь 4 Т ’Ф54* - внешнее тепло (g i), определенное тем же интервалом температур
(Тг-Тш) с учетом полноты сгорания; площадь 4ТФТ’4 ’ - тепло трения в реальном процессе подвода тепла в ФК
8ФК, определяемую как отношение снижения пол ного давления газа в ФК от входного до выходно го сечения к полному давлению газа на входе. Эти потери характеризуют аэродинамическое и тер модинамическое совершенство ФК и состоят из двух основных частей: гидравлических потерь и потерь, связанных с подводом тепла.
Основные характеристики рабочего процесса ФК условно могут быть разделены на две основ ные взаимосвязанные группы:
- характеристики, определяющие эффектив ность работы ФК (степень форсирования Дф, пол нота сгорания топлива т|ФК, потери полного дав ления в ФК в целом 8ФК и в отдельных ее элемен тах);
- характеристики, определяющие условия для организации процесса горения (суммарный коэффициент избытка воздуха, температура, дав ление и скорость газового потока перед подачей в него форсажного топлива).
По основным характеристикам, большинст во из которых определяются из расчета двигате ля в целом, рассчитываются и выбираются ос новные геометрические характеристики ФК длины смесителя, диффузорного участка, зоны горения, миделевый (максимальный) диаметр ФК DMHa, относительная степень загромождения сечения фронтовым устройством Fiarp и некото рые другие.
Относительная степень загромождения сече ния фронтовым устройством определяется по формуле
F загр — ^загр/^Ф К » |
( ^ - 1 ) |
гдеF3arp -площадь загромождения сечения фронтовым устройством, см2;
РФК -площадь ФК в сечении загроможде ния, см2.
К параметрам, определяющим эффективность работы ФК, относятся следующие.
Степень форсирования характеризует уве личение реактивной тяги двигателя при включе нии ФК и находится по следующей формуле:
|
Лф =Дф/Л6ф, |
(7-2) |
где |
- фактическая тяга двигателя на форси |
|
|
рованном режиме, кгс; |
|
R6ф -тяга двигателя на максимальном бесфорсажном режиме, приведенная по параметрам на входе в двигатель (Гвх, Рвх) и давлению воздуха за КВД (Рк) к соответствующему форсированному режиму, кгс.
Для большинства современных отечественных и зарубежных двигателей 4,5 и 5+ поколений сте пень форсирования на полном форсированном ре жиме в земных условиях находится в диапазоне от 1,4 до 1,7. Эффективность применения форсиро ванных режимов возрастает с увеличением скоро сти полета и степени двухконтурности.
Полнота сгорания топлива т|ФК в ФК - харак теризует степень совершенства организации про цесса горения. Определяется как отношение фак тического количества тепла, выделенного при сгорании одного килограмма топлива, к его теп лотворной способности и зависит от параметров газового потока перед подачей в него форсажно го топлива. Это такие параметры, как температу ра, давление, скорость, а также коэффициентов избытка воздуха в зонах горения. Снижение тем пературы газового потока отрицательно сказыва ется на полноте сгорания топлива (поскольку при этом уменьшается скорость испарения, увеличи вается время задержки воспламенения топлива, замедляются реакции горения и уменьшается скорость распространения фронта пламени). Снижение давления в газовом потоке также не благоприятно сказывается на полноте сгорания, поскольку при этом: увеличиваются размеры ка пель; возрастает необходимое для испарения и сгорания время; ухудшается соотношение сил, вызывающих турбулентное перемешивание, и сил вязкости; возрастают энергия и температу ра воспламенения топлива; усиливается тенден ция к затуханию пламени; уменьшается скорость химической реакции в смеси топлива с воздухом. Повышение скорости газового потока также сни-
130