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

Рис. 6.58. Функциональная схема системы зажигания

нец 7 для крепления кожуха на корпусе КС, а с другой стороны - донышко с отражателем 9. Со стороны фланца в кожухе нарезана внутрен­ няя резьба для крепления свечи зажигания. В центре донышка и отражателя просверлено от­ верстие для выброса плазмы. В боковой стенке кожуха вырезано отверстие (окно) 10 для подво­ да охлаждающего воздуха к свече зажигания. Для сброса охлаждающего воздуха выполнены отверстия в донышке кожуха.

Высоковольтные провода передают энергию высокого напряжения к свечам зажигания. Высо­ ковольтные провода экранированы и оборудова­ ны концевыми контактными устройствами как со стороны подключения к свечам, так и со стороны подключения к агрегату зажигания. Контактные устройства обеспечивают электрический контакт в высоковольтных цепях системы зажигания. Низковольтные провода подводят питание к аг­ регату зажигания.

Функциональная схема системы зажигания представлена на рис. 6.58. Система зажигания ра­ ботает следующим образом. При подключении агрегата зажигания к источнику питания напря­ жение питания через помехоподавляющий фильтр подается на транзисторный преобразова­ тель, преобразующий напряжение питания в вы­ сокое напряжение. Накопительный конденсатор 400........3500 раз в секунду подключается к тран­ зисторному преобразователю, снимая каждый раз некоторую порцию электрического заряда. Одновременно с накопительным конденсатором заряжается конденсатор активизатора. При дос­ тижении на конденсаторе активизатора напряже­ ния, равного пробивному напряжению разрядни­

ка, разрядник пробивается. Высоковольтный им­ пульс напряжения разрядника способствует пер­ воначальной ионизации разрядного промежутка свечи и, складываясь с напряжением накопитель­ ного конденсатора, прикладывается к свече. Об­ разующиеся на свече электрические разряды ис­ пользуются для воспламенения ТВС.

Системы зажигания некоторых ГТД имеют в своем составе пусковые воспламенители (рис. 6.59). Пусковой воспламенитель состоит из свечи 1 зажигания, форсунки 2 и камеры 3 сгора­ ния, собранных в одном корпусе. Распыленное форсункой топливо смешивается в камере сгора­ ния воспламенителя с воздухом, полученная ТВС поджигается от свечи зажигания. Образо­ ванный пусковым воспламенителем факел пла­ мени направляется в КС двигателя. Эффектив­ ность работы воспламенителя зависит от места его расположения на КС, а также от температуры и глубины проникновения факела внутрь жаро­ вой трубы. Пусковой воспламенитель устанавли­ вается таким образом, чтобы его факел попадал в область жаровой трубы, где концентрация топ­ лива достаточно высокая, а скорость слоя снося­ щего потока воздуха наименьшая.

В некоторых конструкциях воспламенителей для обеспечения надежного розжига ТВС на больших высотах в камеру сгорания воспламени­ теля вместо воздуха подается кислород. В других конструкциях предусмотрен подогрев воздуха, поступающего в воспламенитель.

Пусковые воспламенители надежно разжига­ ют КС двигателя. Вместе с тем доводка их конст­ рукции требует достаточно больших затрат вре­ мени и средств.

Измеряемый параметр, единица измерения

1Расход топлива, кг/ч

-на режимах М Г...МАКС (ЧР)

-на запуске

2Давление топлива на входе в двигатель, кгс/см2

3Давление топлива в 1-м контуре форсунок КС, кгс/см2:

-на режиме М Г...МАКС (ЧР);

-на запуске

4Давление топлива в 2-м контуре форсунок КС, кгс/см2

5Давление в топливных дренажных полостях, кгс/см2

6Температура топлива на входе в двигатель, °С

7Давление в кожухе вала, кгс/см2

8Полное давление воздуха на входе в двигатель, кгс/см2

9Полное давление воздуха за КВД, кгс/см2

10Температура воздуха на входе в двигатель, К

ИТемпература воздуха за КВД, К

12Температура газа за турбиной, К

13Атмосферное давление, мм рт. ст.

14Температура окружающего воздуха, °С

15Относительная влажность воздуха, %

16Расход воздуха, кг/с

17Пульсации давления в камере сгорания, кгс/см2

18Эмиссия вредных веществ, ррм

Рабочий диапазон

180...7500

500...8150

0 ...3

0...100

0 ...40

0...100

-0,2...+0,05

-5 0 ...+ 5 0

0...0,8

0 ...1,6 абс

0 ...36

223...323

273...923

273...953

700...800 -5 0 ...+ 50 0...100 0...500 0...0,5

20...300

Допустимая суммарная погрешность, %

±1 ,8 ИЗ

±0 ,3 ИЗ

±1 ,0 ИЗ

±1,0 ВП НЗ

±0 ,5 ВП Н З

±1 ,0 ВП Н З

±1 ,0 ВП Н З

±1 ,0 ВП Н З

±1 ,0 ВП Н З

±1 ,0 ВП Н З

±1 ,0 Из

±0 ,3 и з

±0,3 и з

±0,3 и з

±0,3 и з

±0,5 мм рт. ст. ±0,3 и з

±2 ,0 ВП ±0,8 ИЗ

±2,0 ВП

±5,0 ВП

В ряде случаев ГТД, укладываясь в нормы ГОСТов, не обеспечивают предельно-допусти­ мые концентрации (ПДК) на местности в рабочей [6.25] и жилой [6.26] зонах по причине, напри­ мер, большого количества одновременно рабо­ тающих ГТД, специфики рельефа местности, ро­ зы ветров, близости жилого массива и других факторов. Поскольку ПДК на местности являют­ ся главными интегрирующими характеристика­ ми экологической совместимости ГТД с окру­ жающей средой, в этом случае, как правило, нор­ мы концентраций на выхлопе ГТД для данного региона ужесточаются с целью выполнения норм ПДК на местности.

