Bensiinimootorite põlemiskambrite tüübid. Mootori põlemiskamber. Nõuded kõikidele mootori põlemiskambritele

Põlemiskamber

Põlemiskamber

suletud ruum, õõnsus gaasilise, vedela või tahke kütuse põletamiseks sisepõlemismootorid. Põlemiskambrid võivad olla katkendlikud (näiteks kolb-sisepõlemismootorites, impulss-hingamismootorites) ja pidevad (näiteks gaasiturbiinides, turboreaktiivmootorites, vedelrakettmootorites jne). Kolbmootorites moodustavad põlemiskambri tavaliselt silindripea sisepind ja kolvi kroon. Gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid on enamasti otse sisse ehitatud. Põlemissaadused kambrist suunatakse gaasiturbiini. Turboreaktiiv- ja vedelrakettmootorites tekitavad põlemisproduktid, mis kiirendavad põlemiskambri taha paigaldatud düüsis, joa tõukejõu. Pideva põlemiskamber on üks olulisemaid komponente lennuki- ja kosmosemootorites, jõu- ja transpordigaasiturbiinides, mida kasutatakse laialdaselt energeetikas, keemiatööstuses, raudteetranspordis, mere- ja jõelaevadel, lennunduses ja astronautikas.

Entsüklopeedia "Tehnoloogia". - M.: Rosman. 2006 .

Põlemiskamber

gaasiturbiinmootor - seade, milles kütuse põlemise tulemusena tõuseb sellesse siseneva õhu (gaasi) temperatuur. Peamised K. s. turbopropellermootor ehk turboreaktiivmootor asub turbiini ees ja koosneb korpusest 6, moodustades leegitoru (torude) jaoks õõnsuse 5, mille sees põletatakse pihustite 2 poolt tarnitav kütus. leegitoru on nn esiseade 3, mis tagab kütuse osalise segunemise õhu ja kuuma gaasiga, leegi stabiliseerimise, osa kütuse põlemise. Leegitoru seintes olevate aukude kaudu juhitakse sellesse ülejäänud kütus, et põletada järelejäänud kütust, jahutada põlemisprodukte ja moodustada koos gaasikollektoriga 7 turbiini sisenevate gaaside vajalik temperatuuriväli. Põlemissaaduste temperatuur sõltub liigse õhu vahekorrast. 1 aeglustab õhuvoolu kiiruseni, mis võimaldab kütuse tõhusat põlemist vastuvõetavate hüdrauliliste kadudega K.s. Süütaja (või elektriline süüteküünal) 4 on ette nähtud kütuse esmaseks süütamiseks. Leegitoru jahutamiseks kasutatakse selle siseseina juures õhukilet, mis moodustub õhu läbimisel seinas olevatest väikestest aukudest. Põhilised K. s. Neid on kolme tüüpi: torukujuline (üks leegitoru asub torukujulises korpuses), rõngakujuline (üks tavaline rõngakujuline leegitoru asub välimise ja sisemise korpuse moodustatud rõngakujulises ruumis), torukujuline rõngas (leek torud paiknevad ühises rõngakujulises ruumis, mille moodustavad välimine ja sisemine korpus). Kuni 60-70ndateni. Peamiselt kasutati torukujulisi ja torukujulisi rõngaskapsleid, seejärel hakati kasutama kompaktsemaid rõngaskapsleid.
K. s. turboreaktiivmootori teine ​​ahel ja K. s. Reaktiivmootor on põhimõttelt ja konstruktsioonilt sarnane järelpõlemiskambriga. K. s. iseloomustab .

Lennundus: entsüklopeedia. - M.: Suur vene entsüklopeedia. Peatoimetaja G.P. Svištšov. 1994 .

Vaadake, mis on "põlemiskamber" teistes sõnaraamatutes:

Kütuse (gaasiline, vedel, tahke) põletamiseks mõeldud suletud ruum. On perioodiline (näiteks kolb-sisepõlemismootorites) ja pidev toime (gaasiturbiinides ja reaktiivmootorites) ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

- – siin kütus põleb ja surub kolvi. EdwART. Autotööstuse žargooni sõnaraamat, 2009 ... Autode sõnastik

põlemiskambrisse- - [A.S. Goldberg. Inglise-vene energiasõnastik. 2006] Energiatööstuse teemad üldiselt EN burnerbnrfirebox ... Tehniline tõlkija juhend

põlemiskambrisse- 3.1.26.1 põlemiskamber: kamber, milles toimub gaasi-õhu segu põlemine. Allikas … Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik

4-taktilise sisepõlemismootori tööskeem Põlemiskamber on mootori või ahju osade komplektist moodustatud ruumala (viimasel juhul nimetatakse põlemiskambrit kaminaks), milles põleva segu põlemine või põlemiskamber tahke esineb ... ... Wikipedia

põlemiskambrisse Entsüklopeedia "Lennundus"

põlemiskambrisse- Peamine põlemiskamber. Gaasiturbiinmootori põlemiskamber on seade, milles kütuse põlemise tulemusena tõuseb sinna siseneva õhu (gaasi) temperatuur. Peamised K. s. turbopropellermootor või turboreaktiiv... Entsüklopeedia "Lennundus"

Kütuse (gaasiline, vedel, tahke) põletamiseks mõeldud suletud ruum. On perioodilised (näiteks kolb-sisepõlemismootorites) ja pidevad (gaasiturbiinide ja reaktiivmootorite puhul). * * * … entsüklopeediline sõnaraamat

põlemiskambrisse- degimo camera statusas T valdkond Energetika määratleis Kamera dujoms ar degalams deginti. Degimas vyksta periodiškai (stūmokliniuose vidaus degimo varikliuose) arba nuolatos (dujų turbinose). vastavusmenys: engl. põlemiskambri vok. Brennraum, f... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Maht, mis on ette nähtud gaasilise, vedela või tahke kütuse põletamiseks. K. s. Kolb-2- ja 4-taktiliste sisepõlemismootorite jaoks on perioodilised toimingud (vt sisepõlemismootor) (ICE) ja pidev ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Diiselmootorite puhul määrab põlemiskambri kuju nõuded segu moodustamise protsessiga. Töötava segu loomiseks kulub väga vähe aega, kuna peaaegu kohe pärast kütuse sissepritse algust algab põlemine ja ülejäänud kütus suunatakse põlemiskeskkonda. Iga kütusetilk peab võimalikult kiiresti õhuga kokku puutuma, et paisumistakti alguses vabaneks soojus.

Nende nõuete täitmiseks on vaja tekitada intensiivne suunatud õhuliikumine, kuid see protsess tuleb korraldada nii, et põlemiseks vajalik õhuhulk seguneks sissepritsitava kütusega. Põhimõtteliselt on selleks kaks võimalust: suunata kas õhk kütusele või kütus õhku. Autode diiselmootorid kasutavad mõlemat meetodit.

Neist esimeses süstitakse kütus otse silindrisse mitme joa (põleti) abil, mida puhub pöörlev õhuvool. Voolukiirus peab tagama õhu liikumise põlemisel ühest joast teise.

Pihustite arv on aga piiratud ja seetõttu tuleb hea pihustamise tagamiseks vajalik kogus kütust sissepritsida kindla kiirusega. Kui kütus on hästi pihustatud, soojeneb see pärast kuuma õhu sissepritsimist kiiresti ja süttimiseni kuluv aeg (nn süüteviivitus) lüheneb. Lühike süüte viivitusaeg on vajalik, et sel perioodil põlemiskambrisse antav kütusekogus ei oleks nii suur, et pärast süütamist põhjustaks see rõhu järsu tõusu ja mootori suurema jäikuse. Põlemisprotsessi reguleerimise saab tagada juba süttinud keskkonda kütuse tarnimise seadusega.

Kui on kindlaks määratud tarnitava kütuse kiirus, aeg ja kogus, saab nende arvu arvestades arvutada pihusti düüsi jõuavade läbimõõdu. Koksimisohu välistamiseks ja pihustiotsikute valmistatavuse tagamiseks on minimaalne ava läbimõõt piiratud 0,25-0,3 mm. Seetõttu ei ületa nende arv autode diiselmootorites 4-5. Vastavalt sellele tuleks seadistada õhu pöörlemise intensiivsus. Õhu pöörlevat liikumist silindris saab luua tangentsiaalse või spiraalse sisselaskekanali abil. Nii nagu bensiinimootorite puhul, saab ka diiselmootoris tekitada survetakti lõpus täiendavat turbulentsi, tõrjudes õhku välja kolvipõhja ja silindripea vahelisest ruumist.

Segu moodustamine teisel meetodil - kütuse õhku varustamisel - on keeruline, kui suurt hulka pihustid ei saa kasutada. Eraldatud põlemiskambritega (eelkamber ja pöördkamber) diiselmootorites toimub sissepritse nii, et kogu kütus suunatakse väikesemahulisse abikambrisse, mis sisaldab ainult osa silindrisse sisenevast õhust. Kui kütus selles kambris süttib, suureneb rõhk ja tõrjub põlemata kütuse kolvi kohal asuva peamise põlemiskambri ruumalasse, kus põlemine lõpeb.

Seega eristatakse segu moodustamise meetodi järgi otse silindrisse sissepritsega diiselmootoreid ja jagatud põlemiskambriga diiselmootoreid. Otsesissepritse korral moodustub kolvis põlemiskamber, mille temperatuur on kõrgem kui jahutatud silindripeal. See vähendab kuumade gaaside soojuskadu põlemiskambri seintesse. Põlemiskamber peab olema kompaktne, et õhu kokkusurumisel ei oleks ka soojuskaod suured ja seetõttu ei ole kütuse süttimiseks vajaliku temperatuuri saavutamiseks vaja liiga kõrget surveastet. Diiselmootori surveastet piiravad ülalt vändamehhanismi koormus ja hõõrdekaod ning altpoolt nn külmkäivituse tagamise tingimused. Otsesissepritse korral jääb surveaste ε vahemikku 15–18. Külmkäivituse ajal ei vaja seda tüüpi diiselmootorid kütuse süttimise tagamiseks lisameetmeid.

Jaotatud põlemiskambriga diiselmootoris siseneb õhk survetakti ajal suurel kiirusel ühenduskanali kaudu abikambrisse ja jahutatakse samal ajal oluliselt. Seetõttu on süütamise ajal vajaliku temperatuuri tagamiseks vajalik suurem surveaste - 20 kuni 24, kuid vaatamata sellele tuleb mootori külmkäivitamisel abikambri õhku spetsiaalse hõõgküünla abil eelsoojendada. , mis lülitatakse pärast mootori käivitamist välja.

Põhi- ja abipõlemiskambrite pindala on väga suur ning õhu liikumise kiirus nende seinte lähedal ulatub samuti kõrgete väärtusteni. See tähendab suurenenud soojusülekannet seintesse, st suurenenud soojuskadusid. Sellega seoses on eraldi põlemiskambriga diiselmootoritel suurem kütuse erikulu kui otsesissepritsega diiselmootoritel.

Seega on kütuse otsese sissepritsega diiselmootorid säästlikumad. Nende puuduseks on märkimisväärne müra põlemisel, kuid viimastes konstruktsioonides on see puudus praktiliselt kõrvaldatud. Müra peamine põhjus on kõrge rõhu tõusu kiirus põlemise algfaasis. Selle nähtuse kõrvaldamiseks on vaja vähendada süüte viivitusaega ja kontrollida põlemisprotsessi edasist kulgu läbi kütusevarustuse seaduse.

Häid tulemusi töökarmuse vähendamisel on saavutatud MAN diiselmootorites, kasutades kolvis paiknevat sfäärilist põlemiskambrit.

Nende diiselmootorite düüsil on ainult kaks auku, millest ühe kaudu juhitakse suurem osa kütusest põlemiskambri seinale ja teise kaudu suunatakse väiksem pilootosa kambri keskele, kus õhu temperatuur on kõrgeim. Kambris olevale õhule antakse intensiivne pöörlemine. Kambri seinal asuv kütus on suhteliselt külm ja seetõttu ei toimu kogu selle massi süttimist kohe. Kütuseaurud sisenevad järk-järgult kambri seintelt õhuvoolu, segunevad sellega ja tekkinud õhu-kütuse segu süttib. See tagab mootori sujuva ja üsna ökonoomse töö, mistõttu on sellest tööprotsessist tekkinud mitmeid kontseptsioonilt sarnaseid variante.

