2015-05-18
3680
В форсунках топливо под давлением подается через тангенциальные каналы в камеру закручивания, из которой оно вытекает в виде конической пелены, быстро распадающейся на капли. Однако одноступенчатые форсунки обеспечивают устойчивое горение лишь в узком диапазоне изменения расхода топлива. Кроме того, при работе двигателей с такими форсунками на большой высоте полета нередко происходят существенное понижение полноты сгорания топлива и ухудшение пусковых характеристик. Для устранения этих недостатков были предложены различные типы более универсальных форсунок, в том числе так называемая двухступенчатая форсунка, которая нашла широкое применение..
Расчет одноканальной форсунки ведется исходя из условия обеспечения необходимого расхода топлива G т через фронтовое устройство ЖТ и качества распыливания и смешения топлива с воздухом. При использовании жидкого топлива обычно в качестве топливной форсунки применяется центробежный распылитель с центральным отверстием (соплом), расчет которой проводится на основе зависимостей гидравлики.
8.7.1.Скорость истечения топлива из сопла рассчитывается по формуле:
W т = G т/(n ф F фrт),где n ф -количество форсунок, F ф -площадь сопла в форсунках.
F ф =mфp d 2ф/4, где d ф – диаметр сопла форсунки; mф – коэффициент расхода форсунки, mф = 0,6
8.7.2. Потребное давление топливоподачи:
D P т= W 2тrт/2,
где W т – скорость истечения; rт – плотность жидкого топлива.
В случае, если потребное давление топливо подачи будет более 100 атм, необходимо увеличить площадь отверстий сопла форсунок и наоборот при малых значения D P т <10атм.—уменьшить. С целью обеспечения многорежимности работы форсунок, их выполняют двухканальными.
Каждый канал подключается в зависимости от режима работы двигателя, на малых режимах подключается один канал на максимальных работают. оба канала форсунок. В случае применения топливо-воздушных форсунок, в которых используется энергия воздушного потока для распыливания капель, необходимость применения двухканальных форсунок отпадает.
8.8. Расчет характеристик камеры сгорания
Основными характеристиками камер сгорания ГТД являются зависимости полноты сгорания и границ устойчивого горения от режима работы камеры. В настоящее время актуальными становятся также характеристики, связанные с величиной выбросов токсичных компонентов продуктов сгорания.
8.8.1.Характеристикой полноты сгорания называют зависимость полноты сгорания h от общего коэффициента избытка воздуха a при постоянных значениях (P 2, T 2, W 2 ) на входе в камеру.
Приближенная оценка полноты сгорания возможна c помощью параметра форсировки kv:
,
где 
, V ж = p d ср H ж L ж – объем жаровой трубы, м3;
8.8.2.Характеристикой срыва пламени называют зависимость предельных значений коэффициентов избытка воздуха aср по "бедной" и "богатой" смеси от расхода воздуха в камере. Обобщение экспериментальных данных на основе теории стабилизации пламени позволило получить критерий срыва пламени k ср, с помощью которой можно оценить значения aср по бедному составу смеси.
Границу устойчивого горения в КС по "бедному" составу смеси определяют по известному критерию срыва пламени k ср:
k ср = 
;
где G взг = F о.з.г G – расход воздуха через зону горения, кг/с; 
– объем первичной зоны, отвечающей за стабилизацию пламени, м3.С помощью данного уравнения находят значение aср., которое является предельно допустимым для стабилизации пламени в зоне горения, т.е для обеспечения устойчивого горения необходимо обеспечить условие aср >aз.г
8.8.3. Объемная теплонапряженность КС, Дж/ч×м3 Па:
.
Для современных камер сгорания ГТД: Qv = (1,2 ¸ 6,5)106 Дж/ч×м3 Па.
8.8.4. Выбросы окислов азота NO x определяют по полуэмпирической зависимости, % объема,:
,
где 
– время пребывания смеси в зоне горения, с;aз.г = 0,3aк – коэффициент избытка воздуха в первичной зоне и общий для камеры соответственно.
при aз.г ³ 1,0.
.8.85. Выбросы окиси углерода определяются по эмпирической формуле, объем, %:
,
где f – доля воздуха, участвующего в горении; примем f = 0,5; G в.з.г. – воздух, проходящий через зону горения; C, b, c – константы; примем C = 20, b = 1,0,
c = 0,009.
8.9. Особенности расчета трубчато-кольцевых камер сгорания
Расчет трубчато-кольцевых КС проходит в том же порядке, что и кольцевых, некоторые особенности возникают в связи с тем, что проводится расчет отдельной жаровой трубы.
