Камера сгорания — основной элемент газотурбинной установки. Создание процесса низкоэмиссионного сжигания внутри камеры сгорания – основной вопрос, который решают разработчики газотурбинных двигателей. Именно надежность и долговечность элементов камеры сгорания определяют ресурс и основные характеристики всей установки.
Один из самых важных узлов трубчато-кольцевых камер сгорания – жаровая труба.
Данный элемент работает в крайне тяжелых условиях повышенных температур (до 1000°С).
Именно в жаровой трубе сосредоточены большие температурные перепады при пуске или смене режима работы турбины. Именно это способствует наличию температурных напряжений в составляющих жаровой трубы. Поэтому, во многих случаях, жизненный цикл жаровых труб определяет жизненный цикл камеры сгорания в целом.
Чтобы обеспечить необходимый ресурс жаровой трубы, применятся ряд конструктивных решений:
- применение жаропрочных материалов для изготовления;
- соединение элементов с малой жесткостью для компенсации различных температурных расширений (поз. 8 рис.1);
- модификация элементов в местах максимальной концентрации температурных напряжений.
Рис. 1. Основные элементы односекционного отсека камеры сгорания ГТУ
На рис. 1 представлен односекционный отсек камеры сгорания газотурбинной установки.
Основные элементы это жаровая труба (3), элементы горелочного устройства (1,2), кожух (5).
Основные принципы сжигания топлива в камере сгорания
Топливо и окислитель (воздух) подаются в горелочное устройство. При помощи запальника происходит процесс воспламенения топливовоздушной смеси и ее горение в первичной зоне (10). Для зажигания трубчато-кольцевой камеры сгорания на жаровой трубе установлены пламеперепускные патрубки (9).
Температура факела внутри жаровой трубы достигает 1000°С. Для того, чтобы избежать пережога стенки, реализован процесс конвективного охлаждения. В канал, образованной кожухом (5) и стенкой жаровой трубы (3) подается воздух, отобранный между ступенями компрессора. Помимо канала, воздух поступает в отверстия разбавления (6), что способствует снижению температуры уходящих газов и позволяет регулировать температурное поле на выходе. Для соединения с газосборником используется переходной элемент с уплотнительным кольцом (7).
Ограничения по эмиссии вредных выбросов заставили разработчиков двигаться в направлении снижения расхода топлива при сжигании. Данный подход усложняет процесс охлаждения жаровых труб.
Основное направление совершенствования конструкций жаровых труб – применение более эффективных систем охлаждения.