Täpsemalt, Deutzi (Saksamaa) toodetud silindrilises põlemiskambris süstitakse üks joa paralleelselt kambri teljega seina lähedal asuvasse ruumi. Selle meetodiga saadud tulemusi saab samuti positiivselt hinnata. Tuleb märkida, et sellise segu moodustumisel sõltub palju põlemiskambri seinte temperatuurist.

Põlemisprotsessi hilinemisel ei kasutata paisumistakti ajal eralduvat soojust täielikult ära (vt joonist 3 artiklis “Suhkruastme mõju näidatud mootori efektiivsusele”), mis suurendab kütuse erikulu, s.t. Otsesissepritse kütuse eelised kaovad tegelikult. Kõige laialdasemalt kasutatavates toroidsetes põlemiskambrites süstitakse kütust piki kambri raadiust selle seinale mitme sümmeetrilise joaga, mis paiknevad vertikaaltelje suhtes suure nurga all. Põlemisel reageerib osa kütusest esimesena, segunedes õhuga otse seina juures. Põlemisel tekkivatel gaasidel on kõrge temperatuur ja madal tihedus. Kui laeng pöörleb tugevalt, siseneb tsentrifugaaljõu toimel kambri keskosast külm õhk kambri seintesse, surudes kerged põlemissaadused keskele. Otse seinte lähedal seguneb õhk kütusega. Ricardo ettevõtte laboris (Inglismaa) salvestati see protsess filmile.

Jagatud põlemiskambritega diiselmootorites on abikambrit üsna lihtne luua isegi väikese silindrite läbimõõduga. See on bensiinimootori diislikütuseks muutmisel üsna oluline. See probleem lahendati edukalt P. Hofbaueri juhtimisel auto Volkswagen Golf mootoril (joon. 1).

Alumiiniumist silindripeasse moodustati väike keerispõlemiskamber koos pihusti ja hõõgküünlaga. Kolvipõhja süvend ja keeriskambrit silindriga ühendava kanali väljalaskeava on tehtud tavapärasel viisil. Keeriskambri maht oli 48% kogu põlemiskambri mahust. Mootori töömahtu suurendati 1100 cm 3-lt 1500 cm 3-le, surveaste ε = 23,5. Selle diiselmootori võimsus 5000 p/min juures oli 37 kW.

Volkswagen Golfi auto diisel- ja bensiinimootorite kütuse erikulu pöörlemiskiirusel n = 2500 min -1 on näidatud joonisel fig. 2.

Keskmisel efektiivsel rõhul p e = 0,2 MPa on diiselmootori kütuse erikulu 25% väiksem. Koormuse kasvades kütusesäästlikkuse erinevus bensiinimootori ja diiselmootori vahel väheneb ning täiskoormusel töötades on see null. Kütuse erikulu vähendamine osalisel koormusel on väga oluline, kuna sõiduautode jaoks on need linnatingimustes sõitmisel kõige tüüpilisemad režiimid.

Volkswageni diiselmootori disainivalikud, mis erinevad pihusti ja hõõgküünla paigutuse poolest, on näidatud joonisel fig. 1. Hõõgküünla asukoha muutmine tõi kaasa kütuse erikulu vähenemise ja heitgaaside suitsu vähenemise, mis kajastub joonisel fig. 3, a. Koormuse mõju, st keskmine efektiivne rõhk p e samadele indikaatoritele, kui mootor töötab konstantsel kiirusel 3000 p/min, on näidatud joonisel fig. 3, b. Paranemine on selgelt nähtav kõigis mootori töörežiimides. Variant B (vt joonis 1) erineb hõõgküünla asukoha poolest keeriskambris oleva õhu pöörlemissuuna suhtes. See disain on aga tootmises rakendamisel üsna keeruline.

Energiakriis on sundinud paljusid autode bensiinimootorite disainereid indikaatori efektiivsuse suurendamiseks muutma need diiselmootoriteks. Saksamaalt pärit disainer ja teadur L. Elsbett saavutas bensiinimootorite ümberehitamisel kuni 20%. Selle ELKO diiselmootorid kasutavad kütuse otsesissepritse ühe otsikuga sfäärilisse põlemiskambrisse, mis asub kolvi põhjas. Joa telg jagab kambri raadiuse sellega ristumiskohas pooleks. Tööprotsessi korraldamisel kasutatakse kuumade madala tihedusega põlemisproduktide liigutamise efekti põlemiskambris pöörleva õhulaengu keskele. Selle tulemusena toimub põleva segu hea segunemine õhuga ja kuna põlemine toimub peamiselt kambri keskel, on soojuskaod selle seintele suhteliselt väikesed.

Kolb koosneb kahest osast, millest ülemine koos põlemiskambri ja selles paiknevate kolvirõngastega on terasest. Terasel on suur soojustugevus ja halvem soojusjuhtivus kui alumiiniumil ning seetõttu on põlemiskambri pinna temperatuur kõrgem, mis omakorda vähendab soojusülekannet kuumadelt gaasidelt kambri seintele.

See lahendus hoiab ära ka kolvisoonte suurenenud kulumise, mis on tüüpiline alumiiniumist diiselkolbidele.

Kolviäär, mis toimib juhikuna, on valmistatud alumiiniumisulamist ja on ülemise osaga ühendatud läbi kolvitihvti. Kolvi sellisel konstruktsioonil on ristpea omadused, st vähendab silindri seinale mõjuvaid külgjõude, mis tekivad ühendusvarda liikumisel, ning loob eeldused kõrvaldamiseks, mis on üheks müraallikaks töö ajal. kallutusmomendi mootori töö, mis toimib kolvi ülemisele osale.

Kolvitihvtile avaldatava erirõhu vähendamiseks on ühendusvarda ülemisel peal ja kolvikroonide esiosadel piki poldi telge kiilukujuline ristlõige. Tänu sellele on kolvi kroonipea ülemise osa pindala suurem kui selle alumine osa. Samuti on ühendusvarda puksi alumisel osal suurem pindala kui ülemisel osal. Kolvi tihvti servad neelavad kolviäärest vaid väikeseid jõude.

ELKO diiselmootori silindripea veekanalid on välistatud. Soojust eemaldatakse ainult kõige olulisematest kohtadest, nagu klapivahesillad ja pihusti augud, kasutades selleks spetsiaalselt puuritud 6-8 mm läbimõõduga kanaleid ringlevat õli. Soojuse hajumise vähendamiseks jahutatakse silindreid nii, et nende ülemise tsooni temperatuur ei ületaks määrimise tagamiseks vajalikku temperatuuri.

Sellise jahutussüsteemi soojuse eemaldamise vähendamisega eemaldatakse suurem kogus soojust, kuid koos heitgaasidega, mis loomulikult toob kaasa turbiini kasutamise selle soojuse kasutamiseks. ELKO diiselmootorite kütuse erikulu on näidatud joonisel fig. 4, mis esitab viiesilindrilise diiselmootori töömahuga 2300 cm 3 ja võimsusega 80 kW (joonis 4, a) ja kuuesilindrilise diiselmootori töömahuga 13 300 cm 3 (Joon. 4, b). Mõlemal diiselmootoril on gaasiturbiini ülelaadimine ilma laadimisõhu vahepealse jahutamiseta.

Soojusülekande vähendamine jahutussüsteemi võimaldab kasutada väiksemat radiaatorit ja vastavalt ka väiksema võimsusega ventilaatorit. Kui arvestada vajadusega autot kütta külmal perioodil, milleks mootorist eemaldatud soojus on täiesti piisav, siis ei pruugi sel perioodil mootori jahutamiseks radiaatorit üldse vaja minna.

Konkreetse kütusekulu võrdlemisel tuleb arvestada mitmete tegurite mõjuga. Seega, mida suurem on silindri läbimõõt, seda soodsamad tingimused on madala kütuse erikulu saavutamiseks. Samuti on oluline silindri läbimõõdu ja kolvi käigu suhe. L. Elsbett nimetab oma diiselmootorit “termoisolatsiooniks”, mis on kindel samm edasi adiabaatilise mootori loomise suunas, millest tuleb juttu raamatu järgmistes peatükkides. Mõned ELKO diiselmootori disainifunktsioonid on näidatud joonisel fig. 5.

Otsesissepritsega diiselmootoritel on võrreldes jagatud põlemiskambriga diiselmootoritega paremad tingimused soojuskadude vähendamiseks jahutussüsteemi. Eespool oli juba mainitud põlemiskambri pinna vähem intensiivsest jahutamisest ja kuumade gaaside liikumiskiiruse vähenemisest seinte lähedal. Kuid isegi otsesissepritsega saab luua erinevaid tingimusi soojuse eemaldamiseks. Näitena joonisel fig. Joonisel 6 on näidatud Tatra 111A diiselmootori (Tšehhoslovakkia) põlemiskambri täiustamise protsess.

Selle õhkjahutusega diiselmootori esimene versioon kasutas poolkerakujulist põlemiskambrit. Sel moel püüdsid nad suurte klappide abil saavutada silindri head täitmist ja tänu suurele klapinurgale anda võimaluse tekitada väljalaskeklapipesa piirkonda jahutusribid. Põlemiskambri vajaliku mahu saamiseks oli kolvipõhi kuplikujulise kujuga, põlemiskamber kaotas oma kompaktsuse ning selle arenenud jahutuspinnad tõid kaasa suured soojuskadud ja madalamad temperatuurid kokkusurumise lõpus.

Vähendades ventiili kaldenurka ja kasutades peaaegu paralleelset paigutust, saavutasime silindripea peaaegu tasase põhja ja jahutuspinna vähenemise. Põlemiskamber asetati kolvikroonisse ja muutus kompaktsemaks. Põlemiskambri seinte temperatuur kolvis tõusis ja soojuse eemaldamine nende kaudu vähenes. Põlemiskambri kitsas kael tagas kokkusurumisel intensiivse õhupöörise, mis aitas kaasa parema segu moodustumisele ja põlemisprotsessi reguleerimisele. Seega vähenesid põlemisel tekkivad soojuskaod, paranesid külmkäivitustingimused ja vähenes müra. Kütuse erikulu vähenes 15%. Põlemiskambri esialgse ja moderniseeritud versiooni võrdlus joonisel fig. 6 on näide sellest, kuidas põlemiskambri konstruktsioon võib kütusekulu vähendada.

Sõltumata peamiste põlemiskambrite konstruktsiooniskeemidest on järgmised konstruktsioonielemendid neile kõigile ühised:

- difuusor;

– leegitoru;

– põlemise stabilisaatorid (keerised);

- mikserid;

– käivitussüütajad;

- tühjendusventiilid;

– kütusepihustitega kütusekollektorid.

Toru- ja torukujuliste rõngaskambrite jaoks kasutatakse ka leegiülekandetorusid ja gaasikollektoreid.

Hajuti paigaldatakse põlemiskambri sissepääsu juurde ja selle eesmärk on vähendada õhu kiirust põlemiskambri sissepääsu juures 120...180 m/s-lt 30...50 m/s-ni, et tagada kütuse stabiilne põlemine. Hüdrauliliste kadude põhiosa moodustavad difuusorid, seega pööratakse nende profileerimisele erilist tähelepanu.

Võimalikud on mitmed difuusori konstruktsioonid: pidev, voolu eraldamisega, planeeritud katkestustega.

Pideva difuusor on sujuv kanal, mille avanemisnurk on 18-25 0 ja mis tagab voolu ühtlustamise, pideva õhuvoolu ja madalad hüdraulilised kaod. Sellel on aga märkimisväärne aksiaalne suurus, mis suurendab rootori tugede vahelist kaugust ja kogu mootori pikkust.