В начале необходимо определить количество жаровых труб:
n ж 
– количество жаровых труб, где t ж – шаг расположения жаровых труб, принимается t ж = 1,1 Н к; d ср – средний диаметр камеры (расположения ЖТ), определяется по п.п 8.4.2; Н к------- по п.п 8.4.3
8.9.1. Суммарная площадь миделевого сечения жаровых труб:
,
где k опт = 0,8; Fm – определяется по п. 7.4.4.
8.9.2. Диаметр отдельной жаровой трубы:
,
.8.9.3. Длину жаровой трубы определяют из условия обеспечения требуемой неравномерности температурного поля q:
,
где q = 0,25 ¸ 0,3; А = 0,07 – коэффициент пропорциональности.
8.9.4. Суммарная эффективная площадь отверстий в стенке жаровой трубы, м2, определяется по величинам площади миделевого сечения корпуса камеры Fm и относительному падению давления на жаровой трубе D Р ж/ 
:
.
8.9.5. Площадь фронтового устройства
F фр = (0,1 ¸ 0,3) F о.
8.9.6. Площадь отверстий подвода вторичного воздуха в зоне горения:
F о.з.г = (0,3 ¸ 0,5) F о.
8.9.7. Площадь отверстий подвода охлаждающего воздуха:
F охл = (0,1 ¸ 0,3) F о.
.8.9.8. Площадь отверстий зоны смешения:
F з.с = F ж – F о.з.г – F охл – F фр.
Остальные параметры определяются так же, как и для кольцевой камеры сгорания.
8.9.11. Требуемый диаметр радиальных отверстий зоны горения, м:
,?
где 
– отношение динамических напоров струи и потока (20 ¸ 30);
F о.з.г = F о 
; 
– относительная глубина проникновения струи.
8.9.12. Действительный диаметр отверстий зоны горения, м:
.
где mо = 0,7 – коэффициент расхода в отверстиях стенок жаровой трубы. Рекомендуется d о.з.г = 0,012 ¸ 0,016 м. В случае если диаметр отверстий больше 0,02 м, то их выполняют овальными или располагают в несколько рядов.
8.9.13. Общее количество отверстий подвода радиальных струй воздуха в зоне горения:
.
8.9.14. Шаг между отверстиями по наружному и внутреннему диаметрам, м:
(. t>2, 0d.)
8.9.15. Количество отверстий по наружному диаметру жаровой трубы:
,.
8.9.16. Количество отверстий в зоне смешения определяют, задаваясь диаметром отверстия (можно принять d о.з.с = d о.з.г)
,
где F о.з.с= F o 
.
8.9.17. Количество отверстий по наружному диаметру в зоне смешения определяют также, задаваясь шагом t о:
;.
8.9.18. Количество поясов подвода воздуха для охлаждения стенок жаровой трубы рассчитывается по известной суммарной площади подвода охлаждающего воздуха F охл и размерам щелей.
Располагаемую площадь одного пояса подвода охлаждающего воздуха для кольцевой камеры сгорания, м2, можно определить:
.неоходимо убрать Dжвн
При щелевом подводе охлаждающего воздуха hs – высота щели, меняется обычно в пределах 0,001 ¸ 0,002 м. Количество поясов охлаждения жаровой трубы, м2:
,
где F охл = F o 
.
8.9.19.Приближенная оценка полноты сгорания возможна c помощью параметра форсировки kv:
,
где , V ж = p d ср H ж L ж – объем жаровой трубы, м3
8.9.20. Границу устойчивого горения в КС по "бедному" составу смеси определяют по известному критерию срыва пламени k ср:
k ср = ;
где G взг = F о.з.г G – расход воздуха через зону горения, кг/с; – объем первичной зоны, отвечающей за стабилизацию пламени, м3.
По значению aср определяют предельное значение коэффициента избытка воздуха в первичной зоне, обеспечивающее устойчивое горение.
8.9.21. Объемная теплонапряженность КС, Дж/ч×м3 Па:
.
Для современных камер сгорания ГТД: Qv = (1,2 ¸ 6,5)106 Дж/ч×м3 Па.
8.9.22. Выбросы окислов азота NO x определяют по эмпирической зависимости, объем, %:
,
где – время пребывания смеси в зоне горения, с;
aз.г = 0,3aк – коэффициент избытка воздуха в первичной зоне и общий для камеры соответственно.
при aз.г ³ 1,0.
8.9.23. Выбросы окиси углерода определяются по эмпирической формуле, объем, %:
,
где f – доля воздуха, участвующего в горении; примем f = 0,5; G в.з.г. – воздух, проходящий через зону горения; C, b, c – константы; примем C = 20, b = 1,0,
c = 0,009.
Полученные характеристики позволяют определить соответствие требованиям технического задания параметров данной камеры сгорания и принять решение о дальнейших проектных работах по выполнению конструктивного оформления облика камеры. При этом используются вычислительные пакеты программ твердотельного проектирования, позволяющие существенно сократить объём проектных работ за счет автоматизации проектирования.
