Горелочное устройство генератора инертных газов

Коэффициент полноты сгорания топлива рассчитывается в заданном диапазоне режимов работы и параметров топливовоздушной смеси. В современных камерах сгорания во всем диапазоне рабочих нагрузок обычно

2. Малые гидравлические потери полного давления. Потери полного давления определяются по формуле:

где  и  полные давления соответственно воздуха на входе в камеру и газа на выходе из нее.

Для удобства использования этой величины как характеристики работы камеры и сравнения характеристик у различных камер сгорания принято определять относительные потери давления (в %):

Величина  учитывает три вида потерь:

1)  на трение;

2)  турбулентные (на удар в диффузоре, на смешение потоков, от местных сопротивлений, например во фронтовом устройстве, обусловленные местными циркуляционными течениями и т. д.);

3)  потери давления в потоке при подводе теплоты.

Для современных камер сгорания среднее значение . У камер сгорания авиационных ГТД обычно ., но может быть и больше 10 %.

3. Высокая теплонапряженность рабочего объема, определяемая как

где  ( — расход топлива, кг/ч,  — низшая теплота сгорания топлива);

 — объем жаровой трубы, .

Высокая теплонапряженность рабочего объема обеспечивает малые размеры камеры сгорания и ее материалоемкость.

4. Малая или заданная неравномерность поля температуры газа на выходе из камеры сгорания. Это требование связано с обеспечением долговечности лопаток и других деталей проточной части газовой турбины и определяется коэффициентом неравномерности поля температур газа (в %):

где  и  — соответственно максимальная и минимальная температуры торможения отдельных струек газа в выходном сечении камеры сгорания;

 — средняя (расчетная) температура газа за камерой.

В стационарных ГТУ  редко превышает 5…10 5%, в авиационных ГТД  и более. Для авиационных ГТД выражение для  чаще всего имеет вид:

где  — температура воздуха на входе в камеру.

Необходимость получения равнопрочных по высоте лопаток газовой турбины с одинаковыми коэффициентами запаса прочности по сечениям обусловливает не только малое значение , но и вполне определенное, при котором температура газа у корня лопатки несколько ниже, а на периферии выше .

Отсутствие нагара, дымления и токсичных веществ в продуктах сгорания. Нагар нарушает нормальный режим работы деталей камеры и проточной части турбины, регенератора. Дым и токсичные вещества (в том числе канцерогенные) загрязняют окружающую среду.

Эти важнейшие требования в каждом конкретном случае всегда дополняются рядом специфических. Так, например, для стационарных ГТУ очень большое значение имеет стоимость конструкционных материалов и изготовления камеры; возможность работы ее одновременно или попеременно на нескольких видах топлива (газообразном, жидком легком или тяжелом).

Двумя основными типами камер сгорания являются трубчатые и кольцевые камеры. Широко применяются также так называемые трубчато-кольцевые камеры, в которых жаровые трубы трубчатой конструкции располагаются равномерно по окружности внутри кольцевого корпуса.

В кольцевых камерах кольцевая жаровая труба располагается концентрично внутри кольцевого корпуса. Такая «гладкая» в аэродинамическом отношении конфигурация позволяет создавать компактные конструкции с меньшими потерями давления, чем в камерах других типов. К сожалению, отличные аэродинамические характеристики этой схемы приводят к одному нежелательному последствию — небольшие неравномерности поля скорости во входном сечении могут вызвать существенные возмущения в поле температур газа в выходном сечении камеры.

Другая проблема, важная для кольцевых камер больших размеров, связана с большими изгибными нагрузками, действующими на внешнюю обечайку жаровой трубы. Деформация жаровой трубы приводит к нарушению течения охлаждающего воздуха и искажению поля температуры газа за камерой сгорания.

Стендовые испытания кольцевых камер сгорания требуют больших расходов воздуха, высоких уровней давления и температуры для воспроизведения режимов максимальной мощности.

В трубчато-кольцевых камерах сгорания цилиндрические жаровые трубы устанавливаются, как показано на рис. 1.2, внутри общего кольцевого корпуса. Такая схема представляет собой попытку сочетать компактность кольцевой камеры с достоинствами трубчатой. По сравнению с кольцевой трубчато- кольцевая камера имеет одно важное преимущество, состоящее в возможности при экспериментальной доводке использовать сегменты (отсеки), содержащие одну или несколько жаровых труб, и вследствие этого обходиться относительно небольшими расходами воздуха. Основная проблема при конструировании трубчато-кольцевых камер состоит в организации удовлетворительного безотрывного обтекания жаровых труб; серьезные трудности, в частности, могут возникнуть при проектировании диффузора.

Рис. 1.2. Различные типы прямоточных камер сгорания:

а — трубчатая (одиночная); б —трубчатая (с большим числом