Камеры сгорания газотурбинных двигателей

1.

Камеры сгорания ГТД
1. Требования, предъявляемые к
камерам сгорания
2. Процессы, протекающие в
камере сгорания
3. Классификация камер сгорания
4. Конструктивные схемы камер
сгорания
5. Конструкция основных
элементов камер сгорания
Корпуса КС
Диффузоры КС
Жаровые трубы
Охлаждение ЖТ
Фронтовые устройства ЖТ
Крепление ЖТ
Устройства подвода топлива
Системы воспламение
6. Материалы основных
элементов камер сгорания

2.

Требования, предъявляемые к камерам сгорания
требования экономичности:
•Высокая полнота сгорания топлива на всех режимах работы
•Минимальные потери полного давления
•Минимальные габариты и масса
требования надежности:
•Широкие пределы устойчивого горения
•Надежный розжиг топлива в земных и высотных условиях
•Отсутствие пульсаций давления, (вибрационного горения)
•Заданное распределение температур
по радиусу на выходе из КС
•Минимальная окружная неравномерность
поля температур на выходе из КС
•Отсутствие нагара на элементах конструкции КС
производственные требования:
• Технологичность изготовления и эксплуатации
• Контролепригодность
• Рементопригодность
экологические требования:
•Низкий уровень выбросов CO и NOx (по нормам ИКАО)
теплонапряженность
Qv
Q
Vж Pк*
Максимальная избыточная температура
*
*
Г max
Г
Г
*
*
Г
К
T
T
T T

3.

Процессы, протекающие в камере сгорания
1
2
3
газосборник
коэффициент избытка
воздуха
зона обратных
токов
первичный воздух
1- зона подготовки ТВС
2- зона горения
3- зона смешения
1 GВ
L0 GТ
граница области
область
устойчивого горения воспламенения
вторичный воздух
скорость

4.

Классификация камер сгорания
По направлению газового потока
прямоточные
противоточные
трубчатые
По конструктивной схеме
кольцевые
трубчато-кольцевые
По числу зон горения
однозонные
двухзонные
По способу подачи топлива
высокого давления
низкого давления

5.

Классификация КС
прямоточная КС
Противоточная КС

6.

Конструктивные схемы камер сгорания
Основные элементы камер сгорания
наружный кожух КС
фронтовое
устройство
газосборник
внутренний кожух КС
диффузор
Жаровая труба

7.

Конструктивные схемы камер сгорания
Основные типы камер сгорания
трубчатая
Простота доводки
Ремонтная технологичность
Неравномерность на выходе
Масса, габариты
Высокие гидр.потери
кольцевая
Мин.размеры
Равномерность на выходе
Мин.потери
Низкая жесткость
Трубчато-кольцевая
Простота доводки
Неравномерность на выходе
Масса, габариты
Высокие гидр.потери

8.

Конструктивные схемы камер сгорания
Трубчатая камера сгорания
диффузор
Фронтовое
устройство
жаровая труба
кожух
форсунка
газосборник

9.

Конструктивные схемы камер сгорания
Трубчатая камера сгорания

10.

Конструктивные схемы камер сгорания
Кольцевая камера сгорания
1
2
8
7
6
5
4
3

11.

Конструктивные схемы камер сгорания
Трубчато-кольцевая камера сгорания

12.

Конструктивные схемы камер сгорания
Комбинированная камера сгорания

13.

Конструктивные схемы камер сгорания
Двухзонная камера сгорания
основная
зона горения
Зона
смешения
•Широкий диапазон устойчивой
работы
•Высокая полнота сгорания
•Низкая эмиссия вр.веществ
•Малая длина
•Низкий расход охл. воздуха
дежурная зона горения
Сложность конструкции
и топливной аппаратуры

14.

Конструкия основных элементов КС
Корпус камеры сгорания
ПС-90А
внутренний
Нагрузки:
Внешнее давление
Осевая сила
Крутящий момент
наружный
Нагрузки:
Внутреннее давление
Осевая сила
Крутящий момент

15.

Конструкция основных элементов КС
Диффузоры камер сгорания:
с изоградиентным изменением площади
с разделителем потока (кольцевые КС)
с внезапным расширением потока

16.

