ФОРСАЖНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
ГОРЕНИЯ В НИХ
Рис. 9.6. Схема форсажной камеры сгорания |
Состав горючей смеси в форсажной камере отличается от такового в основных камерах сгорания прежде всего тем, что на расчетном режиме их работы температура газа на выходе из неё составляет 2000…2300 К, что может быть достигнуто только при суммарном коэффициенте избытка воздуха , уже не требующем снижения для организации процесса горения. Поэтому в форсажной камере отпадает необходимость разделения её на зону горения и зону смешения. Кроме того, температура среды, в которую впрыскивается топливо, здесь выше, чем в основных камерах сгорания, что облегчает процесс испарения топлива и последующего воспламенения смеси. Но скорость потока газа в форсажных камерах по габаритным соображениям приходится иметь значительно более высокой, чем в основных камерах (порядка нескольких сотен м/с). Поэтому для стабилизации процесса горения в них также организуются зоны обратных токов. Кроме того, в связи с тем, что коэффициент избытка воздуха в форсажной камере на её расчетном режиме близок к единице, необходимо обеспечит такое распределение впрыскиваемого топлива по пространству камеры, при котором по возможности было бы исключено местное переобогащение смеси, ведущее к неполному сгоранию.
На рис. 9.6 показана типичная схема форсажной камеры сгорания, установленной за турбиной ТРД. На входе в камеру имеется небольшой диффузор 7. За ним расположено фронтовое устройство, состоящее из нескольких стабилизаторов пламени 5 (пластин или колец v-образного сечения) и большого числа (часто нескольких десятков) форсунок 1, объединенных в несколько топливных коллекторов (на рис. 9.6 их два). Большое число форсунок обеспечивает равномерность состава смеси по объему камеры, а наличие нескольких коллекторов позволяет путем их частичного отключения сохранить на пониженных режимах (т.е. при сниженном общем расходе топлива) необходимый для устойчивого горения состав смеси около тех форсунок, которые еще не отключены.
Рис. 9.7. Структура потока возле V – образного стабилизатора |
Структура потока за V-образным стабилизатором показана на рис. 9.7. В результате срыва потока с кромок стабилизатора за ним (как за всяким плохо обтекаемым телом) возникает зона обратных токов. Впрыск топлива часто производится против потока газа (для улучшения распыла) и при этом форсунки располагают так, чтобы часть впрыскиваемого топлива попадала непосредственно на поверхность стабилизаторов, образуя на ней жидкую пленку, которая затем стекает с их задних кромок. Благодаря этому в следе за стабилизатором создается зона богатой смеси, наличие которой повышает устойчивость горения на режимах с повышенными значениями .
Для защиты стенок форсажной камеры от прогара за стабилизаторами устанавливается теплозащитный экран 2 (см. рис.9.6), не несущий механических нагрузок и омываемый снаружи сравнительно холодным потоком газа, выходящего из турбины или из камеры смешения и не смешанного с топливом. Кроме того, корпус форсажной камеры 4 для его охлаждения обычно в полете обдувается снаружи воздухом, подаваемым под капот 3.
Одна из серьезных трудностей, которую приходится преодолевать при создании форсажных камер, - возникновение особого вида неустойчивости в их работе, называемого ²вибрационным горением". Вибрационное горение проявляется в виде колебаний давления с частотой порядка 102…103 Гц, вызывающих сильные вибрации элементов конструкции камеры и ведущих к их быстрому разрушению, а также к усталостным разрушениям других деталей двигателя. Эти колебания могут быть как продольными (т.е. происходящими вдоль оси камеры), так и поперечными или смешанными.
Исследования показали, что механизм вибрационного горения связан с влиянием колебаний давления и скорости газового потока в камере на интенсивность процесса горения. При обедненных смесях и не очень больших давлениях в форсажной камере колебания тепловыделения обычно не компрессируют рассеивание энергии колебаний газа. Поэтому вероятность возникновения вибрационного горения оказывается наибольшей при полете на малых высотах с максимальной скоростью и высокими значениями температуры газа в форсажной камере.
Основными способами предотвращения вибрационного горения в форсажных камерах являются следующие:
1. Установка гофрированного антивибрационного экрана с перфорированными стенками или со щелями. Такой экран способствует рассеиванию поперечных волн давления вследствие неправильного отражения от гофрированной поверхности и их поглощению (демпфированию) благодаря наличию перфорации.
2. Помещение стабилизаторов близко к узлам стоячих волн давления и скорости, возникающих в камерах при колебаниях.
3. Увеличение числа стабилизаторов и эшелонирование их по длине камеры для снижения «остроты» возможного резонанса.
В эксплуатации возможна еще одна форма проявления неустойчивости в работе форсажных камер - низкочастотные (5…50 Гц) колебания давления в камере, сопровождающиеся колебаниями давления топлива перед форсунками и расхода топлива. Эти явления могут возникать при малых перепадах давления на форсунках (т. е. на пониженных форсажных режимах и на больших высотах полета) и связаны обычно с ухудшением распыла топлива и с наличием обратной связи между колебаниями давления в камере и колебаниями расхода топлива.
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 2129;