Кольцевая камера сгорания гтд: «Пламенное» сердце авиационного двигателя. Кое-что о камерах сгорания ГТД.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя с чередованием креплений и газотурбинный двигатель

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя образована внутренней и наружной продольными стенками, соединенными на входе поперечным дном камеры, и содержит моноблочный обтекатель, закрывающий упомянутое дно камеры. Каждая из продольных стенок вставлена между соответствующими фланцами дна камеры и обтекателя. Продольные стенки, дно камеры и обтекатель соединены между собой при помощи множества первых креплений только между продольными стенками и дном камеры, чередующихся с множеством вторых креплений, отличных от первых креплений, только между продольными стенками и обтекателем. Количество первых креплений между продольными стенками и дном камеры соответствует количеству вторых креплений между продольными стенками и обтекателем. Изобретение направлено на создание камеры сгорания, позволяющей легко осуществлять сборку и обладающей достаточной гибкостью, чтобы избежать образования трещин, сохраняя при этом надежность затяжки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области кольцевых камер сгорания для газотурбинного двигателя, оборудованных моноблочными обтекателями для защиты систем впрыска топлива.

Как правило, кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит две продольные кольцевые стенки (наружная стенка и внутренняя стенка), соединенные на входе поперечной стенкой, образующей дно камеры. Пример такой камеры сгорания раскрыт в публикации GB 2263733.

В частности, настоящее изобретение касается камер сгорания, которые содержат также моноблочный обтекатель, установленный перед дном камеры. Обтекатель позволяет, в частности, предохранять системы впрыска топлива, установленные на дне камеры.

Соединение этих различных элементов камеры сгорания осуществляют при помощи болтовых соединений, выполненных на уровне внутренней и наружной стенок. В частности, дно камеры и обтекатель содержат внутренний фланец и наружный фланец, на которых при помощи болтового соединения крепят соответственно внутреннюю стенку и наружную стенку камеры сгорания, причем эти продольные стенки вставляют между обтекателем и дном камеры. Таким образом, одни и те же болтовые соединения одновременно проходят через одну из продольных стенок, дно камеры и обтекатель камеры сгорания.

На практике такой тип архитектуры камеры сгорания создает много проблем. В частности, различные элементы камеры сгорания имеют большие заводские допуски, что приводит к наложению допусков друг на друга, вследствие чего во время сборки камеры сгорания эти элементы плохо стыкуются между собой, не позволяя осуществить надежное затягивание между фланцами. Действительно, часть затягивания, используемая для деформирования камеры, вычитается из усилия реакции между этими компонентами. Когда это усилие реакции уменьшается, усилие, необходимое для скольжения деталей относительно друг друга, снижается. Поэтому требуется дополнительный момент затяжки для выборки зазоров, возникающих из-за заводских допусков, и для сохранения соответственно хорошего усилия затяжки для прохождения усилий скольжения в соединении. Вследствие этого во время работы вибрации, возникающие при сгорании газов внутри камеры сгорания, приводят к образованию трещин на уровне болтовых соединений в обтекателе и/или дне камеры. Такие трещины сказываются особенно отрицательно на сроке службы камеры сгорания.

В связи с вышеизложенным задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих известным устройствам путем создания архитектуры кольцевой камеры сгорания, позволяющей легко осуществлять сборку и обладающей достаточной гибкостью, чтобы избежать образования трещин, сохраняя при этом надежность затяжки.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, образованная внутренней и наружной продольными стенками, соединенными на входе поперечным дном камеры, и содержащая моноблочный обтекатель, закрывающий упомянутое дно камеры, при этом каждая из продольных стенок вставлена между соответствующими фланцами дна камеры и обтекателя, при этом продольные стенки, дно камеры и обтекатель соединены между собой при помощи множества первых креплений только между продольными стенками и дном камеры, чередующихся с множеством вторых креплений, отличных от первых креплений, только между продольными стенками и обтекателем.

Чередование крепления продольных стенок на дне камеры и обтекателе камеры сгорания позволяет уменьшить наложение друг на друга заводских допусков этих элементов на одну треть. В результате получают меньшую жесткость соединения и лучшую стыковку между этими элементами во время сборки камеры, что снижает опасность образования трещин.

Кроме того, решение, которое заключалось в сокращении заводских допусков элементов камеры сгорания, оказывается гораздо более дорогим, чем решение в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно количество первых креплений между продольными стенками и дном камеры соответствует количеству вторых креплений между продольными стенками и обтекателем.

