Глава 1. общие сведения о камерах сгорания

Ю.С.Кустарев, М.В.Эммиль

КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Допущено УМО по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140503 – "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели" направления подготовки 140500 – "Энергомашиностроение"

2-е издание

Москва - 2009

УДК: 621.436.052.001

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 года для специальности подготовки 140503 – "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели" направления подготовки 140500 – "Энергомашиностроение" на основе рабочей программы дисциплины "Камеры сгорания"

Рецензенты: кафедра "Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки"

МГТУ им. Н.Э.Баумана

кандидат технических наук, доцент И.А.Барский (РУДН)

Работа подготовлена на кафедре "Транспортные газотурбинные двигатели"

Камеры сгорания газотурбинных двигателей: учебное пособие / Ю.С.Кустарёв, М.В.Эммиль. – 2-е изд. – М.: МГТУ "МАМИ", 2009. – 154 с.

В работе приводятся основные сведения по устройству и рабочему процессу камер сгорания авиационных и транспортных газотурбинных двигателей (ГТД), рассматриваются компоновочные схемы и основные параметры камер сгорания, даются основные элементы теории горения и газовой динамики струйных течений, приводится методика гидравлического расчета блочных и кольцевых камер сгорания. Книга содержит также описание физико-химических свойств топлива, применяемого в ГТД, и основные стандарты на топливо. Глава книги посвящена актуальной проблеме снижения вредных выбросов с выхлопными газами ГТД с представлением соответствующих стандартов.

УДК: 621.436.052.001

©Ю.С.Кустарёв, М.В.Эммиль

© МГТУ "МАМИ", 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение……………………………………………………….. 5

1. Общие сведения о камерах сгорания…………………….. 6

1.1. Классификация конструктивных схем камер сгорания … 6

1.2. Требования к камерам сгорания ………………………… 10

2. Топливо, применяемое в ГТД и ГТУ…………………….. 15

2.1. Общие требования к топливу …………………………… 15

2.2. Состав и теплота сгорания топлива ……………………. 17

2.3. Газообразное топливо …………………………………... 19

2.4. Жидкое топливо. Физико-химические свойства ………. 19

2.5. Ассортимент жидких топлив, вырабатываемых в РФ … 24

и за рубежом

3. Основы теории горения………………………………….. 29

3.1. Реакции горения топлива ……………………………… 29

3.2. Расчет температуры горения при отсутствии диссоциации .. 32

3.3. Ламинарное распространение пламени ……………… 34

3.3.1. Условия существования фронта пламени.

Закон Михельсона

3.3.2. Упрощенная теория нормального распространения

пламени

3.4. Распространение пламени в турбулентном потоке … 44

3.4.1. Турбулентное горение

3.5. Диффузионное горение ……………………………….. 51

3.6. Основные понятия о струйных течениях ……………. 53

3.6.1. Закрученные струи

Теория и расчет камер сгорания газотурбинных

двигателей и установок…………………………………… 62

4.1. Рабочий процесс камер сгорания …………………… 62

4.2. Потери при течении газа в элементах камер сгорания … 68

4.2.1. Потери в диффузоре

4.2.2. Потери во фронтовом устройстве

4.2.3. Потери при смешении потоков

4.2.4. Тепловые потери

4.3. Теория и расчет центробежных форсунок …………….. 81

4.3.1. Схема расчета центробежной форсунки

4.3.2. Пример расчета центробежной форсунки

4.3.3. Особенности расчета двухступенчатых форсунок

4.4. Газогорелочные устройства камер сгорания ГТУ …… 92

4.5. Конструктивные схемы жаровых труб камер сгорания

ГТД и ГТУ …………………………………………………. 96

4.5.1. Температурный режим стенки жаровой трубы

4.5.2. Смесители

4.6. Расчет камер сгорания ……………………………… 102

4.6.1. Тепловой расчет

4.6.2. Гидравлический расчет

4.6.2.1. Схема расчета трубчато-кольцевой камеры

4.6.2.2. Особенности расчета кольцевой камеры

4.6.2.3. Расчет индивидуальных выносных камер

стационарных ГТУ

5. Испытания камер сгорания …………………………….. 121

6. Токсичность выбросов камер сгорания ГТД ................. 138

6.1. Происхождение вредных веществ в камерах

сгорания ГТД ................................................................... 139

6.2. Методы борьбы с выбросом вредных веществ в ГТД … 142

Заключение …………………………………………………….. 149

Приложение ……………………………………………………. 150

Литература …………………………………………………… . 153

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинные двигатели (ГТД) занимают одно из ведущих мест в технике нашего времени. Современная транспортная и военная авиация почти целиком оснащаются ГТД. Эти двигатели все шире используются на судовом и железнодорожном тран­спорте, в энергетике, проникают в автомобильный транспорт. Современными стационарными газотурбинными установками оснащены компрессорные станции магистральных газопроводов.

К числу важнейших узлов газотурбинного двигателя отно­сится камера сгорания. Назначение камеры сгорания - подвести тепло к рабочему телу, в качестве которого служит воз­дух. Тепло подводится за счет сжигания в камере топлива, При этом кислород воздуха является окислителем. Существен­ным достоинством ГТД является возможность использования в них как жидкого, так и газообразного топлива. Камеры сгорания таких двигателей должны быть приспособлены для сжига­ния различных видов топлива, то есть должны иметь комбини­рованное топливосжигающее устройство.

Создание камер сгорания является сложной задачей, охва­тывающей вопросы аэродинамики и горения, которая в настоя­щее время решается в основном опытным путем. Создание ин­женерной методики аналитического расчета камер сгорания ГТД представляет одну из важных задач на пути развития газотурбинных двигателей.

В книге приводятся порядок гидравлического расчета камер сгорания различных схем, основанный на методике, разработанной в Московском авиационном институте Г.М.Горбуновым.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАМЕРАХ СГОРАНИЯ