Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

310

Ðèñóíîê 6.4.1_3 – Îñíîâíûå ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðà-

ìåòðû äèôôóçîðà

1 – ïðåääèôôóçîð; 2 – ó÷àñòîê ñ â-

íåçàïíûì ðàñøèðåíèåì

ðàçëè÷íûõ òèïîâ äèôôóçîðîâ. Çäåñü æå ïðèâåäå-

íà ãðàíèöà ðåêîìåíäóåìûõ ñîîòíîøåíèé ìåæäó n

è äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîòðûâíîãî òå÷åíèÿ.

Ó÷àñòîê ñòàáèëèçèðîâàííîãî îòðûâà ïîòîêà

òàê æå èãðàåò áîëüøóþ ðîëü â îðãàíèçàöèè ïðî-

öåññîâ â ÊÑ. Íàçíà÷åíèå ýòîãî ó÷àñòêà ñâîäèòñÿ

ê ñîçäàíèþ ñòàáèëüíûõ (ïî ðåæèìàì äâèãàòåëÿ)

óñëîâèé äëÿ îáòåêàíèÿ æàðîâîé òðóáû ñ ìèíèìàëü-

íûìè ïîòåðÿìè äàâëåíèÿ, îòñóòñòâèåì àâòîêîëå-

áàíèé è ðàâíîìåðíîé ñêîðîñòüþ âäîëü ñòåíîê æà-

ðîâîé òðóáû. Ïîñëåäíåå óñëîâèå íåîáõîäèìî äëÿ

îáåñïå÷åíèÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû ñèñòåìû îõëàæ-

äåíèÿ è îïòèìàëüíîãî âòåêàíèÿ âîçäóõà â æàðîâóþ

òðóáó.

Ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû äèôôóçîðà ÷àùå âñå-

ãî îöåíèâàþò ïî âåëè÷èíå êîýôôèöèåíòà âîññòà-

íîâëåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ

σσ

, êîòîðûé îïðåäåëÿ-

åòñÿ ïî ôîðìóëå:

σ σ

= ∆P*

ππ

= (P*

- P*

ÊÀÍ

) /

ππ

(6.4.1 - 4)

ãäå P*

- ïîëíîå äàâëåíèå íà âõîäå â äèôôóçîð

(íà âûõîäå èç êîìïðåññîðà);

ÊÀÍ

- ïîëíîå äàâëåíèå â ìåæòðóáíîì êàíàëå

ÊÑ (ñðåäíåå äàâëåíèå ìåæäó íàðóæ-

íûì è âíóòðåííèì êàíàëàìè ïðè

êîëüöåâîé ÊÑ).

Íà Ðèñ. 6.4.1_5 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü

σσ

îò

ðàññòîÿíèé ìåæäó äèôôóçîðîì è ãîëîâíîé ÷àñòüþ

æàðîâîé òðóáû L

, äèôôóçîðîì è îñíîâíûìè îò-

âåðñòèÿìè çîíû ãîðåíèÿ L, îò âûñîòû êàíàëà h

è äèàìåòðà ãîëîâíîé ÷àñòè æàðîâîé òðóáû D

(îáî-

çíà÷åíèÿ ñì. Ðèñ. 6.4.1_3). Èç ðèñóíêà ñëåäóåò, ÷òî

óìåíüøåíèå ýòîãî ðàññòîÿíèÿ ïðèâîäèò ê ðîñòó

ïîòåðü äàâëåíèÿ.

Ðèñóíîê 6.4.1_4 - Ãðàíèöû íà÷àëà îòðûââ ïîòîêà

äëÿ ðàçëè÷íûõ òèïîâ äèôóçîðîâ

Ðèñóíîê 6.4.1_5 – Çàâèñèìîñòü ïîòåðü äàâëåíèÿ

â äèôôóçîðå îò ðàññòîÿíèÿ äî

æàðîâîé òðóáû è îñíîâíûõ îò-

âåðñòèé çîíû ãîðåíèÿ

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

311

Ðèñóíîê 6.4.1_6 – Ëèíèè òîêà â äèôôóçîðå è ÊÑ

Â ñîâðåìåííûõ ÊÑ êîýôôèöèåíò âîññòàíîâ-

ëåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ â äèôôóçîðå ñîñòàâëÿåò

0,980…0,985.

Áîëåå ïîäðîáíî àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðè-

ñòèêè äèôôóçîðîâ èññëåäóþòñÿ ñ ïîìîùüþ ïðî-

ãðàììíûõ ïàêåòîâ â òðåõìåðíîé ïîñòàíîâêå (ñì.

Ðèñ. 6.4.1_6) è ïðè ïðîäóâêå ìîäåëåé äèôôóçîðîâ

íà óñòàíîâêàõ.

6.4.2 – Æàðîâàÿ òðóáà

Ïîñëå âûáîðà ñõåìû ÊÑ ïðè âûïîëíåíèè ïðî-

åêòèðîâî÷íûõ ðàñ÷åòîâ îïðåäåëÿþòñÿ îñíîâíûå

ïàðàìåòðû æàðîâîé òðóáû, êîòîðûå ñëóæàò èñõîä-

íûìè äàííûìè äëÿ ðàçðàáîòêè å¸ êîíñòðóêöèè.

Ê íèì îòíîñÿòñÿ:

–îáúåì æàðîâîé òðóáû (ñì. ðàçäåë 6.3.2);

–ðàñïðåäåëåíèå âîçäóõà ïî äëèíå æàðîâîé

òðóáû (ïëîùàäè ïðîõîäíûõ ñå÷åíèé ôðîíòîâîãî

óñòðîéñòâà, êîëè÷åñòâî è ðàçìåðû îòâåðñòèé çîíû

ãîðåíèÿ è ñìåøåíèÿ, êîëè÷åñòâî ïîÿñîâ îõëàæäå-

íèÿ è êîëè÷åñòâî îòâåðñòèé ïî ïîÿñàì) (ñì. ðàçäå-

ëû 6.3.2 è 6.3.3);

–êîëè÷åñòâî ôîðñóíîê è ôðîíòîâûõ óñò-

ðîéñòâ;

–òèï ôðîíòîâîãî óñòðîéñòâà;

- òèï ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ.

Æàðîâàÿ òðóáà â òðóá÷àòûõ è òðóá÷àòî-êîëü-

öåâûõ ÊÑ êàê ïðàâèëî ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé -

ñîáñòâåííî æàðîâîé òðóáû è ãàçîñáîðíèêà (ñì.

Ðèñ. 6.2.1_2, 6.2.1_3 è 6.2.1_4).

Ïðèìåð êîíñòðóêöèè æàðîâîé òðóáû äâèãà-

òåëÿ ÏÑ-90À ïðèâåäåí íà Ðèñ. 6.4.2_1. Â ïåðåäíåé

÷àñòè æàðîâîé òðóáû ðàñïîëîæåíî ÔÓ 1. Äàëåå ïî

äëèíå æàðîâîé òðóáû ðàñïîëàãàåòñÿ îáòåêàåìàÿ

ãîëîâêà 2, çà íåé ñòåíêà, ñîñòîÿùàÿ èç ñåêöèé 3

è ãîôðèðîâàííûõ êîëåö 4, ñâàðåííûõ ìåæäó ñîáîé

òî÷å÷íîé ñâàðêîé. Â êîíñòðóêöèè æàðîâîé òðóáû

ïðèìåíåíà ïëåíî÷íàÿ ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ (ñì.

