Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

секция имеет одну форсунку, впрыскивающую топливо по направ­ лению потока. Секционные камеры сгорания отличаются компакт­ ностью, обеспечивают высокую полноту сгорания топлива и устой­ чиво работают в различных эксплуатационных условиях. Недостат­ ком их являются сравнительно большие потери давления, достигаю­ щие 2,5-f-7,5%. Теплопроизводительность отдельной секции состав­ ляет в среднем (0,7 1,7)-103 кВт, а иногда достигает 3,5-103 кВт. Объемная теплонапряженность у камер этого типа бывает высокая — (100 -г- 160)-103 кВт/м3 .

Рис . 2 - 2 1 . Схема кольцевой камеры сгорания

В кольцевых камерах сгорания (рис. 2-21) зона горения / имеет форму кольцевой полости обычно шириной 150 -г- 200 мм, которая образуется двумя цилиндрами 1 и 2. Два других соосно расположен­ ных цилиндра 9 и 8 составляют кожух камеры. Подводимый воздух на входе в камеру разделяется на первичный и вторичный. Первич­ ный воздух через воздухоподводящее устройство 4 поступает в зону горения I , где сжигается топливо. Вторичный воздух направляется по кольцевым зазорам 6 и 7 к смесительным насадкам 5, а через них, поступает в зону смешения 77, где смешивается с продуктами сгора­ ния, понижая тем самым их температуру. В воздухоподводящем уст­ ройстве 4, на входе в зону горения I , по всей окружности расположе­ ны форсунки 3. За счет этого обеспечивается хорошее перемешивание топлива с воздухом и горение по всему кольцевому пространству. Чис­ ло форсунок может достигать 10—20 штук, но иногда это бывает одна вращающаяся форсунка.

Объемная теплонапряженность у кольцевых камер примерно та­ кая же, как и у секционных, а величина потери давления несколько больше (до 10%). Они имеют меньший рабочий объем и, кроме того, у них достигается более равномерное поле температур газа на выходе. Зато кольцевые камеры сложнее в изготовлении и доводке, трудно­ доступны для осмотра в ходе эксплуатации.

Трубчато-кольцевая камера сгорания представляет собой конст­ руктивное совмещение элементов секционной и кольцевой камер.

200

Также, как и у кольцевой камеры, кожух ее образуется наружным и внутренним соосно расположенными цилиндрами. А в кольцевом про­ странстве между этими цилиндрами размещается ряд отдельных пла­ менных труб, снабженных форсунками. Трубы соединяются друг с другом пламяпередающими патрубками, которые предназначены для передачи пламени, зажигания и выравнивания давления между тру­ бами. Трубчато-кольцевые камеры имеют теплонапряженность и по­ тери давления приблизительно такие же, как секционные камеры. Они компактны и более просты в доводке, нежели кольцевые камеры. Небольшие размеры пламенных труб упрощают их изготовление и разборку.

Рис. 2-22. Центробежная форсунка с перепуском топлива

Для работы на жидком топливе в камерах сгорания обычно приме­ няются центробежные форсунки (рис. 2-22). Они просты по конструк­ ции, надежны в работе и обеспечивают хорошее распыливание топли­ ва. К форсунке топливо подается насосом 5 под давлением не менее 10ч-15 бар. Поступает оно сначала в кольцевую полость 1, а затем через ряд тангенциально расположенных каналов 2 направляется в вихревую камеру 3, в которой приобретает вращательно-поступатель- ное движение. При выходе из форсунки топливо распыливается под действием центробежных сил.

В центробежных форсунках можно регулировать расход топлива за счет изменения его давления не более чем в 2-=-2,5 раза. Для обес­ печения более широкого диапазона регулирования применяются двухступенчатые форсунки и форсунки с перепуском топлива. У двухступенчатых (двухконтурных) форсунок на малых расходах работает лишь одна первая ступень. Для увеличения расхода топли­ ва в нужный момент к ней подключается вторая ступень, и тогда подача топлива уже производится через обе ступени. У форсунок с перепуском топлива вихревая камера 3 соединена с регулируемым

201

перепускным клапаном 4, который позволяет перепускать соответ­ ствующую часть топлива обратно в подводящий трубопровод или же в расходный бак 6 (см. рис. 2-22).

§ 2-13. Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты в ГТУ по своему назначению выполняют роль регенераторов (подогревателей), воздухоохладителей и масло­

ние как со стороны греющей, так и нагреваемой среды должно быть не выше допустимых пределов с точки зрения влияния на к.п.д. всей установки.

