10.Кс гту с диффузионным сжиганием топлива. Особенности конструкции кс и сжигания топлива. Основные требования к кс гту. Экономичность кс гту.

Процесс горения топлива в КС ГТУ сложнее, чем в других топочных камерах. При не больших температурах химическая реакция горения протекает достаточно медленно, а потребление кислорода во много раз меньше возможности его доставки к фронту пламени, который разделяет топливовоздушную смесь и продукты сгорания. При высоких температурах процесса общая скорость реакции определяется условием подвода кислорода. Доставляемый диффузией к поверхности кислород мгновенно вступает в реакцию, а его концентрация у поверхности приближается к нулю. Формируется диффузионная область горения. Таким образом, скорость процесса горения при смешении струй топлива с воздухом ограничивается не химической реакцией, а более медленными диффузионными процессами массообмена. Такие КС называют диффузионными.

Диффузионный факел горит в смеси – имеющий разный состав, но скорость истечение, плотность теплового потока невелики. Устраняют это путем искусственной стабилизацией горения и интесификацией смесеобразования. Повышается чувствительность к избыткам воздуха. Становится невозможной работа при большом избытке воздуха. Выходом является разделение потока воздуха на первичный и вторичный. Зона горения и зона смешения.

Рис.10.1. Принципиальная схема (а) одноступенчатой КС энергетической ГТУ и ее конструкция (б)

1-корпус; 2-пламенная труба; 3-форсунка; 4-завихритель воздуха (регистр); G_В, G₁, G_ОХЛ, G₂ - воздух, поступающий соответственно в камеру сгорания, через регистр, через щели охлаждения и в смеситель; G_Г - количество продуктов сгорания, поступающих в ГТ; Т-топливо, поступающее в форсунку; β_Ф-угол раскрытия топливного факела; ЗОТ - зона обратных токов; L_ОГ – зона горения; L_СМ - зона смешения; 5-трубка; 6-выдвигаемое запальное устройство (свеча);7-сжатый воздух после компрессора G_B; 8-воздух для сжигания топлива G₁; 9- охлаждающий воздух G_ОХЛ; 10-воздух формирования температуры газов перед ГТ G₂; 11-переходной патрубок; 12-вход в ГТ (направляющие лопатки первой ступени)

Принципы организации рабочего процесса в КС:

1. КС ГТУ разделены на две зоны. Деление осуществляется либо по воздуху либо по топливу.

Рис.10.2. Схемы разделения рабочего тела в КС по топливу (а) и по воздуху (б)

Рост температуры перед турбиной ограничен жаропрочность и жаростойкостью материалов. Для удержания температуры на заданном уровне необходимо повышать избыток воздуха в газах, .Температура воздуха после компрессора в зависимости от степени повышения его давления составляет 300-350С, скорость потока воздуха доходит до 50м/с. Ни один вид органического топлива при таких условиях быстро и качественно гореть не может.

В зону горения поступает только часть общего количества воздуха- G1. Вместе с топливом эта часть воздуха обеспечивает образование высокореакционной смеси, сгорающей достаточно быстро при высокой температуре. Другая часть воздуха – G2, подается в зону смешения, где формируется заданная начальная температура газов перед турбиной. Небольное кол-во воздуха- Gохл, через специальные щели и отверстия охлаждает корпус и детали пламенной трубы.

2. Стабильное горение движущейся топливовоздушной смеси возможно при равенстве скоростей потока и распространения пламени. Для этого прежде всего стремятся турбулизировать поток в зоне горения: улучшается смесеобразование, увеличивая скорость распространения пламени. Для этого используют лопаточные завихрители или плохо обтекаемые тела, располагаемы во фроновом устройстве пламенной трубы. За ними возникает зона обратных токов (ЗОТ). Это стабилизирует положение фронта пламени и обеспечивает зажигание всей топливной смеси. За счет теплоты подсасываемых к корню факела продуктов сгорания происходят подогрев, испарение и зажигание свежих порций топлива.

3. Подвод первичного воздуха по длине зоны горения осуществляется не сразу, а в определенной последовательности, основанной на теоретических представлениях, экспериментальных и эксплуатационных данных. Средняя температура газов в зоне горения должна быть не ниже 1500⁰С

4. Переход к микрофакельному сжиганию топлива с увеличенным числом горелок (100-150шт в кольцевых кс). Меньшая длина КС.

5. Стабилизация горения – применение дежурных горелок, источники постоянного поджига топлива.