Ðèñ. 6.4.2.2_4). Íà ïîâåðõíîñòè æàðîâîé òðóáû

âûïîëíÿþò îòâåðñòèÿ 5 äëÿ ïîäâîäà âîçäóõà â çî-

íó ãîðåíèÿ è 6 - â çîíó ñìåøåíèÿ. Îò îñåâûõ ïåðå-

ìåùåíèé æàðîâàÿ òðóáà ôèêñèðóåòñÿ çà êîðïóñ ÊÑ

ñ ïîìîùüþ êðîíøòåéíà 7. Êðîíøòåéí ðàñïîëîæåí

â ïåðåäíåé ÷àñòè ðÿäîì ñ ÔÓ è ôîðñóíêîé, ÷òîáû

óìåíüøèòü âëèÿíèå òåïëîâûõ ïåðåìåùåíèé æàðî-

âîé òðóáû îòíîñèòåëüíî ôîðñóíêè äëÿ îáåñïå÷å-

íèÿ ñòàáèëüíûõ ïàðàìåòðîâ ðàñïûëà è ïåðåìåøè-

âàíèÿ òîïëèâà ñ âîçäóõîì âî ÔÓ. Äëÿ ïåðåáðîñà

ïëàìåíè èç îäíîé æàðîâîé òðóáû â äðóãóþ â ìî-

ìåíò ðîçæèãà òðóáû ñîåäèíåíû ìåæäó ñîáîé ïëà-

ìåïåðåáðàñûâàþùèìè ïàòðóáêàìè 8 è ìóôòàìè 17

(ñì. Ðèñ. 6.2.1_4).

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

312

Ãàçîñáîðíèêè â òðóá÷àòûõ ÊÑ âûïîëíÿþò äëÿ

êàæäîé æàðîâîé òðóáû îòäåëüíî, à â òðóá÷àòî-êîëü-

öåâûõ ÊÑ îíè ìîãóò áûòü êàê îòäåëüíûìè (ñì.

Ðèñ. 6.2.1_3), òàê è êîëüöåâûìè, â êîòîðûå âñòàâ-

ëÿþòñÿ âñå æàðîâûå òðóáû äâèãàòåëÿ ïî êîëüöó.

Äëÿ êîìïåíñàöèè òåìïåðàòóðíûõ ðàñøèðåíèé æà-

ðîâûå òðóáû ñîåäèíÿþòñÿ ñ ãàçîñáîðíèêîì ñ ïî-

ìîùüþ òåëåñêîïè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ. Çàäíèì

ôëàíöåì ãàçîñáîðíèêè îáû÷íî êðåïÿòñÿ çà êîðïóñ

ïåðâîãî ñîïëîâîãî àïïàðàòà òóðáèíû. Ñòåíêè ãà-

çîñáîðíèêà îñíàùàþò ñèñòåìîé îõëàæäåíèÿ. Íà

Ðèñ. 6.2.1_4 ïðèâåäåí ïðèìåð êîíñòðóêöèè êîëü-

öåâûõ ãàçîñáîðíèêîâ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À, ãäå íà-

ðóæíîå è âíóòðåííåå êîëüöà ãàçîñáîðíèêà - òî÷å-

íûå. Â íèõ âûïîëíåíî ïî ñåìü ïîÿñîâ ïîäâîäà

îõëàæäàþùåãî âîçäóõà. Øåñòü ïîÿñîâ èñïîëüçó-

þòñÿ äëÿ îõëàæäåíèÿ ñàìèõ êîëåö, à ñåäüìîé ïîÿñ

– äëÿ îõëàæäåíèÿ íàðóæíîé è âíóòðåííåé ïîëîê

ñîïëîâîãî àïïàðàòà ÒÂÄ. Çàäíÿÿ ÷àñòü êîëüöà ãà-

çîñáîðíèêà íàðóæíîãî ÿâëÿåòñÿ êîðïóñîì ñîïëî-

âîãî àïïàðàòà ÒÂÄ.

Ïðèìåð æàðîâîé òðóáû êîëüöåâîé ÊÑ ïðèâå-

äåí íà Ðèñ. 6.4.2_2. Æàðîâàÿ òðóáà ñîñòîèò èç ôðîí-

òîâîãî óñòðîéñòâà 1, íàðóæíîé 2 è âíóòðåííåé 3

êîëüöåâûõ ñòåíîê, ôðîíòîâîé ïëèòû 4. Äëÿ ñíèæå-

íèÿ ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è íåîáõîäèìî-

ãî ðàñïðåäåëåíèÿ âîçäóõà ïî êîëüöåâûì êàíàëàì

â ïåðåäíåé ÷àñòè æàðîâîé òðóáû, ðàñïîëîæåí îá-

òåêàòåëü 5. Íà ñòåíêàõ âûïîëíåíà ñèñòåìà îõëàæ-

äåíèÿ ïî òèïó, ïðåäñòàâëåííîìó íà Ðèñ. 6.4.2.2_5à.

Íà íàðóæíîé è âíóòðåííåé ñòåíêàõ âûïîëíå-

íû îòâåðñòèÿ 6 äëÿ ïîäâîäà âîçäóõà â çîíû ãîðå-

íèÿ è ñìåøåíèÿ. Îò îñåâûõ è ðàäèàëüíûõ ïåðåìå-

ùåíèé æàðîâàÿ òðóáà çàêðåïëÿåòñÿ çà êîðïóñ ÊÑ

ñ ïîìîùüþ íåñêîëüêèõ êðîíøòåéíîâ 7. Ñîåäèíå-

íèå ñ êîðïóñîì ïåðâîãî ñîïëîâîãî àïïàðàòà âûïîë-

íÿåòñÿ òåëåñêîïè÷åñêèì äëÿ êîìïåíñàöèè òåïëî-

âûõ ðàñøèðåíèé (ñì. Ðèñ. 6.3.4.1_2).

Îòâåðñòèÿ äëÿ ïîäâîäà âîçäóõà â çîíû ãîðå-

íèÿ è ñìåøåíèÿ ìîãóò áûòü êðóãëîé èëè îâàëüíîé

ôîðìû 1, ñ îòáîðòîâêàìè 2 èëè ñ ïàòðóáêàìè 3 (ñì.

Ðèñ. 6.4.2_3). Ôîðìà îòâåðñòèé, èõ ðàçìåðû è êî-

ëè÷åñòâî äîëæíû âûáèðàòüñÿ èç óñëîâèé ìèíè-

ìàëüíûõ ïîòåðü ïðè âòåêàíèè âîçäóõà â æàðîâóþ

òðóáó, îáåñïå÷åíèÿ ñòàáèëüíîãî ðàñõîäà âîçäóõà,

äîñòàòî÷íîé ãëóáèíû ïðîíèêíîâåíèÿ â ãàçîâîç-

äóøíûé ïîòîê è èíòåíñèâíîãî ïåðåìåøèâàíèÿ ââî-

äèìîãî âîçäóõà ñ ãàçîâîçäóøíûì ïîòîêîì íà ìè-

íèìàëüíîé äëèíå æàðîâîé òðóáû. Ìåõàíè÷åñêè

Ðèñóíîê 6.4.2_1 – Æàðîâàÿ òðóáà äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À

1 - ôðîíòîâîå óñòðîéñòâî; 2 - îá-

òåêàåìàÿ ãîëîâêà; 3 - ñèñòåìà îõ-

ëàæäåíèÿ; 4 - îòâåðñòèÿ ïîäâîäà

âîçäóõà â çîíó ãîðåíèÿ è ñìåøå-

íèÿ; 5 - êðîíøòåéí; 6 - ïëàìåïå-

ðåáðàñûâàþùèé ïàòðóáîê

Ðèñóíîê 6.4.2_2 – Æàðîâàÿ òðóáà êîëüöåâîé ÊÑ äâè-

ãàòåëÿ ÏÑ-90À

1 - ôðîíòîâîå óñòðîéñòâî; 2 - íà-

ðóæíàÿ êîëüöåâàÿ ñòåíêà;

3 - âíóò

ðåííÿÿ êîëüöåâàÿ ñòåíêà;

4 - ôðîíòîâàÿ ïëèòà; 5 - îáòåêà-

òåëü; 6 - îòâåðñòèÿ ïîäâîäà âîçäó-

õà â çîíó ãîðåíèÿ è ñìåøåíèÿ;

7 - êðîíøòåéí

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

313

îáðàáîòàííûå îòâåðñòèÿ êðóãëîãî ñå÷åíèÿ èìåþò

áîëåå âûñîêóþ ñòàáèëüíîñòü ðàñõîäà âîçäóõà.

