Конвертация камеры сгорания двигателя наземных ГТУ. Особенности КС двигателей наземного применения

Несмотря на то, что основные процессы в КС авиационных ГТД и ГТД наземного применения аналогичны, к последним предъявляются ряд специфических требований.

1. ГТД наземного применения должны обладать существенно более высоким ресурсом

2. Поскольку наземки располагаются, как правило, вблизи населенных пунктов (особенно электростанции), к ним применяются более жесткие экологические ограничения.

3. Наземки должны иметь возможность работы на жидких и газообразных топливах различных сортов.

4. Наземные ГТД должны обеспечивать повышенное удобство в техническом обслуживании и высокую ремонтопригодность.

В то же время масса и габариты для КС наземок не имеют такого большого значения, как для аиационных.

В зависимости от назначения, вида используемого топлива, параметров рабочего цикла и тепловой схемы применяются КС различных конструкций.

Для обеспечения низкого уровня выбросов окислов азота используют следующие методы:

· Сжигание обедненных предварительно перемешанный ТВС

· Сжигание по схеме «богатое горение – быстрое разбавление – бедное горение»

· Впрыск в КС воды или пара

· Применение генераторов синтез-газа (каталитическое горение)

В случае применения воды или пара для снижения уровня выбросов окислов азота КС должны иметь «запас» по полноте сгорания для того, чтобы впрыск влаги не привел к недопустимому росту выбросов СО и СН или срыву пламени.

Поскольку впрыск воды или пара подавляет образование NOх по термическому механизму, очень важно для уменьшения расхода воры (пара) подавать ее в область маскимальных температур вместе с топливом.. Следовательно, лучший способ – подготовить и сжечь водно-топливную эмульсию.

К недостаткам способа с впрыском воды (пара):

· Снижение ресурса из-за возникающих пульсаций давления в камере и высокого градиента термических нагрузок, особенно при впрыске воды

· Усложнение конструкции ГТД (иногда требуется изменение первого соплового аппарата турбины с целью повышения его пропускной способности

· Значительные эксплуатационные расходы, свзяанные с качественной подготовкой воды (малой жесткости). Дорогостоящая вода затем безвозвратно теряется вместе с выхлопными газами.

Проблема высокого ресурса жаровых труб наземок при дефиците воздуха, идущего на охладжение, решается, как правило, за счет применения высокоэффективных конструкций систем охлаждения с использованием теплозащитного покрытия.

Наиболее радикальным способом снижения расхода охлаждающенго воздуха является применение керамики. Межремонтный ресурс достигает 100 000 часов. Но несмотря на положительные стороны внедрения керамики это ограничивается:

· Малый запас прочности на изгиб и растяжение

· Растрескивание при больших и часто повторяющихся тепловых «ударных» градиентах температур

· Трудности неразрушающего контроля деталей перед постановкой на двигатель.

Газовая форсунка состоит из сварного корпуса, распылителя, уплотнительного кольца, жиклера и стопорного кольца.

Корпус форсунки изготовлен из трубы, к которой приварен штуцер для соединения с трубопроводом подвода газа, фланец для крепления форсунки к фланцу диффузора головки, на которую приворачивается через уплотнительное кольцо распылитель с отверстиями для подачи газа в жаровую трубу. В штуцер вворачивается жиклер определенного сечения по расходу и фиксируется кольцом.

1 – головка; 2 – фланец для крепления форсунки к диффузору; 3 – корпус; 4 – штуцер для подвода газа; 5 – стопорное кольцо; 6 – жиклер; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – распылитель

1 – корпус форсунки; 2 – кольцевая канавка для уплотнительного кольца; 3 – квадратный фланец; 4 – жиклер; 5 – кольцо для контровки; 6 – штуцер; 7 – распылитель; 8 – радиальные отверстия; 9 – уплотнительное кольцо; 10 – цилиндрический поясок; 11 – отверстие для выхода газа; 12 – трубка 6× 1.

Форсунка подводит газ в жаровую трубу и состоит из литого корпуса, основного распылителя и центральной трубки-распылителя, приваренной к основному распылителю и корпусу, уплотнительного кольца, жиклера и контровочного кольца.

Корпус форсунки имеет квадратный фланец с цилиндрической канавкой под уплотнительное кольцо. К штуцеру корпуса форсунки прикреплен трубопровод подвода газа от газового коллектора. В штуцер ввернут жиклер и законтрен кольцом. Основной распылитель имеет два ряда радиальных отверстий, расположенных в шахматном порядке, для подачи газа в жаровую трубу.

В распылитель вварена трубка для подвода воздуха, имеющая четыре отверстия для подачи газа.

Таким образом, через трубку в зону горения подается газовоздушная смесь. Для обеспечения герметичности мест соединения с корпусом форсунок, подвесок, крышек, штуцеров и кожухов свечей в канавки, имеющихся на их фланцах, установлены v-образные уплотнительные металлические кольца.

Процесс горения газа в камере сгорания

Камера сгорания ГТУ отличается от камеры сгорания авиационного двигателя устройством форсунки а также тем, что в ней присутствуют завихрители потока. Горение газа – диффузионный процесс. Завихрители обеспечивают подвод тепла из зоны горения в зону подачи газа из форсунки. Благодаря им процесс горения газа становится стабильным.