Горивна камера на двигателя

Материал от TeploViki - енциклопедия на отоплението

Горивна камера на двигателя - обемът, образуван от комплекта части на двигателя, в които горимата смес е изгорена. Дизайнът на горивната камера се определя от условията на работа и предназначението на механизма; като правило се използват топлоустойчиви материали. В зависимост от температурата, развита в камерата за непрекъснато горене, като конструктивни материали за тяхното производство се използват:

до 500 ° С - хром-никелови стомани;
до 900 ° С - хром-никелови стомани с добавка на титан;
над 950 ° С - специални материали.

Горивната камера - това е затворено пространство, кухина за изгаряне на газообразно или течно гориво Двигатели с вътрешно горене.
Горивна камера на газотурбинен двигател - устройство, при което в резултат на изгарянето на горивото температурата на въздуха (газа), постъпващ в него, се повишава.

Съдържание

Класификация

По принципа на действие

Непрекъснато действие (за газотурбинни двигатели (GTE), турбореактивни двигатели (TRD), въздушно-реактивни двигатели (VFD), ракетни двигатели с течно гориво (LPRE)).
Периодично действие (за бутални двигатели с вътрешно горене (ICE));

От своя страна камерите за непрекъснато горене са класифицирани:По предварителна уговорка

Основен;
Резерв;
Междинно отопление;

По посока на потока въздух и продуктите от горенето

направо през;
изпарителни горивни камери (последните рядко се използват поради високото хидравлично съпротивление).

По конструктивни характеристики на корпуса и пламъчната тръба

Камерите с прекъснато горене от своя страна са класифицирани:По използвано гориво

По дизайн бензинови горивни камери споделят:

По дизайн дизелови горивни камери споделят:

- Неразделени (имат само едно отделение, в което се образуват както смес, така и изгаряне на гориво)
- Разделен (разделен на две части: основна и допълнителна, свързани помежду си с гърловина. В този случай горивото се впръсква в допълнителна камера)

По метода за образуване на смес

- Обемен (за неразделени горивни камери);
- Филм;
- Комбиниран.

Непрекъсната горивна камера

Камерите за непрекъснато горене са сред най-важните компоненти на самолетни и космически двигателни системи, специални и транспортни газотурбинни инсталации, които се използват широко в енергетиката, химическата промишленост и железниците. транспортни, морски и речни плавателни съдове.

Принцип на действие

Горивната камера е единица на газотурбинен двигател (GTE), в която се приготвя и изгаря въздушно-горивната смес. За да се приготви гориво-въздушната смес, горивото се подава в горивната камера чрез инжектори и се подава въздух от компресора. В процеса на стартиране на двигателя гориво-въздушната смес се запалва от електрическа искра (или пусково устройство) и по време на по-нататъшната работа процесът на горене се поддържа непрекъснато поради контакта на получената въздушно-горивна смес с гореща продукти от горенето. Газът, образуван в горивната камера, се насочва към турбината на компресора.

Стабилността и съвършенството на процесите в горивната камера до голяма степен гарантират надеждната и икономична работа на газотурбинния двигател.

Изисквания за камера за непрекъснато горене

Стабилност на горивния процес при всички възможни режими и условия на полет. Необходимо е изгарянето на горивото да бъде непрекъснато и да няма разрушаване на пламъка или пулсиращо изгаряне, което може да доведе до самоизключване на двигателя. В процеса на промяна на режима на работа на двигателя и условията на полета съотношението на горивото и въздуха, постъпващи в горивната камера, се променя, т.е. смесване на промените в качеството.
Осигуряване на равномерно поле на температурата на газа пред турбината. Обикновено горивните камери имат множество инжектори за гориво, така че има тенденция да има различни температурни зони на изхода на горивните газове. Значителна неравномерност на температурното поле на газа може да доведе до разрушаване на лопатките на турбината.
Минималната дължина на пламъчната горелка, т.е. процесът на горене трябва да завърши в горивната камера. В противен случай пламъкът достига лопатките на дюзата, което може да доведе до изгаряне.
Надеждност в експлоатация, дълъг експлоатационен живот, лекота на контрол и поддръжка. Осигуряването на дългосрочна и надеждна работа на горивната камера се постига както чрез редица конструктивни мерки, така и чрез стриктно спазване на правилата за полет и техническа експлоатация. За максимално изпълнение на изброените изисквания за всеки тип двигател е избран съответният тип горивна камера.

Прекъсната горивна камера

Горивна камера за бензин

Дизайнът на горивните камери на автомобилните двигатели е различен. За двигатели с разположение на горните клапани се използват централни камери, както и камери от полуклин и клин. Когато клапаните са разположени отдолу, основният обем на горивната камера се измества далеч от оста на цилиндъра (Г-образна); Този дизайн на камерата спомага за увеличаване на завихрянето на горимата смес и подобрява образуването на смес. На съвременните двигатели широко се използват полуклинови и клиновидни горивни камери.