Hajuti aksiaalsete mõõtmete vähendamiseks võib see lõppeda vooluala järsu suurenemisega - planeeritud rikkega (AL-21, TV3-117, R-29). Sektsioonide järsu ülemineku kohas saab paigaldada spetsiaalsed kammkarbid - vooluhäirete provokaatorid.

Samuti on võimalik konstrueerida suure avanemisnurgaga (kuni 35-40 0) pidevhajuti. Pideva voolu tagamiseks on sellises hajuti vool jagatud kaheks või kolmeks väikese avanemisnurgaga kanaliks.

Leegi toru piirab kütuse-õhu segu põlemistsooni. Kaasaegsetes kambrites tehakse seda õhukeseseinaliste rõngaste valtsimise ja keevitamise teel, mis vähendab selle konstruktsioonis temperatuuripingeid. Leegitoru jahutatakse väljastpoolt sekundaarse õhuga ning seestpoolt on tagatud kiletõkkejahutus.

Temperatuurideformatsioonide vabaduse tagamiseks on leegitoru monteeritud kambri korpusesse kahe tugitalana, mis tagab selle fikseerimise ainult ühes kinnitusvöös ning liikumisvabaduse teises lindis.

Põlemise stabilisaatorid(keerised) tagavad kütuse-õhu segu põlemise stabiilsuse, luues pöördvoolude tsooni ja intensiivistades segu tekkeprotsesse läbi voolu turbulentsi suurendamise. Kasutatakse tera (R-11), joa (pilu, rest - D-25V, D-20P) ja tala (AI-20, AI-25) stabilisaatoreid ning nende kombinatsioone.

Segistid sekundaarne õhk juhitakse leegitoru sees, et vähendada gaasi temperatuuri turbiini ees etteantud väärtuseni. Et vältida külma õhu sattumist vastupidisesse voolutsooni ja kütuse põlemisprotsessi häirimist lokaalse gaasijahutuse tõttu, juhitakse sekundaarne õhk järk-järgult läbi erineva ristlõikega aukude või segamistorude süsteemi. Sekundaarse õhu joad peavad sügavamalt tungima kuuma gaasi voolu, et vähendada gaasi temperatuuri mitte ainult seintel, vaid ka voolu südamikus.

Sekundaarsete õhujugade läbitungimise sügavus kambri leegitorusse arvutatakse sõltuvuse järgi

kus on joa läbitungimissügavus;

- augu läbimõõt;

ja – sekundaarse õhu kiirus augus ja kandevgaasi voolu kiirus;

– leegitoru praegune pikkus.

Käivitavad süütajad tagama mootori käivitamisel kütuse-õhu segu esialgse süüte. Neid saab valmistada madala kõrgusega mootorite (D-25V, TV3-117) või väikese põlemiskambri mahuga (RD-33) elektrilise süüteküünla kujul või kombineerituna käivituskütuse pihustiga (AL-7). , R-11). Kasutatakse madalpinge süüteküünlaid (tööpingega 1500-2500 V, pooljuht, pindlahendus). Käivitussüüte jahutus mootori käivitamisel on mahtuvuslik, mis on tingitud tema enda massi kuumutamisest. Kõrgelt ja talvel vettelaskmise hõlbustamiseks saab süüturit varustada hapnikuga parda hapnikusilindritest (R-25).

Tühjendusventiilid asuvad põlemiskambri alumises osas ja on torujuhtmega ühendatud mootori äravoolusüsteemiga. Need on vajalikud mootori säilivuse eemaldamise või ebaõnnestunud või valekäivituse ajal kambrist järelejäänud kütuse tühjendamiseks.

Leegi ülekandetorud viia läbi leegi toru- või torukujulistes rõngastega põlemiskambrites ühest leegitorust teise ja võrdsustada mõnevõrra rõhku leegitorude peades.

Gaasikollektor vajalik gaasivoolu sujuvaks ülekandmiseks torukujulise või torukujulise rõngaga põlemiskambri leegitoru ringikujulisest osast turbiini düüsiaparaadi ees olevasse rõngakujulisse sektsiooni.

Praegu kasutavad elektrigaasiturbiinid erinevaid gaas- ja vedelkütuseid, mille põhikütusteks on süsivesinikud.

Maagaasid koosnevad peamiselt metaanist (); Seotud naftagaasid võivad sisaldada märkimisväärses koguses , , , .

Gaasiturbiinijaamade nafta vedelkütused koosnevad erineva struktuuriga keerukatest molekulidest. Tavaliselt on vesiniku massiosa neis 11–13,5, süsiniku 86–87,5%. Paljudel juhtudel sisaldavad kütused väävli, hapniku, lämmastiku, niiskuse ja mittesüttivate komponentide ühendeid: gaasilisel kujul jne, vedelates - tuhka moodustavad metalliühendid.

Elektrit tootvates gaasiturbiinides kasutatakse põlemiskambreid, mille leegitorud asuvad ümber gaasiturbiini võlli ja kaugpõlemiskambrid. Igal neist tüüpidest on oma eelised ja puudused.

Torurõngastega põlemiskambrites ja üksikutes põlemiskambrites, mis paiknevad kontsentriliselt ümber gaasiturbiini võlli, tungivad leegitorude väikese läbimõõdu tõttu nende seintes olevatest aukudest voolavad õhujoad vastuvõetavate rõhulangustega põleti südamikusse, tagades kiire õhuga segunemine ja kütuse täielik põlemine.kütuserikastes piirkondades tahma tekketa. Põleti suur turbulents düüsides põletamisel vähendab ka kiirgust seintele. Konstruktsiooniliselt on lihtsam tagada väikeste põlemiskambrite metallile vajalik tugevus, jäikus ja temperatuuriseisund. Nende omadusi on lihtsam mõjutada teatud disainimuudatuste kaudu. Kõik see võimaldab intensiivistada põlemisprotsesse, vähendada kompressorjaama ja kogu gaasiturbiini agregaadi massi ja mõõtmeid. Väikeste leegitorudega saadaval olevad õhuvoolude range doseerimise võimalused võimaldavad korraldada põlemisprotsessi minimaalse kahjulike heitkogustega (lämmastikoksiidid, tahm, süsinikoksiid, põlemata süsivesinikud) ja kontrollida temperatuurivälja väljalaskeava juures. Leegitorusid on lihtsam hooldada ja remondiks välja vahetada.

Torurõngaste ja üksikute põlemiskambrite oluliseks eeliseks on võimalus katsetada ja viimistleda üksikuid leegitorusid statiividel loomulike parameetrite (rõhu) ning mõõduka, praktiliselt ligipääsetava õhu- ja kütusevoolukiiruse juures. Sarnased suurte kaugpõlemiskambrite uuringud on võimalikud ainult gaasiturbiini osana,

Kaugpõlemiskambrites asuvad põletid turbiinist kaugemal ja eraldatakse sellest gaasivoolu pöörlevate radadega. Temperatuurivälja ebaühtlus turbiini sisselaskeava juures ning põleti rikke korral leegi libisemise ja turbiini kahjustamise oht on väiksem. Tavaliselt vähenevad ka rõhukadud, kuna suuremate koguste korral saab segamiskulusid vähendada (väiksem õhukiirus).

Kütuse-õhu segu olulise viibimisaja tõttu põlemistsoonis võivad alapõlemisest tulenevad kaod ning süsinikmonooksiidi ja põlemata süsivesinike kontsentratsioonid põlemisproduktides olla väikesed isegi suure süsinikusisaldusega raskete vedelkütuste või madala kalorsusega gaaside põletamisel. . Suure leegi suuruse korral on selle soojuskiirguse koefitsient ühtsuselähedane ja varieerub vähe sõltuvalt vedelkütuste omadustest. See muudab ka raskemate klasside põletamise lihtsamaks.

Joon. 15.? Kaugjuhtimispult KS GT-25-700-2.

1 – väliskest; 2 – leegitoru; 3 – esiseade; 4 – põletid; 5 – segisti otsikud; 6 – õhuvarustus HPC-st.

Kaugkambrid võimaldavad seestpoolt kontrollida ja parandada nende osi ja gaasiteed, samuti turbiini esimese astme düüsilabasid.

Samal ajal on suurtes kaugkompressorites keerulisem korraldada segamist ja reguleerida leegi temperatuure nii, et heitkogused oleksid minimaalsed. Selliseid kaameraid transporditakse eraldi ja ühendatakse paigaldamise käigus turbogrupiga. Õhu eemaldamiseks ja kuumade gaaside turbomasinasse viimiseks on vaja suuri gaasikanaleid, mis nõrgendavad turbomasina korpust. Nende sisetrakti tugevust ja gaasitihedust on raske tagada. Vaata 2.2. -2.4.

Vaatamata olemasolevatele kogemustele põlemiskambrite konstruktsioonide projekteerimisel ja katsetamisel mudelitel, on nende töökindluse tagamiseks tööstuslikes gaasiturbiinides vaja põlemiskambrit gaasiturbiini osana peenhäälestada ja teha olulisi muudatusi konstruktsioonis.

Leegitoru ja väliskesta vahelises rõngakujulises kanalis tekkivate keeriste ja madala rõhu tsoonide, koksi ladestumise, leegitoru ülekuumenemise ja pragude tõttu leegitorus olevate aukude kaudu lekib gaas ja koksi eemaldamine sisemusse. välispõletites täheldati korpuse seina ja ka ebatasasuste suurenemist.väljundtemperatuurid. Õhuvoolu reguleerimiseks rõngakujulises pilus paigaldatakse juhtlabad.

Kõige suuremaid raskusi tekitab kuumade teeosade nõutava temperatuuritaseme ja tugevuse tagamine. Põlemiskambri leegitorude koormamata osade pragude ja purunemise põhjusteks on sageli väsimus vahelduvate pingete mõjul, eriti juhtudel, kui põlemiskamber töötab ebastabiilselt, või termiline väsimus gaasiturbiini käivitamise ja seiskamise ajal toimuvate soojusmuutuste tagajärjel. Praod tekivad keevituskohtades ning õhu läbilaskmiseks mõeldud leegitorude aukudesse ja pragudesse, samuti gaasikollektoritele, mis ühendavad leegitorusid turbiini vooluosaga.

Näiteks gaasiturbiiniplokil M7001 (General Electric) tekkisid gaasikollektorite akustilise resonantsi tõttu suurenenud vibratsioonipinged, mis põhjustasid pragude ja seejärel pragude ja aukude teket. Õhuvoolu vähenemine läbi vigase VT ja eraldunud metallitükkide sisenemine turbiini vooluosasse tekitas tõsiste õnnetuste ohu. Gaasikollektorite tugevuse suurendamiseks viidi nende ja turbiini düüsi labade puuri vahele painduv ühendus; tehti täiendavad augud jahutusõhu juurdevooluks ja alandati temperatuure suurima pinge tsoonis; kompressori VNA juhtseade on reguleeritud resonantskarakteristikute muutmiseks osalistel koormustel; Gaasikollektorite seinte paksust on suurendatud 1,5 korda, kuju on täiustatud. Kulumise vähendamiseks mehaanilise kokkupuute kohtades on kasutusele võetud gaasikollektorite vedrustus. Nende valmistamise kvaliteeti on parandatud keevitamise, kuumtöötluse ja õmbluste fluoroskoopia tehnoloogia ja automatiseerimise täiustamisega.

Gaasiturbiiniploki M7001 puhul esines vedela vedeliku kokkuvarisemist, mis oli tingitud rõhulanguse järsust suurenemisest nendes (kuni 130–150 kPa), kui kütus lülitati gaasiturbiiniseadme äkilise seiskamise ajal välja. Gaasiturbiini tugevust suurendati spetsiaalsete jäikade rõngaste paigaldamisega ja lisavõrede paigaldamisega jahutusõhu läbilaskmiseks, mis hõlbustas selle juurdepääsu põlemistsoonile ning gaasiturbiini väljalülitamise protsessi pikendati 5-10. kuni 15 o ms, et vähendada vedeliku rõhulangust 80 kPa-ni. Radikaalne temperatuuri langus ja tugevuse suurenemine saavutati aga alles pärast konstruktsiooni muutmist, VT lühendamist ja pilu jahutuse kasutamist

Joonis 15.?. Moderniseeritud CS GTU M7001.

a) – projekteerimisskeem; b) – pilujahutus: 1 – üksiku CS väliskest; 2- leegi toru; 3- gaasikollektor; 4 - eesmine seade; 5 – kütusevarustus; 6 – süüteküünal (üks kahest 10 üksiku põlemiskambri jaoks; 7 – ekraan; 8 – VT tugi; 9 – õhu juurdevool kompressorist; 10 – sekundaarne õhk; 11 – punktkeevitatud ja joodetud rõngas; 12 – augud löögi jaoks jahutamine; 13 – vahest väljuv pidev kaitsev õhuloor.

