Назначение: преобразование химической энергии топлива в тепловую путем организации эффективного сгорания топлива в потоке сжатого воздуха поступающего из компрессора.
Горение – быстро протекающий химический процесс окисления топлива, сопровождающийся выделением большого количества тепла. Диаграмма процесса горения приведена на рис. 29.
Рис. 29. Диаграмма процесса горения
L0 – стехиометрический коэффициент (минимальная масса воздуха необходимая для полного сгорания 1 кг топлива):
Таким образом, минимальная масса воздуха необходимая для полного сгорания 1 кг топливасоставляет 14,5 кг.
α – коэффициент избытка воздуха
Максимальная эффективность процесса горения при α = 1. В этом случае полностью сгорает все топливо и полностью используется весь кислород, содержащийся в воздухе зоны горения. На практике для гарантированного сгорания топлива поддерживается α = 1, 2-1, 4. Температура в зоне горения при этом может достигать 2000 К (» 1800 0С).
Однако на выходе из камеры сгорания температура потока должна быть в допустимых пределах по жаропрочности лопаток и узлов турбины, что составляет 800-900 0С. Организация устойчивого процесса горения при такой температуре невозможна. Поэтому в камерах сгорания любого типа ГТУ используется принцип двухзонности, а именно: локализация зоны горения, внутри зоны смешения (рис. 30).
Рис. 30. Распределение воздушного потока в камере сгорания
На всех режимах работы двигателя «первичным воздухом» в зоне горения обеспечивается α = 1, 1-1, 2, чем создаются благоприятные условия для быстрого, устойчивого и полного сгорания топлива. В зоне смешения раскаленные газы перемешиваются с относительно холодным «вторичным воздухом», в результате чего на выходе из камеры сгорания температура потока не превышает 800-900 0С.
«Первичный воздух»:
– (25-30)% – через завихрители и стабилизаторы пламени в зону горения.
«Вторичный воздух»:
– (50-60)% – через отверстия смесителя для перемешивания с «первичным воздухом» и создания приемлемого поля температур на выходе из камеры сгорания;
– (10-25)% – пленочное охлаждение стенок жаровых труб (через щелевые или «терочные» отверстия).
Принципы организации рабочего процесса в камере сгорания:
– двухзонность (подробно сказано выше);
– снижение скорости воздуха во входном диффузоре до 50-60 м/сек. с целью предотвращения срыва пламени;
– максимальное перемешивание смеси (с помощью завихрителей и стабилизаторов пламени и дальнейшее снижение скорости потока до 15-25 м/сек.);
– пленочное охлаждение стенок жаровой трубы (тонкий слой вторичного воздуха вдоль стенок жаровой трубы).