Предпочтительно первые крепления между внутренней продольной стенкой и дном камеры расположены напротив вторых креплений между наружной продольной стенкой и обтекателем, а вторые крепления между внутренней продольной стенкой и обтекателем размещены напротив первых креплений между наружной продольной стенкой и дном камеры. Такая конструкция позволяет избежать любой цикличной асимметрии гибкости и жесткости в азимутальном направлении и, следовательно, избежать любых разрушительных явлений, которые могут возникнуть от вибрационного воздействия камеры сгорания во время ее работы.

Фланцы дна камеры предпочтительно содержат пазы, выполненные на уровне вторых креплений между продольными стенками и обтекателем. Точно также фланцы обтекателя предпочтительно содержат пазы, выполненные на уровне первых креплений между продольными стенками и дном камеры. Наличие пазов облегчает сборку камеры сгорания.

Согласно второму объекту изобретения создан газотурбинный двигатель, содержащий описанную выше кольцевую камеру сгорания.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие неограничительный пример выполнения. На чертежах:

Фиг.1 — вид в продольном разрезе камеры сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 — частичный вид в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.1, до сборки;

Фиг.3 — частичный вид в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.2, после сборки; и

Фиг.4 — схематичный вид камеры сгорания, показанной на фиг.1, иллюстрирующий местонахождение различных креплений между ее элементами.

На фиг.1-4 показана камера сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.

Такой газотурбинный двигатель, например авиационный газотурбинный двигатель, содержит ступень сжатия (не показана), в которой воздух сжимается, а затем нагнетается в картер 2 камеры, затем в установленную в нем камеру 4 сгорания.

Сжатый воздух попадает в камеру сгорания и смешивается с топливом, а затем смесь сгорает в камере сгорания. Газы, получаемые в результате этого сгорания, направляются в турбину 5 высокого давления, расположенную на выходе камеры сгорания.

Камера 4 сгорания является камерой кольцевого типа. Она образована внутренней кольцевой стенкой 6 и наружной кольцевой стенкой 8, которые соединяются на входе (относительно направления потока газов в камере сгорания) поперечной кольцевой стенкой 10, образующей дно камеры.

Камера сгорания содержит также кольцевой моноблочный (то есть выполненный в виде единой детали) обтекатель 12, закрывающий дно 10 камеры.

Продольные стенки 6, 8 камеры сгорания расположены вдоль продольной оси Х-Х, которая имеет небольшой наклон относительно продольной оси Y-Y газотурбинного двигателя, как показано на фиг.1.

Настоящее изобретение применяется также к камерам сгорания, продольные стенки которых не имеют наклона относительно продольной оси газотурбинного двигателя.

Кроме того, дно 10 камеры и обтекатель 12 содержит множество отверстий, соответственно 14 и 15, для прохождения систем 18 впрыска топлива.

Основные элементы камеры сгорания (а именно: продольные стенки 6, 8, дно 10 камеры и обтекатель 12) соединены между собой при помощи множества креплений 20, равномерно распределенных по всей окружности камеры сгорания, каждое из которых содержит винт 20а и затяжную гайку 20b.

В частности, как показано на фиг.2 и 3, дно 10 камеры содержит внутренний фланец 22 и наружный фланец 24, выполненные в продольном направлении в сторону входа, и каждый из которых содержит отверстия, соответственно 22а и 24а, для прохождения крепежных винтов 20а.

Точно также моноблочный обтекатель 12 содержит внутренний фланец 26 и наружный фланец 28, выполненные в продольном направлении в сторону выхода, и каждый из которых содержит отверстия, соответственно 26а и 28а, для прохождения крепежных винтов 20а.

Что же касается продольных стенок 6, 8 камеры сгорания, то они тоже содержат на своем переднем конце множество отверстий, соответственно 6а и 8а, для прохождения крепежных винтов 20а.

Соединение этих элементов камеры сгорания осуществляют, вставляя продольные стенки 6, 8 между соответствующими фланцами дна 10 камеры и обтекателя 12, как показано на фиг.1 и 3. Весь узел крепится крепежными винтами 20а, на которых затягивают гайки 20b.

Согласно изобретению продольные стенки 6, 8, дно 10 камеры и обтекатель 12 соединяют поочередно и попарно при помощи креплений 20.

Иначе говоря, как показано на фиг.4, крепления 20 для соединения этих элементов распределены на две группы: первая группа креплений 20′ стягивает только продольные стенки 6, 8 и соответствующие фланцы 22, 24 дна 10 камеры, а вторая группа креплений 20″ стягивает только продольные стенки 6, 8 и соответствующие фланцы 26, 28 обтекателя 12, при этом крепления 20″ второй группы выполнены отдельно от креплений 20′ первой группы и чередуются с ними.