Põlemiskambri osade ülekuumenemine võib põhjustada leegipõleti asümmeetriat. Brown Boveri võimsusega 35 - 85 MW gaasiturbiinseadmetes (tüübid 9 ja 13), mille kompressorjaam oli paigaldatud gaasiturbiiniploki kohale, täheldati vedela jahutusvedeliku alumises osas metalli läbipõlemist, kui põlemiskeskused tekkisid põlemiskeskusele. segistist väljuvad õhuvoolud. Põleti asendi muutumise ruumis ja kokkupuutel seintega, mis põhjustab vedelkütuse paagi deformatsiooni ja läbipõlemist, võib põhjuseks olla ka düüside (gaasijaotusdüüside) talitlushäired, keeriste kahjustused ja vedelkütuse paagi või gaasikollektorite väsimus või termilised kahjustused, mis rikuvad kütuse ja õhuvoolu telgsümmeetriat.

Metalli ülekuumenemist ja läbipõlemist võib põhjustada ka vedelkütuse pihustamise kvaliteedi halvenemine või tuleohtlike kondensaatide esinemine gaaskütuses, mille tagajärjel langevad kütusepiisad vedelkütuse seintele ja põlevad need läbi. Suures koguses gaasikondensaadi sattumine kompressorjaama põhjustab väga raskeid õnnetusi. Esiseadme juures on segu ülerikastatud ja põleti puhutud maha ning põlemine stabiliseerub turbiini labadel, mis selle tulemusena üle kuumenevad ja hävivad.

Ebaühtlane temperatuur põlemiskambri väljalaskeava juures on määratud segisti konstruktsiooniga ja võib tõusta, kui põlemine viibib ja kütuse või õhu juurdevool on ebasümmeetriline. Näiteks GT-100 paigaldises on gaasi temperatuuri ebaühtluse koefitsient ja üksikute vedelkütusepaakide väljalaskeava temperatuuriväljade olemus asümmeetrilised, kuna need ei ole staatori elementide suhtes päris identse asukoha tõttu, ega sõltu sellest. töörežiimi ja kütusetüübi kohta. Vähendatud ebatasasused ja soodne temperatuuriprofiil piki raadiust vooluosa sisselaskeava juures saavutati segisti düüside asümmeetrilise positsioneerimise ning arvu ja mõõtmete muutmisega.

Mõnes kaugkompressoris reguleeriti väljundi temperatuurivälja tasandamiseks ja segisti düüside optimaalsete ristlõigete määramiseks reguleerimisperioodil neid käsitsi siibrite abil. Praktikas on see ebapraktiline. Piiratud teabega gaaside temperatuuri kohta viitab nende ebatasasuse muutus võimalikule defektile, mis tuleb tuvastada ja kõrvaldada, mitte varjata, kõrvaldades segisti reguleerimisega selle esinemise märgi.

Temperatuuri ühtlustumine toimub teatud pikkusega pärast mikserit >1 - 2. Temperatuuri ebaühtlust aitab veidi vähendada pöörete olemasolu Kc ja turbiini vahel, turbiinide nurgasisselasketorudes nende ebatasasused vähenevad 3 - 5 korda.

Tõsiseid probleeme võib põhjustada vedelkütuse pihustite kehv töö. Mõnel gaasiturbiiniseadmel täheldati pihustite töökanalite kulumist kütuses olevate tahkete osakeste ja pihustava õhu tõttu. Selle vältimiseks on pihustielemendid valmistatud tahketest materjalidest või tugevdatud, kütus ja pihustav õhk filtreeritakse ning teede projekteerimisel välditakse suurenenud turbulentsi ja voolu otsest mõju seintele. Et vältida ühenduste lekkeid ja kütuselekkeid koos koksi või isegi põlemisallikate tekkega pihustitele, kontrollitakse nende valmistamise ja kokkupaneku põhjalikkust enne gaasiturbiiniseadmele paigaldamist pinkidel.

Ülekuumenemist, koksimist ning pihustite ja põletite kahjustamist töö ajal hoiab ära nende jahutamine ja kaitsmine pideva õhu puhumisega; pihustite koksistamine pärast seiskamisi ja kütusevarustuse katkemist - selle kiire tühjendamine ja pihustite sisemiste radade eemaldamine õhuga. kütuse jääk. Gaasiturbiinitehastes, mis on kavandatud töötama kahte tüüpi kütusel, puhastatakse maagaasil töötavate vedelkütuse pihustid tavaliselt sama gaasiga, mis puhastatakse tolmust, veest ja sooladest, et vältida pihustite ummistumist ja korrosiooni.

Muudatused, mida tehakse põlemisprotsessi parandamiseks, osade jahutamiseks, temperatuurivälja ebatasasuste vähendamiseks põlemiskambrist väljumisel jne, võivad kambrite muid omadusi negatiivselt mõjutada. Näiteks Kraftverkunioni V93 gaasiturbiinis vähendati algselt vaadeldud suitsu primaarõhu kiirust suurendades ja lisaavade kaudu selle kogust suurendades. Nende meetmetega kaasnenud segisti reguleeritavate avade osaline sulgemine ja nende kiiruste suurenemine põhjustasid gaasivoolu häireid ja turbiini labade rikkeid. CS töökindel töö tagati pärast segisti ümberkujundamist; reguleeritavate aukude sulgemine ja 12 koonilise õhu sissepritse ja 4 konstantse ristlõikega ava paigaldamine.

Kütuse parameetrite tabel

Kõik põlemiskambrid on põhimõtteliselt üksteisega sarnased, kuid need on jagatud teatud, üsna oluliste omaduste järgi. Üks klassifitseerimise põhimõtetest gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid- see on nende jagamine üldine paigutus. Tänapäeval on kolme tüüpi paigutusi: torukujuline (või individuaalne), torukujuline rõngas ja rõngas.

Põlemiskambrite projekteerimisskeemid. a - torukujuline, b - torukujuline rõngas, c - rõngakujuline.

Torukujuline (individuaalne) põlemiskamber eristub ülaltoodud kahe kehaga rõnga definitsioonist mõnevõrra, kuna koosneb mitmest eraldi sektsioonist, millest igaühel on oma torukujuline korpus ja selle sees paiknev leegitoru.

Leegitorud on omavahel ühendatud nn leegi ülekandetorudega, mille ülesandeks on leegi ülekandmine külgnevatele torudele käivitamise ajal ja ühe toru kustumise korral. Sellise kambriga mootori vastupidavus on üsna kõrge. Lisaks muudab see disain lihtsamaks mootori käsitsemise ja parandamise. Iga üksiku CV saab remondiks eemaldada ilma kogu mootorit lahti võtmata.

Rolls-Royce RB.41 Nene mootori torukujuline põlemiskamber.

Väikese mahu tõttu on sellise CS-i peenhäälestus selle arendamise ajal üsna lihtne. See kamber sobib hästi tsentrifugaalkompressoriga. See on üks peamisi põhjuseid selle kasutamiseks keskpanga kompressoriga varajastes turboreaktiivmootorites.

Näiteks on Hawker Sea Hawki lennukile paigaldatud Briti Rolls-Royce RB.41 Nene mootor ja selle järeltulija Nõukogude VK-1 mootor (või RD-45, järelpõletiga - VK-1F/RD-45F) MIG- 15 lennukit, MIG-17, IL-28, TU-14. Või Tšehhoslovakkia Motorlet M-701, mis on paigaldatud masstoodanguna valminud õppelennukile Aero L-29 Delfin.

Rolls-Royce RB.41 Nene mootor.

Lennuk HAWKER SEA HAWK.

Mootor RD-45.

RD-45 mootor torukujulise põlemiskambriga.

MIG-15 hävitaja RD-45 mootoriga.

Motorlet M701 mootor.

Lennuk L-29 Delphin.

Torukujuline KS ei kuulu mootori toiteahelasse. Erinevatel mootorikonstruktsioonidel võib olla 6 kuni 22 eraldi kambrit.

Kuid sellisel põlemiskambril on väga oluline puudus - temperatuuride, rõhkude ja gaasivoolu ebaühtlus väljalaskeava juures. Lihtsamalt öeldes on üksikute torude arvu järgi sektoriteks jagatud ja turbiini sisenev vool temperatuuri ja rõhu poolest ebaühtlane ning rootori labad kogevad pöörlemise ajal pidevat vahelduvat koormust, mis loomulikult mõjutab negatiivselt nende töökindlust ja kasutusiga.

Mootori RD-45 töö. Üksikute leegitorude ebaühtlane töö on nähtav.

Individuaalse põlemiskambri põhjal töötati välja teine, progressiivsem paigutustüüp - torukujuline rõngaspõlemiskamber. Tüüpiline näide sellise CS-ga mootorist on AL-21-F3 TRDF (ed. 89), mis paigaldatakse kõikidele lennuki SU-24 modifikatsioonidele, aga ka kõikidele SU-17M modifikatsioonidele.

Sellises põlemiskambris asuvad mitmed leegitorud (AL-21F-3 jaoks - 12 tükki, teistel mootoritel tavaliselt 9 kuni 14) ringis (rõngas) ühise korpuse (või korpuse) sees, mis tavaliselt on kaasas. ühisel võimsusmootori diagrammil. Leegitorud on ühendatud leegi ülekandetorudega. Oma väljundosas on need ühendatud ka spetsiaalsega üldine lühike toru, mida nimetatakse "gaasikollektoriks".

Mootor AL-21F-3 (paigutus “C” - lennukite SU-17M jaoks).

Hävituspommitaja SU-17M4 AL-21F3 mootoriga.

Torukujuline rõngakujuline põlemiskamber.

Näide torukujulise rõnga KS leegitorust. 1 — düüsi paigaldamine. 2 — esisein pöörisega. 3 - avad jahutusõhu jaoks. 4 - augud sekundaarse õhu jaoks. 5 — sulg. 6 - leegi ülekandetoru.

See hõlbustab ühtlasema temperatuurivälja teket turbiini ees piki gaasivoolu frondi ümbermõõtu.

Torukujulised rõngakujulised põlemiskambrid oma väljundparameetrite, viimistluse keerukuse ning töö- ja remondilihtsuse poolest hõivavad vahepealse positsiooni torukujuliste kambrite ja järgmise konstruktsiooni- ja paigutustüübi - rõngakujuliste kambrite - vahel.

Sõrmus gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid neil on üks leegitoru, mis on valmistatud rõnga kujul ja paikneb kontsentriliselt põlemiskambri välis- ja sisekeha vahel. See koosneb keskosast, mis on valmistatud välis- ja sisepindade kujul (neid nimetatakse ka segistiteks), väljalaskegaasikollektorist ja esiosast (esiosast), millel on kohad (põletid) düüside ja seadmete paigaldamiseks õhuga varustamiseks. leegitoru.Selliseid kohti võib olla päris palju - 10-132 (päris mootoritel sh maapealsetel gaasiturbiinidel) ja veel rohkem (eksperiment).

Mootori NK-32 rõngakujuline põlemiskamber (lennuk TU-160).

NK-32 mootorid lennukitel TU-160. Lennujärgne ülevaatus.

Rõngakujulise põlemiskambri leegitoru. 5 - eesmine seade. 2,3 - välised ja sisemised segistid. 1.4 - pihustite asukoht. 6 — avad sekundaarse õhu juurdevooluks.

Rõngakujulise põlemiskambri näide (AI-25 mootor, arvutimudel).

Rõngakujulise põlemiskambri arvutimudel (AI-25 mootor).

