ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ

ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ АКАДЕМИЯ

Имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина

 

Кафедра АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (№ 34)

(полное наименование кафедры)

 

 

      УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры № 34

                                                                       полковник             М. Немичев

«»                      2010 г.

 

дисциплина:

ТЕОРИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ПИ-4)

(полное наименование дисциплины)

 

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Эксплуатация самолетов, вертолетов и авиационных двигателей.

 

 

КАФЕДРАЛЬНЫЙ ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

 

РАЗДЕЛ 1.  Параметры и характеристики элементов авиационных силовых установок

Тема № 9. КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД,

ТЕМА №10. КАМЕРЫ СМЕШЕНИЯ ГТД

^{(номер и полное наименование темы)}

 

Лекция № 17._ ТЕМА №9. КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД (ПРОДОЛЖЕНИЕ).

ТЕМА №10. КАМЕРЫ СМЕШЕНИЯ ГТД

^{(номер и наименование темы лекции)}

 

 

Обсуждено на заседании ПМК

 «____»_______________2010 г.

протокол № ___

 

 

г. Москва

 

УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

 

1. Рассказать о природе снижения Полиного давления потока в камерах сгорания ГТД, включая тепловое сопротивление.

2. Изложить методику определения расхода топлива в камерах сгорания ГТД.

3. Рассказать о применяемых устройствах для розжига основных и форсажных камер сгорания.

4. Рассказать о назначении камер смешения и основных требованиях к ним.

5. Рассмотреть применяемые в ГТД схемы камер смешении и картину течения (смешения) потоков в них.

6. Изложить методику расчета параметров потока на выходе из камеры смешения.

7. Рассмотреть (кратко) характеристики камер смешения.

 

 

Время: 2 часа

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

	Вводная часть	2 мин.
1.	Потери полного давления в камерах сгорания ГТД	10 мин
2.	Определение расхода топлива в камерах сгорания	15 мин
3.	Розжиг камер сгорания	10 мин
4.	Назначение камер смешения и основные требования к ним	10 мин
5.	Схемы камер смешения и картина течения в них	10 мин
6.	Расчет параметров потока за камерой смешения	20 мин
67	Характеристики камер смешения	10 мин
	Заключительная часть	3 мин

 

                       УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Наглядные пособия __плакаты по рис. 9.18, 10.1, 10.6 и рис. 10.4 из учебника.

 

                                

ЛИТЕРАТУРА:

1. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М., Котовский В.Н., Полев А.С. Теория авиационных двигателей, часть 1. ВВИА, 2006г., стр. 241-258.***

 

 

ПОТЕРИ ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГТД

Потери полного давления в камерах сгорания вызываются их гид­равлическим и тепловым соп­ротивлениями.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное вязкостью воздуха и продуктов сгорания,складывается в основном из сопротивлений диффузора, фронтового устройства и сопротивления, возникающего при прохождении через обводные каналы и смешении струй первичного, вторичного и третичного воздуха (для основных камер сгорания). Потери полного давления , вызванные гидравлическим сопротивлением, обычно определяются экспериментальным путем.

Для основных камер сгорания обычно  = 0,93…0,96, для форсажных камер -  = 0,95…0,98.

Рис. 9.16. К объяснению природы     теплового сопротивления          камер сгорания ГТД

Тепловое сопротивлениеявляется следствием подвода теплоты к потоку газа и увеличивается с ростом скорости потока и степени его подогрева. Для выяснения его природы рассмотрим, например, изменение полного давления при подводе теплоты в изобарном процессе при отсутствии гидравлических сопротивлений (как в идеальном цикле Брайтона), изображенном на рис. 9.16. Точка 2 отображает здесь состояние газа на входе в камеру сгорания (основную или форсажную), а точка 3 - на выход из неё.

Если давление газа остается постоянным, а гидравлических потерь нет, то в соответствии с обобщенным уравнением Бернулли скорость газа в камере сгорания будет оставаться неизменной ( ). В соответствии с этим же уравнением для процессов адиабатного торможения потоков в сечениях 2 и3 будем иметь

    и       .

Следовательно, площадь, лежащая слева от адиабаты (см. рис. 9.16), эквивалентна . Так как , то такой же должна быть и площадь, лежащая слева от адиабаты . Но в результате подвода теплоты удельный объем газа в точке 3 значительно превосходит его значение в точке 2. Следовательно, примерно во столько же раз разность давлений  будет меньше, чем . Таким образом, полное давление газа при подводе теплоты в изобарном процессе (без гидравлических потерь) падает. Этот эффект и называется тепловым сопротивлением.

Реально в камерах сгорания ГТД давление воздушно-газового потока не остается строго постоянным, а несколько изменяется (в основном, снижается). Но природа теплового сопротивления, вызванного подводом теплоты к потоку газа в канале, остается такой же.

Общие потери полного давления в камерах сгорания ГТД определяются суммой потерь, вызванных гидравлическим и тепловым сопротивлениями. Тогда

.                                                    (9.10)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ

Тепловой поток через стенки корпуса камеры сгорания пренебрежимо мал по сравнению с количеством теплоты, выделяемой в ней при сгорании топлива. Если бы в основной камере сгорания шел процесс подогрева газа неизменного состава, то потребное количество теплоты (в расчете на единицу массы газа) согласно уравнению энергии определялось бы формулой

,

где  - средняя теплоемкость газа в данном интервале температур.

