Камера згоряння двигуна

Матеріал з Тепловики - енциклопедія опалення

згоряння

Камера згоряння двигуна- об'єм, утворений сукупністю деталей двигуна, в якому відбувається спалювання горючої суміші. Конструкція камери згоряння визначається умовами роботи та призначенням механізму; як правило використовуються жароміцні матеріали. Залежно від температури, що розвивається в камері згоряння безперервної дії, як конструкційні матеріали для їх виготовлення застосовують:

  • до 500 ° С - хромонікелеві сталі;
  • до 900 ° С - хромонікелеві сталі з добавкою титану;
  • вище 950 ° С - спеціальні матеріали.

Камера згоряння- це замкнутий простір, порожнина для спалювання газоподібного або рідкого палива вдвигунах внутрішнього згоряння.Камера згоряння газотурбінного двигуна— пристрій, в якому в результаті згоряння палива підвищується температура повітря, що надходить до нього (газу).

Зміст

Класифікація

За принципом дії

  • Безперервної дії(для газотурбінних двигунів (ВМД), турбореактивних двигунів (ТРД), повітряно-реактивних двигунів (ВРД), рідинних ракетних двигунів (ЖРД)).
  • Періодичної дії(для поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ));

Камери згоряння безперервної дії у свою чергу класифікують:За призначенням

  • Основні;
  • Резервні;
  • Проміжного підігріву;

У напрямку потоку повітря та продуктів згоряння

  • прямоточні;
  • протиточні камери згоряння (останні застосовують рідко через великий гідравлічний опір).

За конструктивними особливостямикорпусу та жарової труби

Камери згоряння періодичної дії у свою чергу класифікують:За паливом

По конструкціїбензинові камери згоряння поділяють:

По конструкціїдизельні камери згоряння поділяють:

  • Нерозділені (мають лише одне відділення, в якому відбувається і сумішоутворення, і згоряння палива)
  • Розділені (розділені на дві частини: основну та додаткову, з'єднані між собою горловиною. При цьому паливо впорскується в додаткову камеру)

За способом сумішоутворення

  • Об'ємне (для нерозділених камер згоряння);
  • Плівкове;
  • Комбіновані.

Камера згоряння безперервної дії

Камера згоряння безперервної дії належать до найважливіших вузлів авіаційних і космічних рухових установок, спеціальних і транспортних газотурбінних установок, які знаходять широке застосування в енергетиці, хімічній промисловості, на ж.-д. транспорті, морських та річкових судах.

двигуна

Принцип роботи

Камера згоряння є вузлом газотурбінного двигуна (ВМД), в якому відбувається приготування та спалювання паливоповітряної суміші. Для приготування паливоповітряної суміші камеру згоряння підводиться через форсунки паливо і надходить повітря з компресора. У процесі запуску двигуна підпал паливоповітряної суміші проводиться електричною іскрою (або пусковим пристроєм), а при подальшій роботі процес горіння підтримується безперервно внаслідок контакту паливноповітряної суміші, що утворюється, з розпеченими продуктами згоряння. Газ, що утворився в камері згоряння, направляється в турбіну компресора.

Стійкість тадосконалість процесів у камері згоряння значною мірою забезпечують надійну та економічну роботу газотурбінного двигуна.

Вимоги до камери згоряння безперервної дії

  • Стійкість процесу горіння за всіх можливих режимів та польотних умов. Необхідно, щоб згоряння палива було безперервним і не було зриву полум'я або пульсаційного горіння, що може спричинити самовимкнення двигуна. У процесі зміни режиму роботи двигуна та польотних умов змінюється співвідношення палива і повітря, що у камеру згоряння, тобто. змінюється якість суміші.
  • Забезпечує рівномірне поле температури газів перед турбіною. Зазвичай, камери згоряння мають кілька форсунок для підведення палива, тому є тенденція до отримання зон різної температури на виході газів з камери згоряння. Значна нерівномірність поля температур газів може спричинити руйнування турбінних лопаток.
  • Мінімальна довжина смолоскипа полум'я, тобто. процес згоряння повинен закінчуватися в межах камери згоряння. В іншому випадку полум'я доходить до лопаток соплового апарату, що може призвести до їхнього прогару.
  • Надійність в експлуатації, великий термін служби, зручність контролю та технічного обслуговування. Забезпечення тривалої та надійної роботи камери згоряння досягається як рядом конструктивних заходів, так і суворим дотриманням правил льотної та технічної експлуатації. Для максимального виконання цих вимог кожному типу двигуна підбирається відповідний тип камери згоряння.

Камера згоряння періодичної дії

Камера згоряння, що працює на бензині

палива

камера

Конструкції камер згоряння автомобільних двигунів є різними. У двигунів з верхнімрозташуванням клапанів застосовують центральні камери, а також камери напівклинового та клинового типів. При нижньому розташуванні клапанів основний об'єм камери згоряння зміщений у бік осі циліндра (Г-подібна форма); така конструкція камери сприяє посиленню завихрення горючої суміші та покращує сумішоутворення. На сучасних двигунах широко застосовують камери згоряння напівклинового та клинового типів.