Â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïðîáèâ-

íîé ñïîñîáíîñòè âîçäóøíîé ñòðóè èñïîëüçóþò

ñêîðîñòíîé íàïîð âîçäóõà – íàä îòâåðñòèåì ñ íà-

ðóæíîé ñòîðîíû æàðîâîé òðóáû óñòàíàâëèâàþò

âîçäóõîçàáîðíèê 4. Ïðèìåíåíèå ñìåñèòåëüíûõ

ïàòðóáêîâ äëÿ ïîäâîäà âòîðè÷íîãî âîçäóõà, â îñ-

íîâíîì, â êîëüöåâûõ ÊÑ, âûçâàíî íåîáõîäèìîñòüþ

ïðîáèâàòü áîëüøóþ òîëùèíó ãàçîâîãî ïîòîêà äëÿ

îáåñïå÷åíèÿ áîëåå ðàâíîìåðíîãî ïîëÿ òåìïåðàòóð

íà âûõîäå èç ÊÑ. Óñòàíîâêà ïàòðóáêîâ â ïîòîêå ãàçà

ñ âûñîêîé òåìïåðàòóðîé òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ îõ-

ëàæäåíèÿ ïàòðóáêîâ, îñîáåííî â èõ ïåðåäíåé ÷àñ-

òè, íàïðèìåð, ÷åðåç ùåëè 5.

Äëÿ èçãîòîâëåíèÿ æàðîâûõ òðóá è ãàçîñáîð-

íèêîâ ïðèìåíÿþò ñëåäóþùèå ìàòåðèàëû:

- íåðæàâåþùóþ ñòàëü - äî òåìïåðàòóðû 800°Ñ;

- æàðîñòîéêèå ñïëàâû íà íèêåëåâîé è õðîìè-

ñòîé îñíîâå - äî òåìïåðàòóðû 900…1100°Ñ.

Íîâûìè ìàòåðèàëàìè äëÿ èçãîòîâëåíèÿ æàðî-

âûõ òðóá ÿâëÿþòñÿ ñòðóêòóðîñòàáèëüíûå æàðî-

ïðî÷íûå ñïëàâû íà íèêåëåâîé è õðîìèñòîé îñíî-

âå, îòëè÷àþùèåñÿ ïîâûøåííîé êðàòêîâðåìåíí

îé

è äëèòåëüíîé ïðî÷íîñòüþ, òåðìîñòîéêîñòüþ è òåõ-

íîëîãè÷íîñòüþ. Èõ ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà ñîñòàâëÿ-

åò 1100…1200°Ñ. Ïðèìåíåíèå ýòèõ ìàòåðèàëîâ

Ðèñóíîê 6.4.2_3 – Ñïîñîáû ïîäâîäà âîçäóõà

1 – êðóãëûå ìåõàíè÷åñêè îáðàáî-

òàííûå îòâåðñòèÿ; 2 - îòâåð-

ñòèÿ ñ îòáîðòîâêîé; 3 - ñìåñè-

òåëüíûé ïàòðóáîê;

4 – âîçäóõîçàáîðíèê; 5 – ñèñòåìà

îõëàæäåíèÿ ïàòðóáêà

ìîæåò ïîâûñèòü ðåñóðñ æàðîâîé òðóáû â ïîëòîðà -

äâà ðàçà.

Ïåðñïåêòèâíûìè ìàòåðèàëàìè äëÿ èçãîòîâëå-

íèÿ æàðîâûõ òðóá òàêæå ÿâëÿþòñÿ ïîðîøêîâûå ñïëà-

âû íà îñíîâå èíòåðìåòàëëèäîâ Ni

Al, NiAl, FeCrAl,

ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ òåïëîíàïðÿæåííûõ êîíñòðóê-

öèé, ðàáîòàþùèõ äî òåìïåðàòóðû 1200…1300°Ñ.

Âûñîêàÿ æàðîñòîéêîñòü, ñòîéêîñòü ê êàðáèäîîáðà-

çîâàíèþ, âîäîðîäíîìó è ñóëüôèäíîìó ðàñòðåñêèâà-

íèþ ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, æàðîïðî÷íîñòü è îò-

íîñèòåëüíî íèçêàÿ ïëîòíîñòü îáóñëàâëèâàþò èõ

ïðåèìóùåñòâî ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ìà-

òåðèàëàìè.

Îòðàñëåâûìè èíñòèòóòàìè âåäóòñÿ ðàáîòû íàä

êåðàìè÷åñêèìè ìàòåðèàëàìè ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà,

êîòîðûõ áóäåò 1500°Ñ è âûøå.

6.4.2.1 – Ôðîíòîâûå óñòðîéñòâà

Ïðàêòè÷åñêè âñå èçâåñòíûå ÊÑ èìåþò ñâîè,

îòëè÷àþùèåñÿ ïî êîíñòðóêöèè ÔÓ. Êëàññè÷åñêè-

ìè ïðèìåðàìè ÔÓ â âèäå ïëîõî îáòåêàåìûõ òåë

ÿâëÿþòñÿ ùåëåâàÿ ãîëîâêà æàðîâîé òðóáû 1 è êî-

íè÷åñêèå íàñàäêè 2, óñòàíàâëèâàåìûå â ïåðåäíåé

÷àñòè æàðîâîé òðóáû (ñì. Ðèñ. 6.4.2.1_1). Òàêèå ÔÓ

èìåþò ïîâûøåííûå ãèäðàâëè÷åñêèå ñîïðîòèâëå-

íèÿ, â íèõ íåäîñòàòî÷íî ïîëíî ïðîèñõîäèò ñìåñå-

îáðàçîâàíèå, âñëåäñòâèå ÷åãî ïîëó÷àåòñÿ ñðàâíè-

òåëüíî íåâûñîêàÿ ïîëíîòà ñãîðàíèÿ è âûñîêèé

óðîâåíü ýìèññèè.

Îäíèì èç ñïîñîáîâ ïîëó÷åíèÿ â ïåðâè÷íîé

çîíå ÊÑ îäíîðîäíîé ÒÂÑ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå

èñïàðèòåëüíûõ ÔÓ (ñì. Ðèñ. 6.2.1_6).

Â ÔÓ ñ îñåâûì 4 èëè ðàäèàëüíûì 5 ëîïà-

òî÷íûìè çàâèõðèòåëÿìè (ñì. Ðèñ. 6.4.2.1_1) ðàç-

ìåðû çîíû îáðàòíûõ òîêîâ îïðåäåëÿþòñÿ ñòåïå-

íüþ êðóòêè ïîòîêà. Ñòåïåíü êðóòêè ïîòîêà

çàâèñèò îò ñêîðîñòè èñòå÷åíèÿ âîçäóõà èç çàâèõ-

ðèòåëÿ è óãëà óñòàíîâêè ëîïàòîê.

Ãèäðàâëè÷åñêèå

ïîòåðè â çàâèõðèòåëüíûõ ÔÓ çíà÷èòåëüíî íèæå,

÷åì â ùåëåâûõ è êîíóñíûõ.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ â ÊÑ, â îñíîâíîì, ïðèìå-

íÿþòñÿ êîìáèíèðîâàííûå 6 çàâèõðèòåëüíûå ÔÓ.

Â íèõ ïîìèìî ôóíêöèè ñòàáèëèçàöèè ïëàìåíè

îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðåäâàðèòåëüíàÿ ïîäãîòîâêà ÒÂÑ

(ðàñïûëèâàíèå, ñìåøåíèå äî íóæíîé êîíöåíòðà-

öèè è ñòåïåíè îäíîðîäíîñòè). Ñîâðåìåííûå çàâèõ-

ðèòåëüíûå ÔÓ ñîñòîÿò èç äâóõ è áîëåå îñåâûõ,

ñòðóéíûõ 7 è (èëè) ðàäèàëüíûõ çàâèõðèòåëåé

è ñîïëîâûõ íàñàäêîâ 8 ðàçëè÷íîé êîíôèãóðàöèè

(ñì. Ðèñ. 6.4.2.1_1). Ñ ïîìîùüþ òàêèõ ÔÓ ìîæíî

îáåñïå÷èòü ïðàêòè÷åñêè âñå ïðåäúÿâëÿåìûå â íàñ-

òîÿùåå âðåìÿ òðåáîâàíèÿ.

