НОРМАЛЬНАЯ, БОГАТАЯ И БЕДНАЯ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНЫЕ СМЕСИ
При образовании и сгорании горючей смеси на каждый килограмм топлива может расходоваться различное количество воздуха. То количество воздуха, которое действительно расходуется на сжигание 1 кг топлива, называется действительным количеством воздуха и обозначается буквой LД.
Если теоретически необходимое количества воздуха - величина определенная для каждого сорта топлива, то действительное количество воздуха может иметь практически любую величину: 7, 10, 15, 70, 100 и т. д. килограммов воздуха на каждый килограмм сжигаемого топлива.
Для оценки качества горючей смеси, образующейся и сгорающей в зоне сгорания, служит коэффициент избытка воздуха. Коэффициентом избытка воздуха называется отношение действительно поданного количества воздуха л теоретически необходимому; обозначается он греческой буквой α. (альфа).
Это безразмерный коэффициент; он показывает, во сколько раз действительное количество воздуха, расходуемое на сгорание 1 кг топлива, больше или меньше теоретически необходимого количества воздуха.
Топливо - воздушная смесь, составленная из 1 кг керосина и 15 кг воздуха, называется нормальной (теоретической) смесью. Коэффициент избытка воздуха для нее равен 1.
Все знакомы с керосиновой осветительной лампой. Посмотрите, как происходит в ней сгорание керосина (рис. 22,положение А). Керосин по фитилю подается к горелке, где испаряется. Пары керосина перемешиваются с воздухом и сгорают в зоне горения, давая яркий факел пламени. Яркое устойчивое пламя и отсутствие копоти указывает, что в зону горения подается как раз столько воздуха, сколько его необходимо для полного сгорания керосина. В зоне горения' образуется нормальная смесь с а=1 или немного обогащенная. В зоне горения камеры сгорания реактивного двигателя также стараются получить нормальную или немного обогащенную смесь - она хорошо загорается от электрической искры я устойчиво горит.
Увеличим подачу керосина - вывернем фитиль, при этом пламя станет темным, начнет колебаться, появится копоть (рис. 2, положение Б). Почему? Потому, что подача воздуха осталась почти неизменной, так как размер стекла не изменился, а подача топлива увеличилась, и топливовоздушная смесь стала богатой топливом. При сгорании богатой смеси кислорода не хватает, чтобы сгорел весь керосин, поэтому часть керосина остается несгоревшей и улетает в виде дыма и копоти.
Рис. 22 Горение бедной, нормальной и богатой смесей
Топливовоздушная смесь, в которой на 1 кг керосина приходится воздуха меньше 15 кг, называется богатой смесью. Коэффициент избытка воздуха у богатой смеси меньше единицы: α < 1.
Чем больше увеличивать подачу керосина в лампу, тем более богатой будет смесь. Пламя начнет мигать, выделение копоти увеличится - процесс горения керосина будет идти неустойчиво, вяло, и при сильном обогащении смеси пламя погаснет. Для улучшения процесса сгорания смесь надо обеднить -уменьшить подачу керосина. Будем уменьшать, подачу топлива - ввертывать фитиль. Пламя начнет переходить в ярко-желтый цвет, это значит, что топливовоздушная смесь имеет нормальный состав, т. е. у нее α=1. При дальнейшем ввертывании фитиля пламя лампы из ярко-желтого будет переходить в синий, голубой цвет, пламя начнет дрожать, вспыхивать - процесс горения станет неустойчивым (рис. 22, положение В).
Что же случилось с горением? Количество воздуха, протекающего через лампу, осталось неизменным, а количество керосина, поступающего в зону горения, уменьшилось, горючая смесь стала бедной. Бедная смесь горит медленно, плохо поджигается (поэтому при разжигании лампы вывертывается фитиль).
Таким образом, если в смеси на 1 кг керосина приходится воздуха больше 15 кг, то такая смесь называется бедной. Коэффициент избытка воздуха в бедной смеси больше единицы α > 1. Например, смесь, состоящая из 1 кг керосина и 20 кг воздуха, будет бедной. При сгорании ее сгорит весь керосин, но часть кислорода воздуха останется неиспользованной. Продукты сгорания бедной смеси гореть не могут.