Rõngakujuline kamber on temperatuurivälja ühtluse mõttes kõige täiuslikum kõigist nimetatutest. Lisaks on sellel minimaalne pikkus ja kogupindala ning seetõttu on see kõige kergem (umbes 6-8% mootori massist), minimaalsete rõhukaod (hüdraulilised kaod) ja jahutamiseks on vaja vähem õhku.

Sellist kambrit on aga raske peenhäälestada, tagada stabiilne põlemine ja tugevus, eriti suurte mõõtmete ja kõrge gaasivoolu rõhu korral. Lisaks on selle parandamise võimalus üsna väike ja eeldab peamiselt mootori lahtivõtmist. Kuigi seire on tänapäevaste boreskoopseadmete abil täiesti võimalik. Positiivsed omadused on olulisemad ja seetõttu kasutatakse rõngakujulisi põlemiskambreid peaaegu kõigil kaasaegsetel turboreaktiivmootoritel.

Lisaks on jaotus gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid gaasivoolu suunas. Need on otsevoolu- ja vastuvoolukaamerad (neid nimetatakse ka loop- või semi-loop-iks). Otsevoolusüsteemides langeb gaasi liikumise suund põlemiskambris kokku selle liikumissuunaga mööda mootori liikumisteed ja vastuvoolusüsteemides on need suunad vastupidised.

Seetõttu on rõhukadu silmuskambrites oluliselt suurem kui otsevoolukambrites. Kuid samal ajal on nende teljesuunalised mõõtmed märgatavalt väiksemad. Silmuskambrid töötavad väga hästi tsentrifugaalkompressoriga ja neid saab paigutada turbiini kohale (ümber). Sellega kaasneb muidugi ristmõõtmete suurenemine, kuid samal ajal vähenevad telgmõõtmed märgatavalt.

Silmuspõlemiskambri paigutuse näide.

Helikopteri gaasiturbiinmootori silmuspõlemiskamber.

Silmuspõlemiskambrite üks eeliseid on leegist lähtuva soojuskiirguse mõju märkimisväärne vähenemine turbiini düüsiseadmele, mis antud juhul asub leegi südamiku suhtes väljaspool "vaatepiirkonda".

Läbilaskekambreid kasutatakse suure võimsusega lennukimootorites koos aksiaalkompressoriga. Silmusmootoreid kasutatakse peamiselt väikesemahulistel mootoritel, nagu helikopterite gaasiturbiinmootorid, abijõuallikad (APU), droonimootorid jne.

Gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid Need jagunevad ka kütuse-õhu segu moodustamise põhimõtte järgi. Välise segumoodustusega kambrid (või aurustuskambrid) hõlmavad kütuse eelaurustamist ja õhuga segamist enne selle põlemistsooni suunamist.

Seda tüüpi põlemiskamber võib märkimisväärselt parandada mootori keskkonnamõju, kuna sellel on kõrge põlemisefektiivsus.

Kuid samal ajal on eelaurustussüsteem üsna keeruline ja selle torujuhtmete koksistumise oht (st vaiguste kütusefraktsioonide ladestused), mis võib põhjustada ülekuumenemist ja läbipõlemist, mis võib lõpuks viia mootorini. plahvatus. Seetõttu kasutatakse kütuseaurude põlemiskambriga mootoreid praktikas harva, kuid selliseid näiteid on: helikopteri gaasiturbiinmootor T-700-GE-700 (USA - General Electric), samuti APU TA-6.

Suurem osa gaasiturbiinmootoritest on sisemise segumoodustusega mootorid. Nendes pihustatakse kütust piki mootori voolu, kasutades spetsiaalseid düüse umbes 40–100 mikroni läbimõõduga tilkade kujul. Seejärel seguneb see õhuga ja siseneb põlemistsooni.

Viimase kahe aastakümne jooksul on loodud veel üks põlemiskambrite jaotus, mis on seotud mootori keskkonnamõjuga ehk kahjulike ainete atmosfääri paiskamisega.

Need on kahe põlemistsooniga põlemiskambrite disainilahendused, millest igaüks on optimeeritud teatud režiimides töötamiseks. On kahetsoonilised põlemiskambrid, milles põlemistsoonid paiknevad üksteise järel järjestikku, ja kahetasandilised põlemiskambrid, milles põlemistsoonid paiknevad üksteise kohal ehk paralleelselt.

Midagi protsesside kohta gaasiturbiinmootori põlemiskamber.

Põlemine, nagu juba mainitud, toimub otse leegitorus, mis piirab nn tuleruumi. Ta töötab väga karmides tingimustes. Üldiselt on see isegi pehmelt öeldes, kui võtta arvesse vähemalt asjaolu, et materjali sulamistemperatuur, millest see on valmistatud, on oluliselt madalam kui leegi temperatuur. Kuidas ta sellega toime tuleb? See kõik on umbes põlemis- ja jahutusprotsesside õige korraldamine.

Õhk mängib neis protsessides peamist ja otsustavat rolli. See varustab põlemisprotsessi hapnikuga ning toimib gaasiturbiinmootori põlemiskambri elementide jahutamise ja soojusisolatsiooni vahendina.

Õhk tuleb kompressori tagant kiirusega kuni 150-180 m/s. Sellel kiirusel on põlemisprotsess keeruline ja kogu rõhukadu on suur. Nende probleemide lahendamiseks on olemas difuusor. Selles väheneb voolukiirus oluliselt - 40-50 m / s.

Seejärel jagatakse vool kaheks osaks. Üks väiksem osa (umbes 30-40%) vahetult pärast difuusori sisenemist leegitorusse ja seda nimetatakse "primaarõhuks". See õhk, mis tavaliselt siseneb leegi torusse, läbib selle esiseadmes oleva spetsiaalse üksuse, mida nimetatakse pööriseks, mis veelgi aeglustab ja soodustab selle segunemist pihustatud kütusega.

Samuti on "sekundaarne õhk". Selle vool läbib rõngakujulisi kanaleid sisemise ja välimise korpuse ning leegitoru vahel. Täpsemalt on see õhk ilma selle osata, mis ei saa kunagi põlemisprotsessis osaleda (ei sisene leegitorusse). Just see osa moodustab umbes 10% kogu põlemiskambrit läbivast voolust (põlemistemperatuuri tõustes suureneb) ja ringkanaleid läbides kasutatakse seda edasi turbiini jahutamiseks.

Ja sekundaarne õhk ise siseneb leegitorusse selle erinevates tsoonides ja põlemisprotsessi erinevates etappides spetsiaalsete aukude kaudu, mis aitavad korralikult moodustada toru sees voolu, jahutavad tõhusalt selle seinu ja põlemiskambri korpust ning lõpuks saavutavad soovitud gaasi temperatuuri. väljalaskeava põlemiskambris, võttes arvesse selle jaotuse ühtlust piki voolu.

Leegitoru ise on tavaliselt omamoodi "augu struktuur" paljude erineva suuruse ja konfiguratsiooniga aukudega. Need võivad olla sisselõiked või sälgud või ümmargused või ovaalsed augud, korrapärased, ääristega (nagu mansett), äärikutega või torudega. Kõik need augud alluvad teatud süsteemile. Need arvutatakse või (sagedamini) valitakse katseliselt, kui pingil põlemiskambrit peenhäälestatakse.

VT seintes õhuvarustuse aukude projekteerimine.

Leegitoru külgseinu nimetatakse sageli segistiteks, kuna seal on augud, mis segavad õhuvoolusid teatud järjekorras.

Põlemisprotsessid ja voogude vastastikune segunemine toimuvad tavapärase nimetusega tsoonides. Üldiselt, hoolimata kokkuleppest, määratakse need tsoonid arvutuste ja peenhäälestuse käigus gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid ning vastavalt oma asukohale ja suurusele on nad ka tegelikult olemas, ehkki puudub nende selge piiritlemine ja jaotus.

Põlemistsoon asub leegitoru esiosas. Siin toimub primaarõhu ja kütuse juurdevool ning kütuse-õhu segu valmistamine. Õhk turbuliseeritakse erinevat tüüpi keeriste abil, kütus pihustatakse düüside abil ning toimuvad segunemis-, aurustumis- ja süttimisprotsessid.

Primaarõhk siseneb järk-järgult (läbi esiseadme, keeriste ja seejärel läbi ülalmainitud aukude) piki leegitoru pikkust (esiosas), et tagada optimaalsed protsessid.

Protsessid gaasiturbiinmootori põlemiskambris.

Leegitoru õhuvoolude arvutimodelleerimine.

Sõltuvalt mootori konstruktsioonist saab põlemistsooni pikendada. Seejärel tuvastatakse vahepealne põlemistsoon, milles kütuse põlemine lõpetatakse. Sellesse tsooni siseneb ka sekundaarne õhk, osaledes ka sel juhul põlemisprotsessis.

Järgmine on segamise (või lahjendamise) tsoon. Selles tsoonis siseneb samade spetsiaalsete aukude kaudu leegitorusse sekundaarne õhk, mis põlemisprotsessis enam ei osale. Segudes gaasiga moodustab see lõpliku temperatuuri põlemiskambrist väljumisel ja selle jaotusväljal (temperatuuriväli).

Teiseks sekundaarse õhu oluliseks funktsiooniks on põlemiskambri elementide jahutamine. Leegitorus toimuvate protsesside käigus saavutatakse põlemisproduktide temperatuur 2000-2200°C. Normaalse jõudluse ja pikaajalise töökindluse tagamiseks ei tohiks aga leegitorude seinte temperatuur ületada 900-950°C (gradient mitte üle 50°C/cm).

Need tingimused on täidetud sekundaarse õhuga jahutamisel. Kaasaegsetes gaasiturbiinmootorites kasutatakse niinimetatud kombineeritud konvektiiv-kile-õhkjahutust. Osa õhust täidab oma ülesandeid konvektiivjahutuse abil.

Gaasiturbiinmootori põlemiskambri seinte jahutamise põhimõtted.

Näiteks leegitoru ja põlemiskambri korpuse vahelisi rõngakujulisi kanaleid läbiv õhk jahutab väljastpoolt leegitoru seinu ning õhk, mis siseneb toru sees olevate aukude ja pragude kaudu ning levib seal mööda seda. seinad moodustavad midagi õhukile-kardina taolist, mille temperatuur on palju madalam kui põlemistsooni temperatuur.

See kile vähendab oluliselt soojusenergia konvektiivset voolu. Õhk on halb soojusjuht ehk sel viisil kaitseb õhukile leegitoru seinu ülekuumenemise eest.

See aga praktiliselt ei mõjuta kiirgavat energiavoogu. Lõppude lõpuks ei toimu mootori pindade kuumenemine mitte ainult konvektsiooni, vaid ka kuumutatud põlemisproduktide soojuskiirguse tõttu.

Põlemiskambri jahutamise põhimõtted.

Jahutusõhk võib põlemistsooni siseneda kas paralleelselt vooluga, antud juhul on juga kombineeritud jahutus, või sellega risti. See on nn kombineeritud perforeeritud jahutus. Siin juhitakse õhku toru seinas olevate väikeste aukude süsteemi kaudu (perforatsioon).

Leegitoru kõiki elemente, nii seinu kui ka esiosa, jahutatakse sarnaselt ning jahutuskanalite konstruktsioonivõimalused on erinevad. Jahutust vajavad ka pihustid, mille kaudu kütust tarnitakse. See toimub nii sama õhu kui ka neid läbiva kütuse tõttu. See eemaldab otsikust liigse kuumuse ning seejärel pihustub ja põleb leegitorus.

Injektorite kohta.

Düüside konstruktsioon ja tööpõhimõte võivad olla erinevad, kuid peamine eesmärk on kvaliteetne pihustamine. Mida väiksemad on tilgad, seda kiiremini ja paremini need aurustuvad ning seda suurem on põlemise täielikkus ja seega ka põlemiskambri kvaliteet.

Pihustamise kvaliteet sõltub muuhulgas kütusejoa kiirusest ja õhuvoolust kompressori taga. Pihustamine on võimalik, kui kütus juhitakse kõrge rõhu all suhteliselt aeglaselt liikuvasse õhku. Seda tüüpi pihustid nimetatakse mehaanilisteks. Kui kütuse rõhk on üsna madal ja vooluhulk suur, siis on need pneumaatilised pihustid.

