Назначение и принцип действия КС

Камера сгорания предназначена для обеспечения процесса сгорания топлива с целью подвода тепла к рабочему телу (воздуху) перед поступлением его в турбину (повышение внутренней энергии рабочего тела за счет химической энергии топлива).

Принцип действия - Воздух из компрессора высокого давления (КВД) поступая в камеру сгорания, делится на два потока: 30 % идет в камеру сгорания через завихрители горелок для создания топливо воздушной смеси, а 70% обтекает камеру сгорания, попадая в нее через отверстия в кольцах и карманы, и смешивается с продуктами сгорания. Эта часть воздуха дает возможность выровнять и понизить t газа перед турбиной до заданной величины.

Камеры сгорания бывают: трубчатые, кольцевые, трубчато кольцевые.

В трубчатых камерах сгорания в отдельных корпусах помещены жаровые трубы, и процесс сгорания происходит независимо от процесса сгорания в других камерах. Между собой они связаны патрубками, по которым при запуске распространяется пламя из камер, где имеются воспламенители, и с помощью которых выравнивается давление.

Достоинства: сравнительная простота экспериментальной отработки, возможность быстрого осмотра и замены камеры без разборки двигателя.

Недостатки: большая масса и габариты.

В кольцевых камерах сгорания в кольцевом корпусе размещается жаровая труба, имеющая в передней части несколько горелок.

Достоинства: хорошо вписывается в габариты двигателя, хорошие пусковые свойства, сравнительно небольшие гидравлические сопротивления.

Недостатки: доводка этих камер более сложная, чем трубчатых. Осмотр и замена затруднены.

Трубчато-кольцевые обладают рядом преимуществ, отмеченных выше типов камер сгорания.

Недостатки: неравномерность поля давлений, скоростей и температур по окружности соплового аппарата турбины.

 Также камеры сгорания делятся по направлению движения воздуха. Существуют камеры сгорания прямоточные и противоточные.

Прямоточные камеры сгорания: получили наибольшее распространение. Их поперечные размеры хорошо вписываются в габариты компрессора и турбины. Отсутствуют потери давления.

Противоточные (петлевые): отличаются тем, что воздух после поступления в камеру сгорания поворачивает на 180⁰ и идет против потока, затем поворачивает опять на 180⁰ и поступает в турбину. Эти камеры сгорания имеют повышенные гидравлические потери, петлевое движение вызывает увеличение поперечных габаритов камеры сгорания, хотя осевые размеры уменьшаются.

Камеры сгорания бывают встроенные и выносные. Большинство камер сгорания встроенные. Выносные камеры сгорания применяются преимущественно в регенеративных ГТУ, что облегчает подводку воздуховодов и газоходов больших размеров, связывающих регенератор, компрессор, камеру сгорания и турбину.

Распределение потоков воздуха, характерные зоны камер сгорания.

Несмотря на разнообразие конструкций камер сгорания можно указать общие для них детали: корпус, воспринимающий давление воздуха; горелка (форсунка) для подачи топлива; лопаточный завихритель, обеспечивающий циркуляцию в камере сгорания; жаровая труба, ограничивающая рабочий объем камеры сгорания; газосборник (переходник), подводящий газ к соплам турбины; элементы крепления и подвески камеры сгорания - каркас, пальцы...

Рабочий объем КС разделяют по ходу газов на ряд зон с определенным характером изменения вдоль них коэффициента избытка воздуха.

1.

ЗОНА ГОРЕНИЯ

ЗОНА СМЕШЕНИЯ

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЗОНА

В Зоне горения осуществляется смешение топлива и воздуха, воспламенение смеси, горение смеси. Здесь поддерживается высокая температура, обеспечивающая самовоспламенение смеси путем выдерживания коэффициента избытка воздуха в интервале от 0,2 - 0,5 в начале зоны до 1,1 - 1,3 на выходе из нее.

2. В промежуточной зоне происходит постепенное добавление воздуха и понижение температуры газов, что предотвращает «замораживание» в зоне смешения промежуточных продуктов горения. В промежуточной зоне завершается дожигание топлива. Коэффициент избытка воздуха достигает 1,4 - 1,5.

3. Зона смешения - здесь происходит окончательное смешение продуктов сгорания с воздухом, в результате чего получается рабочее тело с заданными параметрами. Коэффициент избытка воздуха доводится до αΣ