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

314

ÔÓ îáû÷íî èçãîòàâëèâàþò ìåòîäàìè òî÷íîãî

ëèòüÿ ñ ïîñëåäóþùåé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêîé

íåêîòîðûõ ïîâåðõíîñòåé äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåîáõî-

äèìîé òî÷íîñòè è øåðîõîâàòîñòè îáðàáîòêè ïîâåð-

õíîñòè. Ìàòåðèàëû äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ÔÓ - íèêå-

ëåâûå ñïëàâû.

ÔÓ êðåïÿòñÿ íà æàðîâûõ òðóáàõ òðóá÷àòûõ

è òðóá÷àòî-êîëüöåâûõ ÊÑ ïðè ïîìîùè ñâàðêè èëè

êëåïêè. Â êîëüöåâûõ ÊÑ ÔÓ êðåïÿòñÿ ñ ïîìîùüþ

ïîäâèæíûõ ñîåäèíåíèé, êîòîðûå êîìïåíñèðóþò

òåìïåðàòóðíûå ðàñøèðåíèÿ è íåòî÷íîñòè ìîíòà-

æà ôîðñóíîê.

Ðàçðàáîòêà ñîâðåìåííûõ ÔÓ, ñîñòîÿùèõ èç

êàñêàäà îñåâûõ è (èëè) òàíãåíöèàëüíûõ çàâèõðè-

òåëåé, ñòðóéíûõ ñìåñèòåëåé è íåñêîëüêèõ ñîïëî-

âûõ íàñàäêîâ ðàçëè÷íîé êîíôèãóðàöèè ÿâëÿåòñÿ

ñëîæíîé çàäà÷åé. Îíà ðåøàåòñÿ çà íåñêîëüêî ïîñ-

ëåäîâàòåëüíûõ ðàñ÷åòíûõ, êîíñòðóêòîðñêèõ, èññëå-

äîâàòåëüñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ øàãîâ, â ðå-

Ðèñóíîê 6.4.2.1_1 – Ôðîíòîâûå óñòðîéñòâà ÊÑ

1 – ùåëåâàÿ ãîëîâêà; 2 – êîíè÷åñêèé íàñàäîê; 3 – èñïàðèòåëüíîå ÔÓ; 4 – îñåâîé ëîïàòî÷-

íûé çàâèõðèòåëü; 5 - ðàäèàëüíûé ëîïàòî÷íûé çàâèõðèòåëü; 6 - êîìáèíèðîâàííîå çàâèõ-

ðèòåëüíîå ÔÓ; 7 – ñòðóéíûé çàâèõðèòåëü; 8 - ñîïëîâîé íàñàäîê

çóëüòàòå êîòîðûõ äîëæíû áûòü îáåñïå÷åíû çàäàí-

íûå õàðàêòåðèñòèêè è òðåáîâàíèÿ ê ÊÑ, èçëîæåí-

íûå â ðàçäåëå 6.1.

Âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòîâ èññëåäóþòñÿ ïðàê-

òè÷åñêè âñå õàðàêòåðèñòèêè ÊÑ:

–òîíêîñòü ðàñïûëà òîïëèâà (âìåñòå ñ ôîðñóí-

êîé);

–ðàñõîä âîçäóõà ÷åðåç ÔÓ;

–ñòðóêòóðà òå÷åíèÿ çà ÔÓ, âåëè÷èíà çîíû îá-

ðàòíûõ òîêîâ;

–îòñóòñòâèå ïðîñêîêà ïëàìåíè íà âñåõ ðåæè-

ìàõ äâèãàòåëÿ;

–îòñóòñòâèå íàãàðîîáðàçîâàíèÿ íà âñåõ ðåæè-

ìàõ äâèãàòåëÿ;

–îòñóòñòâèå ïóëüñàöèîííîãî ãîðåíèÿ;

–ïîëíîòà ñãîðàíèÿ;

–õàðàêòåðèñòèêè ðîçæèãà è îáëàñòü óñòîé÷è-

âîãî ãîðåíèÿ;

–âëèÿíèå íà ïîëÿ òåìïåðàòóð;

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

315

–òåìïåðàòóðíîå ñîñòîÿíèå ñòåíîê æàðîâûõ

òðóá.

ÔÓ ýòî èìåííî òîò óçåë, êîòîðûé êîíñòðóêòî-

ðû ÊÑ, ñîçäàâ îäíàæäû, ñòàðàþòñÿ íå ìåíÿòü, åñëè

îí îáåñïå÷èâàåò òðåáóåìûå õàðàêòåðèñòèêè.

Ïðèíöèï ðàáîòû ÔÓ ðàññìîòðèì íà ïðèìåðå

ðàáîòû òèïè÷íîãî ÔÓ, îáðàçîâàííîãî ëîïàòî÷íûì

çàâèõðèòåëåì 1 è ïåðåõîäíûì êîíóñîì 2 ìåæäó

çàâèõðèòåëåì è öèëèíäðè÷åñêîé ÷àñòüþ æàðîâîé

òðóáû. Ñõåìàòè÷íî ñòðóêòóðà ïîòîêà, îáðàçóþùà-

ÿñÿ çà ïîäîáíûì ÔÓ, ïîêàçàíà íà Ðèñ. 6.4.2.1_2.

Ôèçè÷åñêàÿ îñíîâà ñòàáèëèçàöèè ïëàìåíè çàê-

ëþ÷àåòñÿ â ñîçäàíèè â ãîëîâíîé ÷àñòè æàðîâîé òðó-

áû çîíû ïîíèæåííîãî äàâëåíèÿ, êîòîðàÿ îáðàçóåò-

ñÿ çà ñ÷åò ýæåêöèè ãàçà êîíè÷åñêîé ñòðóåé âîçäóõà

3, ñîçäàííîé çàâèõðèòåëåì. Îòòîê ãàçà èçíóò

ðè êî-

íè÷åñêîé ñòðóè êîìïåíñèðóåòñÿ åãî äîáàâëåíèåì

èç ó÷àñòêîâ, ðàñïîëîæåííûõ íåñêîëüêî äàëüøå îò

ÔÓ. Âñëåäñòâèå ýòîãî îáðàçóåòñÿ çîíà îáðàòíûõ

òîêîâ 4, â êîòîðîé ÷àñòü ãîðÿ÷èõ ãàçîâ äâèæåòñÿ

íàâñòðå÷ó îñíîâíîìó ïîòîêó âîçäóõà. Ðàñïûëåí-

íîå òîïëèâî 5 ïîäàåòñÿ ôîðñóíêîé 6 â çîíó îáðàò-

íûõ òîêîâ. Åñëè ñìåñü â ÊÑ âîñïëàìåíèòü, òî ñòà-

áèëèçàöèÿ ïëàìåíè 7 îñóùåñòâëÿåòñÿ âáëèçè

âíåøíåé ãðàíèöû çîíû îáðàòíûõ òîêîâ 8.

Ñòðóêòóðà ïîòîêà â ãîëîâíîé ÷àñòè æàðîâîé

òðóáû, ïðåäñòàâëåííàÿ íà Ðèñ. 6.4.2.1_2 ñ ïîìîùüþ

ýïþðû ñêîðîñòåé 9, ýïþðû äàâëåíèé 10 è ëèíèé

òîêîâ 11, êàê ïðè õîëîäíîé ïðîäóâêå, òàê è íà ðà-

áîòàþùåé ÊÑ êà÷åñòâåííî îäèíàêîâà.

Íî çîíà îá-

ðàòíûõ òîêîâ íà ðàáîòàþùåé ÊÑ èìååò ìåíüøèå

ðàçìåðû. Òåïëîâûäåëåíèå â àêòèâíîì ïîòîêå ïðè-

âîäèò ê ðàñøèðåíèþ ãàçà, íî ïðè íàëè÷èè ñòåíîê

ãàç ìîæåò ðàñøèðÿòüñÿ òîëüêî â íàïðàâëåíèè ê

îñè

ÊÑ è îñíîâíîãî äâèæåíèÿ, ÷òî è ïðèâîäèò ê ïîä-

æàòèþ è óêîðî÷åíèþ çîíû îáðàòíûõ òîêîâ.