Mehaaniliste pihustite silmapaistvamad esindajad on laialdaselt kasutatavad tsentrifugaalpihustid. Nendes tarnitakse kütust tangentsiaalselt kõrge rõhu all ja see väljub keerdudes koonuse (loori) kujul.

Pihustamine ise toimub koonuses olevate tsentrifugaaljõudude mõjul. See laguneb tilkadeks, mis segunevad primaarse õhuga. Tsentrifugaaljõududele vastanduvad koonuses oleva petrooleumi pindpinevusjõud.

Sellise pihusti koonuse kuju, loori paksus ja lõpuks ka pihusti kvaliteet sõltuvad suuresti kütuse etteande rõhust. See on tsentrifugaalpihustite peamine puudus.

Tavaliselt on rahuldav pihustamine võimalik rõhul suurusjärgus 100-150 kPa ning hea ja suurepärane 6-12 MPa juures. Kaasaegse lennukimootori töörežiimid (ja seega ka kütusekulu) on aga üsna laia ulatusega ning mootori sügava drosseliga (st kütusekulu vähendamisega) on sageli lihtsalt võimatu tagada head kütuse pihustamist ja seega ka töökindel. mootori töö.

Näiteks olemasolevate arvutuste kohaselt on kütuserõhuga nominaalrežiimil umbes 6–12 MPa (st hea pihustamise korral) rõhk madalal gaasil umbes 4–5,8 kPa. Ja sellise rõhu juures ei ole võimalik saavutada isegi rahuldavat pihustust, see tähendab, et düüsi taga pole kütusekoonust.

Selle puuduse ületamiseks kasutatakse nn kaheastmelisi (kahe kanaliga) pihustid. Neil on kaks düüsi. Tühikäigu- ja käivitusrežiimis töötab keskdüüs (esimene aste), mis on väiksema suurusega ja tagab pihustamise väikese kütusekulu juures.

Kaheastmeline mehaaniline otsik.

Ja kõrgematel režiimidel on ühendatud teine ​​otsik (teine ​​aste) ja need töötavad samaaegselt. See tagab hea pihustamise kõigis režiimides. Sellisel juhul võtab aga teise astme kollektori kütusega täitmine spetsiaalse jaotusklapi kaudu aega, mis võib põhjustada põlemisrežiimi ebastabiilsust. See on kaheastmelise tsentrifugaalpihusti peamine puudus.

Mehaaniliste düüside hulka kuuluvad ka jugapihustid. Need on sisuliselt reaktiivlennukid ja neil on üsna pikk tegevusraadius. Kaasaegsete gaasiturbiinmootorite suhteliselt lühikeste peapõlemiskambrite puhul on see ebamugav, mistõttu neid praktiliselt ei kasutata.

Teatud tüüpi joa on aurustusdüüs. Tema otsik asetatakse aurustitorusse, mida kuumutatakse kütuse aurustamiseks kuumade gaasidega. Nendel pihustitel on positiivsed küljed, nagu lihtsus, kõrge kütusesurve puudumine, vähem kahjulike lämmastikoksiidide emissiooni ja kõige olulisem positiivne omadus – kütuse ühtlane jaotumine põlemistsoonis, st ühtlane temperatuuriväli väljapääsu juures. põlemiskambrisse, mis on turbiinide jaoks väga oluline.

Kuid on ka palju negatiivset. Selline pihusti on tundlik segu koostise ja kütuseliigi suhtes. Aurusti toru on lühiajaline ja võimalikud läbipõlemised. Mootori halb käivitumine kõrgel kõrgusel. Põlemiskambrit saab käivitada ainult põlemissüüturist, mis soojendab aurusti toru.

Lennunduse reaktiivmootoritel, mille kompressoris on kõrge rõhu tõus (sealhulgas kaasaegsed suure kommertslennunduse mootorid), on laialt levinud niinimetatud pneumaatilised õhupihustid.

Õhupihusti diagramm.

Üks õhudüüsi näidistest.

Nendes puruneb kütusekile kahe sisemise ja välise keerleva õhuvoolu toimel pisikesteks tilkadeks. Selline pihusti ei vaja töötamiseks kütusetorustikus suurt survet, mis mõjutab soodsalt kütusepumpade töökindlust ja kasutusiga ning vähendab ka nende kaalu.

Kütuse pihustamine ja õhuga segamine neis on äärmiselt tõhus, mis vähendab oluliselt lämmastikoksiidide ja tahma tekketaset põlemisprotsessis. Tahma koguse vähendamine omakorda vähendab soojuskiirguse taset, mis aitab tõhusamalt jahutada leegitoru seinu.

Lisaks tagavad õhupihustid kütuse pideva ühtlase jaotuse leegitorus mis tahes voolukiirusel. Ja see võimaldab ennustada ja hoida väljalaskeava juures püsivat temperatuurivälja, mis muudab pingi põlemiskambrite peenhäälestamise lihtsamaks.

Midagi süüte kohta.

Töö ajal gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid Kütuse-õhu segu pidev sundsüütamine pole vajalik. Siin on piisavalt palav. Süüte käivitamine, nagu iga mootor, on aga vajalik.

Leegi allikaks on antud juhul süüteküünla kõrgtemperatuuriline elektrilahendus, mis sarnaneb tavalise bensiinimootoriga sisepõlemismootori süüteküünlaga. Kuid ainult sarnased, sest sisepõlemismootorites kasutatakse tavalisi elektrilisi kõrgepinge küünlaid. Nende tühjendusvõimsus sõltub rõhust põlemiskambris ja mida madalam see on, seda väiksem on võimsus. Hooldusseadmetes pumpavad nad selliseid süüteküünlaid kontrollides isegi spetsiaalselt üles.

Lennuki mootorile pole see kasulik, eriti näiteks kõrgelt startimisel. Seetõttu kasutavad kõik kaasaegsed lennunduse gaasiturbiinmootorid nüüd nn madalpinge pooljuhtpinnalahenduse süüteküünlaid, mida välisrõhk ei mõjuta.

Kütuse-õhu segu tegelik süttimine võib toimuda otse süüteküünlast või kasutades spetsiaalseid kütusesüüteid. Viimast kasutatakse tänapäevastel mootoritel sagedamini.

Süüteküünlast põlemiskambri otsese süütamise skeem.

Süütaja on tegelikult miniatuurne põlemiskamber, mille külge on kõige sagedamini paigaldatud lihtne üheastmeline tsentrifugaaldüüs ja süüteküünal otseseks süütamiseks. Usaldusväärsete kõrgelt startide saavutamiseks on tavaliselt tagatud hapnikuvarustus.

Käivituskütus juhitakse süütekambrisse vastavalt põhipõlemiskambrist erinevale kütusevarustuse reguleerimise seadusele, et tagada töökindel ja stabiilne käivitamine.

Süütaja ise on paigaldatud väljaspool põlemiskambrit, tavaliselt selle esiossa, ja see ei puutu kokku kuumade gaasidega (välja arvatud leegi toitetoru). Õhk siseneb sellesse kompressori toimel esiosas olevate spetsiaalsete aukude kaudu ehk on üsna külm.

Süütaja paigaldamine põlemiskambrile.

Süütetoru (toitepõleti) sisestatakse leegitorusse, otse põlemistsooni, et toita seal leegipõleti. Selliste süütajate usaldusväärseks süütamiseks on tavaliselt rohkem kui üks (kaks või kolm), see kehtib eriti torukujuliste ja torukujuliste rõngastega põlemiskambrite kohta.

Materjalide kohta.

Mootori leegitorude piisava tööea tagamiseks ei ole need kunagi võimsuskoormuse all, st ei kuulu mootori jõuahelasse. Lisaks on materjalidel, millest need on valmistatud, kõrged kuumakindluse ja kuumakindluse omadused. Lisaks on selliseid materjale lihtne töödelda ning need on vastupidavad gaasi korrosioonile ja vibratsioonile.

Tavaliselt on need spetsiaalsed kroomi-nikli sulamid. Venemaa metallurgia jaoks on need tüübid Х20Н80Т, ХН60В, ХН70У, ХН38ВТ, Х24Н25Т. Kui põlemiskambrid töötavad temperatuuril kuni 900°C, siis võib kasutada sulameid nagu Kh20N80T, KhN38VT, KhN75MVTYu. Ja temperatuuridele 950-1100°C - XN60V sulam.

Leegitorud ise on kokku pandud keevitamise teel eraldi osadest - sektsioonidest. Sektsioonidevaheliste termiliste pingete vältimiseks tehakse nendevaheline ühendus "madala jäikusega", see tähendab, et see muudetakse elastseks. Selleks tehakse pingekontsentratsioonide vähendamiseks piki sektsiooni generaatorit arvukalt lõikeid, mille otsas on suure läbimõõduga augud. Need on niinimetatud "temperatuuriühendused".

Põlemiskambri sektsioonide ühendamine (elastne).

Lisaks kaetakse leegitorude elemendid seestpoolt spetsiaalsete kuumakindlate emailidega või muidu klaasemailkattega. Nendel kattekihtidel on kaks funktsiooni. Madala soojusjuhtivuse tõttu aitavad need kaitsta leegitoru seinu ülekuumenemise eest. Selline 1mm paksune madala soojusjuhtivuse koefitsiendiga kate võib vähendada seina temperatuuri ligi 100 kraadi võrra.

Lisaks on emailil hea kaitse gaasi korrosiooni eest, st vedelkütuseelementide materjali oksüdeerumise eest gaasis sisalduva vaba hapniku toimel. Töö käigus email kulub järk-järgult ja muutub erosiooninähtuste tõttu õhemaks, kuid seda saab taastada mootori tavapärase remondi käigus. Emailid suurendavad korrosioonikindlust 6-8 korda. Need töötavad temperatuuridel 600-1200°C (olenevalt tüübist).

Sõrmusel KS kaitsev klaasemail.

Üks Venemaal toodetud mootorite (rohkem "vanade" mootorite jaoks) levinumaid emaile on EV-55, mida kasutatakse eelkõige sulamiga 1Х18Н9Т. Muide, sellel on iseloomulik roheline värv, kuna selle koostises on dioksiidi kujul kroom.

Teine levinud email EVK-103 võib töötada pikka aega temperatuuril kuni 1000 ° C ja seda kasutatakse KhN60VT (VZh98) tüüpi sulamite jaoks.

Paljutõotavate sulamite jaoks nagu VZh145 (töötemperatuur kuni 1100°C, VZh155/171 (töötemperatuur kuni 1200°C)) töötatakse välja spetsiaalsed lisandid, mis parandavad seeriaklaasi emailide nagu EVK omadusi.

Lisaks kasutatakse komposiitmaterjale ja keraamikat, mis tõstavad oluliselt perspektiivsete seadmete (komposiitkeraamika koostis VMK-3/VMK-3) töövõimet. Võimalik on töötada välja osi, mis töötavad temperatuuril kuni 1500 °C. Keraamika kasutamise praktikat osade elementide tootmiseks on sõjaväemootoritel juba katsetatud, nüüd on käes kommertsmootorite kord.

Elementide oleku jälgimisest.

Pidevalt tõusev põlemisprotsessi temperatuur ja rõhk gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid nõuavad kaasaegseid meetodeid konstruktsioonielementide seisundi jälgimiseks. Sellega seoses on nii-öelda nii teema kui ka vahendid. Peaaegu kõik olemasolevad ja tulevased põlemiskambrid on üsna hea testitavusega, eriti visuaalse kontrolli osas.

Endoskoobid XLG3 ja XLGo.

Spetsiaalsete boreskoopseadmete kasutamine muudab visuaalse kontrolli ja sisemiste õõnsuste kontrolli üsna lihtsaks. Kõige laialdasemalt (ja mugavamalt) kasutatavad seadmed on XLGO-tüüpi videoendoskoobid (Everest XLGO) või "tõsisem" tehniline endoskoop. GE Inspection Technologies XL G3 VideoProbe.

