Статья:

Оценка неравномерности температурного поля газа на выходе из камеры сгорания ГТД

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №16(16)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Князев А.А. Оценка неравномерности температурного поля газа на выходе из камеры сгорания ГТД // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2017. № 16(16). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/16/26074 (дата обращения: 11.08.2020).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

Оценка неравномерности температурного поля газа на выходе из камеры сгорания ГТД

Князев Артур Анатольевич
магистрант Уфимского государственного авиационного технического университета, РФ, г. Уфа

 

Камера сгорания (КС) является одним из основных узлов газотурбинного двигателя, в значительной степени определяя его экономичность, экологические характеристики и надежность.

В процессе проектирования и доводки камер сгорания ГТД важное значение приобретает вопрос обеспечения заявленного уровня окружной и радиальной температурной неравномерности поля газа. От степени совершенства температурного поля зависит ресурс турбины и двигателя в целом. Кроме того, снижение окружной неравномерности позволяет увеличить значение среднемассовой температуры газа перед турбиной и тем самым, повысить мощность и КПД двигателя. Поэтому экспериментальное исследование неравномерности температурного поля ГТД, а также его моделирование и оптимизация представляет большой научный и практический интерес.

Формирование температурного поля на выходе из камеры сгорания ГТД осуществляется в зоне смешения в которой выполняются две основные функции: понижение температуры продуктов сгорания до требуемого уровня на входе в турбину и выравнивание температурного поля в радиальном и окружном направлениях.

Для построения температурного поля газа КС ГТД существует устройство кругового замера неравномерностей радиального и окружного полей температур на стенде с контролем температуры газа в выходном сечении КС. Для снижения трудоёмкости проведения испытаний используют автоматизированную систему измерения.

Испытаниям подвергаются как модели, так и натурные КС ГТД.

Исследование температурного поля можно проводить также моделированием процессов горения топлива в КС с применением соответствующего программного обеспечения.

В качестве исходных данных используются параметры воздуха, газа и топлива в камере сгорания (таблица 1).

Таблица 1.

Параметры воздуха, газа и топлива в камере сгорания

 

п/п

Наименование параметра

Условное обозначение

Размер-

ность

Значение

1.

Воздух на входе в диффузор КС (рисунок 1):

·      расход воздуха;

·      давление воздуха;

·      температура воздуха

 

 

Gв

Рк*

Тк*

 

 

кг/с

кгс/см2

К

 

 

17,0

4,5…5,0

500..800

2.

Газ на выходе из камеры сгорания (рисунок 1):

·      расход газа;

·      давление газа;

·      средняя температура газа;

·      максимальная температура газа

 

 

G1

Р*г

Т*г ср

Т*г мах

 

 

кг/с

кгс/см2

К

К

 

 

14,3

4,2…4,8

1660

1900

3.

Топливо перед форсунками (рисунок 2):

·      расход топлива;

·      давление топлива перед коллектором первого каскада;

·      давление топлива перед коллектором второго каскада

 

 

Gт

Р*ф1

 

Р*ф2

 

 

 

кг/ч

кгс/см2

 

кгс/см2

 

 

 

1500

20

 

5

 

 

Рисунок 1. Модель секции камеры сгорания ГТД

 

Рисунок 2. Схема топливной форсунки КС. 1 − первый каскад коллектора; 2 – второй каскад коллектора

 

Температурное поле газа на выходе из камеры сго­­рания определяют по результатам ее специальных испытаний с помощью устанавливаемой на выходе поворотной гребенки, по высоте которой расположены 10 термопар. В процессе испытаний гребенка поворачивается в окружном направлении, обеспечивая замер температуры.

Определяются значения неравномерности полей температуры на выходе из камеры сгорания по значениям максимальной и минимальной температуре по высоте канала.

Точность каждого измерения температурного поля, оценивается параметром Vср:

                                                                 1)

где: – температура воздуха на выходе из компрессора высокого давления (на входе в КС); – средняя температура газа на выходе из КС; – расчетная температура газа на выходе из КС.

По ТУ значения  должны находится в пределах: 0,96 £  £ 1,0.

Во всех поясах КС средняя радиальная неравномерность температурного поля определяется по формуле:

                                                              2)

где: – среднее значение радиального профиля температурного поля на j-ом поясе в испытаниях.

После проведения испытаний оценивают отклонение температурного поля на выходе из камеры сгорания от ТУ по формуле:

                                                        3)

где: – радиальная неравномерность температурного поля по ТУ (рисунок 3).

Если > 0, то результаты испытаний считаются удовлетворительными.

Сдаточное значение окружной неравномерности температурного поля газа по всем поясам определяется по формуле:

                                                               4)

где: – максимальная температура газа в j –м поясе;  сдаточное значение окружной неравномерности.

По данным  строится характеристика радиальной неравномерности температурного поля (рисунок 3).

 

Рисунок 3 Характеристика радиальной неравномерности температурного поля

 

Испытания камеры сгорания считаются успешными в том случае, если значения  не переходят за границу кривой по ТУ, в противном случае требуется доводка камеры сгорания, например, путем изменения диаметра охлаждающих отверстий, геометрических размеров форсунки и др.

Данная методика оценки неравномерности температурного поля газа на выходе из КС использовалась при моделировании и оптимизации температурного поля газа двухконтурного ГТД с применением ПК ANSYS CFX.

 

Список литературы:
1. Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели, ОАО «Авиадвигатель», 2006 г.
2. Мингазов Б.Г., Александров Ю.Б., Костерин А.В., Томковцев Ю.В. Процессы горения и автоматизированное проектирование камер сгорания ГТД и ГТУ, Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2015 – 160 с.
3. Гишваров А.С. Определение температурного поля газа перед турбиной. Лаб. практикум. – УГАТУ,2005. – 48 с.