У форсунках паливо під тиском подається через тангенціальні канали в камеру закручування, з якої воно випливає у вигляді конічної пелени, швидко розпадається на краплі. Однак одноступінчасті форсунки забезпечують стійке горіння лише у вузькому діапазоні зміни витрати палива. Крім того, при роботі двигунів з такими форсунками на великій висоті польоту нерідко відбуваються значно знизився рівень повноти згоряння палива і погіршення пускових характеристик. Для усунення цих недоліків були запропоновані різні типи більш універсальних форсунок, в тому числі так звана двоступенева форсунка, яка знайшла широке застосування ..
Розрахунок одноканальній форсунки ведеться виходячи з умови забезпечення необхідної витрати палива Gт через фронтове пристрій ЗТ і якості розпилювання і змішання палива з повітрям. При використанні рідкого палива зазвичай в якості паливної форсунки застосовується відцентровий розпилювач з центральним отвором (соплом), розрахунок якої проводиться на основі залежностей гідравліки.
8.7.1.Скорость витікання палива з сопла розраховується за формулою:
8.7.2. Потрібне тиск подачі палива:
де Wт - швидкість витікання; rт - щільність рідкого палива.
У разі, якщо потрібне тиск паливо подачі буде понад 100 атм, необхідно збільшити площу отворів сопла форсунок і навпаки при малих значення DPт <10атм.—уменьшить. С целью обеспечения многорежимности работы форсунок, их выполняют двухканальными.
Кожен канал підключається в залежності від режиму роботи двигуна, на малих режимах підключається один канал на максимальних працюють. обидва канали форсунок. У разі застосування паливо-повітряних форсунок, в яких використовується енергія повітряного потоку для розпилювання крапель, необхідність застосування двоканальних форсунок відпадає.
8.8. Розрахунок характеристик камери згоряння
Основними характеристиками камер згоряння ГТД є залежності повноти згоряння і кордонів стійкого горіння від режиму роботи камери. В даний час актуальними стають також характеристики, пов'язані з величиною викидів токсичних компонентів продуктів згоряння.
8.8.1.Характерістікой повноти згоряння називають залежність повноти згоряння h від загального коефіцієнта надлишку повітря a при постійних значеннях (P2. T2. W2) на вході в камеру.
Наближена оцінка повноти згоряння можлива c допомогою параметра форсування kv:
8.8.2.Характерістікой зриву полум'я називають залежність граничних значень коефіцієнтів надлишку повітря aср по "бідної" і "багатою" суміші від витрати повітря в камері. Узагальнення експериментальних даних на основі теорії стабілізації полум'я дозволило отримати критерій зриву полум'я kср. за допомогою якої можна оцінити значення aср по бідному складу суміші.
Кордон стійкого горіння в КС по "бідному" складу суміші визначають за відомим критерієм зриву полум'я kср:
де Gвзг = Fо.з.гG - витрата повітря через зону горіння, кг / с; - обсяг первинної зони, що відповідає за стабілізацію полум'я, м 3 .За допомогою даного рівняння знаходять значення aср .. яке є гранично допустимим для стабілізації полум'я в зоні горіння, тобто для забезпечення стійкого горіння необхідно забезпечити умова aср> aз.г
8.8.3. Об'ємна теплонапряженность КС, Дж / год × м 3 Па:
Для сучасних камер згоряння ГТД: Qv = (1,2 ¸ 6,5) 10 6 Дж / ч × м 3 Па.
8.8.4. Викиди оксидів азоту NOx визначають по напівемпіричної залежності,% обсягу ,:
де - час перебування суміші в зоні горіння, с; aз.г = 0,3aк - коефіцієнт надлишку повітря в первинній зоні і загальний для камери відповідно.
8.85. Викиди окису вуглецю визначаються за емпіричною формулою, обсяг,%:
де f - частка повітря, що бере участь в горінні; приймемо f = 0,5; Gв.з.г. - повітря, що проходить через зону горіння; C. b. c - константи; приймемо C = 20, b = 1,0,
8.9. Особливості розрахунку трубчасто-кільцевих камер згоряння
Розрахунок трубчасто-кільцевих КС проходить в тому ж порядку, що і кільцевих, деякі особливості виникають у зв'язку з тим, що проводиться розрахунок окремої жарової труби.