Таким образом, каждое из креплений 20′, 20″, принадлежащих этим группам, проходит только через два из элементов, образующих камеру 4 сгорания, а именно либо через одну из продольных стенок 6, 8 и соответствующий фланец 22, 24 дна 10 камеры, либо через одну из продольных стенок 6, 8 и соответствующий фланец 26, 28 обтекателя 12.

Согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, показанному на фиг.4, предусмотрено столько же креплений 20′, относящихся к первой группе (то есть креплений между продольными стенками 6, 8 и дном 10 камеры), сколько и креплений 20″, относящихся ко второй группе (то есть креплений между продольными стенками 6, 8 и обтекателем 12). Например, для каждой группы может быть предусмотрено восемь креплений.

Кроме того, необходимо отметить, что для обеспечения чередования креплений 20′, 20″, принадлежащих каждой группе, которое было бы равномерным по всей окружности камеры сгорания, необходимо иметь четное число креплений.

Согласно другому предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, показанному на фиг. 4, крепления 20′ между внутренней продольной стенкой 6 и дном 10 камеры расположены напротив креплений 20″ между наружной продольной стенкой 8 и обтекателем 12, а крепления 20″ между внутренней продольной стенкой 6 и обтекателем 12 находятся напротив креплений 20′ между наружной продольной стенкой 8 и дном 10 камеры.

Выражение «находятся напротив» означает, что крепления находятся на одной линии и имеют одно радиальное направление относительно продольной оси Y-Y газотурбинного двигателя, как показано на фиг.4.

Согласно еще одному предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения внутренний фланец 22 и наружный фланец 24 дна 10 камеры содержат пазы, соответственно 30 и 32, выполненные на уровне креплений 20″ между продольными стенками 6, 8 и обтекателем 12.

Точно также внутренний фланец 26 и наружный фланец 28 обтекателя 12 содержат пазы, соответственно 34 и 36, выполненные на уровне креплений 20′ между продольными стенками 6, 8 и дном 10 камеры.

Наличие таких пазов 30-36 на фланцах дна камеры и обтекателя облегчает соединение этих двух элементов камеры сгорания. Указанные пазы имеют размеры, достаточные для прохождения винтов 20а и гаек 20b креплений.

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, образованная внутренней и наружной продольными стенками, соединенными на входе поперечным дном камеры, и содержащая моноблочный обтекатель, закрывающий упомянутое дно камеры, при этом каждая из продольных стенок вставлена между соответствующими фланцами дна камеры и обтекателя, отличающаяся тем, что продольные стенки, дно камеры и обтекатель соединены между собой при помощи множества первых креплений только между продольными стенками и дном камеры, чередующихся с множеством вторых креплений, отличных от первых креплений, только между продольными стенками и обтекателем.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что содержит количество первых креплений между продольными стенками и дном камеры, соответствует количеству вторых креплений между продольными стенками и обтекателем.

3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что первые крепления между внутренней продольной стенкой и дном камеры расположены напротив вторых креплений между наружной продольной стенкой и обтекателем, а вторые крепления между внутренней продольной стенкой и обтекателем размещены напротив первых креплений между наружной продольной стенкой и дном камеры.

4. Камера по п.1, отличающаяся тем, что фланцы дна камеры содержат пазы, выполненные на уровне вторых креплений между продольными стенками и обтекателем.

5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что фланцы обтекателя содержат пазы, выполненные на уровне первых креплений между продольными стенками и дном камеры.

6. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что содержит кольцевую камеру сгорания по любому из пп.1-5.

Кольцевая камера сгорания гтд с вращающейся форсункой

Авторы патента:

Василюк Дмитрий Константинович (RU)

Голубев Павел Александрович (RU)

Кириченко Роман Евгеньевич (RU)

Ташкинов Валерий Александрович (RU)

Челышев Владимир Борисович (RU)

F23R3/16 — с устройствами внутри жаровой трубы или камеры сгорания, влияющими на воздушный или газовый поток

 

Полезная модель относится к авиадвигателестроению, а в частности к кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) или газотурбинных установок (ГТУ) с вращающейся форсункой. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности взаимодействия струй воздуха и топлива и повышение эффективности использования объема жаровой трубы. Технический результат достигается тем, что кольцевая камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой содержит корпус, внутри которого установлена жаровая труба с наружной и внутренней стенками, при этом хотя бы на одной из стенок выполнено отверстие, и вращающуюся форсунку, установленную на валу. Новым в полезной модели является то, что в отверстие вмонтирован патрубок, ось которого перпендикулярна плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки, при этом расстояние от плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки до центра выходного сечения патрубка не более трех диаметров выходного сечения патрубка, а расстояние от центра выходного сечения патрубка до внутренней поверхности стенки жаровой трубы не менее половины диаметра выходного сечения патрубка.