Îäíî èç îñíîâíûõ òðåáîâàíèé ê ÊÑ, êîòîðîå

îáåñïå÷èâàåòñÿ â îñíîâíîì ñ ïîìîùüþ ÔÓ - øèðî-

êèå ïðåäåëû óñòîé÷èâîãî ãîðåíèÿ. Ïðåäåëû óñòîé-

÷èâîãî ãîðåíèÿ îáû÷íî ïðåäñòàâëÿþò â ôîðìå ãðà-

íèö ñòàáèëèçàöèè ïëàìåíè, êîòîðûå ðàçäåëÿþò

îáëàñòü óñòîé÷èâîãî è íåóñòîé÷èâîãî ãîðåíèÿ. Îá-

ëàñòü ñòàáèëèçàöèè ïëàìåíè èçîáðàæàåòñÿ â êîîðäè-

íàòàõ êîýôôèöèåíòà èçáûòêà âîçäóõà

αα

è ñêîðîñòè

â ìèäåëåâîì ñå÷åíèè ÊÑ. Òàêèì îáðàçîì, íà êàæ-

äîé ñêîðîñòè â ÊÑ ñóùåñòâóþò çíà÷åíèÿ a, ïðè êî-

òîðûõ ïðîèñõîäèò ñðûâ ïëàìåíè: «áîãàòûé» ñðûâ

ïðè

αα

min

è «áåäíûé» ñðûâ ïðè

αα

max

. Ãðàíèöû îáëàñ-

òè ñòàáèëüíîãî ãîðåíèÿ íàçûâàþò áåäíîé è áîãàòîé

ãðàíèöåé. Ñóùåñòâóåò ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü, ïðè

êîòîðîé íàñòóïàåò ïðåêðàùåíèå ãîðåíèÿ ïðè ëþ-

áîì çíà÷åíèè

αα

(ñì. Ðèñ. 6.4.2.1_3).

Ðèñóíîê 6.4.2.1_2 – Ñòðóêòóðà ïîòîêà è ñòàáèëè-

çàöèÿ ïëàìåíè çà ôðîíòîâûì

óñòðîéñòâîì êàìåðû ÃÒÄ

1 - ëîïàòî÷íûé çàâèõðèòåëü;

2 - ïåðåõîäíûé êîíóñ; 3 - êîíè-

÷åñêàÿ ñòðóÿ âîçäóõà; 4 – çîíà

îáðàòíûõ òîêîâ; 5 – òîïëèâ-

íûé êîíóñ; 6 - ôîðñóíêà;

7 – çîíà ñòàáèëèçàöèè ïëàìåíè;

8 – ãðàíèöà çîíû îáðàòíûõ òî-

êîâ; 9 - ýïþðà îñåâûõ ñêîðîñòåé;

10 – ýïþðà äàâëåíèé;11 – ëèíèè

òîêîâ

Ðèñ.6.4.2.1_3 - Îáëàñòü óñòîé÷èâîãî ãîðåíèÿ è

âîñïëàìåíåíèÿ

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

316

6.4.2.2 – Ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ

æàðîâîé òðóáû

Â ïðîöåññå ãîðåíèÿ â ÊÑ ñòåíêè æàðîâîé òðó-

áû íàãðåâàþòñÿ êîíâåêöèåé è òåïëîâûì èçëó÷åíè-

åì îò ãîðÿ÷èõ ãàçîâ (â îñíîâíîì óãëåêèñëîãî ãàçà

è âîäÿíîãî ïàðà) è òâåðäûõ ÷àñòèö (â îñíîâíîì

ñàæè). Åñëè ñòåíêè æàðîâîé òðóáû íå îõëàæäàòü ñïå-

öèàëüíûì îáðàçîì, òî èõ îõëàæäåíèå ïðîèñõîäèò

òîëüêî çà ñ÷åò êîíâåêòèâíîãî îòâîäà òåïëà

ê âîçäó-

õó, îáòåêàþùåìó æàðîâûå òðóáû ñíàðóæè, è ïó-

òåì èçëó÷åíèÿ íà êîðïóñà ÊÑ.

Ïðè âûñîêèõ ïàðàìåòðàõ ñîâðåìåííûõ äâè-

ãàòåëåé áåç ñïåöèàëüíîãî îõëàæäåíèÿ ñòåíêè æà-

ðîâîé òðóáû ìîãóò ðàçîãðåâàòüñÿ äî ïðåäåëüíûõ

òåìïåðàòóð è ïðîãîðàòü. Êðîìå òîãî â ýòèõ óñëî-

âèÿõ íàãðåâ è òåïëîñúåì ïðîèñõîäèò íåðàâíîìåð-

íî, è íà ïîâåðõíîñòè ñòåíîê îáðàçóåòñÿ áîëüøîé

ãðàäèåíò òåìïåðàòóð, ÷òî ïðèâîäèò ê èõ êîðîáëå-

íèþ. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ çàäàííîãî ðåñóðñà æàðîâîé

òðóáû íåîáõîäèìî, ÷òîáû òåìïåðàòóðà è ãðàäèåíò

òåìïåðàòóð íà åå ñòåíêå íå ïðåâûøàëè ïðåäåëü-

íûõ çíà÷åíèé õàðàêòåðèñòèê ïðèìåíÿåìûõ ìàòå-

ðèàëîâ. Íàïðèìåð, äëÿ íèêåëåâûõ ñïëàâîâ ìàêñè-

ìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ñîñòàâëÿåò 850…900°Ñ ïðè

äëèòåëüíîé ðàáîòå, 1000…1100°Ñ ïðè êðàòêîâðå-

ìåííîì íàãðåâå, ãðàäèåíò òåìïåðàòóð - íå áîëåå

50°Ñ/ìì. Äëÿ âûïîëíåíèÿ ýòîãî óñëîâèÿ ñòåíêè

æàðîâûõ òðóá îñíàùàþò ñèñòåìàìè îõëàæäåíèÿ.

Ñ ïîìîùüþ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ óâåëè÷èâàåò-

ñÿ êîíâåêòèâíûé îòâîäà òåïëà ê îáòåêàþùåìó âîç-

äóõó. Êðîìå ýòîãî íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè æà-

ðîâîé òðóáû (â áîëüøèíñòâå ñèñòåì îõëàæäåíèÿ)

ñîçäàåòñÿ çàâåñà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà, êîòîðàÿ

ïðåäîòâðàùàåò íàãðåâ ñòåíîê îò êîíâåêòèâíîãî

òåïëà ãîðÿ÷èõ ãàçîâ. Â çîíå èíòåíñèâíîãî òåïëî-

âîãî èçëó÷åíèÿ, ãäå âîçäóøíàÿ çàâåñà íå ïðåäîõ-

ðàíÿåò ñòåíêè îò íàãðåâà, âîçäóøíàÿ ïåëåíà îõëàæ-

äàþùåãî âîçäóõà êîíâåêöèåé ñíèìàåò òåïëî ñî

ñòåíîê æàðîâîé òðóáû. Äëÿ íàïðàâëåíèÿ ïîòîêà

âîçäóõà âäîëü âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè âûïîëíÿ-

þò ðàçäåëåíèå ñòåíîê ïî äëèíå íà ñåêöèè, â ñîå-

äèíåíèÿõ êîòîðûõ âûïîëíÿþò îòâåðñòèÿ èëè ùåëè

äëÿ ïðîõîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà.

Ðàçëè÷àþò ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ êîíâåêòèâíûå,

ïëåíî÷íûå, êîíâåêòèâíî-ïëåíî÷íûå. Îäíàêî, ïðàê-

òè÷åñêè ëþáàÿ èç ïåðå÷èñëåííûõ ñèñòåì â ðàçëè÷-

íîé ñòåïåíè ÿâëÿåòñÿ êîìáèíèðîâàííîé â çàâèñè-

ìîñòè îò ïðåîáëàäàþùåãî ñïîñîáà òåïëîñúåìà.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÷àùå âñòðå÷àþòñÿ â êîí-

ñòðóêöèÿõ æàðîâûõ òðóá äâå ðàçíîâèäíîñòè êîí-

âåêòèâíîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ.

