книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства

Глава 7. Форсажные камеры

-двух форсунок 1 и 2 для подачи топлива, одна из которых 1 расположена перед основной КС, вторая 2 - за турбиной на корпусе 3 смесите­ ля подает топливо во внутренний его контур. Форсунки в окружном направлении расположе­ ны таким образом, что топливный факел от пер­ вой форсунки попадает непосредственно в место впрыска топлива второй форсункой с учетом крутки потока в турбине;

-дозатора 4, входящего в САУ двигателя

иподающего топливо в форсунки по предвари­ тельно выбранной программе;

- датчиков 5 контроля наличия пламени

вФК;

-топливоподводящих трубопроводов 6. Розжиг ФК происходит в следующей последо­

вательности:

- ручка управления двигателем (РУД) уста­ навливается в диапазон форсированных режимов (в САУ поступает сигнал от датчика положения

РУД); - в случае нахождения газогенератора на

дроссельном режиме частота вращения ротора ВД достигает определенной величины, соответ­ ствующей максимальному бесфорсажному или близкому к нему режиму для данных полетных условий (в САУ также поступает сигнал);

-для парирования возникающих при вклю­ чении ФК возмущений с целью обеспечения га­ зодинамической устойчивости компрессора ре­ гулятор сопла увеличивает площадь его критиче­ ского сечения на определенную, предварительно выбранную величину (критерий - сигнал, посту­ пающий в регулятор сопла от датчика, измеряю­ щего перепад давления газа на турбине);

-подкачивающий насос подает топливо в ре­ гулятор расхода форсажного топлива;

-регулятор расхода форсажного топлива до­ зирует его в пусковой коллектор ФК в количест­ ве, соответствующем минимальному форсиро­ ванному режиму для данных полетных условий. Обычно это 8 ... 12 % от расхода форсажного топ­ лива в этих полетных условиях на полном форси­ рованном режиме, но не ниже минимально до­ пустимого расхода, обеспечивающего необходи­ мый перепад давления топлива на форсунках;

-на форсунках пускового коллектора дости­ гается определенный, заранее выбранный, пере­

пад давления топлива (над давлением газа в ФК) - в САУ поступает сигнал от специального датчика, контролирующего уровень этого пере­ пада;

- дозатор системы «огневая дорожка» подает топливо в ее форсунки, как правило, несколькими циклами (с отключением или неотключением по­ следующих циклов в случае розжига ФК), с опре­

деленным временным интервалом между ними (около одной секунды). Обычно в дозатор систе­ мы «огневая дорожка» подается недозированное топливо для исключения снижения режима основ­ ного контура двигателя при розжиге ФК;

-датчики контролируют наличие пламени

вФК, после чего в САУ снимается так называе­ мая «блокировка по розжигу», и значение расхо­ да топлива в ФК устанавливается соответственно

положению РУДа, режиму работы двигателя

иполетным условиям.

Вкачестве датчиков контроля наличия пламе­ ни в ФК могут быть использованы оптические или ионизационные датчики. Последние наибо­ лее часто применяются в современных двигате­ лях. Для повышения надежности работы систе­ мы могут применяться два датчика контроля на­ личия пламени в ФК.

Ионизационный датчик пламени представляет из себя полый металлический стержень, чувстви­ тельная часть которого расположена в циркуляци­ онной зоне стабилизатора пламени, соответст­ вующего пусковому коллектору, и электроизолирована от корпуса ФК. При наличии пламени

вФК в цепи датчика между стержнем датчика

икорпусом ФК возникает ионизационный ток, ис­ пользуемый в качестве сигнала для САУ.

7.6.2. Управление ФК на режимах приемистости и сброса

Управление работой ФК на одном из перемен­ ных режимов, в процессе розжига, подробно рас­ смотрено в подразд. 7.6.1. Управление работой ФК в процессе других переменных режимов должно обеспечить надежный режим горения в ФК и устойчивую работу компрессора при включении коллекторов форсажного контура.

При приемистостях, после розжига ФК и сня­ тия «блокировки по розжигу», расход форсажно­ го топлива увеличивается до значения, соответ­ ствующего положению РУДа, режиму работы двигателя (давлению воздуха за компрессором)

иполетным условиям (температуре воздуха на входе в двигатель).

Темп увеличения расхода форсажного топли­ ва в процессе приемистости задается регулято­ ром расхода. Темп предварительно выбирается

иможет регулироваться в эксплуатации.

