Пульсации в камерах сгорания

Рис. 26. К нелинейной теории пульсаций в камерах сгорания (/ — зависимости перепада давления в ударной волне — волне давления — от скорости пламени // — зависимости скорость пламени от перепада давления в ударной волне — волне давления).

ПУЛЬСАЦИИ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ [c.277]

Основу задачи по экспериментальному изучению смесеобразования газовых сред составили положения теории турбулентности, разработанные академиком А. Н. Колмогоровым [86]. Из теории турбулентности следует, что смешение различных газовых сред в движении благодаря пульсациям происходит последовательно вследствие постепенного дробления массы газа от крупных объемов (молей) до объемов предельно минимальных размеров, равномерно распределенных по всей массе другого газа. От момента входа раздельных газовых потоков до образования достаточно равномерной газовой смеси протекает определенное время, за которое газовые потоки проходят определенный путь, называемый путем смешения. Это время и этот путь, как показывает и опыт, и теория, не так уж малы. При прочих равных условиях время и путь смешения пропорциональны массам газа. В общем процесс смешения, в особенности в спутных потоках, является хаотическим. И хотя он подчиняется определенным закономерностям, интенсифицировать его для горящих потоков непосредственно в камерах сгорания без специальных приспособлений достаточно трудно. [c.69]

В двигателе есть и другие источники шума одни из них не зависят от сгорания топлива, другие связаны с ним. Каждый раз, когда открывается выхлопной клапан, происходит мгновенное высвобождение и перетекание сжатого газа в газопровод. Пульсации газа в газопроводе в течение каждого оборота двигателя, как и кривую давления в камере сгорания, можно разложить на гармонические составляющие. Трубопровод и выхлопная труба обладают собственными резонансами и гармониками, и, если их частоты совпадают с частотами выхлопа, шум усиливается. К счастью, в большинстве случаев двигатели снабжены достаточно эффективными глушителями выхлопа, устройство которых мы рассмотрим ниже. И если звук выхлопа сравнительно силен, это значит только, что из экономии применен глушитель плохого качества технически всегда возможно снизить выхлопной шум до уровня, меньшего, чем уровень шума самого двигателя. Борьба же с шумом самого двигателя — наиболее трудная задача. [c.114]

Процесс горения обычно увеличивает амплитуду колебаний газов в камере сгорания. Если амплитуды давлений при горении и при отсутствии горения примерно одинаковы, горение называется спокойным (фиг. 168,а). Если амплитуды колебаний при горении возрастают в несколько раз, но остаются существенно меньше среднего давления в камере, горение называется жестким (фиг. 168,6). Жесткое горение сопровождается сильным шумом. Если амплитуды давления становятся соизмеримы со средним избыточным давлением в камере, горение называется пульсационным (фиг. 168, ). Пульсации давления вызывают сильную тряску и могут привести к разрушению двигателя. Жесткое и пульсационное горения недопустимы в прямоточных двигателях. [c.279]

В случае необходимости переключением трехходового крана 21 можно перейти к работе от резервной системы топливоподачи. Таким образом, осуществляется достаточно оперативный переход от работы на смеси к работе на чистом топливе и надежная промывка всех основных агрегатов системы подачи топливной смеси. Практически такое переключение производится без отключения камеры сгорания в процессе испытаний. Для уменьшения пульсации газового потока перед камерой сгорания на воздушной магистрали устанавливается дросселирующая шайба. [c.193]

Вынужденные колебания могут вызваться и пульсациями потока, возникающими в результате срыва вихрей при обтекании элементов конструкции проточной части. В возбуждении вынужденных колебаний компрессорных рабочих колес важное место занимает вращающийся срыв потока на рабочих лопатках, Он возникает в виде одной или нескольких вращающихся относительно рабочего колеса срывных зон. Образование вращающегося срыва не связано с колебательными свойствами собственно рабочего колеса, а обусловлено режимом обтекания его. В газотурбинных двигателях пульсацию потока способна также генерировать неустойчивость работы камеры сгорания и т. д. [c.138]

Случайные пульсации давления, возникающие в любой камере сгорания ЖРД, воздействуют на конструкцию так же, как и периодические колебания, хотя они и не столь разрушительны. Обусловленные ими перемещения рабочей среды влияют на интенсивность теплообмена, столкновение струй, характеристики распыливания и скорости испарения, вследствие чего может развиться неустойчивость. Отмечалось, что случайные пики давления, амплитуда которых соизмерима с давлением в камере, обычно вызывают неустойчивость [168, 169]. Это и не удиви- [c.173]