Ïåðâàÿ - îäíîñëîéíàÿ (ñì. Ðèñ. 6.4.2.2_1), ãäå

îõëàæäåíèå ñòåíêè æàðîâîé òðóáû ïðîèñõîäèò çà

ñ÷åò ñúåìà òåïëà ïîòîêîì âîçäóõà, îáòåêàþùåãî

æàðîâóþ òðóáó ñíàðóæè. Ïðè ïðèìåíåíèè òàêîãî

îõëàæäåíèÿ ñ âíåøíåé ñòîðîíû ñòåíêè æàðîâûõ

òðóá âûïîëíÿþò ïðîäîëüíûå èëè ïîïåðå÷íûå ðåá-

ðà (îòíîñèòåëüíî ïîòîêà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà)

äëÿ óâåëè÷åíèÿ òåïëîñúåìà. Âíóòðåííþþ ïîâåðõ-

íîñòü âûïîëíÿþò ãëàäêîé, êàê ïðàâèëî, ñ íàíåñå-

íèåì òåïëîçàùèòíîãî ïîêðûòèÿ.

Âòîðàÿ - äâóõñëîéíàÿ (ñì. Ðèñ. 6.4.2.2_2). Çäåñü

íàðóæíàÿ ñòåíêà 1 âûïîëíÿåòñÿ ñ ìåëêèìè îòâåð-

ñòèÿìè 2, ÷åðåç êîòîðûå îõëàæäàþùèé âîçäóõ 3

ñòðóéêàìè íàòåêàåò è óäàðÿåòñÿ î âíóòðåííþþ

ñòåíêó 4. Óäàðíîå íàòåêàíèå âîçäó

õà óâåëè÷èâàåò

ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ. ×àñòî ïðè èñïîëüçîâà-

Ðèñóíîê 6.4.2.2_1 – Îäíîñëîéíàÿ êîíâåêòèâíàÿ

ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ

1 – îõëàæäàþùèé âîçäóõ;

2 – ðåáðî

Ðèñóíîê 6.4.2.2_2 – Äâóõñëîéíàÿ êîíâåêòèâíàÿ

ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ

1 – íàðóæíàÿ ñòåíêà; 2 - îòâåð-

ñòèÿ ïîäâîäà îõëàæäàþùåãî

âîçäóõà; 3 – îõëàæäàþùèé âîç-

äóõ; 4 – âíóòðåííÿÿ ñòåíêà; 5 –

ðåáðî

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

317

íèè òàêîé ñõåìû îõëàæäåíèÿ äëÿ ñíèæåíèÿ òðóäî-

åìêîñòè èçãîòîâëåíèÿ îáå ñòåíêè äåëàþò ãëàäêèìè.

Íî èíîãäà äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôô

åêòèâíîñòè òåïëîñúå-

ìà íà âíåøíåé ñòîðîíå âíóòðåííåé ñòåíêè âûïîë-

íÿþò ïðîäîëüíûå èëè ïîïåðå÷íûå ðåáðà 5

Â êîíñòðóêöèè æàðîâûõ òðóá ïëåíî÷íàÿ ñèñ-

òåìà îõëàæäåíèÿ ïîëó÷èëà øèðîêîå ðàñïðîñòðà-

íåíèå. Èñïîëíåíèå ýòèõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ðàç-

ëè÷íî. Îñòàíîâèìñÿ íà íåñêîëüêèõ êîíñòðóêöèÿõ.

Â ðàííèõ ðàçðàáîòêàõ ÃÒÄ íà æàðîâûõ òðó-

áàõ ïðèìåíÿëàñü ïëåíî÷íàÿ ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ

ñâàðíîé êîíñòðóêöèè, êîòîðàÿ (ñì. Ðèñ. 6.4.2.2_3)

ñîñòîèò èç íàáîðà îòäåëüíûõ ñåêöèé 1, øòàìïî-

âàííûõ èëè âûêàòàííûõ èç ëèñòîâîãî ìàòåðèàëà

òîëùèíîé 0,8…1,5ìì ñ êîëüöåâûìè ðåáðàìè 2.

Ñåêöèè ñâàðåíû ìåæäó ñîáîé êîíòàêòíîé ñâàðêîé

3 ñ îáðàçîâàíèåì â ìåñòàõ ñîåäèíåíèÿ êîëüöåâîé

ùåëè 4. Îõëàæäàþùèé âîçäóõ 5 ñêâîçü îòâåðñòèÿ

â ñåêöèè ïîïàäàåò â êîëüöåâóþ ùåëü è äàëåå íà-

ïðàâëÿåòñÿ âäîëü ñòåíêè æàðîâîé òðóáû (ñî ñòî-

ðîíû ïðîöåññà ãîðåíèÿ), îáðàçóÿ çàãðàäèòåëüíóþ

ïëåíêó 6. Ýòà ïëåíêà çàùèùàåò ñòåíêó æàðîâîé

òðóáû îò ãîðÿ÷èõ ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ. Ïî ìåðå

óäàëåíèÿ îò ùåëè çàùèòíàÿ ïëåíêà ïîñòåïåííî

ïåðåìåøèâàåòñÿ ñ ãîðÿ÷èìè ãàçàìè è ðàçìûâàåòñÿ.

Åå çàùèòíûå ñâîéñòâà ïàäàþò, ïîýòîìó ñåêöèè

æàðîâîé òðóáû ñ òàêîé ñèñòåìîé îõëàæäåíèÿ èìå-

Ðèñóíîê 6.4.2.2_3 – Ïëåíî÷íàÿ ñèñòåìà îõëàæäå-

íèÿ èç ñâàðíûõ ñåêöèé

1 – ñåêöèÿ; 2 – êîëüöåâûå ðåáðà;

3 - êîíòàêòíàÿ ñâàðêà; 4 – êîëü-

öåâàÿ ùåëü; 5 – îõëàæäàþùèé

âîçäóõ; 6 - çàãðàäèòåëüíàÿ ïëåí-

êà; 7 - êîìïåíñèðóþùèå ïðîðåçè,

8 – óïîð

Ðèñóíîê 6.4.2.2_4 – Ïëåíî÷íàÿ ñèñòåìà îõëàæäå-

íèÿ ñ ãîôðèðîâàííûì êîëüöîì

[6.9.13]

1 – ñåêöèÿ; 2 – ãîôðèðîâàííîå

êîëüöî; 3 - êîíòàêòíàÿ òî÷å÷íàÿ

ñâàðêà; 4 - îõëàæäàþùèé âîçäóõ;

5 - çàãðàäèòåëüíàÿ ïëåíêà

þò áîëüøóþ íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóð ñòåíêè

ïî äëèíå - ýòî îñíîâíîé íåäîñòàòîê äàííîé ñèñòå-

ìû îõëàæäåíèÿ. Äëÿ óìåíüøåíèÿ òåðìè÷åñêèõ íà-

ïðÿæåíèé âíåøíèå è âíóòðåííèå ÷àñòè ñåêöèé

èìåþò ïðîäîëüíûå êîìïåíñèðóþùèå ïðîðåçè 7,

çàâåðøåííûå îòâåðñòèåì. Äëÿ ñîõðàíåíèÿ ïîñòî-

ÿííîãî çàçîðà â ùåëÿõ íà ñåêöèÿõ âûøòàìïîâûâà-

þòñÿ óïîðû 8. Åù¸ îäèí íåäîñòàòîê òàêîé ñèñòå-

ìû îõëàæäåíèÿ - íàëè÷èå çàçîðà ìåæäó ñåêöèÿìè

â ìåñòàõ êîíòàêòíîé ñâàðêè. Çàçîð ñîçäàåò áîëüøîå

òåìïåðàòóðíîå ñîïðîòèâëåíèå, ÷òî çàòðóäíÿåò ïå-

ðåäà÷ó òåïëà îò âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè êîíñòðóê-

öèè ê âíåøíåé.