Кроме этого, в процессе приемистости регу­ лятор сопла параллельно для парирования возни­ кающих при включении коллекторов форсажно­ го контура возмущений, с целью обеспечения ус­ тойчивой работы компрессора (обычно по уровню перепада давления газа на турбине), уве­ личивает площадь критического сечения сопла

от требуемого программного значения на стати­ ческих режимах в данных условиях на опреде­ ленную, предварительно выбранную, величину. Эта величина также может регулироваться в экс­ плуатации регулировочным винтом.

При сбросе в диапазоне форсированных ре­ жимов для предотвращения погасания ФК син­ хронизируются темп уменьшения площади кри­ тического сечения реактивного сопла и темп сни­ жения расхода форсажного топлива. При этом темп уменьшения площади критического сече­ ния реактивного сопла в процессе сброса режима определяется быстродействием испольнительного механизма регулятора сопла, а темп снижения расхода форсажного топлива определяется регу­ лятором расхода форсажного топлива. Темп предварительно выбирается при доводке ФК

всоставе двигателя и может быть отрегулирован

вэксплуатации.

При встречных приемистостях, как в диапазо­ не форсированных режимов, так и при сбросе ре­ жима на бесфорсажный с последующим его уве­ личением до форсированного, действуют оба ме­ ханизма, описанные выше.

7.6.3. Управление ФК на стационарных режимах

Управление ФК на стационарных режимах включает в себя:

-дозирование суммарного расхода форсаж­ ного топлива в зависимости от положения РУДа, режима работы двигателя и полетных условий;

-распределение отдозированного суммарно­ го расхода форсажного топлива в соответствии

спринятой программой по дозаторам (группам коллекторов) ФК с целью равномерного распре­ деления форсажного топлива по сечению ФК во всей области эксплуатации двигателя;

-распределение расхода форсажного топли­ ва данного дозатора в соответствии с принятой программой между всегда работающим «высот­ ным» коллектором данной группы и «земным» коллектором, который работает только при боль­ ших расходах топлива на низких высотах. Рас­ пределение происходит с помощью агрегатов распределения топлива;

-автоматическое снижение режима работы

ФК (аварийное выключение ФК). Например, в случае поступления в САУ сигнала от датчиков о возникновении вибрационного горения. При этом критический уровень вибрационнного горе­ ния (уровень срабатывания защиты) задается обычно по величине двойной амплитуды пульса­ ций давления газа в ФК, выбранной эксперимен­ тально на стадии доводки.

Англо-русский словарь-минимум

Контрольные вопросы

1.Что такое степень форсирования двигателя?

2.Что такое суммарный коэффициент избыт­ ка воздуха?

3.Для чего предназначен диффузор форсаж­ ной камеры?

4.Для чего в форсажной камере образуются циркуляционные зоны?

5.Каким образом обеспечивается гашение пульсаций давления газа в форсажной камере?

6 . В чем различие условий применения фор­

сажных камер в ТРДФ и ТРДЦФ?

7.Как осуществляется стабилизация пламени

вфорсажной камере?

8. Какие системы розжига применяются

вфорсажных камерах современных двигателей?

9.Поясните принцип розжига форсажной ка­ меры с помощью «огневой дорожки».

10.Каким образом обеспечивается охлажде­ ние корпуса форсажной камеры?

Англо-русский словарь-минимум

afterburner (augmentor) - форсажная камера

afterburner (augmentor) control unit - система регулирования форсажной камеры

afterburner (augmentor) thrust - тяга двигателя на форсиро­ ванных режимах

air - воздух

airflow - расход воздуха

air-to-fuel ratio - коэффициент избытка воздуха

air-to-fiiel stoichiometric ratio - стехиометрический коэффи­ циент

annular afterburner - форсажная камера с кольцевыми стаби­ лизаторами пламени

burning - горение, сжигание

bypass ratio - степень двухконтурности двигателя combustion - горение, сгорание

combustion efficiency - полнота сгорания топлива combustion stability - стабильность горения cooling - охлаждение

diffuser - диффузор

dome - фронтовое устройство

dry thrust - тяга двигателя на бесфорсажных режимах engine thrust - тяга двигателя

exit nozzle - реактивное сопло flame - пламя

flame stabilizer - стабилизатор пламени fuel - топливо

fuel distribution - распределение топлива fuel manifold - топливный коллектор fuel nozzle - топливная форсунка