Полезная модель относится к авиадвигателестроению, а в частности к кольцевым камерам сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) или газотурбинных установок (ГТУ) с вращающейся форсункой.

Особенностью кольцевых камер сгорания такого типа является высокая скорость истечения топлива из сопел форсунки, направленная вдоль зоны горения жаровой трубы. Эта особенность приводит к неэффективному использованию жаровой трубы вблизи форсунки в условиях ограниченного объема жаровой трубы, что приводит к снижению эффективности сжигания топлива и повышению удельного расхода топлива.

Известна конструкция кольцевой камеры сгорания ГТД, содержащая корпус, жаровую трубу с наружной и внутренней стенками, и установленную на валу вращающуюся форсунку с Т-образными соплами (Патент DE 2209727 от 01.03.1972, опубл. 13.09.1973).

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности быстрого запуска и низкая полнота сгорания топлива на режимах запуска двигателя при отрицательных температурах воздуха и топлива.

Наиболее близкой является конструкция кольцевой камеры сгорания ГТД с вращающейся форсункой, которая содержит корпус, внутри которого установлена жаровая труба с наружной и внутренней стенками, при этом хотя бы на одной из стенок выполнено отверстие, и вращающуюся форсунку, установленную на валу (Патент FR 1421372 от 08. 11.1965, опубл. 17.12.1965).

Недостатками данной конструкции является отсутствие эффективного взаимодействия струй воздуха и топлива, и неэффективное использование объема жаровой трубы вблизи сопел форсунки.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности взаимодействия струй воздуха и топлива и повышение эффективности использования объема жаровой трубы.

Технический результат достигается тем, что кольцевая камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой содержит корпус, внутри которого установлена жаровая труба с наружной и внутренней стенками, при этом хотя бы на одной из стенок выполнено отверстие, и вращающуюся форсунку, установленную на валу.

Новым в полезной модели является то, что в отверстие вмонтирован патрубок, ось которого перпендикулярна плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки, при этом расстояние от плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки до центра выходного сечения патрубка не более трех диаметров выходного сечения патрубка, а расстояние от центра выходного сечения патрубка до внутренней поверхности стенки жаровой трубы не менее половины диаметра выходного сечения патрубка.

На фигурах показаны:

фиг. 1 — кольцевая камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой и патрубком на наружной стенке жаровой трубы;

фиг. 2 — камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой и патрубком, расположенным на внутренней стенке жаровой трубы.

Кольцевая камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой 1 содержит корпус 2, внутри которого установлена жаровая труба 3 с наружной 4 и внутренней 5 стенками, при этом хотя бы на одной из стенок выполнено отверстие 6 (фиг.1, фиг.2). В отверстие 6 вмонтирован патрубок 7, ось 8 которого перпендикулярна плоскости 9 расположения центров выходных сечений сопел 10 вращающейся форсунки 1. Вращающаяся форсунка 1 установлена на валу 11.

Расстояние L от плоскости 9 расположения центров выходных сечений сопел 10 форсунки 1 до центра выходного сечения 12 патрубка 7 не более трех диаметров d выходного сечения патрубка 7: (фиг.1, фиг.2).

Расстояние L₁ от центра выходного сечения 12 патрубка 7 до внутренней поверхности 13 стенки жаровой трубы 3 не менее половины диаметра d выходного сечения 12 патрубка 7: (фиг. 1, фиг.2).

По результатам экспериментальной проверки при соотношениях , (за пределами указанных диапазонов) эффекта взаимодействия струй не наблюдалось. При соотношениях и , и (в пределах указанных диапазонов) наблюдалось повышение эффективности сгорания топлива. Эффективность оценивалась по изменению степени подогрева воздуха (полноты сгорания топлива методом теплового баланса) по сравнению с исходной конструкцией без патрубков при испытаниях камеры сгорания в составе автономной установки и увязкой параметров при испытаниях в составе двигателя.

При работе двигателя топливо под действием центробежной силы истекает из сопел вращающейся форсунки. При пересечении топливной струи со струей воздуха возникают дополнительные зоны циркуляции топливовоздушной смеси, интенсифицируется процесс распада топливной пелены, что, при неизменном объеме жаровой трубы, увеличивает время пребывания топливовоздушной смеси в зоне горения, мелкость распыливания топлива и повышает, в конечном счете, полноту сгорания топлива, к. п.д. двигателя и снижает удельный расход топлива.