Áîëåå ðàöèîíàëüíîé ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà îõëàæ-

äåíèÿ, èçãîòîâëåííàÿ èç ëèñòîâûõ ñåêöèé 1, ìåæ-

äó ñòûêàìè êîòîðûõ âñòàâëåíû ãîôðèðîâàííûå

êîëüöà 2, ïðèâàðåííûå êîíòàêòíîé òî÷å÷íîé ñâàð-

êîé 3 ê ñåêöèÿì (ñì. Ðèñ. 6.4.2.2_4). Ãîôðèðîâàí-

íûå êîëüöà çàêðûòû îò âîçäåéñòâèÿ ïðîäóêòîâ ñãî-

ðàíèÿ, ïîýòîìó ìîãóò áûòü èçãîòîâëåíû èç ëåíòû

òîëùèíîé 0,5-0,8ìì, ÷òî äåëàåò ýòó ñèñòåìó îõëàæ-

äåíèÿ ïðåäåëüíî ìàëîé òîëùèíû, ïîäàòëèâîé, èñ-

êëþ÷àþùåé âîçíèêíîâåíèå ñóùåñòâåííûõ òåðìè-

÷åñêèõ íàïðÿæåíèé. Îõëàæäàþùèé âîçäóõ 4

ïðîõîäèò â ùåëè ãîôðèðîâàííîãî êîëüöà è îáðàçó-

åò çàãðàäèòåëüíóþ ïëåíêó 5. Îäíàêî òàêàÿ ñèñòå-

ìà îõëàæäåíèÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà òîëüêî

íà æàðîâûõ òðóáàõ íåáîëüøîãî äèàìåòðà, êîãäà

ñòåíêà ìàëîé òîëùèíû åùå ñïîñîáíà ðàáîòàòü íà

óñòîé÷èâîñòü ïîä äåéñòâèåì ïåðåïàäà äàâëåíèÿ.

Êîíñòðóêöèÿ ïëåíî÷íîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ

èç òî÷åíûõ ñåêöèé ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñ. 6.4.2.2_5.

Ìåõàíè÷åñêè îáðàáîòàííûå ñåêöèè ïîçâîëÿþò

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

318

Ðèñóíîê 6.4.2.2_5 – Ïëåíî÷íûå ñèñòåìû îõëàæäå-

íèÿ, èçãîòîâëåííûå ìåõàíè÷åñ-

êîé îáðàáîòêîé

à) ÏÑ-90À ÎÀÎ«Àâèàäâèãàòåëü»;

á) PW2037 Pratt&Whitney;

â) CF6-80 General Electric

1 – êîëüöåâîé êàíàë; 2 – ëàçåðíàÿ

ñâàðêà; 3 – êîëüöåâûå ðåáðà

ïîâûñèòü òî÷íîñòü èçãîòîâëåíèÿ êîëüöåâûõ êàíà-

ëîâ 1, îáåñïå÷èâàþò òî÷íîå äîçèðîâàíèå îõëàæäà-

þùåãî âîçäóõà, îòëè÷àþòñÿ ïîâûøåííîé ïðî÷íî-

ñòüþ è ïîâûøåííîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ îò

âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ê âíåøíåé, ÷òî â êîíå÷-

íîì èòîãå ïîâûøàåò èõ ðåñóðñ. Ñèñòåìà îõëàæäå-

íèÿ èç òî÷åíûõ ñåêöèé ïðèìåíåíà íà ãàçîñáîðíè-

êàõ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À (ñì. Ðèñ.6.4.2.2_5à).

Ðàçíîâèäíîñòÿìè ìåõàíè÷åñêè îáðàáîòàííûõ

ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ

«double pass» ôèðìû Pratt&Whitney , êîòîðàÿ èç-

ãîòàâëèâàåòñÿ ïóòåì ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè,

ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè è ëàçåðíîé ñâàðêè 2 (ñì.

Ðèñ. 6.4.2.2_5á). Äðóãîé âàðèàíò ñòåíêè æàðîâûõ

òðóá, âûïîëíåííîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêîé - ýòî

ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ôèðìû General Electric (ñì.

Ðèñ. 6.4.2.2_5â).

Ðåáðà 3 îòíîñèòåëüíî áîëüøîé

òîëùèíû äåëàþò ýòè ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ïðî÷-

íûìè è æåñòêèìè, ÷òî ïîçâîëÿåò èì ðàáîòàòü íà

óñòîé÷èâîñòü ïðè áîëüøèõ äèàìåòðàõ êîëüöåâûõ

ÊÑ. Íåäîñòàòêîì ýòèõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ÿâëÿåò-

ñÿ òî, ÷òî ïðè áîëüøîé òîëùèíå ñòåíîê âîçíèêàåò

áîëüøîé ãðàäèåíò òåìïåðàòóð è ñîîòâåòñòâåííî

ïîâûøåííûå òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, ïðèâîäÿ-

ùèå ê îáðàçîâàíèþ ïðîäîëüíûõ òðåùèí.

Ïðè âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî

öèêëà, îãðàíè÷åííîì ðàñõîäå îõëàæäàþùåãî âîç-

äóõà äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè îõëàæäåíèÿ

òðåáóåòñÿ ïîâûøàòü ðîëü êîíâåêòèâíîãî òåïëîñúå-

ìà. Íàèáîëåå ïðîãðåññèâíûìè â ýòîì îòíîøåíèè

ÿâëÿþòñÿ êîíâåêòèâíî-ïëåíî÷íûå ñèñòåìû îõëàæ-

äåíèÿ ñ äâîéíîé ñòåíêîé. Ïðèìåðîì òàêîé êîíñò-

ðóêöèè ÿâëÿåòñÿ òðàíñïèðàöèîííàÿ ñèñòåìà îõëàæ-

äåíèÿ, ïðèâåäåííàÿ íà Ðèñ. 6.4.2.2_6. Â ýòîé

ñèñòåìå îõëàæäåíèÿ âîçäóõ 1 ïðîõîäèò ÷åðåç ìíî-

æåñòâî ìåëêèõ îòâåðñòèé 2 âî âíåøíåé ñòåíêå è äà-

ëåå âíóòðè è âäîëü ñòåíêè ïî ñïåöèàëüíûì ïåðå-

êðåùèâàþùèìñÿ êàíàëàì 3. Ïîñëå ýòîãî âîçäóõ

âûõîäèò âíóòðü æàðîâîé òðóáû òàêæå ÷åðåç ìíî-

æåñòâî ìåëêèõ îòâåðñòèé 4, îáðàçóÿ âîçäóøíóþ

çàâåñó 5. Ãëàâíûì íåäîñòàòêîì, ñäåðæèâàþùèì

ïðèìåíåíèå òðàíñïèðàöèîííîé ñèñòåìû îõëàæäå-

íèÿ, ÿâëÿåòñÿ áûñòðîå çàñîðåíèå âíóòðåííèõ êà-

íàëîâ.

Äðóãèì ïðèìåðîì êîíâåêòèâíî-ïëåíî÷íîé ñè-

ñòåìû îõëàæäåíèÿ ñ äâîéíîé ñòåíêîé ÿâëÿåòñÿ êîí-

ñòðóêöèÿ, ïðèâåäåííàÿ íà Ðèñ. 6.4.2.2_7. Â ýòîé êîí-

ñòðóêöèè ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ óâåëè÷å

íà çà

ñ÷åò ïîâûøåííîãî êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáìåíà ïðè

òå÷åíèè âîçäóõà ìåæäó ñòåíêàìè. Ñ âíåøíåé ñòî-

ðîíû âíóòðåííåé ñòåíêè äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïîâåðõ-

