Испытания основных камер сгорания
Целью испытаний отсеков является получение требуемых характеристик камеры сгорания по полноте сгорания топлива и содержанию загрязняющих веществ в выхлопных газах, удовлетворительных срывных и пусковых характеристик, допустимых значений потерь - полного давления и температуры элементов камеры сгорания. На отсеке могут быть получены предварительные данные о форме радиальной эпюры и окружной неравномерности температур в выходном сечении камеры.
Схема стенда для испытаний отсеков камер сгорания представлена на рис. 8.7. Воздух от компрессорной станции подается по трубопроводу 1 в ресивер 2, а затем к диффузору камеры 3. В выхлопной магистрали за камерой сгорания 3 устанавливается охлаждаемый водой дроссель 5, который имитирует сопловой аппарат турбины и необходим для поддержания заданного режима по расходу и давлению газа в камере. После дросселя 5 газ поступает в выхлопную шахту. Стенды для испытаний отсеков могут оснащаться специальным оборудованием (подогреватели или охладители воздуха, эжекторы и др.), предназначенным для обеспечения испытаний при повышенных и пониженных значениях р*к и Т*к.
На рис. 8.8 дана схема систем такого стенда. Экспериментальный отсек 6 помещается в барокамеру 7. Воздух к стенду поступает от компрессорной станции и перед подачей к отсеку может подогреваться в теплообменнике 1 или после прохождения через осушители 2 охлаждаться в турбохолодильном агрегате 3. Для создания пониженных давлений газа в отсеке предназначен эжектор 9. Стенд снабжен также системой охлаждения топлива сжиженным углекислым газом.
При исследованиях измеряются расходы воздуха и топлива, давление и температура воздуха на входе, статическое давление и поле температур и полных давлений в выходном сечении, температуры стенок жаровых труб. Отбираются пробы газа в выходном сечении для определения коэффициента полноты
Рис. 8.7. Схема установки для испытаний отсеков камер сгорания:
1 - подводящий воздухопровод; 2 - ресивер; 3 - испытуемый отсек;
4 - мерный участок; 5 - выходной дроссель
сгорания топлива и содержания загрязняющих веществ (методики отбора и химического анализа см. в гл. 7).
В отдельных случаях могут измеряться значения полного и статического давлений в кольцевых каналах и статических давлений в жаровой трубе в различных сечениях по длине камеры сгорания, значения лучистых потоков тепла от газов и другие параметры, необходимые для более глубокого изучения рабочего процесса.
По результатам измерений рассчитываются коэффициенты восстановления полного давления sк.с.=р*г/р*к, гидравлических потерь 
, полноты сгорания топлива 
, избытка воздуха a=Gв/L0Gт. Здесь L0- стехиометрический коэффициент.
Значения i*г могут определяться или по измеренным полям температур, или по данным химического анализа продуктов сгорания.
Рис. 8.8. Схема систем стенда для испытаний камер сгорания при различных значениях р*к и Т*к:
1 - газовый подогреватель с теплообменником; 2 - осушители; 3 - турбохолодильный агрегат; 4 - расходомер; 5 - перепускная заслонка; 6 - объект испытаний; 7 - термобарокамера: 8 - выходной дроссель; 9 - эжектор; 10 - топливный радиатор
На отсеках определяются также срывные и пусковые характеристики камер сгорания - изменение значений коэффициента избытка воздуха, при которых происходит срыв горения или прекращается устойчивое воспламенение смеси в камере в зависимости от скорости воздуха на входе.
Испытания проводятся при значениях режимных параметров. соответствующих различным условиям эксплуатации. Так, доводка камеры сгорания по полноте сгорания топлива и по выбросам окиси углерода СО и несгоревших углеводородов СхНу осуществляется, как правило, при значениях р*к и Т*к, соответствующих режиму малого газа (р*к=3…5.105 Па, Т*к=450...600 К), по выбросам NOх - при повышенных значениях Т*к (до 800...900 К), а по дымлению - при повышенных давлениях (до 10...15.105 Па). Пусковые характеристики камеры определяются в условиях, характерных для высотного запуска (р*к=0,2…0,4.105 Па, Т*к=215...240 К).
Для более точного определения характеристик производятся испытания полноразмерных камер сгорания. Одной из главных задач при этом является исследование полей температур газа в выходном сечении, которые оказывают существенное влияние на условия работы турбины. Поля температур, полученные на отсеке, могут рассматриваться только как предварительные, поскольку в условиях отсека не могут быть реализованы с абсолютной точностью все конструктивные особенности полноразмерной камеры. Хотя устройство экспериментальных стендов для испытаний полноразмерных камер сгорания в принципе аналогично устройству стендов для испытаний отсеков, оно отличается большой конструктивной сложностью и большими габаритными размерами.
Так, для определения полей температур, давлений и состава газа используются достаточно сложные, оснащенные системой охлаждения поворотные турели, обеспечивающие перемещение гребенок термопар или отборников давления и газовых проб по всей площади выходного сечения. В связи с большими расходами воздуха возникают значительные трудности в обеспечении высоких значений давлений и температур воздуха на входе и испытания часто проводятся при пониженных по сравнению с рабочими параметрах. В частности, распространено определение полей температур в выходном сечении при пониженных значениях Т*к (например, при Т*к=600 К вместо 900 К) и р*к (р*к=(5…7).105 Па вместо (20...25).105 Па), но при рабочих значениях коэффициента избытка воздуха и скоростей течения. Температура газа на выходе при этом также понижается в связи с понижением Т*к, что облегчает измерения, а с уменьшением р*к уменьшаются потребные расходы воздуха и, следовательно, энергетические затраты.
Исследования показывают, что измеренные при этом поля температур, будучи представленными в безразмерном виде (вместо абсолютных значений местных температур Т*i необходимо использовать их относительные значения qi=(Т*i-Т*г)/(Т*г-Т*к), практически аналогичны полям, полученным при рабочих значениях р*к и Т*к. Например, сохраняется неизменной максимальная неравномерность температурного поля Dqг=(Т*max-Т*г)/(Т*г-Т*к), значение которой, как правило, не должно превышать 0,25...0,3.