Кольцевая камера сгорания ГТД с вращающейся форсункой, содержащая корпус, внутри которого установлена жаровая труба с наружной и внутренней стенками, при этом хотя бы на одной из стенок выполнено отверстие, и вращающуюся форсунку, установленную на валу, отличающаяся тем, что в отверстие вмонтирован патрубок, ось которого перпендикулярна плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки, при этом расстояние от плоскости расположения центров выходных сечений сопел форсунки до центра выходного сечения патрубка не более трех диаметров выходного сечения патрубка, а расстояние от центра выходного сечения патрубка до внутренней поверхности стенки жаровой трубы не менее половины диаметра выходного сечения патрубка.

 

Похожие патенты:

Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя // 55432

Камера сгорания газотурбинного двигателя // 103172

Судовая дизель-генераторная установка // 57711

Изобретение относится к судостроению

Кольцевая камера сгорания // 125311

Полезная модель относится к области авиационного, судового и наземного газотурбинного двигателестроения, и может найти применение для обеспечения ремонтопригодности камер сгорания турбомашин в эксплуатации без доставки двигателя на ремонтное предприятие

Дифференциальная установка маятниковой конструкции // 55983

Эол | Камеры сгорания — JetX Engineering

4.

Камеры сгорания

Как следует из названия, камера сгорания предназначена для сжигания большого количества топлива, смешанного с еще большим количеством воздуха, выходящего из компрессора. Сгорание должно производиться таким образом, чтобы воздух мог расширяться и ускоряться, не вызывая нестабильности во всем диапазоне рабочих условий.

Количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, связано с желаемым повышением температуры. Однако это ограничивается тепловыми свойствами материала, используемого в турбине и выхлопном сопле, которые традиционно находятся где-то между 700°C и 1200°C. Поскольку сжатый воздух, выходящий из компрессора, уже имеет более высокую температуру, требуемое повышение температуры только за счет камеры сгорания обычно составляет от 500°C до 800°C.

Эффективность процесса сгорания становится все более важной областью в связи с постоянным увеличением воздушного движения и вызываемым этим загрязнением. За последние пару десятилетий цена на топливо для реактивных двигателей также значительно менялась, периодически применяя давление для разработки двигателей с более обедненной смесью и меньшим удельным расходом топлива (SFC). С точки зрения \(CO_2\), реактивные двигатели довольно эффективны, так как выбросы на одного пассажира и на пройденный километр заметно ниже, чем у одного человека, управляющего автомобилем. При дальних поездках выбросы самолетов сопоставимы с выбросами автобуса на пассажира и на пройденный километр. Тем не менее, другие выбросы, связанные с большой высотой, особенно оксиды азота \(NOx\), действительно способствуют вредному воздействию, включая нарушение атмосферного озона. Непрерывная оптимизация в течение последних 50 лет и доступность новых или улучшенных материалов позволили создать двигатели с постоянно уменьшающимся воздействием на окружающую среду.

4.1 Процесс горения

Сжатый воздух поступает в камеру сгорания со стандартной скоростью 150 м/с, что на самом деле слишком много для эффективного сгорания. Первым шагом является замедление потока сжатого воздуха и, впоследствии, увеличение его статического давления. Из-за скорости пламени реактивного топлива пониженная скорость потока даже до 80 футов / с (24,4 м / с) погасит любое пламя. Отсюда необходимость в зоне горения, в которой воздух движется с гораздо меньшей осевой скоростью, чтобы горение поддерживалось в широком диапазоне рабочих условий.

При нормальной работе соотношение воздух-топливо (AF) изменяется от 45:1 до 130:1. Топливо на основе керосина наиболее эффективно сжигается при соотношении AF около 15: 1, и поэтому только часть воздуха, поступающего в камеру сгорания, фактически участвует в процессе сгорания. Это называется первичной зоной горения.

Около 20% воздушной массы направляется непосредственно к центру камеры. В точке входа вихревые лопасти и перфорированный раструб заставляют входящий воздух вращаться, способствуя лучшей циркуляции воздуха и перемешиванию в камере. Остальные 80% воздушной массы подаются между обшивкой камеры сгорания и ее кожухом, выполняя значительную функцию охлаждения.

Футеровка имеет ряд отверстий, позволяющих до 20% основного потока поступать в первичную зону горения. Воздух, прошедший через завихрители и эти отверстия, образует небольшую зону рециркуляции с относительно низкими скоростями потока. Эта рециркуляция также ускоряет сгорание капель впрыскиваемого топлива, обеспечивая быстрое повышение температуры до стабилизированной температуры сгорания.