Клинна горивна камера - получени от плоскоовални наклонени клапани, за да се получи най-добрата форма на газовите канали. В този случай свещта се премества към изпускателния клапан, движението на заряда в камерата е насочено към запалителната свещ. В клиновидна горивна камера по-голямата част от обема е концентрирана близо до свещта, поради което първо трябва да изгори най-голямото количество заряд и в зоната на горивната камера, най-отдалечена от свещта, където има опасност от детонация, трябва да има относително малко количество преохладена смес в междинната междина. Тази камера осигурява леко изгаряне и ниски топлинни загуби. Тежестта на работата на двигателя се изчислява от скоростта на повишаване на налягането, т.е. увеличаването на налягането в цилиндъра, когато коляновият вал се върти, сечението на завъртане, съответстващо на интервала между образуването на искров разряд (запалване на сместа) и TDC е от решаващо значение. Процесът на горене се счита за мек, при който скоростта на повишаване на налягането е в диапазона от 0,2 - 0,6 MPa на 1 ° от ъгъла на въртене на коляновия вал. Нивото на шума по време на работа на двигателя също зависи от хлабините между буталото и цилиндъра и между вала и неговите лагери.

По-рано широко използвани полуклинова горивна камера в момента е в процес на промени. Камера с тази форма се използва в двигатели на спортни, състезателни автомобили за постигане на висока плътност на мощността. Когато се използват два разпределителни вала в цилиндровата глава и голям ъгъл на разклонение, в главата на цилиндъра могат да се поставят клапани с голям диаметър. В този случай повърхността на горивната камера е относително малка по отношение на нейния обем. Осигурен е и добър поток на заряд през клапаните в цилиндъра, тъй като той не е блокиран от стените на цилиндъра или горивната камера. Входните и изходните канали са къси и имат малка повърхност. Двигателите с такава горивна камера имат доста висока ефективност.

Дизелова горивна камера

При дизеловите двигатели изискванията за формата на горивната камера се определят от процеса на смесване. За да се създаде работеща смес, те отнемат много кратко време, тъй като почти веднага след началото на впръскването на гориво започва изгарянето, а останалата част от горивото вече се подава в горивната среда. Всяка капка гориво трябва да влезе в контакт с въздуха възможно най-бързо, така че топлината да се отделя в началото на хода на разширението.

Смесване на филми използва се в редица проекти на горивни камери, когато почти цялото гориво е насочено към зоната в близост до стената. Приблизително 5-10% от инжектираното от инжектора гориво попада в централната част на горивната камера. Останалата част от горивото се разпределя по стените на горивната камера под формата на тънък филм (10-15 микрона). Първоначално се запалва част от горивото, попаднало в централната част на горивната камера, където обикновено няма движение на зареждане и се задава най-високата температура. Освен това, когато се изпарява и се смесва с въздуха, горенето се разпространява към основната част на горивото, насочено към слоя на стената. Смесването на филми изисква по-малко фино пулверизиране на горивото. Използвайте инжектори с един отвор на дюзата. Налягането на впръскване на гориво не надвишава 17-20 MPa.

Смесването на филми в сравнение с обемната смес осигурява по-добри икономически показатели на двигателя, опростява дизайна на горивното оборудване.

Основният недостатък са ниските стартови свойства на двигателя при ниски температури поради малкото количество гориво, участващо в първоначалното горене. Този недостатък се елиминира чрез нагряване на входящия въздух или чрез увеличаване на количеството гориво, участващо в образуването на първоначалния център на горене.

Комбинирано образуване на смес се получава с по-малки диаметри на горивната камера, когато част от горивото достигне стената си и се концентрира в пристенния слой. Друга част от капчиците гориво се намира във вътрешния обем на зареждането. Приблизително 50% от горивото се отлага върху повърхността на камерата. При влизане в камерата не се генерира въртеливо движение на заряда. Зарядът се задейства, когато се измести от горното бутално пространство в горивната камера и се създаде вихър. Скоростта на зареждане достига 40-45 m/s.

Отличителна черта на образуването на филмова смес е обратното движение на струи гориво и заряд, изместен от горното бутално пространство, което допринася за увеличаване на количеството гориво, окачено в обема на горивната камера, и сближава процеса до образуване на обемна смес. Дюзите се използват с дюзи с 3-5 отвора за дюзи

Горивни камери с обемно образуване на смес. При дизеловите двигатели с такива камери горивото се впръсква директно в горивната камера от дюза с работно налягане 15–30 МРа, която има дюзи с много отвори (5–7 отвора) с малък диаметър на дюзовите канали (0,15– 0,32 мм). Такива високи налягания на впръскване се използват поради факта, че в този случай атомизацията на горивото и смесването му с въздух се постига главно поради кинетичната енергия, предадена на горивото по време на впръскването. За да се разпредели равномерно горивото в камерата, дюзите на такива двигатели често са направени с няколко отвора.

Изисквания за всички горивни камери на двигателя

Основните изисквания за всички горивни камери са:

стабилност на горенето
висока плътност на топлината
максимална ефективност на горенето
минимални топлинни загуби
надеждна работа през установения живот на двигателя.