Общий коэффициент избытка воздуха

Общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания

                                          a = G_в / (B×L₀),

где G_в и В - соответственно расход воздуха и топлива в камере, кг/с; L₀ - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, рассчитанному по элементному составу топлива.

Как уже отмечалось, в современных ГТУ a = 4…8.

Непосредственно в процессе сгорания участвует не все количество воздуха G_в, а только часть его - первичный воздух, поступающий в зону горения.

                          G_в1 = a₁× B×L₀,

где a₁ - коэффициент избытка первичного воздуха, зависящий от конструкции камеры сгорания и вида сжигаемого топлива, Обычно a₁ = 1,2…1,6.

 

Особенности конструкции и основные типы камер сгорания ГТУ

Конструктивные характеристики, конфигурация и размеры камеры сгорания должны соответствовать требованиям, изложенным в п.2.1. Исходя из элементарных конструктивных соображений можно допустить, что камера сгорания может иметь цилиндрическую форму.

На рис.2.1.а показана схема простейшей камеры сгорания - прямой цилиндрический канал, соединяющий компрессор с турбиной. Такая простая конструкция не удовлетворяет требованию минимальных гидравлических потерь в камере сгорания.

Дело в том, что, при скоростях воздуха на выходе компрессора порядка 100...150 м/с и при квадратичной зависимости потерь на трение от скорости, потери давления могут достигать четвертой части общего повышения давления в компрессоре. Для снижения потерь давления до приемлемого уровня используют диффузор (рис.2.1.б), с помощью которого скорость воздуха уменьшается примерно в 5 раз.

Однако этого недостаточно, так как для предотвращения срыва пламени и поддержания устойчивого процесса горения необходимо с помощью обратных токов создать зону малых скоростей. На рис.2.1.в показано, как этого можно достичь посредством простой пластины. Такое устройство имеет, однако, один недостаток, который заключается в том, что в зоне горения соотношение топливо-воздух существенно превышает предел воспламеняемости смесей углеводородов с воздухом. Указанный недостаток можно устранить, направив часть воздуха в количестве, необходимом для полного сгорания топлива (a=1,2…1,6), в зону горения (рис.2.1.г), а остальную часть в зону смешения для получения приемлемой для турбины температуры продуктов сгорания.

б)

г)

топливо

воздух

а)

в)

 

 

 

Классификация камер сгорания ГТУ

Существующие камеры сгорания можно разделить на следующие основные типы: а) индивидуальные; б) секционные (многотрубчатые); в) кольцевые; г) трубчато-кольцевые.

Кроме того, камеры сгорания делятся на прямоточные и противоточные. В прямоточных камерах охлаждающий (вторичный) воздух движется в кольцевом канале между пламенной трубой и корпусом в том же направлении, что и продукты сгорания, В противоточных камерах поток охлаждающего воздуха направлен навстречу потоку продуктов сгорания в пламенной трубе. Применение противоточных камер в ряде случаев упрощает общую компоновку ГТУ и позволяет сократить длину камеры, но потери давления в них обычно больше, чем в прямоточных камерах.

Индивидуальные камеры, в свою очередь, бывают выносными и встроенными. Выносная камера в отдельно скомпанованном корпусе устанавливается в ГТУ рядом с турбокомпрессором. Применяют эти камеры, в основном, в стационарных и значительно реже в передвижных установках. У встроенных камер корпус опирается непосредственно на общий корпус турбокомпрессора или конструктивно с ним связан.

Существует две разновидности индивидуальных камер сгорания: цилиндрические и угловые. В цилиндрической камере сгорания воздух разделяется на первичный поток и один или насколько вторичных потоков.

 

Основные понятия о турбине.

Основные понятия о турбинах

Роль турбины заключается в увеличении плотности воздуха, поступаещего в двигатель, таким образом обеспечивается возможность сжигать больше топлива. Больше сгоревшего топлива обеспечивает больше энергии от сгорания и соответственно больший момент. В случае с атмосферным (не турбированным) двигателем, наибольшее давление – это атмосферное, т.е. 1 бар или 14.5 psi. Прелесть турбовых двигателей заключается в возможности значительного увеличения давления…

Собственно турбина состоит из двух основных элементов – это сама турбина и компрессор. Выпускной газ проходя через турбину раскручивает крыльчатку, это такой вентилятор, расположенный в корпусе самой турбины. Вращение крыльчатки передается к другой части турбины – компрессору. Компрессорный пропеллер обеспечивает нагнетание воздуха в двигатель, это осуществляется по тому же принципу что и работа турбины, только в направлении к двигателю.

Как Вы наверное уже догадались, чем больше давление – тем больше воздуха поступает в двигатель. Но вы не можете бесконечно увеличивать давление в двигателе (во всяком случае без возникновения проблем). Если турбина “перерабатывает” возникает излишнее тепло (следствие усиленной работы), обратное давление, пульсация, корпус турбины может треснуть, подшипники могут значительно сократить срок своей службы, может потечь масло и даже можно повредить двигатель. Поэтому давление можно увеличивать не злоупотребляя, типичные значения это от 8 до 12-14 psi, но если вы собираетесь поднимать больше, Вам скорей всего потребуется другая турбина.

Импульсная турбина.

В отличие от реактивных турбин, в которых давление воды падает в самой турбине, в импульсных турбинах полное падение давления предшествует точке входа, и проход турбины полностью заполняется водой. До того, как ударить лопасти турбины, давление воды (потенциальная энергия) преобразуется в кинетическую энергию с помощью сопла и сосредотачивается в турбине. В лопастях турбины никакого изменения давления не происходит; специального здания для своей работы турбина не требует.

Реактивная турбина.

турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела (напор жидкости, теплоперепад газа или пара) в каналах, образованных лопатками ротора и в которой большая часть потенциальной энергии рабочего тела преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса, как правило, имеющих конфигурацию реактивного сопла.