Конструкция основных элементов КС
Жаровые трубы
Кольцевая КС
Трубчато-кольцевая КС
Двухзонная КС

17.

Охлаждение жаровых труб:
Конструкция основных элементов КС
Поле температур

18.

Конструкция основных элементов КС
Охлаждение жаровых труб
а)
б)
в)
г)
а),б),в) – варианты конвективно-пленочного охлаждения,
г) – транспирационное охлаждение.

19.

Конструкция основных элементов КС
Способы подвода воздуха
а) – механически обработанные
отверстия
б) –отбортованные отверстия;
в) – отверстия с воздухозаборником
г) – смесительный патрубок.
Температурные напряжения
вблизи отверстия

20.

Конструкция основных элементов КС
Фронтовые устройства камер сгорания
с лопаточным
завихрителем
с щелевой головкой
с конусным
стабилизатором

21.

Конструкция основных элементов КС
Крепление жаровых труб с осевой фиксацией в передней части
с отдельным газосборником
с совмещенным газосборником

22.

Конструкция основных элементов КС
Крепление жаровых труб с осевой фиксацией в задней части

23.

Конструкция основных элементов КС
Устройства подвода топлива
одноконтурная пневматическая
Низкий напор топлива
Выше ресурс топл. насосов
Лучше смешение
Меньше выбросы вр.веществ
центробежная, двухконтурная, двухсопловая

24.

Конструкция основных элементов КС
Требования
Надежность розжига на земле и на высоте
Высокие термо - и вибростойкость
Взрывобезопасность
Высокий ресурс элементов
Минимальные вес и габариты;
Минимальные эксплуатационные затраты.
системы зажигания
5
6
7
8
9
1
0
Свеча зажигания
1
2
3
4
Воспламенитель

25.

Материалы камер сгорания
Требования
Жаропрочность
Жаростойкость
Сопротивление усталости и росту трещин
устойчивость к газовой коррозии
Теплопроводность
Износостойкость
Технологические свойства (способность к
пластической деформации, свариваемость).
корпуса
•жаропрочные легированные
стали (13Х11Н2В2МФ) до 600 С;
•жаропрочные сплавы
на никелевой основе (до 650 С)
Покрытия
•Эмали
•Керамические
теплозащитные покрытия
жаровые трубы
•нерж.сталь (12Х18Н10Т) до 800 С;
•жаростойкие сплавы
на никелевой основе (ЭИ435) до 1100 С

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

Элементы крепления и опорные
устройства установки и компенсация
тепловых расширений и ползучести

34.

Топливовоздушная горелка камеры
сгорания газотурбинного двигателя

35.

фронтовое устройство жаровой
трубы кольцевой камеры сгорания
- патент 2499194 (20.11.2013)
Камера сгорания
газотурбинного двигателя

36.

Система впрыска топлива в камеру
сгорания газотурбинного двигателя,
камера сгорания, оснащенная такой
системой, и газотурбинный двигатель
Кольцевая малоэмиссионная камера
сгорания газотурбинного двигателя

37.

система зажигания в камере сгорания
газотурбинного двигателя, включающая свечу
полупроводникового типа

38.

39.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус,
жаровую трубу, на фронтальной стенке которой размещены воздушные
завихрители, а на боковых стенках - отверстия для подвода воздуха и, по
меньшей мере, одно запальное устройство. Топливные форсунки
установлены коаксиально воздушным завихрителям и выполнены в виде
топливного завихрителя с тангенциальными каналами и/или выходного
сопла. По меньшей мере, одна топливная форсунка, расположенная в зоне
запального устройства, выполнена с суммарной площадью ее
тангенциальных каналов и/или сопла, на 2-30% большей, чем у остальных
форсунок. Изобретение способствует созданию в зоне запального устройства
переобогащенной топливовоздушной смеси, вследствие чего расширяется
диапазон запуска, особенно в условиях отрицательных температур
окружающего воздуха и высокогорных аэродромов.

40.

41.

Топливовоздушная горелка камеры сгорания
газотурбинного двигателя

42.

43.

ЭМИССИЯ NОх ОТНОСИТЕЛЬНО НОРМ ИКАО