Leegitorude välispinna kontrollimiseks saab üldiselt kasutada kahte lähenemisviisi. Kõigil kaasaegsetel mootoritel on põlemiskambri väliskorpuses spetsiaalselt boreskoopilisteks kontrollideks mõeldud augud (pordid), mis on suletud kergesti eemaldatavate pistikutega.

Juurdepääsupunktide asukohtade näide põlemiskambri boreskoopilise kontrolli jaoks. Mootor CFM56-3.

Selliste portide kaudu võib boreskoobisond jõuda peaaegu igasse punkti gaasiturbiinmootori põlemiskambri väliskesta all. Kui boreskoobil on pikk painduv ja hea liigendusega sond (näiteks seesama XLGO), siis seda ülesannet lihtsustatakse kordades ning peaaegu iga kahtlase ala seisukorda saab hästi kontrollida ja analüüsida, sh kasutades 3-D analüüsi. kvaliteetsete piltide ja videosalvestuste tegemine.

Samamoodi (teine ​​meetod) saab ülevaatuse teha läbi eemaldatud käivitussüütaja kohas oleva ava. Süütaja eemaldamine ja paigaldamine ei ole tavaliselt keeruline toiming. Sel juhul on võimalik kontrollida nii gaasiturbiinmootori põlemiskambri välist kui ka sisemist õõnsust.

Lisaks saab esiseadmeid ja CS-hajutit kontrollida kompressori viimase etapi boreskoopiliste portide kaudu (turboventilaatormootorite ja turboreaktiivmootorite puhul on see madalrõhukompressor). Samamoodi kontrollitakse leegitoru gaasikollektorit (nagu ka kogu leegitoru seestpoolt) turbiini esimese astme düüsiaparaadi boreskoopiliste avade kaudu.

XLGO pilt põlemiskambri sisepindadest.

CS sisemised õõnsused videoendoskoobi ekraanil.

Sellised pordid (nii kompressoril kui ka turbiinil) on peaaegu kõigil kaasaegsetel gaasiturbiinmootoritel. Need tööd ei nõua mootori demonteerimist ega muid keerukaid demonteerimis- ja paigaldustöid.

Video näitab panoraami XLGO seadme ekraanil gaasiturbiinmootori põlemiskambri kontrollimisel. Huvitav on see, et see on kahetasandiline DAC-põlemiskamber (seda käsitletakse allpool).

Ökoloogilised nüansid.

Kaasaegses globaalse lennuliikluse – nii reisijate kui ka kaubaveo – kasvu tingimustes, ma ütleks, muutub lennukimootorite kasutamise kultuur järjest olulisemaks. See tähendab, et inimene ei muretse mitte ainult lennuki gaasiturbiinmootori suure tõukejõu, vaid ka selle tõhususe ja keskkonnasõbralikkuse pärast.

Keskkonnasõbralikkus on otseselt seotud mootori kahjulike heitgaasidega atmosfääri. Kaasaegsete mootorite (ja seega ka gaasiturbiinmootorite põlemiskambrite) loomisel esitatakse nende arvule nüüd üsna karmid nõuded. See sunnib põlemiskambrite loojaid ja projekteerijaid kasutama uusi, ebatavalisi tehnikaid.

Mis on nende tehnikate olemus ja mis on tegelikult kahjulikud heitmed.

Kütuse (petrooleumi) põlemise (oksüdatsiooni) põhivalem gaasiturbiinmootori põlemiskambris on ligikaudu järgmine: C 12 H 23 + 17,75 O 2 = 12 CO 2 + 11,5 H 2 O

See tähendab, et kaks peamist kütuse põlemisel tekkivat toodet on vesi ja süsinikdioksiid.

Gaasiturbiinmootori põlemiskambrist väljuvad gaasid sisaldavad suurimas koguses: hapnikku O2, lämmastikku N2 ning põlemisel tekkivat süsihappegaasi ja vett. Lisaks on mittetäieliku oksüdatsiooni saadused, nagu CO, põlemata süsivesinikud HC (nt CH4, C2H4), samuti kõrge temperatuuriga dissotsiatsioonist tulenevad lagunemissaadused.

Väiksemates kogustes esineb selliseid aineid nagu SO (tavaliselt kütuses sisalduva väävli oksüdeerumise tulemusena), lämmastikoksiidid NOx, erinevad amiinid, tsüaniidid, aldehüüdid ja polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (väikestes kogustes). Lisaks esineb süsinikku tahma ja suitsu kujul kütuse termilise lagunemise tulemusena selle ülejäägiga piirkondades.

Sellest loetelust ainult neljal esimesel tootel ei ole mürgiseid omadusi ega avaldata kahjulikku mõju atmosfäärile (kuigi see on CO2 suhtes suhteline). Ülejäänud on kuidagi kahjulikud nii atmosfäärile, elusorganismidele kui ka inimesele. Mõned neist on eriti ohtlikud.

Nende hulka kuuluvad lämmastikoksiidid NOx (eriti NO ja NO2), süsinikmonooksiid CO (süsinikmonooksiid), erineva koostisega süsivesinikud CH (kantserogeenid, laialt tuntud bensopüreen C20H12) ja süsinik tahma või suitsu kujul (adsorbeerib toksiine enda külge ja allaneelamisel ei eemaldata sellest).

Nende ainete eraldumine lennukimootorite poolt atmosfääri ( emissioon) on nüüd reguleeritud ICAO üsna rangete erireeglitega (viimati uuendatud standardite kogum CAEP 8, 2010).

Põhiosa lämmastikoksiididest (kuni 90%) tekib aastal gaasiturbiinmootori põlemiskamber nn termilise mehhanismi järgi, kui õhulämmastik oksüdeerub kõrgel temperatuuril hapniku toimel. See tähendab, et NOx-i vähendamiseks on vaja esiteks madalamat põlemistemperatuuri ja teiseks madalamat hapnikukontsentratsiooni, kuigi teise teguri mõju on vähem oluline.

Maksimaalne põlemistemperatuur saavutatakse kütusesõlme stöhhiomeetrilise koostisega (ehk siis, kui õhku on täpselt nii palju, kui on vaja olemasoleva kütusekoguse täielikuks põlemiseks. Kütuse-õhu segu koostist iseloomustav parameeter on juba mainitud liigse õhu koefitsient ( α ) ja antud juhul on see võrdne ühega.

Temperatuuri ja segu koostise mõju lämmastikoksiidide tekkele.

Kuid Tmax juures. tekivad ideaalsed tingimused lämmastikoksiidide veelgi suuremaks tekkeks. Seega nende arvu vähendamise seisukohalt gaasiturbiinmootori põlemiskamber peaks töötama tsoonist α=1 eemal, see tähendab, et kütuseagregaat ei tohiks olla stöhhiomeetriline. Kas rikastatud või kurnatud. Lisaks ei tohiks hästi segatud kütuse-õhu segu (FA) jääda pikka aega kõrge temperatuuriga alale, mis tähendab põlemiskambri väiksemaid teljesuunalisi mõõtmeid.

CO- See on kütuse mittetäieliku põlemise tagajärg, kui hapnikku pole oksüdatsioonireaktsiooni lõpuleviimiseks piisavalt. See juhtub rikka seguga piirkonnas. Kui segu on lahja või stöhhiomeetrilisele lähedane, tekib dissotsiatsiooni tulemusena CO. Seetõttu on selle moodustumise vastu võitlemise viis kütusesõlmede põhjalik segamine ja põlemise täielikkuse parandamine.

CH- gaasis sisalduvad süsivesinikud kütuse termilise lagunemise tagajärjel lihtsamateks komponentideks ja selle mittetäieliku põlemise tulemusena halva segunemise tõttu. Võitlusmeetod on kütusesõlme sama hea segamine pluss selle pikemaajaline põlemistsoonis hoidmine.

Tahm (süsinik). Selle teke sõltub kütuse koostisest, segu segamise kvaliteedist ja kütuse pihustamisest. Rõhu tõustes põlemiskambris suureneb tahma moodustumine.

Traditsioonilised “vanade” mootorite põlemiskambrid, mis on konservatiivse disainiga ja töötavad peaaegu stöhhiomeetrilise koostisega (α=1) segudel, ei vähenda oluliselt kahjulike emissioonide hulka. Vähenenud põlemisefektiivsusega (kuni 88-93%) madala tõukejõu režiimides suurenevad CO ja HC emissioonid ning koormuse suurenemisel tõuseb temperatuur ja vastavalt ka NOx emissioon.

Seetõttu arendavad maailma juhtivad gaasiturbiinmootorite tootjad selle probleemi lahendamiseks ja CAEP-i nõuetele vastavuse saavutamiseks uudseid tehnoloogiaid kasutades uusi madala heitgaasiga kompressoreid.

See töö on CS-s toimuvate protsesside keerukuse ja tundlikkuse tõttu väga raske. Sageli võivad kahjulike emissioonikomponentide (NOx, CO, CH, tahm) teket mõjutavad tegurid olla teatud vastuolus nii omavahel kui ka selliste mootoriparameetritega nagu veojõu ja ökonoomsus.

Näiteks:

Põlemiskambri kasutamine kütuserikkas tsoonis vähendab Nox tekke võimalust, kuid suurendab oluliselt süsiniku emissiooni tahma näol. Lahja segu tsoonis töötamine vähendab lämmastikoksiidide ja tahma hulka, kuid CO ja CH kogused kipuvad suurenema. Lisaks ei taga lahja segu stabiilset süttimist ja töötamist madala tõukejõu režiimides.

Aksiaalsete mõõtmete vähendamine gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid, nagu juba mainitud, vähendab ka moodustunud Nox kogust, kuid samas on taas tendents CO ja CH moodustumise suurenemisele. Selliste kaamerate kõrgel kõrgusel käivitamise võimalused vähenevad.

Üldiselt on mis tahes vastuvõetava otsuse tegemiseks, milline tee valida, kompromiss hädavajalik. Viimase kahe aastakümne jooksul on üsna selgelt esile kerkinud kaks peamist suunda paljulubavate põlemiskambrite loomisel kaasaegsetele mootoritele, millel on kompressoris kõrge rõhu tõus.

Esimene suund. CS töötab disainirežiimis (suur tõukejõud) lahja kütuse-õhu seguga. Sellistes kambrites saavutatakse põhirežiimis kütusesõlmede hea eelsegamine ja kütuse kvaliteetne aurustumine. Kuid selline kamber ei suuda iseseisvalt tagada head süttimist ja põlemist madala tõukejõu režiimides.

Probleemi lahenduse tulemuseks on tavaliselt kahe põlemistsooni loomine: pilootsoon käivitus- ja väikese võimsusega režiimide jaoks, mis töötab rikkalikul segul ja on optimeeritud madalate CO ja CH heitkoguste jaoks ning põhitsoon suure tõukejõu jaoks. konstruktsioonirežiimid, mis töötavad lahja kütusesõlmega.

Mootorid töötavad lahja seguga.

Sellised kahetsoonilised kaamerad (nagu ka kahetasandilised) on disainilt üsna keerukad, neil on suur mass ja hind. Nende valmistamiseks töötati suurte termiliste pingete tõttu (võrreldes traditsiooniliste kaameratega) välja uus nn segmenditehnoloogia.

Iga leegitoru moodustav rõngakujuline sektsioon lõigatakse eraldi segmentideks, mis kinnitatakse spetsiaalsete konksude ja plaatide (tüüblite) abil ühise kanderaami külge. Tulemuseks on "ujuv" või "hingav" struktuur, mis reageerib termilisele koormusele pingevabalt. See võimaldab teil suurendada leegitoru töökindlust ja kasutusiga.

Segmendid võimaldavad kasutada tõhusamat jahutust. Jahutuskanalites korraldatakse paralleelne vastassuunaline õhuvool (konvektsioon) ja sellele järgnev pinna barjäärjahutus.

Lisaks võimaldab segmenteeritud disain kasutada keraamikat põlemiskambri elementide valmistamisel.