Рис. 8.56. Жаровая труба 1 крепится к наружному кожуху 2 в трех точках. Для этого к ее цилиндрической части приварены три втулки 3. В одну из втулок входит центрирующий стакан 4, который крепят четырьмя винтами к фланцу 5. В две другие втулки входят трубки 6, соединяющие соседние камеры сгорания. Такое соединение жаровой трубы с кожухом дает ей возможность свободно расширяться в радиальном направлении при нагреве. Плоскость, в которой расположены узлы соединения, является плоскостью фиксирования от перемещений в осевом направлении. При нагреве жаровая труба может свободно расширяться в осевом направлении в обе стороны от плоскости фиксирования. Задний конец жаровой трубы, имеющий наибольшее осевое перемещение, опирается на центрирующее кольцо 7 кожуха восемью выступами. При изменении режима работы двигателя или внешней температуры, а также вследствие некоторой пульсации температуры внутри жаровой трубы задний конец жаровой трубы перемещается относительно центрирующего кольца кожуха. Первоначально установленный зазор при нагреве выбирается и выступы плотно прилегают к центрирующему кольцу. Тем не менее наблюдается сильный износ выступов, а иногда. и наклеп на контактирующих поверхностях. Для устранения этих дефектов на выступы наплавляют стеллит.

На фиг. 209 приведена закрытая штифтовая форсунка, устанавливаемая на двигателе КД-35-НАТИ (с вихревой камерой сгорания) отечественного трактора Кировец Д-35 . Игла 6 форсунки имеет штифт, дающий конус распыливания в 15°. Пружина 4 затягивается регулировочным болтом 3 так, чтобы давление открытия иглы форсунки было равно 125 кг/см . Для отвода топлива, проникающего через зазор между иглой и распылителем, к корпусу 5 форсунки штуцером 1 крепится отводная трубка. Стержень 2 служит для проверки работы форсунки. Пульсация стержня, определяемая при нажатии на него пальцем, указывает на отсутствие зависания иглы, а следовательно, на работу форсунки. [c.258]

Современные сведения о турбулентном горении для этого недостаточны. Возникновение пульсационного горения в каждом конкретном случае обычно бывает неожиданным. Для прекращения пульсаций изменяют длину камеры сгорания, меняют состав и температуру смеси, меняют форму стабилизаторов и взаимное расположение стабилизаторов и форсунок. [c.279]

К камерам сгорания предъявляются следующие требования 1) в них должно происходить устойчивое горение топлива на всех режимах работы ГТУ, без срывов, опасных пульсаций и затухания пламени 2) поле температур в газовом потоке перед турбиной должно быть достаточно равномерным во избежание местных перегревов и повреждений сопл [c.408]

Перенос вещества из продуктов сгорания на поверхность экранных труб происходит по инерции, за счет диффузии либо под воздействием электростатических сил. В первом случае частицы золы, имеющие большую инерцию, выходят из потока при его искривлении или из-за пульсации и крупномасштабной турбулентности среды внутри топочной камеры и ударяются о поверхность труб. Во втором случае частицы золы и пары минеральных компонентов передвигаются турбулентно к поверхности в результате броуновского движения либо термодиффузии через пограничный слой. [c.38]

ПуВРД. Для повышения эффективности прямоточных ВРД при малых скоростях полета возможно применение так называемых пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД, рис. 5.6), Горючее в камеру сгорания подается периодически в соответствии с характером пульсирующего процесса. При сгорании топлива благодаря наличию клапанов на входе, которые после воспламенения смеси закрываются, давление в камере интенсивно возрастает, а цикл двигателя приближается к циклу со сгоранием при постоянном объеме. Это делает рабочий процесс ПуВРД более экономичным, чем у ПВРД. После камеры сгорания газы устремляются в выходное сопло, выполненное в виде удлинительной трубы. Геометрические размеры двигателя подбираются так, чтобы частота вспышек (пульсаций) в камере сгорания была равна частоте колебаний газового потока, заполняющего двигатель. [c.224]

Однако, несмотря на термодинамическое преимущество ГТУ с подводом теплоты при v = onst, практического распространения они не получили вследствие сложности конструкции, ненадежной работы клапанов при высокой температуре в камере сгорания и неэкономичной работы установки из-за пульсации потока газа. [c.89]