Если при этом тепловыделение на 1 кг топлива составляет  кДж, то относительный расход топлива в основ­ной камере сгорания определялся бы равенством

,                      (9.11)

где секундный расход топлива и  расход воздуха через камеру сгорания.

В действительности процесс горения сопровождается изменени­ем как количества, так и химического состава газа, что делает за­дачу определения потребного расхода топлива более сложной. Но расход топ­лива и в этом случае может быть определен по формуле, аналогичной (9.11), если представить её в виде

,                     (9.12)

где  условная теплоемкость процесса подвода теплоты в реаль­ной камере сгорания, которая должна быть определена по точным расчетам с учетом состава продуктов сгорания, зависимости теплоемкости воздуха и продуктов сгорания от температуры и условий проведения опытов по определению теплотворности топлива. Результаты таких расчетов для случая, когда топливом является авиационный керосин и , представлены в виде диаграммы на стр. 123 в имющихся у Вас «Таблицах и диагпаммах теплофмзическуих величин и газодинамических функций».

Они получены при условии, что значения  соответствуют полному сгоранию топлива, т.е. все поправки на неполноту сгорания учитываются коэффициентом и могут быть с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимированы формулой

                  (9.13)

Аналогично может быть определен расход топлива и в двигателях в форсажной камерой сгорания (ТРДФ и ТРДДФсм). Задача определения расхода топлива непосредственно для форсажной камеры усложняется тем, что энтальпия поступаю­щих в неё газов зависит не только от температуры на входе в форсажную камеру, но и от их химического состава газов, связанного с процессом, протекающим в основной каме­ре сгорания. Но если рассматривать ТРДФ или ТРДДФсм в целом, то с учетом изменения количества, химического состава и температуры продуктов сгорания общий рас­ход топлива в двигателе , равный сумме расходов топлива в основной и  в форсажной камерах сгорания, может быть определен с помощью формулы, аналогичной формуле (9.12):

 ,                                            (9.14)

где  расход воздуха на входе в двигатель,  расход воздуха, отбираемого на самолетные нужды, общий коэффици­ент полноты сгорания в двигателе, а  чопределяется по той жедиаграмме или по той же фотмуле (9.14), но с заменой  на , а  на . Отбор мощности от ТРДФ или ТРДДФсм на привод агрегатов и другие цели практически составляет малые доли процента мощности турбины и поэтому может не усчитываться.

РОЗЖИГ КАМЕР СГОРАНИЯ

 

Рис. 9.18. Пусковой воспламенитель основной камеры            сгорания

Запуск ГТД в условиях, когда воздух на входе в основную камеру сгорания двигателя имеет низкое давление и низкую температуру, в особенности в зимний период, требует принятия специальных мер для надежного воспламенения топливо-воздушной смеси в камере. Обычно для этой цели на камерах сгорания устанавливаются специальные пусковые воспламенители. Одна из возможных схем таких воспламенителей показана на рис. 9.18. Воспламенитель представляет собой миниатюр­ную (50…100 см³) камеру сго­рания, в которую через форсун­ку 1 подается топливо, а воз­дух поступает из пространства между жаровой трубой 4 и кор­пусом камеры сгорания 3. При запуске образовавшаяся здесь богатая смесь воспламеняется с помощью электрической свечи 2. Воспламенитель распола­гается на камере сгорания так, что образовавшийся факел пламени направляется на гра­ницу зоны обратных токов и поджигает имеющуюся там свежую смесь. Для надежности запуска на двигателе устанавливается несколько воспламенителей (пусковых блоков).

Если камера сгорания имеет несколько жаровых труб, а пуско­вые воспламенители установлены не на всех трубах, то между жаровыми трубами в районе расположения зон обратных токов уста­навливаются пламяперебрасывающие патрубки. Наилучшие условия для переброски пламени имеются в кольцевых камерах сгорания.

Иногда приходиться запускать двигатель в воздухе. Понижение давления и температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, резко сужает пределы воспламенения топлива по составу смеси. Поэтому для обеспечения надежного запуска двига­теля на больших высотах применяется подпитка пусковых воспламенителей кислородом, что существенно расширяет пределы воспламенения смеси и поэтому является эффективным средством увеличения максимальной высоты надежного запуска дви­гателя в полете.

И всё же возможности запуска двигателя в полёте оказываются ограниченными и притом тем в большей мере, чем больше высота полёта. Поэтому запуск в воздухе инструкцией по эксплуатации каждого типа ГТД разрешен только в ограниченном диапазоне скоростей полёта и при том тем меньшем, чем больше высота полёта.

При розжиге форсажной камеры температура горючей смеси уже высока, что облегчает её воспламенение. Но в то же время большая скорость газового потока в камере затрудняет эту задачу. Поэтому в форсажных камерах применяются мощ­ные источники воспламенения, например небольшие камеры, питаемые чистым воздухом от компрессора и снабженные электрической свечой повышенной мощности. На некоторых ТРДФ и ТРДДФ воспламенение топлива в фор­сажной камере достигается путем впрыска порции топлива в зону горения основной камеры сгорания с таким расчетом, чтобы в ре­зультате воспламенения и сноса горящих капель газовым потоком образовалась ²огненная дорожка², проникающая через турбину и поджигающая горючую смесь в форсажной камере.

 

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 1000; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!