Seda tüüpi kaamera kasutamise näide on CFM56 DAC (kahe rõngakujuline põleti), mis on paigaldatud CFM56-5B/7B mootoritele. Selle indikaatorid on diagrammil nähtavad. Ja ka DAC-kamber GE90-94B/115B mootoritel. Kõigile nendele mootoritele on põlemiskambri tüüp paigaldatud lisavõimalusena, see tähendab kliendi soovil.

Põlemiskambri tüüpi DAC CFM56 mootoritele. 1 - pilootsoon, 2 - põhitsoon.

Erinevused kahjulike heitmete koguses (DAC SAC/Dual-Single).

Perspektiivsete tehnoloogiatena ja nende baasil loodud ja lahja segul töötavate põlemiskambritena, mis põhimõtteliselt on mõeldud DAC-tüüpi kambreid asendama, võib nimetada Rolls-Roysi (nagu ka veelgi kaugem väljavaade – CLEAN) ja TAPS (Twin Annular Premixing Swirler) tehnoloogia General Electricult.

Täiustatud põlemiskamber ANTLE tehnoloogiaga.

Seda tüüpi põlemiskambrid töötavad niinimetatud eelsegamise põhimõttel. Lihtsamalt öeldes on siin kindla disainiga õhudüüsid paigutatud spetsiaalsete õhukeeriste plokki. Õhu enda esialgne turbuliseerimine (keerlemine) algab tegelikult juba enne leegitorusse sisenemist.

See disain parandab oluliselt põlemistingimusi ja töökindlust. Põlemistsoonid paiknevad siin järjestikku. Stabiilseks käivitamiseks ja väikese tõukejõuga töötamiseks on ka pilootala. Seda põhimõtet illustreerib lühike video.

Sellistel kambritel on lühendatud teljesuunaline suurus ja leegitorus pole praktiliselt mingeid auke sekundaarse õhu läbilaskmiseks. TAPS-i põlemiskambrid on heitgaaside (Nox, CO, CH) poolest paremad kui DAC-kambrid. Selliseid CS-i on kavas kasutada CFM-56-7B mootoritel.

CS-i teine ​​arengusuund. See on RQL-tehnoloogia. Lühend tähistab: Rich-Burn, Quick-Mix, Lean-Burn Combustor, see tähendab rikkaliku segu põletamist, kiiret segamist ja lahja segu põletamist. See on tegelikult kogu põhimõte.

RQL-kamber on sisuliselt kahetsooniline põlemiskamber, millel on järjestikused põlemistsoonid. Esimene on rikkaliku kütusesõlmega tsoon (joonisel on kütuse liigse koefitsient φ ehk FAR (pöördvõrdeline α või AFR) 1,8). Siin toimub stabiilne põlemine suhteliselt madalal temperatuuril ja vähese hapnikukoguse juures.

Seetõttu on ka tekkivate lämmastikoksiidide hulk väike. Kuid see tekitab üsna palju tuleohtlikke aineid, nagu CO, lihtsad süsivesinikud CH, vesinik H2, aga ka süsinik (tahm). Neid aineid ei saa atmosfääri paisata, seega korraldatakse teine ​​põlemistsoon.

RQL tehnoloogia põhimõte.

RQL põhimõttel töötavad mootorid.

Leegitoru (segisti) seintes olevate spetsiaalsete aukude kaudu antakse lisaõhku, nii et segu muutub lahjaks (φ (FAR) = 0,6). Järgmisena toimub lahja segu põlemine, kus ka Nox teke on väike ning põletatakse “rikkast” tsoonist tuleva CO, CH ja H2. Selle tulemusena väljub gaas põlemiskambrist täiesti vastuvõetava komponentide koostisega (ideaaljuhul).

Selle tehnoloogia põhiliseks “fookuseks” ja probleemiks on tagada gaasivoolu kiire ja kvaliteetne segamine vahefaasis (Quick-Mix), et vältida stöhhiomeetrilise koostisega segu teket (praktiliselt). See võib põhjustada voolu temperatuuri järsu tõusu, millel on soovimatud tagajärjed nii kahjulike heitmete kui ka konstruktsioonielementide töökindluse seisukohast.

Lämmastikoksiidide teke ja RQL põhimõte.

Maailma suurimatel mootoritootjatel on oma arendused, mis kasutavad RQL-tehnoloogiat. Üks kuulsamaid on Pratt & Whitney põlemiskambri TALON (Technology for Advanced Low Nox) arendus. Üks uusimaid valikuid on TALON II PW4158/4168 ja PW6000 mootoritele. Valmimislähedane väljavaade – TALON X järgmine versioon.

Rolls-Roysil on selles osas oma areng - "Tiled Phase 5" põlemiskamber, mis on paigaldatud Trent 500/800/900/1000 mootoritele. GE ettevõte - põlemiskamber, mis on valmistatud kasutades LEC (The Low Emission Combustor) tehnoloogiat.

Rolls-Roysi paljutõotav põlemiskamber.

Kõik ülaltoodud ja ka töös olevad näidised on kaasaegsed ja üsna töökindlad gaasiturbiinmootorite põlemiskambrid ei ole ühel või teisel määral ideaalne. Olulise paranemise saavutamine selles osas ei ole lihtne. Keeruline ja paljuski isegi raske uue CS loomise protsess, mis ületab konstruktiivse konservatiivsuse takistused, edeneb läbi paljude insenertehniliste kompromisside.

Siiski on aksioom, mis ütleb, et progressi ei saa peatada. Ja see on tegelikkuses tõsi. Piisab, kui võrrelda näiteks RD-45 mootorit ja mis tahes kaasaegset, sõjalist ja kommertsmootorit. Ja ajavahemik, mis neid eraldab, pole nii pikk... Ja ikkagi tahan kiiresti...

Praeguseks kõik. Täname, et lugesite lõpuni

Põlemiskambrid Kaasaegsetes õhuklappidega bensiinimootorites kasutatakse valdavalt järgmist tüüpi põlemiskambreid: poolkerakujulised, polüsfäärilised, kiilukujulised, lamedad-ovaalsed, pirnikujulised, silindrilised. Saadaval on segapõlemiskambri valikud. Põlemiskambri kuju määrab klappide asukoht, kolvi krooni kuju, süüteküünla ja mõnikord ka kahe süüteküünla asukoht ning nihutajate olemasolu. Mootori projekteerimisel, arvestades kasutatavat kütust ja etteantud surveastet, esitatakse põlemiskambritele järgmised nõuded: kõrgete põlemiskiiruste tagamine, kütuse oktaaniarvu nõuete vähendamine, minimaalsed kaod jahutusvedelikuga, madal. toksilisus ja valmistatavus. See määratakse kindlaks järgmiste tingimustega:

Kompaktne põlemiskamber;
-segu efektiivne turbuliseerimine põlemisel;
- minimaalse pinna suhe

Põlemiskambrid silindrite töömahuni. Nagu juba märgitud, on üks viis mootori efektiivsuse suurendamiseks surveastme suurendamine. Surveastme piiramise peamiseks põhjuseks on ebanormaalsete põlemisprotsesside oht (detonatsioon, hõõguv süüde, mürin jne). Kaasaegsetes üsna kõrge surveastmega tootmismootorites on nende edasisel suurendamisel suhteliselt väike mõju ja see on seotud mitmete probleemide lahendamise vajadusega. Esiteks on see detonatsiooni tekkimine. Just see määrab surveastme ja põlemiskambri kuju nõuded. Pärast töösegu süütamist sädemega levib leegi front üle kogu põlemiskambri, rõhk ja temperatuur selles laengu osas tõusevad 50...70 baarini ja 2000...2500 C-ni ning leegieelse kemikaali. reaktsioonid toimuvad süüteküünlast kõige kaugemal asuvas töösegu osas. Väntvõlli madalatel pööretel, eriti suure silindrite läbimõõduga mootorites, on nende reaktsioonide aeg mõnikord piisav, et jääklaeng põleks suurel kiirusel (kuni 2000 m/s).

Detonatsioonipõlemine põhjustab lööklainete levimist läbi põlemiskambri suurel kiirusel, põhjustades metallist koputamist, mida mõnikord nimetatakse valesti sõrmede koputamiseks. Lööklaine, mis hävitab madala temperatuuriga gaaside seinakihi, aitab suurendada soojusülekannet silindri seintesse, põlemiskambrisse, klapiplaatidesse ja kolvikroonisse, põhjustades nende ülekuumenemist ja suurendades soojuskadusid mootoris. Tugeva detonatsiooniga töötamine põhjustab mootori üldist ülekuumenemist, võimsuse ja majanduslike näitajate halvenemist. Pikaajalisel intensiivse detonatsiooniga sõidul algab põlemiskambri seinte erosioon, kolvi sulamine ja hõõrdumine, silindri ülaosa suurenenud kulumine õlikile purunemise tõttu, silla soonte vaheliste sildade purunemine. kolvirõngad ja silindripeegli kulumine, silindripea tihendi läbipõlemine. Kütuse oktaaniarvu nõudeid mõjutavate tegurite hulgas on põlemiskambri kompaktsus, mida iseloomustab segu põletatud osa mahu suurenemise määr (% põlemiskambri kogumahust) kui põlemiskambri tihedus. tavaline leegi esiosa liigub süüteküünlast eemale. Kõige kompaktsemad on poolkerakujulised telk-tüüpi põlemiskambrid, mille oktaanarvu nõuded on madalamad. Kuid poolkera- või polüsfäärilistes kambrites surveastme tõstmiseks 9,5...10,5-ni on mõnikord vaja kolvipõhi kumeraks muuta, mis halvendab oluliselt tiheduse astet ja vastavalt suurendab nõudeid oktaanarvule, mis suureneb 3...5 ühikut. Kaasaegsetes mootorites, millel on 4 klappi silindri kohta, asub süüteküünal põlemiskambri keskel. See tagab helitugevuse maksimaalse suurenemise.

Teine dekoputusvastaseid omadusi iseloomustav parameeter on segu turbuliseerumise aste põlemisprotsessi ajal. Turbulisatsiooni intensiivsus sõltub segu voolu kiirusest ja suunast põlemiskambri sissepääsu juures. Üks võimalus intensiivse turbulentsi tekitamiseks on suurendada nihutaja pindala (kolvi põhja ja silindripea tasapinna vahel asuvat ruumala), et turbuliseerida laengut, et suurendada põlemiskiirust. Nihutitel on kiilukujulised, ovaalsed, pirnikujulised põlemiskambrid. Asendades lame-ovaalse põlemiskambri pirnikujulisega, suurendades seeläbi nihutaja pindala ja vähendades samal ajal selle kõrgust UAZ-i automootoritel, oli võimalik suurendada surveastet 0,5 võrra ilma kütusenõudeid muutmata. oktaanarvuga, mille tõttu kütusekulu vähenes 5...7 % ja võimsus suurenes 4... 5 %. UZAM 331 mootorite ja mõnede veoautode mootorite (ZIL-508.10) jaoks muudeti sisselaskeklapi ees oleva laengu keerisliikumise tekitamiseks kanal teokujuliseks. Suurel segukiirusel põhjustas see aga takistuse suurenemise ja vastavalt võimsusnäitajate vähenemise. Seetõttu toodetakse UZAM-i mootorite uusimaid mudeleid tavapärase sisselaskekanaliga. Poolkerakujulistel, polüsfäärilistel silindrilistel põlemiskambritel nihutajat praktiliselt pole, seetõttu on nende detonatsioonivastased omadused (vastavalt detonatsiooniindeksile) halvemad kui nihutajatega kambritel. Mootorite masstootmise ajal võib ühe mudeli mootori tegelik surveaste vända mehhanismi osade mõõtmete ja põlemiskambri mahu kõrvalekallete tõttu oluliselt erineda (ühe ühiku piires). Seetõttu vajab sama mudeli auto sageli erineva oktaanarvuga bensiini. Tegeliku surveastme saab ligikaudselt määrata survemõõturi abil.

A - poolkerakujuline; b - poolkerakujuline nihkega; c - sfääriline; g - telk; d - lame ovaal; e - kiil; h - silindriline põlemiskamber kolvis; g - poolkiil, mille kambri osa on kolvis;