В ГТУ применяются теплообменники поверхностного типа, в ос­ новном рекуперативные, в которых греющая и нагреваемая среды полностью изолированы друг от друга, а теплообмен между ними осуществляется через разделяющую их стенку. И только вращающие­ ся регенераторы по принципу работы являются регенеративными теплообменниками, так как в них греющая и нагреваемая среды по­ очередно омывают одну и ту же поверхность теплообмена.

Рекуперативные теплообменники, применяемые в ГТУ, по кон­ структивному исполнению бывают трубчатыми и пластинчатыми. Как те, так и другие выполняются прямоточными (греющая и нагревае­ мая среды движутся параллельно друг другу и в одном направлении); противоточными (среды движутся навстречу друг другу); с пере­ крестным током (среды движутся в перекрестном направлении отно­ сительно друг друга).

Трубчатые теплообменники в ГТУ выполняются с шахматным и коридорным расположением трубок, с прямыми и гнутыми трубками. У прямых трубок гидравлическое сопротивление меньше, чем у гну­ тых, но зато необходимы специальные устройства для компенсации температурных деформаций. У прямых трубок значительно легче очищать внутреннюю и наружную поверхности от различных отло­ жений.

В зависимости от компоновки и создания необходимой длины ка­ налов трубчатые и пластинчатые теплообменники выполняются одно-, двух-, трех - и более ходовыми. В ГТУ применяются трубчатые теплообменники с гладкими и оребренными трубками.

Основными показателями, характеризующими теплообменники по­ верхностного типа, являются следующие величины:

1.Коэффициент теплопередачи. Его численные значения для ре­ генераторов разных типов приведены в табл. 2-1.

2.Коэффициент компактности характеризует компактность тепло-

202

чина поверхности теплообмена [м2] находится в 1 м3 или 1 кг теплопередающего элемента.

3. Гидравлические потери как со стороны греющей, так и нагре­ ваемой среды обычно принято выражать в процентах по отношению

кдавлению на входе в теплообменный аппарат.

4.В трубчатых теплообменниках за характерный размер прини­ мается внутренний диаметр трубки. В случае каналов сложного се­ чения (например, в пластинчатых теплообменниках) за характерный размер принимают эквивалентный диаметр

где 5 — площадь поперечного сечения канала, м2 ; р — полный пери-

^.метр поперечного сечения канала независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене, м.

Значения остальных показателей вполне понятны из табл. 2-1.

Трубчатые теплообменники, в том числе и регенераторы (рис. 2-23), независимо от их конструктивных особенностей и компоновки обычно состоят из следующих основных деталей (см. рис. 2-23, г): литого или же сварного корпуса /, трубных досок 2 и трубок 3, которые обра­ зуют поверхность теплообмена. Трубки 3 крепятся в трубных досках 2 в большинстве случаев развальцовкой и сравнительно реже с по­ мощью пайки или сварки.

Трубчатые регенераторы наиболее широко применяются в ГТУ различных типов, мощности и назначения благодаря следующим до-

203

стоинствам: 1) их можно использовать при наиболее высоких степе­ нях сжатия; 2) они позволяют без затруднений осуществлять нужную компоновку; 3) обладают большой надежностью и долговечностью в работе. Замена вышедших из строя трубок не представляет особого труда.

К недостаткам трубчатых регенераторов относятся: 1) большой

У регенераторов корпус, трубные доски и сами трубки чаще всего изготовляются из углеродистой или нержавеющей стали. Но для тру­

торах иногда делается наружное, а также и внутреннее оребрение. Оребрение в регенераторах обычно выполняется продольным, так как в этом случае гидравлическое сопротивление меньше, а очистка ребер от нагара проще, чем при поперечных ребрах.

Для повышения коэффициентов теплоотдачи применяются так называемые турбулизаторы, с помощью которых искусственно созда­ ется дополнительная турбулизация потока газа. В качестве турбулизаторов чаще всего используются либо проволочная спираль, вставляемая внутрь трубок и наматываемая также снаружи их, либо спираль­ ная лента. Но встречаются и другие конструктивные способы турбулизации.

Более компактными, легкими, простыми по конструкции и деше­ выми по сравнению с трубчатыми являются пластинчатые теплообмен­ ники. У них поверхность теплообмена составлена из профильных листов (пластин), которые изготовляются обычно из углеродистой или нержавеющей стали. Профильные листы накладываются друг на друга

204