íîñòè òåïëîñúåìà è óâåëè÷åíèÿ òóðáóëåíòíîñòè

òå÷åíèÿ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà âûïîëíåíû ðåáðà

1 (èëè øòûðüêè). Îáðàòíîå òå÷åíèå âîçäóõà ìåæ-

Ðèñóíîê 6.4.2.2_6 – Òðàíñïèðàöèîííàÿ ñèñòåìà

îõëàæäåíèÿ

1 – ïîäâîä îõëàæäàþùåãî âîçäó-

õà; 2 - îòâåðñòèÿ âî âíåøíåé

ñòåíêå; 3 - êàíàëû âíóòðåííåãî

îõëàæäåíèÿ; 4 - îòâåðñòèÿ âî

âíóòðåííåé ñòåíêå; 5 - âîçäóø-

íàÿ çàãðàäèòåëüíàÿ ïëåíêà

Ãëàâà 6 - Êàìåðû ñãîðàíèÿ

319

äó ñòåíêàìè ñíèæàåò ãðàäèåíò òåìïåðàòóð ïî äëè-

íå ñåêöèé. Âûòåêàÿ â çàçîð ìåæäó íàêëàäíûìè

ïàíåëÿìè, îõëàæäàþùèé âîçäóõ ñîçäàåò çàãðàäè-

òåëüíóþ ïëåíêó 2. Òàêèå ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ñî-

ñòîÿò èç öåëüíîé âíåøíåé ñòåíêè 3 ñ îòâåðñòèÿìè

4 äëÿ ïîäâîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà è íàêëàäíûõ

ïàíåëåé 5. Êðåïëåíèå 6 ïàíåëåé âûïîëíÿþò ñ çà-

çîðàìè äëÿ êîìïåíñàöèè òåïëîâûõ ðàñøèðåíèé,

à ñàìè ïàíåëè èçãîòîâëåíû èç ìàòåðèàëà ñ ìàëûì

êîýôôèöèåíòîì ëèíåéíûõ ðàñøèðåíèé è âûñîêîé

æàðîñòîéêîñòüþ. Ïðèìåíåíèå íàêëàäíûõ ïàíåëåé

ïîâûøàåò ðåìîíòîïðèãîäíîñòü êîíñòðóêöèè.

Â ÊÑ ñîâðåìåííûõ ÃÒÄ, îòëè÷àþùèõñÿ âû-

ñîêîé ñòåïåíüþ ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ çà êîìïðåñ-

ñîðîì, ñ îäíîé ñòîðîíû ïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå

ëó÷èñòûõ ïîòîêîâ òåïëà îò ãàçîâ âíóòðè æàðîâîé

òðóáû ê åå ñòåíêàì, ñ äðóãîé ñòîðîíû - íà âõîäå

â ÊÑ ðàñòåò òåìïåðàòóðà âîçäóõà, ÷òî ñíèæàåò åãî

õëàäîðåñóðñ. Âñå ýòî óñëîæíÿåò ïðîáëåìó îõëàæ-

äåíèÿ ñòåíîê æàðîâîé òðóáû, è íà èõ îõëàæäåíèå

ðàñõîäóåòñÿ áîëåå îäíîé òðåòè îáùåãî ðàñõîäà âîç-

äóõà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ÊÑ.

Óâåëè÷åíèå äîëè âîçäóõà, ïîäàâàåìîãî âäîëü

âíóòðåííåé ñòåíêè æàðîâîé òðóáû â ñî÷åòàíèè

ñ íåèçáåæíûì óìåíüøåíèåì âîçäóõà, ïîäàâàåìî-

ãî â çîíó ñìåøåíèÿ, óõóäøàåò íåðàâíîìåðíîñòü

ïîëÿ òåìïåðàòóð ãàçà çà ÊÑ. Áîëåå òîãî, îõëàæäà-

þùèé âîçäóõ âûçûâàåò «çàìîðàæèâàíèå» õèìè-

÷åñêèõ ðåàêöèé ïðè ãîðåíèè âáëèçè ñòåíêè. Ýòî

ïðèâîäèò ê ïîíèæåíèþ ïîëíîòû ñãîðàíèÿ è óâå-

ëè÷åíèþ âûáðîñà îêèñè óãëåðîäà è íåñãîðåâøå-

ãî óãëåâîäîðîäà.

Âûøåïåðå÷èñëåííûå ïðè÷èíû òðåáóþò ïîâû-

øåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ æàðî-

âûõ òðóá è ïðèìåíåíèÿ ñïåöèàëüíûõ òåïëîçàùèò-

ûõ ïîêðûòèé. Òàê, äëÿ ïîâûøåíèÿ ñòîéêîñòè ìà-

òåðèàëîâ ê ãàçîâîé êîððîçèè êîíòàêòèðóþùèå

ñ ãî-

ðÿ÷èìè ãàçàìè ïîâåðõíîñòè æàðîâûõ òðóá ïîêðû-

âàþò æàðîñòîéêîé ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîé ýìàëüþ.

Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå íàõîäèò ïðèìåíåíèå

êåðàìè÷åñêèõ òåïëîçàùèòíûõ ïîêðûòèé ZrO

òîëùèíîé 0,2…1 ìì íàïûëÿåìûõ íà ïîâåðõ-

íîñòè äåòàëåé ÊÑ, ñîïðèêàñàþùèåñÿ ñ ãîðÿ÷èìè

ãàçàìè.

Ýòè ïîêðûòèÿ îáëàäàþò ìàëîé ñòåïåíüþ

÷åðíîòû è íèçêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ, ÷òî îáåñ-

ïå÷èâàåò ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè äå-

òàëè íà 30…100°Ñ â çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû ïî-

êðûòèÿ è èíòåíñèâíîñòè îõëàæäåíèÿ.

6.4.3 – Òîïëèâíûå ôîðñóíêè

Ñðåäè áîëüøîãî ìíîãîîáðàçèÿ êîíñòðóêöèé

ôîðñóíîê íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå â îñíîâ-

íûõ ÊÑ ÃÒÄ ïîëó÷èëè öåíòðîáåæíûå ôîðñóíêè.

Ñõåìà ïðîñòåéøåé öåíòðîáåæíîé ôîðñóíêè

ïðèâåäåíà íà Ðèñ. 6.4.3_1.

Òîïëèâî â òàêîé ôîðñóíêå ïîñòóïàåò â òàíãåí-

öèàëüíûå êàíàëû 1 êàìåðû çàêðó÷èâàíèÿ 2 è ïðèîá-

ðåòàåò íà÷àëüíóþ çàêðóòêó. Â êàìåðå çàêðó÷èâàíèÿ

ïðè óìåíüøåíèè äèàìåòðà êðóòêè óâåëè÷èâàåòñÿ

îêðóæíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñêîðîñòè, âîçíèêàþò çíà÷è-

òåëüíûå öåíòðîáåæíûå ñèëû. Â âûõîäíîì ñîïëå 3

îáðàçóåòñÿ òîíêàÿ ïëåíêà êîëüöåâîãî ñå÷åíèÿ, êîòî-

ðàÿ íà âûõîäå èç ôîðñóíêè ðàñïàäàåòñÿ íà ìåëü÷àé-

øèå êàïëè, ñîçäàþùèå êîíè÷åñêóþ ïåëåíó ðàñïû-

ëåííîãî òîïëèâà. Âäîëü îñè ôîðñóíêè ïðè ýòîì

îáðàçóåòñÿ âîçäóøíûé (ãàçîâûé) âèõðü 4. ×åì âûøå

ñêîðîñòü òîïëèâà íà âûõîäå èç ñîïëà ôîðñóíêè, òåì

áîëåå ìåëêèìè ïîëó÷àþòñÿ êàïëè è, òåì ñàìûì, äî-

ñòèãàþòñÿ áîëåå âûãîäíûå óñëîâèÿ äëÿ ñîçäàíèÿ îä-

íîðîäíîé ÒÂÑ. Âåëè÷èíà ñêîðîñòè òîïëèâà íà âû-

õîäå èç ñîïëà îïðåäåëÿåòñÿ ïåðåïàäîì äàâëåíèÿ íà

ôîðñóíêå. Â îáùåì âèäå ïåðåïàä äàâëåíèÿ è ðàñõîä

òîïëèâà ÷åðåç ôîðñóíêó ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì:

Ðèñóíîê 6.4.2.2_7 - Ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ñ íàêëàä-

íûìè ïàíåëÿìè [6.9.14]

1 – ðåáðà; 2 – âîçäóøíàÿ çàãðàäè-

òåëüíàÿ ïëåíêà; 3 – âíåøíÿÿ

ñòåíêà; 4 - îòâåðñòèÿ îõëàæäå-

íèÿ; 5 – íàêëàäíàÿ ïàíåëü;

6 - êðåïëåíèå ïàíåëåé.

Ðèñóíîê 6.4.3_1 – Ñõåìà öåíòðîáåæíîé ôîðñóíêè

1 – òàíãåíöèàëüíûå êàíàëû;

2 – êàìåðà çàêðó÷èâàíèÿ; 3 – ñî-

ïëî; 4 - âîçäóøíûé âèõðü