Основные типы камер сгорания и их технико-экономические показатели

Камерой сгорания ГТД называют устройство, в котором в результа­те сгорания топлива осуществляется повышение температуры поступающе­го в него воздуха. Различают основные камеры сгорания (расположенные перед турбиной) и форсажные камеры сгорания (расположенные перед ре­активным соплом ГТД).

Основные камеры сгорания авиационных ГТД выполняются трех типов; трубчатые, трубчато-кольцевые и кольцевые (рис.3.22).

Основными преимуществами трубчатых (или индивидуальных) камер сгорания (на двигателе их устанавливается 7-11 штук) являются:

- относительная легкость экспериментальной доводки при конструировании; малые размеры; простота замены при повреждении.

Недостатками трубчатых камер сгорания, приведшими к их постепенному вытеснению, являются:

- необходимость для обеспечения жесткости иметь силовые элементы, соединяющие корпуса компрессора и турбины между собой;

- значительное неравномерное поле температур газа перед турбиной в окружном направлении.

Преимуществами кольцевых камер сгорания являются:

- компактность; малая масса; меньшие гидравлические потери; возможность получения лучшей окружной неравномерности поля температур; лучшие характеристики запуска (пламя быстро распространяется по всему объему); лучшие условия для обеспечения устойчивости процесса горения.

К недостаткам кольцевых камер сгорания относят:

- трудность осмотра и замены в эксплуатации; сложность производства и ремонта; малая жесткость жаровой трубы (имеется возможность коробления).

Преимущества и недостатки трубчато-кольцевых камер сгорания занимают промежуточное положение между трубчатыми и кольцевыми камерами сгорания.

Для оценки рабочего процесса в камерах сгорания ГТД применяют следующие показатели:

Рис.3.22. Схема трубчатой (индивидуальной) (а), трубчато-кольцевой (б)

и кольцевой (в) камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя:

I - наружная оболочка камеры сгорания; 2 - жаровая труба; 3 - внутренняя

оболочка камеры сгорания

1. Коэффициент полноты сгорания топлива , определяемый
отношением количества теплоты , подведенного к потоку воздуха, к располагаемой энергии топлива : .

Величина рассчитывается из уравнения энергии для камеры сгорания

где условная теплоёмкость процесса подвода тепла в потоку воздуха в камере сгорания.

Располагаемая энергия топлива находится по формуле:

где отношение расхода топлива (кг/с) к расходу воздуха в камере сгорания ; теплотворная способность топлива. Для авиационного керосина марки ТС-1 , для природного

газа, состоящего в основном из метана (95…98 %) , для газообразного водорода

2. Коэффициент восстановления полного давления , определяемый отношением давления заторможенного потока газа на выходе из камеры ,

к полному давлению воздуха за компрессором :
3. Теплонапряженность камеры сгорания , определяемая от­ношением количества теплоты, выделившейся в течение одного часа в одном кубическом метре объема камеры V кс, к давлению воздуха на входе в неё :

4. Максимальная неравномерность поля температур газа ,
определяемая отношением разности наибольшей температуры газа

и средней температуры , к разности и темпе­ратуры воздуха за компрессором :

5. Контрольный параметр выбросов (эмиссии) загрязняющих веществ , представляющий собой отношение массы загрязняющего вещества ­ (окиси углерода СО, несгоревших углеводородов НС, окислов азота и др. в граммах) к взлетной тяге двигателя в ньютонах.

Величина определяет назначение камеры сгорания. Чем больше , тем лучше используется энергия сгорания топлива для повышения температуры воздуха, поступающего в камеру.

Величина характеризует гидравлическое совершенство каме­ры сгорания. Уровень зависит от состояния поверхности, обтека­емой потоком воздуха, а также от температуры газа . Чем больше , тем меньше . Для кольцевых камер сгорания несколь­ко больше, чем для индивидуальных.

Величина представляет собой оценку компактности и массы камеры сгорания. Чем больше , тем меньше масса камеры.

Уровень оказывает значительное влияние на ресурс работы турбины. Чем меньше , тем больше ресурс турбины.

Величина контрольного параметра эмиссии представля­ет собой степень вредного влияния авиационного ГТД на окружающую среду. Чем меньше , тем лучше среда обитания человека.