Температура продуктов сгорания к концу первой зоны может достигать 1800-2000°С и требует охлаждения перед входом в турбину. Для этого в камеру постепенно подается неиспользованный до сих пор воздух (около 60%). Можно сказать, что около половины этого вторичного потока используется для охлаждения продуктов сгорания, а другая половина — для охлаждения футеровки и кожуха камеры сгорания. Также стоит отметить, что горение должно быть завершено до того, как будет введен самый холодный поток воздуха в конце камеры сгорания, иначе эффективность сгорания резко упадет из-за низкой температуры.

Возгорание обычно достигается с помощью свечей зажигания при запуске. Как только воздух проходит через сердцевину и температура повышается, горение становится самоподдерживающимся, и свечи больше не требуются. Конструкция камеры сгорания может сильно различаться от одного двигателя к другому по ряду параметров, таких как способ впрыска топлива, способ реализации охлаждения и управление потоком.

4.2 Подача топлива

Подача топлива в зону горения может осуществляться различными способами, основанными на одном из двух принципов; распыление его в виде мелких частиц в закрученном потоке воздуха в первичной зоне горения или испарение топлива перед его поступлением в зону горения.

Предварительное испарение используется редко, и большинство двигателей оснащены распылительными форсунками. По этой причине такие камеры сгорания подробно не обсуждаются; их конструкция отличается тем, что не требуются вихревые лопатки, а для подачи топлива используются крючкообразные металлические трубки. Открытый конец трубок обращен против потока воздуха, и повышение температуры к концам трубок является движущей силой процесса испарения. Газообразное топливо выходит из трубок и сгорает в камере, как и прежде.

Впрыск топлива

Топливные форсунки сконструированы таким образом, что максимально используют давление топлива для его тонкого распыления или испарения, что способствует его быстрому и полному сгоранию. В отличие от поршневых двигателей, камерам сгорания реактивных двигателей приходится иметь дело с очень высокими расходами и скоростями, что делает их конструкцию более требовательной, чем можно предположить из основного принципа, на котором она основана.

Два наиболее распространенных способа тонкого диспергирования топлива — протолкнуть его либо через диск с мелкими отверстиями, либо через небольшой зазор между двумя кольцами для достижения некоторого завихрения, диспергирования или испарения. Ключевым условием для этого является подача топлива под высоким давлением, которое в некоторых случаях также проходит через камеру предварительного впрыска с ребрами, которые закручивают поток топлива. При низком давлении впрыска топливо выходит непрерывным потоком в форме пузыря. По мере увеличения давления пограничный слой потока начинает разрушаться, образуя то, что описывается как «тюльпан». Наконец, при полном рабочем давлении топливо распадается на гораздо более мелкие сегменты, эффективно образуя мелкодисперсную зону распыления.

4.3 Типы камер сгорания

Несмотря на то, что можно выделить три основных типа камер сгорания (многокамерная, трубчато-кольцевая и кольцевая), следует отметить, что большинство современных реактивных двигателей, включая -двухконтурные двигатели имеют кольцевые камеры сгорания.

Многокамерная камера сгорания

Многокамерную конструкцию можно найти в реактивных двигателях с центробежным компрессором и старых осевых компрессорах. По сути, это улучшенная версия камеры сгорания Фрэнка Уиттла с обратным потоком, что, однако, привело к значительной потере давления.

Цилиндрические камеры расположены вокруг вала двигателя, а воздух поступает от компрессора по воздуховодам. Эти отдельные камеры не полностью разделены; короткие трубки соединяют их, чтобы обеспечить равномерное распределение давления воздуха и чтобы пламя могло распространяться на все камеры, поскольку воспламенение сначала происходит в одной или двух камерах.

Трубчато-кольцевая камера сгорания

Трубчато-кольцевая камера сгорания представляет собой комбинацию многокамерной и кольцевой конструкций. Он также состоит из нескольких отдельных камер, размещенных в одном корпусе. Общий принцип конструкции очень похож на уже описанный и не приводит к какому-либо значительному увеличению производительности или технического обслуживания.

Кольцевая камера сгорания

Кольцевая камера сгорания состоит из одной кольцеобразной «камеры» между внутренним и внешним кожухом. Благодаря непрерывности обтекания колец пламя распространяется легче. Основное преимущество кольцевой камеры сгорания заключается в том, что при той же заданной потребляемой мощности она может занимать всего 75% пространства, необходимого для трубчато-кольцевой камеры сгорания. По сравнению с трубчато-кольцевой камерой сгорания площадь поверхности, подверженной очень высоким температурам, намного меньше, а это означает, что количество воздуха, используемого для охлаждения кольцевой камеры сгорания, примерно на 15% меньше. Кроме того, он обеспечивает наиболее равномерное распределение нагрузки на первую ступень турбины по сравнению с другими схемами.