При разработке малоэмиссионных КС ГТД наземного применения основной проблемой яв­ ляется обеспечение низкого уровня выбросов окислов азота NOr. В связи с тем, что N 0, начина­ ют образовываться при температуре в зоне горе­ ния выше ~1800 К и их уровень экспоненциально увеличивается с ростом температуры, практиче­ ски все известные методы подавления выбросов NO^ так или иначе связаны со снижением этой температуры или с уменьшением объема зон с высокой температурой. К этим методам отно­ сятся следующие:

-сжигание обедненных предварительно пе­ ремешанных ТВС (схема сжигания LPP - Lean Premixed Pre-vaporized);

-сжигание по схеме «богатое горение - бы­ строе разбавление - бедное горение» (схема сжи­ гания RQQL - Rich /Quick Quench/ Lean);

-впрыск в КС воды или пара;

-применение генераторов синтез-газа (ката­

литическое горение).

Технология горения LPP позволяет достичь уровня эмиссии NOr < 50 мг/нм3. В то же время хорошо перемешанные ТВС с а = 1,8.. .2,0 имеют очень узкий диапазон устойчивого горения. По­ этому КС с организацией горения по схеме LPP требуют решения таких сложных проблем, как пульсационное горение, «проскок» пламени и са­ мовоспламенение топлива в зоне предваритель­ ного перемешивания. Кроме этого, для обеспече­ ния оптимального состава ТВС в зоне горения независимо от нагрузки двигателя и внешних ат­ мосферных условий требуются многоколлектор­ ная подача топлива с перераспределением топли­ ва между коллекторами и перепуск воздуха в за­ висимости от режима работы двигателя, а также сложная и дорогостоящая система автоматиче­ ского регулирования работы КС.

Для повышения устойчивости горения в таких камерах, как правило, организуют дежурную зо­ ну, где топливо сгорает в диффузионном пламе­ ни. Диффузионное пламя устойчиво, но активно

6.6. Особенности КС двигателей наземного применения

генерирует NOx. Поэтому запуск двигателя и вы­ ход на установившийся режим выполняются

сиспользованием дежурной зоны. А на устано­ вившихся режимах стараются количество топли­ ва, сжигаемого в диффузионном пламени, сни­ зить до предела устойчивого горения. В качестве примера организации горения по схеме LPP мож­ но привести КС двигателя RB211-535G фирмы Rolls-Royce (рис. 6.67). Здесь был выбран конст­ руктивный вариант с последовательной подачей топлива и воздуха. С целью обеспечения полного выгорания СО и СН потребовалось увеличить объем КС примерно в 1,8 раза по сравнению

савиационным прототипом двигателя RB211. Поэтому вместо кольцевой камеры было решено установить девять радиально расположенных выносных жаровых труб 1 с газосборниками 2. Последние обеспечивают равномерный подвод продуктов сгорания к ТВД 3. Фронтовое устрой­ ство жаровой трубы выполнено в виде двойного радиального завихрителя 4 с форсункой 5. Роз­ жиг камеры осуществляется с помощью факель­ ных воспламенителей 6, установленных по одно­ му в головке каждой жаровой трубы. КС имеет укороченный диффузор 7с разделительной пере­ городкой. Через полость камеры проходят маги­ страли с воздушными каналами 8.

Более подробно схема устройства модуля жа­ ровой трубы приведена на рис. 6.68. На запуске и низких режимах работы ГТД топливо подается только в дежурную зону 1 с помощью форсунки 2, создающей обычное диффузионное пламя. Процесс горения практически заканчивается внутри дежурной зоны, что не приводит к резко­ му «захолаживанию» продуктов сгорания, когда

восновную зону 3 не подается топливо, и, следо­ вательно, получаются низкие выбросы СО. С по­ вышением режима в дежурную зону начинает подаваться предварительно перемешанная ТВС. Перемешивание топлива (природного газа) с воз­ духом осуществляется с помощью двух последо­ вательно расположенных радиальных завихрителей 4. В каждом из завихрителей имеется по шесть точек 5 подвода топлива. Направления за­ крутки завихрителей противоположные. При дальнейшем увеличении режима работы ГТД вступает в работу основная зона, куда также по­ дается перемешанная ТВС. Смесительный канал

босновной зоны представляет собой кольцевой тороидальный канал, расположенный вокруг жа­ ровой трубы. Топливо 7 в смесительный канал подается через множество точек впрыска при по­ мощи специальных патрубков. Выход ТВС из смесительного канала производится через пря­ моугольные отверстия под углом к оси камеры, что обеспечивает активное взаимодействие и пе-