Модуляция окружной стационарной неравномерности. При работе тур бомашины возможна общая пульсация потока. По отношению к газовой турбине она может порождаться, например, пульсациоиным горением в камере сгорания. Возможно возникновение пульсаций и в проточной части компрессора [3]. [c.195]

Задача о возникновении пульсаций сводится к отысканию условий, при которых слабая ударная волна усиливается фронтом горения. Если такое усиление суш ествует, то любая случайная ударная волна будет возрастать по амплитуде, в камере сгорания возникнут опасные пульсации давления. Для определения этих условий необходимо знать, во-первых, зависимость перепада давления в ударной волне, в двойном нестационарном разрыве, от увеличения скорости пламени относительно частиц газа. Во-вторых, надо знать обратную связь, т. е. уметь оценить то приращ ение скорости горения, которое появляется при движении ударной волны с заданным перепадом давления через фронт горения. [c.415]

Циклические напряжения, возникающие в деталях горячего тракта ГТУ при пусках и остановах, вызывают ускоренный износ этих деталей, зависящий также от скорости изменения температуры, перепадов температур и усилий. Свойства материалов (длите 1ьная прочность, скорость ползучести) в деталях, испытывающих циклические нагрузки, ухудшаются по сравнению с работающими в условиях статического нагружения. Из-за худшего сгорания то 1лива в пусковых режимах могут образовываться отлагающиеся на лопатках турбины агрессивные продукты неполного сгорания. При теп-лосменах повреждается поверхностный слой и облегчается проникновение кислорода и катализаторов коррозии к внутренним слоям металла. Из-за нерасчетных режимов работы создаются условия,. в которых возможны забивание форсунок, образование нагаров в камерах сгорания и т. д. Гибкие роторы ГТУ при развороте проходят через критические частоты вращения, при которых даже небольшие небалансы могут вызвать повышенные колебания, ускоряющие износ подшипников и снижающие надежность имеющихся на агрегате систем и аппаратуры. Точно так же практически все лопаточные венцы компрессора и турбины проходят при развороте ГТУ через резонансные частоты, равные или кратные частотам собственных колебаний лопаток. При таких частотах амплитуды колебаний и динамические напряжения в лопатках могут существенно возрастать. Компрессорные ступени, кроме того, могут в пусковых режимах работать с повышенными пульсациями потока и увеличенными динамическими напряжениями срывного характера. В результате создаются услевия для накопления повреждаемости лопаток и сокращения срока их службы. [c.169]

В третью группу входят параметры, определяющие диагаостические признаки, которые характеризуют техническое состояние отдельных узлов и деталей. К таким параметрам мотуг относиться также пульсации потока в камере сгорания или тепловое излучение лопатки турбины. [c.425]

Показания контрольно-юмерительной аппаратуры. В основном датчики функционировали очень хорошо. Предельная рзвница в показаниях различных датчиков давления на выходе из блока регуляторов не превышала 0,18 ат. Во время торможения были зарегистрированы пульсации давления окислителя на входе в двигатель (рзв мах колебаний до 4,71 ат). Пульсации давления в камере сгорания и давления горючего на входе в двигатель, а также изменения характеристик двигателя по результатам измерений не были обнаружены, что укзвывает на отсутствие в действительности пульсаций в линии окислителя. Такого рода пульсации наблюдались при наземных испытаниях, когда слабые колебания усиливались резонансом полости в узле установки датчика давления. Узел установки датчика состоит из тройника, один из штуцеров которого заглушен, а другой подсоединен к датчику. Условия резонанса изменяются в зависимости от количества гелия, попавшего в тройник и степени дросселирования двигателя. [c.54]

Работа системы надцува при спуске протекала следующим образом. Система сверхкритического гелия работала на номинальном режиме (рис. 16.3). Графики давления окислителя на входе в двигатель и давления в камере сгорания приведены на рис 16.4, где видны также обсуждавшиеся выше пульсации. На рис. 16.5 показано снижение давления в топливных баках, обусловленное растворимостью гелия в компонентах топлива. [c.54]

Характерным в работе такого двигателя является то, что вследствие периодического отключения камеры сгорания от сопла наблюдаются хлопки или пульсации, поэтому часто реактивный двигатель этого типа называют пульсируюигим. [c.290]