Уменьшение количества необходимого охлаждающего воздуха приводит к повышению эффективности сгорания, так как все топливо может быть сожжено полностью, исключая выброс моноксида углерода в атмосферу. Все современные реактивные двигатели с большой степенью двухконтурности имеют кольцевые камеры сгорания.

4.4 Эффективность камеры сгорания

Как упоминалось ранее, основной задачей при проектировании камеры сгорания является обеспечение эффективного сгорания в различных рабочих условиях без значительной потери давления. Кроме того, важно иметь возможность повторно зажечь топливо в тех редких случаях, когда оно непреднамеренно погаснет. Поэтому становится очевидным, что хотя топливные форсунки и свечи зажигания просты в своей работе, их надежность имеет первостепенное значение.

Теоретически можно предположить, что горение происходит без потери давления. Однако, поскольку это не совсем возможно, важно свести потери к минимуму. Потери давления в основном происходят из-за стремления ввести закрутку и, как следствие, эффективное смешение топлива с воздухом. Это падение обычно составляет от 5% до 10%.

Эффективность сгорания

Эффективность сгорания современного двигателя на уровне моря (т.е. во время взлета для большинства мест) составляет 100% и снижается примерно до 98% во время круиза. Эффективность зависит от давления воздуха, стабилизированной температуры и соотношения воздух-топливо, как показано ниже.

Стабильность горения

Стабильность горения относится к нормальным условиям горения и способности камеры поддерживать стабильное пламя в различных условиях. Для каждой конструкции камеры сгорания существуют эксплуатационные пределы соотношения воздух-топливо, которые определяют предел бедной и богатой топливом. Пламя в камере может погаснуть в периоды быстрого подъема или спуска, когда поток воздуха высок, а скорость впрыска топлива низкая.

Область стабильного пламени сужается по мере увеличения скорости воздуха — после определенной точки пламя будет гаснуть независимо от соотношения воздуха и топлива. Сам процесс горения имеет обедненные (слабые) и богатые пределы, которые можно представить в виде кривой в стабильной области.

Углеродное образование

Реактивные двигатели с высокой степенью сжатия выделяют видимый дым во время взлета, что указывает на образование углерода в первичной зоне сгорания. Основной причиной этого является наличие богатой топливом смеси, относительно низкая закрутка, высокие температуры и высокое давление. Наличие дыма также свидетельствует о снижении полноты сгорания, которая составляет всего 0,2-0,3%.

4.5 Материалы

Существует естественная и очевидная потребность в материалах с высокой термостойкостью для облицовки камеры сгорания, внутреннего корпуса и внутренних компонентов. Несмотря на то, что материалы с превосходными термическими свойствами широко используются, одних их свойств недостаточно, и их использование зависит от эффективного охлаждения на протяжении всего срока службы. Наиболее оптимизированные конструкции камеры сгорания обеспечивают тонкий слой охлаждающего воздуха на внутренней облицовке, так что пламя не соприкасается напрямую с деталями.

Средний и внешний кожухи камеры также должны демонстрировать превосходные свойства по термической и механической усталости; первый для борьбы с зарождением трещин из-за развивающихся высоких температурных градиентов, а второй из-за циклической нагрузки, вызванной вибрацией.

Футеровки часто изготавливаются из никелевых сплавов, большинство из которых содержит никель и железо, среди других элементов. Никель обладает исключительными тепловыми и прочностными характеристиками, но он также очень плотный, и его использование обычно ограничивается деталями, где это абсолютно необходимо. Наружные кожухи могут быть изготовлены из стали.

Классификация камеры сгорания — двигатель 1

• Что такое камера сгорания?
• Классификация камеры сгорания
• Камера сгорания баночного типа
• Камера сгорания канюля
• Кольцевая камера сгорания
• Двойная камера сгорания кольцевого типа
• Сравнительная диаграмма

Камера сгорания — это компонент или участок газовой турбины, прямоточного или прямоточного воздушно-реактивного двигателя, в котором происходит сгорание. Он также известен как горелка, камера сгорания или держатель пламени. В газотурбинном двигателе в камеру сгорания или камеру сгорания подается воздух под высоким давлением с помощью системы сжатия. Затем камера сгорания нагревает этот воздух при постоянном давлении. После нагрева воздух проходит из камеры сгорания через направляющие лопатки сопла в турбину. В случае прямоточного или прямоточного воздушно-реактивного двигателя воздух подается непосредственно в сопло.

