Размещено на http: //www. allbest. ru/
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Введение
Как правило, в двигателях применяется встроенная кольцевая камера сгорания, так как этот тип камер обладает самой компактной конструкцией с меньшими потерями давления. В такой камере сгорания жаровая труба выполнена в виде кольца, в центре которого находится ось вала турбины. Камеры сгорания бывают прямоточные (направление движения воздуха в кольцевом пространстве между корпусом и пламенной трубой то же, что и направление движения газов в пламенной трубе) и противоточные (направления движения воздуха в кольцевом канале и газов в пламенной трубе противоположны). Было принято решение использовать кольцевую прямоточную КС.
Основные требования, предъявляемые к такой камере сгорания - высокая полнота сгорания топлива, экономичность, устойчивость горения на переходных режимах работы, надежность запуска в различных высотно-климатических условиях, минимальный выброс токсичных компонентов, низкие потери полного давления, поэтому их мы и будем придерживаться. Сжигание в КС требуемого количества топлива должно быть организовано таким образом, чтобы не допустить прогорания стенок газопровода, обеспечить стабильность подвода топлива и устойчивость горения, избежать при этом больших потерь давления.
Каждая камера сгорания содержит обычно прочный корпус и жаровую трубу, в которой имеется одна или несколько горелок со стабилизаторами пламени (как правило, это завихрители воздуха). В жаровой трубе могут быть смесительные отверстия, дожигающие отверстия и отверстия для охлаждения стенок. Вход воздуха в камеру осуществляется через диффузор; выход продуктов сгорания в турбину происходит через газосборник, называемый также переходным патрубком.
В расчет камеры сгорания входит:
- определение её геометрических размеров;
- определение характеристик рабочего процесса на расчетном режиме, расчет индексов эмиссии загрязняющих веществ.
- проектирование завихрителя фронтового устройства пламенной трубы.
Для расчета камеры сгорания используются параметры потока, полученные за компрессором и параметры, которых необходимо достичь перед турбиной. Известны и геометрические размеры на входе и выходе из камеры.
Топливом для неё является природный газ. Оно не имеет золы, легко транспортируются и смешиваются с газообразным окислителем; автоматика и обслуживание проще, чем на жидком топливе.
камера двигатель пламенный труба
1. Исходные данные
Расход воздуха на выходе из компрессора =60 кг/с;
Давление воздуха на выходе из компрессора =2,5 МПа;
Температура воздуха на выходе из компрессора =700 К;
Температура воздуха на выходе из КС =1400 К;
Коэффициент избытка воздуха =3,59;
Теоретическое кол-во воздуха для окисления 1 кг топлива =15,8;
Диаметр кольцевого канала на входе в КС =0,6 м;
Площадь сечения входа в КС =0,0505 м2;
Диаметр кольцевого канала на выходе из КС =0,671 м;
Площадь сечения выхода из КС =0,1182 м2;
Высота канала в выходном сечении КС =0,0988 м;
Наружный диаметр корпуса КС =1,0365 м;
Параметры варьирования:
=2,5
- эта величина выбирается из диапазона ;
=0,27,
выбирается из диапазона =0,150,3, где - коэффициент скорости в отверстиях пламенной трубы;
=1,3,
выбирается из диапазона ;
=2,
выбирается из диапазона
2. Расчет размеров прямоточной кольцевой камеры сгорания
Рис.1 Размеры проточной части прямоточной кольцевой камеры сгорания
1. Площадь миделевого сечения пламенной трубы:
.
2. Суммарная эффективная площадь всех отверстий в пламенной трубе:
Струи воздуха, поступающие в объем жаровой трубы из дожигающих отверстий, призваны обеспечить здесь надлежащее перемешивание поступающего воздуха с продуктами горения. Назначение воздуха, посланного в охлаждающие отверстия - двигаться вдоль внутренней поверхности стенки, как можно ближе к ней, чтобы изолировать ее от контакта с пламенем, чтобы обеспечить надежное ее охлаждение. Важно, чтобы в каждом поперечном сечении жаровой трубы, где устроены щели, воздух поступал равномерно по окружности. Иначе в местах дефицита воздуха пламя, касаясь непосредственно стенки, создаст местный ее перегрев.