На початку необхідно визначити кількість жарових труб:
nж - кількість жарових труб, де tж - крок розташування жарових труб, приймається tж = 1,1Нк; dср - середній діаметр камери (розташування ЗТ), визначається по п.п 8.4.2; Нк ------- по п.п 8.4.3
8.9.1. Сумарна площа миделевого перетину жарових труб:
де k опт = 0,8; Fm - визначається по п. 7.4.4.
8.9.2. Діаметр окремої жарової труби:
8.9.3. Довжину жарової труби визначають з умови забезпечення необхідної нерівномірності температурного поля q:
де q = 0,25 ¸ 0,3; А = 0,07 - коефіцієнт пропорційності.
8.9.4. Сумарна ефективна площа отворів в стінці жарової труби, м 2. визначається за величинами площі миделевого перетину корпусу камери Fm і відносного падіння тиску на жаровій трубі DРж /:
8.9.5. Площа фронтового пристрою
8.9.6. Площа отворів підведення вторинного повітря в зоні горіння:
8.9.7. Площа отворів підведення охолоджуючого повітря:
8.9.8. Площа отворів зони змішання:
Інші параметри визначаються так само, як і для кільцевої камери згоряння.
8.9.11. Необхідний діаметр радіальних отворів зони горіння, м:
де - відношення динамічних напорів струменя і потоку (20 ¸ 30);
Fо.з.г = Fо; - відносна глибина проникнення струменя.
8.9.12. Дійсний діаметр отворів зони горіння, м:
де mо = 0,7 - коефіцієнт витрати в отворах стінок жарової труби. Рекомендується dо.з.г = 0,012 ¸ 0,016 м. У разі якщо діаметр отворів більше 0,02 м, то їх виконують овальними або мають у своєму розпорядженні в кілька рядів.
8.9.13. Загальна кількість отворів підведення радіальних струменів повітря в зоні горіння:
8.9.14. Крок між отворами по зовнішньому і внутрішньому діаметрам, м:
8.9.15. Кількість отворів по зовнішньому діаметру жарової труби:
8.9.16. Кількість отворів в зоні змішання визначають, задаючись діаметром отвору (можна взяти dо.з.с = dо.з.г)
8.9.17. Кількість отворів по зовнішньому діаметру в зоні змішання визначають також, задаючись кроком tо:
8.9.18. Кількість поясів підведення повітря для охолодження стінок жарової труби розраховується за відомою сумарною площі підведення охолоджуючого повітря Fохл і розмірами щілин.
Располагаемую площа одного пояса підведення охолоджуючого повітря для кільцевої камери згоряння, м 2. можна визначити:
.неоходімо прибрати Dжвн
При щелевом підводі охолоджуючого повітря hs - висота щілини, змінюється зазвичай в межах 0,001 ¸ 0,002 м. Кількість поясів охолодження жарової труби, м 2:
8.9.19.Прібліженная оцінка повноти згоряння можлива c допомогою параметра форсування kv:
8.9.20. Кордон стійкого горіння в КС по "бідному" складу суміші визначають за відомим критерієм зриву полум'я kср:
де Gвзг = Fо.з.гG - витрата повітря через зону горіння, кг / с; - обсяг первинної зони, що відповідає за стабілізацію полум'я, м 3.
За значенням aср визначають граничне значення коефіцієнта надлишку повітря в первинній зоні, що забезпечує стійке горіння.
8.9.21. Об'ємна теплонапряженность КС, Дж / год × м 3 Па:
Для сучасних камер згоряння ГТД: Qv = (1,2 ¸ 6,5) 10 6 Дж / ч × м 3 Па.
8.9.22. Викиди оксидів азоту NOx визначають за емпіричною залежності, обсяг,%:
де - час перебування суміші в зоні горіння, с;
aз.г = 0,3aк - коефіцієнт надлишку повітря в первинній зоні і загальний для камери відповідно.
8.9.23. Викиди окису вуглецю визначаються за емпіричною формулою, обсяг,%:
де f - частка повітря, що бере участь в горінні; приймемо f = 0,5; Gв.з.г. - повітря, що проходить через зону горіння; C. b. c - константи; приймемо C = 20, b = 1,0,
Отримані характеристики дозволяють визначити відповідність вимогам технічного завдання параметрів даної камери згоряння і прийняти рішення про подальші проектні роботи по виконанню конструктивного оформлення вигляду камери. При цьому використовуються обчислювальні пакети програм твердотільного проектування, що дозволяють істотно скоротити обсяг проектних робіт за рахунок автоматизації проектування.