Камера сгорания может быть классифицирована как три типа и ниже,

1. CAN CAN TYPE CUBLESTOR
2. Cannular Type Curleing
3. Andular Type Combustor

1.

Can Can Type Supution Chamber :

9013 Can Can Type Supution Camber :

9013

. — с цилиндрическими камерами сгорания.

Каждая «бачка» имеет собственную топливную форсунку, воспламенитель, гильзу и корпус.

Первичный воздух от компрессора направляется в каждый отдельный баллон, где он замедляется, смешивается с топливом и затем воспламеняется.

Вторичный воздух также поступает из компрессора, где он подается снаружи гильзы (внутри которой происходит горение).

Затем вторичный воздух подается, обычно через прорези в футеровке, в зону горения для охлаждения футеровки за счет тонкопленочного охлаждения.

В большинстве случаев вокруг центральной оси двигателя располагаются несколько баллонов, и их общий выхлоп подается на турбину(ы).

Камеры сгорания кассетного типа наиболее широко использовались в ранних газотурбинных двигателях из-за простоты их конструкции и испытаний (можно протестировать один баллон, а не всю систему).

Камеры сгорания легко обслуживать, так как нужно снимать только одну камеру, а не всю камеру сгорания.

В большинстве современных газотурбинных двигателей (особенно для самолетов) не используются камеры сгорания, поскольку они часто весят больше, чем альтернативные варианты.

Кроме того, перепад давления в камере обычно выше, чем в других камерах сгорания (порядка 7%).

Большинство современных двигателей, в которых используются камеры сгорания, представляют собой турбовальные двигатели с центробежными компрессорами.

Хорошо подходит для двигателей с центробежными компрессорами, где поток разделяется на отдельные потоки в диффузоре.

Простая разработка (можно выполнить на одном баллоне, используя только часть общего расхода воздуха и топлива).

Увеличенный объем, вес и лобовая площадь.

Увеличенный перепад давления (большая площадь контакта с воздухом/газом).

Камерная камера сгорания – Классификация камеры сгорания

2. 

Каннельного типа  Камера сгорания :  

1. Камера сгорания канюлированного типа может называться камерой сгорания кольцевого типа.
2. Подобно камерам сгорания корпусного типа, камеры сгорания кольцевого типа имеют дискретные зоны сгорания, содержащиеся в отдельных вкладышах с собственными топливными форсунками.
3. В отличие от камеры сгорания все зоны горения имеют общий кольцевой кожух. Каждая зона горения больше не должна служить сосудом высокого давления.
4. Зоны горения также могут «сообщаться» друг с другом через отверстия в футеровке или соединительные трубы, которые позволяют воздуху проходить по окружности.
5. Выходной поток из канюлированной камеры сгорания обычно имеет более равномерный температурный профиль, что лучше для турбинной секции.
6. Это также устраняет необходимость в каждой камере иметь собственный воспламенитель. Как только огонь загорится в одной или двух банках, он может легко распространиться на другие и воспламенить их.
7. Этот тип камеры сгорания также легче, чем контейнерный, и имеет меньший перепад давления (порядка 6%).
8. Тем не менее, канюльная камера сгорания может быть сложнее в обслуживании, чем камера сгорания.
9. Примером газотурбинного двигателя с трубчатой ​​камерой сгорания является турбовентиляторный двигатель Rolls-Royce Tay, в котором также используется камера сгорания этого типа.

Cannular Type Combustor – Classification of Combustion Chamber

3. 

Annular Type  Combustion Chamber : 

1. Annular combustors do away with the separate combustion zones and simply have a continuous liner and casing in a кольцо (кольцо).
2. Кольцевые камеры сгорания имеют много преимуществ, включая более равномерное сгорание, меньший размер (следовательно, более легкий) и меньшую площадь поверхности.
3. Кроме того, кольцевые камеры сгорания, как правило, имеют очень одинаковые температуры на выходе. Они также имеют самый низкий перепад давления из трех конструкций (порядка 5%).
4. Кольцевая конструкция также проще, хотя для испытаний обычно требуется полноразмерная испытательная установка.
5. Двигатель с кольцевой камерой сгорания называется CFM International CFM56.
6. В большинстве современных двигателей используются кольцевые камеры сгорания; Точно так же большинство исследований и разработок в области камеры сгорания сосредоточено на улучшении этого типа.

Кольцевая камера сгорания – классификация камеры сгорания

Двойная кольцевая камера Камера сгорания :

1. Одна двойная кольцевая гребенка (DA).
2. Как и кольцевая камера сгорания, ДКА представляет собой сплошное кольцо без отдельных зон горения по радиусу.