Широкое развитие научно-исследовательских и конструкторских работ в этой области способствовало созданию малогабаритных высокофорсированных конструкций камер сгорания, обеспечиваюш,их высокий к. п. д., устойчивую беспульсационную работу с приемлемыми гидравлическими потерями. Чем больше потеря давления воздуха в регистре, затраченного на создание завихрений и местных пульсаций в воздушном потоке, тем выше тепловые нагрузки, достигаемые в камерах. Последнее обстоятельство справедливо, однако, при условии, если диаметр пламенной трубы камеры сгорания при заданном диаметре регистра не превышает некоторого верхнего предела. При диаметрах пламенной трубы, превосходяш,их этот предел, созданная регистром турбулентность быстро затухает, вследствие чего качественное горение может быть достигнуто при переходе на многорегистровые камеры сгорания. Поэтому для ГТУ разрабатывались как однорегистровые, так и многорегистровые камеры. [c.65]

Местонахождение точки с Av = 0 зависит от распределения капель по размерам, подвода тепла к ним, летучести жидкости, скорости газа, распределений расходонапряженности и соотношения компонентов и давления в камере [22]. Чем ближе точка с Ди = 0 к смесительной головке, тем менее устойчива камера сгорания. Перемещению чувствительной к колебаниям зоны в направлении смесительной головки способствуют следующие условия [68, 79] уменьшение диаметра форсуночных отверстий/ скорости впрыска, степени сужения камеры повышение темпе- 1 ратуры компонентов наличие поперечных потоков повышение J равномерности распределения расходонапряженности и соотно-шения компонентов. По мере того как точка с Av = 0 приближа- ется к смесительной головке, возрастает выделение энергии в локальной зоне вблизи головки, что способствует возникнове-нию неустойчивости. Поперечные колебания у смесительной головки по амплитуде могут в 20 раз превосходить средний уровень внутрикамерного давления [22]. Волны могут вызывать срыв жидкости с отдельных капель, что интенсифицирует подвод энергии, способствуя поддержанию колебаний. Так как процессы срыва жидкости с поверхности и дробления капель зависят от величины капель, может существовать критический размер, определяющий возникновение неустойчивости. При высоких Av степень распыления топлива менее чувствительна к пульсациям давления. [c.176]

Знать и уметь оценить взаимосвязь между факторами, влияющими на экономичность, устойчивость и работоспособность двигателя, необходимо для того, чтобы облегчить его отработку. Случайные пульсации давления (нестационарное горение) обычно неблагоприятно отражаются на работе двигателя. Несколько случайных возмущений, наложившихся друг на друга, могут привести к неустойчивости. Колебания давления низкой частоты сопровождаются ухудшением стойкости стенки из-за уменьшения толщины пограничного слоя и более высоких коэффициентов теплопередачи. Нестационарное горение оказывает двойственное влияние на удельный импульс. Турбулизация, обусловленная волновыми процессами, улучшает смешение компонентов, т. е. улучшает полноту сгорания в камерах с малой приведенной длиной L. Поперечный поток, однако, смещая точки столкновения струй, может ухудшить вследствие этого степень распыления и понизить удельный импульс. Волновые процессы в камере интенсифицируют теплопередачу и уменьшают размер капель — в этом состоит их положительное влияние. Повышение начальной температуры компонентов топлива способствует повышению удельного импульса благодаря более высокой энтальпии, но иногда влияние температуры оказывается столь значительным, что получаемый эффект не может быть объяснен только энтальпией [68] возможно, сказывается улучшение распыливания за счет уменьшения поверхностного натяжения. Уменьшение коэффициента соотношения компонентов способствует повышению экономичности двигателя в случае внутрикамерного процесса, лимитируемого испарением горючего. В другом двигателе оно может вызвать снижение стойкости стенки из-за перетеканий, обусловленных дисбалансом количеств движения струй. [c.179]

В.Р. Кузнецовым для ФНРВ концентрации пассивной примеси, сыграло важную роль при разработке обоснованной теории диффузионного горения (см. Главу 10.3, передающую основное содержание работы [5]) и теории образования вредных веществ в авиационных камерах сгорания (см. [6] и Главу 10.4). Один из примеров дальнейшего развития этого направления для более точного описания пульсаций концентрации приведен в работе [7] (Глава 10.5). [c.350]

