Лекция № 11

Конструкции камер сгорания

Лекция № 11

Выделяют три основных вида

Лекция № 11

Жаровая труба 6 – кольцевого типа, состоит из кольцевого блока форсунок 2, наружной и внутренней стенок. В головочной части жаровой трубы имеются воздухопроводящие отверстия 3. К наружной стенке приварены двенадцать втулок фиксаторов для подвески жаровой трубы. Подвеска жаровой трубы осуществляется фиксаторами 4, каждый из которых крепится к фланцу.

Кольцевые камеры сгорания

Трубчато-кольцевые Лекция № 11

наружного корпуса 1 и внутреннего кожуха 2, образующих кольцевую проточную часть, в которой располагаются двенадцать жаровых труб 5, газосборника 12, наружного 6 и внутреннего 7 колец диффузора, двенад­цати топливных форсунок 3, свечей зажигания 4, трапециевидного фланца 8, головки 9, завихрителя 10, тангенциального завихрителя 11.

Лекция № 11

Индивидуальные (трубчатые)

Индивидуальная камера сгорания

Индивидуальные камеры имеют те же основные элементы, что и предыдущие, различие лишь в том, что каждая жаровая труба заключена в отдельный корпус.

Лекция № 11

Основные элементы камер сгорания и их назначение

Кожух (корпус) камеры сгорания

Кожух является наиболее нагруженным элементом камеры. В кольцевых и трубчато­кольцевых камерах кожух служит силовым элементом двигателя. Основной нагрузкой для кожуха является избыточное давление воздуха, поступающего в камеру. Следует отметить, что внутренний кожух кольцевой и трубчато­кольцевой камеры сгорания под воздействием радиального давления подвержен деформации смятия. Поэтому во избежание потери устойчивости предусматривается подстановка ребер жесткости.Кожух камеры сгорания обычно выполняется из жаростойкого материала (типа IXI8H9T, ВЖ102) путем сварки. Толщина стенки находится в пределах 1–1,5 мм.

Лекция № 11

Жаровые трубы В отличие от кожуха камеры сгорания жаровая труба не является силовым элементом. Она воспринимает лишь сравнительно небольшой перепад давлений. Основное влияние на надежность и долговечность жаровой трубы оказывают термические напряжения, возникающие при наличии местных перепадов температуры в ее стенках. Высокая неравномерность температуры стенки жаровой трубы имеет место не только на переходных, но и на установившихся режимах работы. Большой перепад температуры в стенках жаровой трубы приводит к появлению в них температурных напряжений, которые вызывают коробление, а иногда и разрушение стенок. Поэтому при проектировании камер сгорания уделяется внимание их охлаждению.Жаровые трубы обычно проектируют из отдельных частей – секций, соединенных между собой сваркой. Секционная конструкция жаровых труб увеличивает их жесткость и облегчает размещение элементов подвода и направления охлаждающего воздуха.Для сохранения определенного положения жаровой трубы в камере сгорания производится ее фиксация относительно кожуха и камеры в осевом и радиальном направлениях.

В рабочем состоянии стенка жаровой трубы нагревается до 800 – 900 °С, в то время как корпус имеет более низкую температуру, поэтому фиксация жаровой трубы должна

предусматривать возможность свободного расширения стенок. В связи с этим жаровая труба закрепляется в корпусе только в одной плоскости, а в других плоскостях имеет

возможность осевого перемещения.

Лекция № 11

Фронтовые устройстваФронтовые устройства обычно размещаются в головной части жаровой трубы. В выполненных двигателях встречается в основном три типа стабилизаторов:– лопаточные (завихрители);– струйные;– конические (основанные на явлении срыва потока).

Схема жаровой трубы со струйным стабилизатором пламени: 1 – втулка для форсунки; 2 – щели для подвода

Стабилизаторы, основанные на явлении срыва потока воздуха: а – 1 – втулка под форсунки; 2 – ребра; 3, 4 – кромки; б – 1 – втулка под форсунку; 2 – полость; 3 – отверстие подвода воздуха для охлаждения и сдува нагара; 4 – конус; 5 – дефлектор

Лекция № 11

Подвод первичного и вторичного воздуха

Формы отверстий и смесительных патрубков для подвода первичного и вторичного воздуха: а – круглое отверстие; б – круглое отверстие с окантовкой манжетой; в – круглое отверстие с отбортовкой внутрь камеры; г – круглое отверстие с отбортовкой наружу камеры; д – смесительный патрубок для ввода воздуха в ядро потока; е – смесительный патрубок с охлаждением его передней кромки