fuel supply - подача топлива ignition - воспламенение

Глава 7. Форсажные камеры

interconnecter - пламеперебрасывающий патрубок life - ресурс

middle section diameter - миделевый диаметр mixer - смеситель

overhaul period - межремонтный ресурс pressure - давление

radial afterburner - форсажная камера с радиальными стаби­ лизаторами пламени

temperature - температура

total pressure loss - суммарные потери полного давления

Список литературы

7.1.Стенькин Е.Д. Тепловые потери полного давления

вгазовом потоке / Е.Д. Стенькин, Б.Д. Фишбейн // Некото­ рые вопросы проектирования и доводки авиационных газо­ турбинных двигателей: сб. науч. тр. - Самара: Изд-во КуАИ, 1970.-В ы п . 45.

7.2.ROLLS-ROYCE pic, The Jet engine, 1996.

7.3.Костерин В.А. О распространении боковых струй

всносящем потоке / В.А. Костерин, И.П. Мотылинский. Труды КАИ. - Казань, 1968. - Вып. 98.

В простом термодинамическом цикле ГТД на участке Г-Т (рис. 2.1) происходит расширение рабочего тела с давления Р4* за камерой сгора­ ния (КС) до давления л ; перед выходным уст­ ройством. Этот процесс (рис. 8.1) осуществляет­ ся в турбине (рис. 8.2 ) - лопаточной машине, преобразующей потенциальную энергию газа (сжатого в компрессоре и нагретого за счет сжи­ гания топлива в КС) в механическую работу на валу турбины.

Преобразование энергии происходит в непод­ вижном лопаточном венце 1 (рис. 8.3) соплового аппарата (СА) и вращающемся лопаточном венце 2 рабочего колеса (РК). СА состоит из сопловых лопаток (СЛ), а рабочее колесо - из рабочих лопа­ ток (РЛ). Эти лопатки вместе с деталями корпуса 3 образуют проточную часть турбины.

На диаграмме хорошо видно отличие идеаль­ ного процесса расширения газа (точки 41-415 js) от реального (точки 41-415). Идеальный процесс (происходящий без увеличения энтропии) назы­ вают еще изоэнтропическим процессом (с индек­ сом is).

На диаграмме видно также влияние охлажде­ ния статора (соплового аппарата) и ротора (рабо-

Рис. 8.1. Термодинамический процесс расширения

в турбине

чего колеса). Предполагается, что в результате подвода охлаждающего воздуха происходят про­ цессы смешения потоков газа и охлаждающего воздуха в СА (процесс 4-41) и в РК (процесс 415-45).

8.1. Общие вопросы проектирования турбин

Коэффициент полезного действия турбины

Диаграмма энтальпия-энтропия дает возмож­ ность определить коэффициент полезного дейст­ вия (КПД) турбины как отношение удельной (от­ несенной к единице расхода газа) работы турби­ ны в процессе реального расширения АН* к идеальной (располагаемой) удельной работе AH*s, которую можно получить в изоэнтропическом процессе расширения до того же давления на выходе.

Вкинематике турбинной ступени скоростям перед СА (рис. 8.4) присваивается индекс 0, на выходе из СА - индекс 1, а скоростям на выходе из РК - индекс 2. Газ входит в СА со скоростью С0, а выходит из СА с увеличенной (за счет паде­ ния статического давления) скоростью С, и уг­ лом а, к плоскости решетки (плоскости враще­ ния РК).

ВРК (окружная скорость вращения на сред­ нем диаметре - U) газ попадает уже с относитель­

ными параметрами - скоростью Wx и углом Р,. Из РК газ выходит тоже с относительными ско­ ростью W2и углом Р2, которые затем в абсолют­ ном движении (для следующей сопловой лопат­

(рис. 8.5) возникает разница скоростей (и, соот­ ветственно, статических давлений) потока на ко­ рыте и спинке. На более протяженной спинке уровень скорости (число Маха) существенно вы­ ше, чем на корыте. Соответственно уровень ста­ тического давления на корыте выше, и эта разни­ ца давлений на корыте и спинке создает окруж­ ное усилие (вращающий момент) на РК.

Углы выхода из СА и РК определяются угла­ ми выхода лопаточных решеток, а углы (3, и а 2 определяются из построения треугольников ско­ ростей с учетом окружной скорости вращения РК - в соответствии с треугольниками скоростей, которые являются основой определения работы и КПД турбинной ступени. Треугольники скоро-