Устройство турбореактивного двигателя - часть 7

 

Рис. 23. Трубчатая камера сгорания 

 

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ 

Во время работы турбореактивного двигателя а камеру сгорания поступает воздух со 

скоростью 120 - 170 

м/сек.. Осуществить устойчивое горение и полное сгорание топлива 

при такой скорости воздуха очень трудно, так как поток воздуха сдувает пламя, а бедная 
смесь плохо поджигается и медленно горит. 

Для  надежного  и  быстрого  сгорания  топливовоздушной  смеси  в  камере  сгорания 

имеется специальная зона горения, расположенная в передней части жаровой трубы. 

Первичный воздух (10 - 15% от общего потока) входит внутрь жаровой трубы через 

отверстия диска и конуса; этому воздуху при помощи завихрителя придается вращатель-
ное движение. Воздух от завихрителя поступает в зону горения, где его скорость понижа-
ется до 15 - 25 

м/сек. 

В  зоне  горения  в  этот  завихренный  воздух  впрыскивается  форсункой  топливо,  его 

капельки  перемешиваются  с  воздухом  и  быстро  испаряются.  Чем  мельче  и  равномернее 
распылено топливо в воздухе, тем быстрее оно сгорает, при этом увеличивается полнота 
сгорания. Поэтому в современных ТРД давление впрыска топлива для получения хороше-
го его распыла достигает 40 - 70 

кг/см

2

  на номинальном режиме (при работе на земле). 

Через  боковые  отверстия  в  жаровой  трубе  в  зону  горения  проходит  еще  около 5 - 

10% воздуха, и в ней образуется теоретическая нормальная смесь с α ≈ 1, которая быстро 
и  полно  сгорает.  В  зоне  горения  образуется  устойчивый  факел  пламени  с  температурой 
1800 - 2100° абс. 

(середина 50-х). 

На цилиндрической части жаровой трубы сделаны небольшие отверстия, через кото-

рые входит воздух, изолирующий факел пламени от стенок жаровой трубы и охлаждаю-
щий жаровую трубу. 

Большая часть воздуха - вторичный воздух (75 - 85% от общего потока) обтекает жа-

ровую трубу снаружи и охлаждает ее, он минует зону горения и не участвует в горении. 
Вторичный воздух является изолирующим слоем между жаровой трубой и кожухом - зо-
ной охлаждения. 

В  зоне  смешения  (перемешивания)  жаровая  труба  имеет  большие  отверстия,  через 

которые  вторичный  воздух  направляется  внутрь  жаровой  трубы  и  “пронизывает”  факел 
пламени,  чем  достигается  хорошее  перемешивание  воздуха  с  продуктами  сгорания.  При 
перемешивании температура газового потока понижается до 1100 – 1150

0

 абс., кроме того, 

температура и давление отдельных струек газа выравниваются. Здесь же происходит до-
горание частиц несгоревшего топлива, если они не успели сгореть в зоне горения. 

Распределение потока воздуха по отдельным   сечениям жаровой трубы показано на 

рис. 24. 

 

Рис. 24. Схема подвода воздуха в жаровую трубу. 

Следует иметь в виду, чти повышение температуры и давления воздуха, поступаю-

щего в камеру сгорания, улучшает процесс сгорания. Понижение температуры и давления 
воздуха  на  входе  в  двигатель  (при  подъеме  на  высоту)  ухудшает  воспламенение  смеси, 
вызывает неустойчивое горение и даже приводит иногда к

 остановке двигателя. 

 

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ 

Изменение параметров газа в камере сгорания показано на рис. 25. 
Температура, давление и скорость воздуха на входе в камеру сгорания будут такими, 

какие имеет поток воздуха на выходе из компрессора. Приблизительно они будут равны: 

T

2

=208 

0

C, P

2

=4,35 кг/см

2

, с

2

=120 м/с. 

В камере сгорания за счет подвода тепла температуpa газов резко повышается, дос-

тигая на выходе – 850 - 900° С. Давление газов при движении их по камере сгорания пада-
ет за счет нагревания газов и за счет гидравлических сопротивлении камеры. Величина 
падения давления составляет около 0,1 - 0,15 

кг/см

1

. 

Скорость движения воздуха по длине камеры сгорания увеличивается за счет подво-

да тепла примерно на 50 

м/сек. 

 

 

Рис. 25. Изменение параметров газа по длине жаровой трубы 

 

3. ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ ГАЗА  

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА 

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, который преобразует теп-

ловую энергию и давление рабочих газов в механическую работу. 

Газовая  турбина  имеет два лопаточных элемента: 
1.  Неподвижный  сопловой  аппарат,  который  служит  для  преобразования  скрытой, 

потенциальной  энергии  газов  в  скоростную  энергию  и  для  направления  потока  газов  на   
рабочие лопатки под наивыгоднейшим углом. 

2.  Рабочие  лопатки,  укрепленные  на  вращающемся  диске.  Лопатки  преобразуют    

скоростную энергию газов в механическую работу. 

По  сравнению  двигателями  других  типов  газовая  турбина  имеет  ряд  преимуществ. 

Она проста по конструкции, надежна в эксплуатации, имеет высокий коэффициент полез-
ного  действий,  обеспечивает  получение  больших  мощностей  в  одном  агрегате  при  не-
большом весе и размерах (имеются турбореактивные двигатели, у которых газовая турби-
на развивает мощность больше 50 000 

л. с.). 

Эти качества газовой турбины обеспечили широкое применение ее в ТРД для враще-

ния компрессоров (нагнетателей). 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ 

Наиболее  широкое  применение  в  турбореактивных  двигателях  получили  односту-

пенчатые и двухступенчатые осевые реактивные газовые турбины. 

Одноступенчатой  турбиной  называется  такая,  которая  имеет  сопловой  аппарат  и 

один  ряд  рабочих  паток.  Термин  “осевая”  показывает,  что  поток  газов  подводится  к  ло-
паткам турбины параллельно оси вращения колеса. 

Реактивная газовая турбина - это такая турбина, в которой расширение газов проис-

ходит не только в сопловом аппарате, но продолжается и в каналах рабочего колеса тур-
бины, и которой расширение газов полностью заканчивается в сопловом аппарате, назы-
вается активной газовой турбиной. В активной турбине давление газов до и после колеса 
турбины одинаковы. 

Рабочим телом в газовой турбине являются газы, образующиеся от сгорания кероси-

на или какого-либо другого топлива в потоке сжатого воздуха. 

Познакомимся  с  конструкцией  одноступенчатой  осевой  газовой  турбины.  Схема 

турбины приведена па рис. 26. Турбина состоит из

 соплового аппарата, диска турбины с 

рабочими лопатками и вала с подшипниками.

  

 

 

Рис. 26. Схема осевой газовой турбины. Рис. 27. Детали соплового аппарата. 
 
Сопловой  аппарат  (рис. 27) имеет  внешний  и  внутренний  венцы,  между  которыми 

свободно  вставлены  лопатки  соплового  аппарата.  Такая  посадка  лопаток  обеспечивает 
свободное  удлинение  их  при  нагревании  (лопатки  находятся  в  потоке  газов,  имеющих 
температуру 850 - 900° С, и при работе нагреваются до светло-красного цвета). Чтобы ло-
патки  соплового  аппарата  могли  длительное  время  работать  при  высокой  температуре, 
они отлиты из жаростойкого сплава. 

Диск  турбины  (рис. 28) для  прочности  изготавливается  сплошным,  без  отверстия  в 

центре; он утолщается к центру и к ободу, где крепятся лопатки.