Лекция № 11

Охлаждение стенок жаровой трубы

Способы охлаждения жаровых труб

Для улучшения охлаждения жаровой трубы снаружи увеличивают внешнюю поверхность охлаждения с помощью ребер (а). Однако из-за увеличения массы жаровой трубы и значительного усложнения ее изготовления такие способы охлаждения применяются весьма редко. Подвод воздуха посредством отверстий и щелей, направляющих его вдоль внутренней поверхности благодаря наклону осей отверстий и козырьков (б – к)

Лекция № 11

Топливные форсунки

Подача и распыливание топлива в камере сгорания осуществляется форсунками. Чтобы получить высокое значение коэффициента полноты сгорания, устойчивое горение в широком диапазоне режимов, равномерное температурное поле и надежный запуск, в топливных форсунках должно быть обеспечено оптимальное сочетание мелкости распыливания, формы факела и распределения топлива в поперечном сечении камеры.В камерах сгорания ГТД применяются три способа распыливания топлива: механический, воздушный (или пневматический) и воздушно-механический. В соответствии с этим применяемые форсунки можно разделить на три основные группы: механические, воздушные и воздушно-механические. )

Схема нерегулируемой одноступенчатой центробежной форсунки: 1 – сопло; 2 – камера закручивания; 3 – входной тангенциальный канал

Лекция № 11

Схемы регулируемых форсунок: а – двухкамерная двухсопловая; б – однокамерная; в – двухкамерная; г – перепускная

Регулируемые топливные форсунки

Лекция № 11

Схема высоконапорной топливовоздушной форсунки: 1 – канал подвода топлива; 2 – канал подвода распыливающего воздуха; 3 – камера закручивания для топлива; 4 – воздушный завихритель; 5 – топливное сопло; 6 – смесительная камера.

Высоконапорная топливная форсунка

Лекция № 11

Схема низконапорной топливовоздушной форсункиВоздушный поток, обладая большей скоростью, чем топливо, разбивает струйки на мельчайшие частицы, и из проточной части форсунки вытекает однородная топливовоздушная смесь.

Низконапорная топливная форсунка

Лекция № 11

Пусковые воспламенители.

Для запуска газотурбинного двигателя необходимо поджечь топливовоздушную смесь, образующуюся в камерах сгорания. Для поджигания смеси в камерах сгорания современных ГТД применяются два типа пусковых воспламенителей: пусковой воспламенитель факельного типа и запальные свечи.

Принципиальная схема размещения пускового воспламенителя факельного типа: 1 – пусковой воспламенитель; 2 – пусковая форсунка; 3 – запальная свеча; 4 – рабочая форсунка

Лекция № 11

Пусковые воспламенители.

Пусковое воспламенители факельного типа, в которой стабилизирующее устройство выполнено в виде завихрителя.

В этом воспламенителе воздух из камеры сгорания 1 в корпусе проводится в кольцевую полость 2, образуемую корпусом и завихрителем. Из кольцевой полости воздух подводится в камеру воспламенителя по тангенциальным щелям 3, топливо подается форсункой 4, зажигание смеси осуществляется свечой 5

Лекция № 11

Пусковые воспламенители.

Конструкция пускового воспламенителя со стабилизирующим устройством козырькового типа: 1 – отверстие для подвода воздуха; 2 – дефлектор (козырек); 3 – электрическая свеча; 4 – пусковая форсунка; 5 – разрядник

Конструкция воспламенителя с электрическим подогревом воздуха омывающего стенки нагреваемые элементом 2.

Контрольные вопросы

Лекция № 11

•Назовите типы камер сгорания.•Назовите преимущества и недостатки кольцевой камеры сгорания.•Назовите преимущества и недостатки трубчато-кольцевой камеры сгорания.•Какие существуют тенденции развития камер сгорания?•Назовите основные элементы камер сгорания.•Как осуществляется охлаждение стенок камер сгорания?•Назовите способы распыливания и виды форсунок.•Приведите принципиальные схемы регулируемых форсунок.•Назовите преимущества и недостатки воздушного распыливания.•Назовите типы пусковых воспламенителей.•Назовите способы обеспечения высотного запуска камер сгорания.