3. Средний диаметр пламенной трубы:
.
4. Высота пламенной трубы в миделевом сечении:
.
5. Диаметр наружной обечайки пламенной трубы:
.
6. Внутренний диаметр пламенной трубы:
.
7. Средняя высота между миделевым и выходным сечениями:
.
8. Длина газосборника пламенной трубы:
.
9. Площадь кольцевых каналов:
.
10. Диаметр наружного корпуса камеры сгорания:
.
11. Диаметр внутреннего корпуса камеры сгорания:
.
12. Длина зоны горения:
.
13. Длина пламенной трубы:
.
14. Степень расширения малого «безотрывного» диффузора:
15. Высота канала на выходе из малого «безотрывного» диффузора:
.
16. Длина малого «безотрывного» диффузора:
.
17. Расстояние от выхода из малого «безотрывного» диффузора до торцов топливных форсунок:
.
Для стабильного течения в диффузоре необходимо обеспечить условие <0,6:
.
18. Длина камеры сгорания:
.
19. Число топливных форсунок:
.
20. Объем зоны горения:
.
21. Объем пламенной трубы:
22. Площадь боковой поверхности пламенной трубы:
где
23. Проверка функциональных ограничений
Камера не прошла по ряду нескольких функциональных ограничений.
3. Расчет характеристик рабочего процесса камеры сгорания
Общепризнанно, что загрязнение окружающей среды выбросами продуктов сгорания влечет за собой тяжелые последствия для нашей цивилизации. загрязняющими веществами являются окись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (UHC - Unburned HydroCarbons), окислы азота (NOX) и окислы серы (SOX).
При расчете используются критериальные уравнения описывающие результаты теплообменных процессов в потоке газа с подводом тепла и вещества в реакционных объемах КС от входа в эти объемы до выхода из них.
1. Индекс эмиссии оксидов азота:
2. Индекс эмиссии многооксидов углерода:
3. Индекс эмиссии несгоревших углеводородов
4. Индекс эмиссии бензопирена:
5. Расчет полноты сгорания:
.
6. Коэффициент окружной неравномерности поля температуры газа на выходе из КС:
7. Коэффициент радиальной неравномерности поля температуры газа:
8. Коэффициент гидравлического сопротивления пламенной трубы:
.
9. Суммарный коэффициент гидравлического сопротивления КС:
10. Коэффициент скорости на входе в КС:
.
11. Коэффициент потерь полного давления в КС:
4. Проектирование завихрителя фронтового устройства пламенной трубы
Для предотвращения срыва пламени и поддержания устойчивого горения должен быть постоянный источник воспламенения. Для достижения этого необходимо организовать обратное течение горящих продуктов хим. реакций к месту подачи топлива. Воздушный завихритель как раз создает развитую устойчивую зону обратного течения высокотемпературных продуктов горения, что обеспечивает надежное зажигание и поддержку горения.
Для расчета завихрителя необходимо задаться количеством лопаток завихрителя . Обычно число лопаток завихрителя лежит в пределах от 10 до 16, для более стабильного горения примем .
Рис. 2
1. Радиус выходного сечения завихрительного устройства:
,
где коэффициент расхода.
;
2. Исходя из конструктивных соображений, задается .
3. Толщина лопаток завихрителя:
где:
;
;
1. Митрофанов В.А., Рудаков О.А., Сигалов Ю. В., Рассохин В.А., Раков Г.Л., Оленников С.Ю. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Основы теории и алгоритм расчета: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2006. 60с.
2. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Турбиностроение». ?3-е изд., перераб. И доп.?М.: Машиностроение, 1984?280 с., ил.