Клинова камера згоряння- отримана з плоскоовальним нахилом клапанів для отримання кращої форми газових каналів. Свічка запалювання в цьому випадку зсунута у бік випускного клапана, рух заряду в камері спрямований до свічки. У клиноподібної камери згоряння більша частина її об'єму сконцентрована біля свічки, завдяки чому спочатку має згоряти найбільшу кількість заряду, а в самій віддаленій від свічки зоні камери згоряння, де є небезпека детонації, має бути порівняно невелика кількість переохолодженої суміші в зазорі витіснювача. Така камера забезпечує м'яке згоряння та низькі теплові втрати. Жорсткість роботи двигуна оцінюється швидкістю наростання тиску, т. е. підвищенням тиску в циліндрі при повороті колінчастого валу на вирішальне значення має ділянку повороту, що відповідає інтервалу між утворенням іскрового розряду (займання суміші) та ВМТ. М'яким вважається процес згоряння, у якому швидкість наростання тиску лежить не більше 0,2 – 0,6 МПа на 1° кута повороту колінчастого валу. Рівень шуму під час роботи двигуна залежить також від зазорів між поршнем і циліндром і між валом та його підшипниками.

Широко застосовувананапівклінова камера згоряннязазнає в даний час зміни. Камера такої форми застосовується у двигунів спортивних, гоночних автомобілів для досягненнявисокої питомої потужності. При використанні в головці циліндра двох розподільних валів та великому куті розвалу клапанів можна розмістити в головці циліндра клапани великого діаметра. При цьому поверхня камери згоряння щодо її об'єму досить мала. Забезпечується також хороше втікання заряду через клапани в циліндр, оскільки не перешкоджають стінки циліндра чи камери згоряння. Впускний та випускний канали мають невелику довжину та малу поверхню. Двигуни з такою камерою згоряння мають досить високий ККД.

Камера згоряння дизельного палива

камера

У дизельних двигунах вимоги до форми камери згоряння визначаються процесом сумішоутворення. Для створення робочої суміші в них відводиться дуже малий час, так як майже відразу після початку упорскування палива починається згоряння, і залишок палива подається вже в середовище, що горить. Кожна крапля палива повинна увійти до контакту з повітрям якнайшвидше, щоб виділення теплоти відбулося на початку ходу розширення.

Плівкове сумішоутвореннязастосовується в ряді конструкцій камер згоряння, коли майже все паливо направляється в зону пристінкової. У центральну частину камери згоряння потрапляє приблизно 5-10% палива, що впорскується форсункою. Решта палива розподіляється на стінках камери згоряння у вигляді тонкої плівки (10-15 мкм). Спочатку займається частина палива, що потрапила в центральну частину камери згоряння, де зазвичай відсутня рух заряду і встановлюється найвища температура. Надалі, у міру випаровування та змішування з повітрям, горіння поширюється на основну частину палива, спрямовану в пристінковий шар. При плівковому сумішоутворенні потрібно менш тонке розпилювання палива. Застосовують форсунки з одним сопловимотвором. Тиск упорскування палива не перевищує 17-20 МПа.

Плівкове сумішоутворення в порівнянні з об'ємним забезпечує кращі економічні показники двигуна, спрощує конструкцію паливної апаратури.

Основним недоліком є ​​низькі пускові властивості двигуна за низьких температур у зв'язку з малою кількістю палива, що бере участь у початковому згорянні. Цей недолік усувають шляхом підігріву повітря на впуску або за рахунок збільшення кількості палива, що бере участь у освіті початкового вогнища.

Комбіноване сумішоутвореннявиходить при менших діаметрах камери згоряння, коли частина палива досягає її стінки і концентрується в пристіночному шарі. Інша частина крапель палива розташовується у внутрішньому обсязі заряду. На поверхні камери осідає приблизно 50% палива. При впускі камери не створюється обертального руху заряду. Заряд рухається при витісненні його з надпоршневого простору в камеру згоряння, і створюється вихор. Швидкість руху заряду сягає 40-45 м/с.

Відмінною особливістю від плівкового сумішоутворення є зустрічний рух струменів палива та заряду, що витісняється з надпоршневого простору, що сприяє збільшенню кількості палива, зваженого в об'ємі камери згоряння, та зближує процес з об'ємним сумішоутворенням. Форсунки застосовують з розпилювачами, що мають 3-5 соплових отворів.

Камери згоряння з об'ємним сумішоутворенням. У дизельних двигунах з такими камерами паливо впорскується безпосередньо в камеру згоряння форсункою з робочим тиском 15-30 МПа, що має багатодирчасті розпилювачі (5-7 отворів) з малим діаметром соплових каналів (0.15-0.32 мм). Такі високі тиски впорскування застосовуються через те, що вданому випадку розпилювання палива та перемішування його з повітрям досягається головним чином за рахунок кінетичної енергії, що повідомляється паливу при упорскуванні. Для рівномірного розподілу палива у камері форсунки таких двигунів часто виконують з кількома отворами.

Вимоги до всіх камер згоряння двигуна

Основними вимогами для всіх камер згоряння безперервної дії є:

  • стійкість процесу горіння
  • висока теплонапруженість
  • максимальна повнота згоряння
  • мінімальні теплові втрати
  • надійна робота протягом встановленого ресурсу роботи двигуна.