Помимо регулятора подачи топлива стабилизатора степени сжатия и ограничителя максимального хода блоков поршней, установка СПГГ-ГТ нуждается в ряде дополнительных устройств, регулирующих ее работу. Для уменьшения вредного эффекта пульсаций газового потока сблокированных СПГГ применяется фазовый регулятор или трансформатор фаз (фиг. 90). С помощью регулятора, воспринимающего переменное давление в цилиндрах буферов сблокированных СПГГ, можно достаточно точно поддерживать сдвиг фаз рабочего процесса двух генераторов относительно друг друга. Как видно пз фиг. 91, при сдвиге фаз примерно на 180 амплитуда пульсаций давления становится незначительной и условия работы турбины приближаются к условиям обычных газотурбинных установок с изобарическими камерами сгорания. [c.161]

В течение первой фазы происходит формирование фронта пламени из отдельных очагх)в, возникших в зоне электрического разряда. Длительность первой фазы зависит от мощности электрического разряда и физико-химических свойств горючей смеси. Вторая фаза сгорания характеризуется резким увеличением скорости распространения фронта пламени за счет интенсивной турбулизации смеси. В этой фазе происходит основное выделение тепла, я она длится от момента начала нарастания давления (точка б ) до момента достижения максимального давления (точка в ). Скорость сгорания топлива зависит от степени сжатия, угла опережения зажигания, состава смеси, физико-химических свойств топлива и других факторов. Третья фаза начинается, когда давление снижается. Основная масса топлива к этому моменту уже сгорела, поршень движется вниз и объем камеры сгорания увеличивается. В третьей фазе под действием турбулентных пульсаций фронт пламени искривляется и распадается на отдельные очаги горения. Время догорания в отдельных очагах зависит от состава смеси и скорости распространения фронта пламени. От количества смеси, догорающей в третьей фазе, зависят эффективность рабочего процесса, а соответственно и максимальная мощность и экономичность двигателя, так как при теоретическом рабочем цикле двигателя предполагается сгорание всей смеси вблизи [c.124]

Интенсифицируя сам процесс горения, закрутка иЗдМеняет газодинамическую картину течения, вызывая дросселирование минимального сечепия сопла. Оба эти эффекта приводят к росту давления в камере, что в свою очередь увеличивает скорость горения топлива. Закрутка потока применяется также для реверса тяги в ВРД, для задержания радиоактивного топлива внутри ЯРД и стабилизации дуги в электродуговых подогревателях. Закрутку потока можно использовать для улучшения работы камеры сгорания. При этом ускоряется смешение и весь процесс горения и возрастает стабильность горения по сравнению с процессом, про одяш им без закрутки (скорость турбулентного горения увеличивается примерно в 3 раза). Закрутка подавляет пульсации и шум струи, увеличивает полноту сгорания, уменьшая тем самым загрязнение выхлопной струей окружаюш ей среды. Используя закрутку, можно суш ествеп-но сократить размеры камеры сгорания и уменьшить массу двигателя. Так, для ВРД использование закрутки по всему тракту позволяет сократить длину двигателя более чем на 10 %. В рабочих каналах радиальных МГ Д-генераторов происходит закрутка потока иод действием лоренцевой силы. Моншо избежать закрутки потока на выходе из МГД-каиала, компенсируя ее созданием некоторой закрутки на входе в МГД-канал. [c.194]

Снижение шума реактивных двигателей и его отдельных элементов (компрессора, турбины, камеры сгорания, реактивной струи, истекаюгцей из сопла) является одной из важных проблем современной и перспективной авиации. Создание сверхзвуковых пассажирских самолетов делает проблему снижения шума более острой и критичной. Имеющиеся экспериментальные данные показывают, что наибольший шум реактивных двигателей связан с выходящими из сопел струями. Возникновение шума при этом связано с турбулентным смешением струй, истекающих из сопел, с окружающим воздухом и с пульсациями скачков уплотнения, возникающих в сверхзвуковых струях. Поэтому в течение последних десяти лет ведутся исследования но поиску эффективных шумоглушащих устройств для реактивных сопел ВРД, устанавливаемых на самолетах. Эффективность шумоглушащих устройств определяется, с одной стороны, уровнем снижения шума, а с другой — небольшими потерями тяги, связанными с шумоглушением, и малым весом шумоглушащего устройства. [c.325]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...