В турбореактивном двигателе а зависимости от режима работы на каждый килограмм сгорающего керосина приходится от 50 до 90 кг воздуха.
Следовательно, через двигатель протекает в 3 - 6раз больше воздуха, чем необходимо для полного сгорания топлива, подаваемого в камеры сгорания. По предложению инженера Базарова (1924 г.) воздух в камере сгорания разделяется на два потока, меньшая часть его направляется а зону горения и используется там для окисления топлива (для сгорания топлива). В зоне горения добиваются образования нормальной смеси, которая хорошо горит. Остальная, большая часть воздуха (вентиляционный или вторичный воздух) в горении не участвует, она служит только для охлаждения нагретых деталей двигателя и для “разбавления” продуктов сгорания, образующихся в зоне горения.
КАМЕРА СГОРАНИЯ
Камера сгорания - элемент ТРД, где происходит непрерывное образование и сгорание топливовоздушной смеси и повышение температуры газов. Камера сгорания является очень ответственным элементом двигателя. От ее устройства и осуществления процесса сгорания зависят экономичность двигателя, надежность работы и длительность эксплуатации как самой камеры сгорания, так и двигателя.
Камера сгорания должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Объем камеры сгорания должен обеспечивать возможно высокую теплонапряженность, т. е. камера должна иметь малый объем, что уменьшает ее размеры и вес. Под теплонапряженностью камеры сгорания понимают количество тепла, выделяющееся единице объема (1 м3) камеры в течение 1 часа. Ждя современных камер сгорания (середина 50-х) теплонапряженность достигает 150000000 кал/м3 в час.
2. Топливо в камере сгорания должно сгорать полностью, В современных камерах полнота сгорания достигает 97 - 98%.
3. При запуске двигателя на земле и в воздухе должно обеспечиваться надежное поджигание смеси.
4. Нагретые детали камеры сгорания должны хорошо охлаждаться, это обеспечивает их работу длительное время без дефектов (прогаров, коробления, трещин и нагара от действия пламени).
5. Камера сгорания должна иметь небольшое гидравлическое сопротивление движению воздушного потока (давление газов в камере сгорания должно уменьшаться незначительно).
6. В камере должно обеспечиваться устойчивое горение смеси, т.е. не должно быть колебаний, затухания и срывом пламени при всех режимах работы двигателя.
7. Горение должно заканчиваться в жаровой трубе. Факел пламени не должен доходить до лопаток газовой турбины во избежание перегрева и обгорания их.
8. Температура газового потока на выходе из камеры сгорания должна быть одинаковой по всему сечению, чтобы не получилось местного обгорания или оплавления сопловых лопаток турбины.
На современных ТРД наибольшее распространении получили трубчатые камеры сгорания. Они просты по конструкции, надежны о работе и удобны в эксплуатации - легко снимаются для осмотра, ремонта и замены без разборки двигатели.
Трубчатая камера сгорания (рис. 23) состоит из внутренней жаровой трубы и внешнего кожуха сгорловиной.
Жаровая труба сварена из листов жаростойкого сплава. В передней части жаровой трубы приварены конус для забора первичного воздуха, диск и конус с отверстиями для прохода воздуха. В конусе помещается лопаточный завихритель - для придания потоку воздуха вращательного движения.
Внутри завихрителя помещается форсунка, впрыскивающая топливо в завихренный поток воздуха; этим достигается хорошее перемешивание топлива с воздухом.
На конической части жаровой трубы сделаны отверстия большого размера для подвода вторичного воздуха внутрь жаровой трубы.
Жаровые трубы соединяются между собой соединительными патрубками, через которые передается пламя при запуске и выравнивается давление газов в соседних камерах сгорания.
Рис. 23. Трубчатая камера сгорания
Дата добавления: 2016-06-09; просмотров: 6606;