Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
Московский Государственный авиационный технологический
университет имени
КОНСТРУКЦИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ТРДД АЛ-31Ф
Методические указания для курсового проектирования по курсу “Авиационные двигатели”
Составитель
Москва 1994
ОСНОВНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АЛ – 31 Ф.
1.Общая характеристика камеры сгорания.
Камера сгорания (в дальнейшем – КС) – прямоточная, кольцевая. На входе в КС установлен диффузор 4 (рис. 1) с фиксированным срывом потока и фронтовое устройство с вихревыми горелками (форкамерами) 8.
Фиксированный срыв стабилизирует потоки в кольцевых каналах камерами и радиальные поля температур перед турбиной. При этом укороченный диффузор позволил сократить общую длину КС.
Топливо в КС подается по двум топливным коллекторам 27 с помощью двадцати восьми центробежных двухсопловых форсунок 5. Топливные коллекторы и трубопроводы подвода топлива теплоизолированы кремнеземной лентой КЛ-11 и металлическим экраном из 1Х18Н9Т.
Запуск КС осуществляется с помощью двух свечей 7 поверхностного разряда, установленных со смещением в 0,25 шага от осей вихревых горелок.
Цилиндрическая часть корпусов свечей, входящая в корпус КС, охлаждается воздухом из-за компрессора, проходящим через специальные окна в корпусе свечи и выдувается внутрь жаровой трубы. Торец свечи охлаждается воздухом через систему отверстий в секциях жаровой трубы.
Применение системы непосредственного запуска КС от запальных свечей по сравнению с пусковым воспламенителем позволило:
- повысить надежность работы и живучесть системы вследствие меньшего числа элементов, входящие в систему, и отсутствие трубопровода и агрегатов с пусковым топливом;
- снизить массу и габариты системы запуска;
- сохранить инерционность запуска, особенно в условиях отрицательных температур.
Основные параметры и материалы КС представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица I
Основные газодинамические и конструктивные параметры КС ( Н-0, М»0 )
п/п | Параметры Размерность | Величина |
I | Давление воздуха за КВД кПа | 237 |
2 | Расход воздуха: | |
- через лопаточные завихрители % | 11-12 | |
- через головную часть жаро- | ||
вой трубы % | 38-39 | |
3 | Коэффициент избытка воздуха | 2,29 |
4 | Коэффициент полноты сгорания | 0,98 |
5 | Коэффициент потери полного | |
давления - | 0,056 | |
6 | Относительная длина газосбор- | |
ника | 1,1 | |
7 | Степень раскрытия диффузора | 1,65 |
Таблица 2
Материалы деталей КС
№ п/п
Деталь
Материал
Корпус Жаровая труба Фронтовое устройство Внутренняя поверхность жаровой
трубы
(ЭП-718) ХН62ВШГ-ВД ЭП - 648 ЭП - 99
Покрытие ВКНП-5 ("Рубин")
2. Конструкция камеры сгорания
КС (рис.1) состоит из корпуса и жаровой трубы.
Корпус КС включен в силовую схему двигателя и состоит из наружного 9, 12 и внутреннего 17 корпусов, соединенных в передней части четырнадцатью полыми литыми стойками 25 с помощью сварки. Передняя часть корпусов образует кольцевой двухступенчатый диффузор 4 перед фронтовым устройством жаровой трубы.
Части 9 и 12 наружного корпуса соединены с помощью и призонных болтов. В задней части корпуса 12 на специальных граненых поясах установлены модули воздухо-воэдушного теплообменника ( ВВТ ) 14, лючки осмотра 15 турбины и клапаны 21 системы охлаждения турбины. На наружном корпусе имеются также под струйную форсунку II запуска форсажной камеры для установки пусковых свечей 7, отбора воздуха, окон осмотра КС и бобышки для крепления агрегатов и коммуникаций. Передним фланцем 3 наружный корпус крепится к заднему фланцу корпуса КВД, а задним - к фланцу корпуса ТВД.
Внутренний корпус 17 задним фланцем крепится к корпусу 16 соплового аппарата ТВД. На переднем фланце корпуса 17 установлены элементы лабиринтного уплотнения 2.К внутренней, поверхности корпуса приварены 4 профилированных кольцевых ребра жесткости 18.
Полые стойки 25 обеспечивают силовую связь наружного и внутреннего корпусов КС и сообщают заднюю разгрузочную полость компрессора с проточной частью наружного контура. На 7 стойках имеются кронштейны 26 для крепления жаровой трубы и топливных коллекторов 27 к корпусу КС с помощью специальных штифтов 24, зафиксированных от выпадения резьбовыми пробками 22.
Жаровая труба состоит из фронтового устройства, зоны смещения и газосборника, образованных вихревыми горелками и профилированными наружными и внутренними секциями.
Горелки и секции соединены между собой с помощью сварки. Для повышения ремонтной технологичности жаровой трубы наружный козырек воздухосборника 10, а также пятая и шестая наружные секции соединены с помощью заклепок.
Фронтовое устройство жаровой трубы ограничивается воздухосборником 10 и включает в себя кольцевую оболочку 23 с
двадцатью восемью вихревыми горелками 8, диффузорную часть трубы, оканчивающуюся первым поясом отверстий 20 подвода воздуха в зону горения топливовоздушной смеси. Расход воздуха череп фронтовую часть { таблица I ) регламентируется лопаточными заверителями 6 и воздухозаборником 10.
Схематически вихревая горелка представлена на рис. 2.
Она состоит из цилиндрической вихревой камеры 3, на входе в которую подвижно в радиальном направлении установлен лопаточный завихриугол установки лопаток - 60° ), а на входе - конический насадок 4 с углом раскрытия 45°. В центре завихрителя установлена топливная форсунка I центробежного типа.
Вихре вал горелка используется как пневматический распылитель топлива, а также выполняет функции аэродинамического стабилизатора пламени за счет организации зоны обратных токов вдоль оси вихревой камеры. При этом в процессе турбулентного взаимодействия между топливо-воздушным вихрем и высокотемпературным ядром зоны горения осуществляется дополнительное дробление и испарение топлива.
Применение вихревых горелок, расположенных с малым шагом в окружном направлении, совместно с отверстиями 20 С рис.1 ) и системой заградительного охлаждения позволило практически избежать переобогащения смеси в первичной зоне, повысить надежность запуска КС и устойчивопть горения. При этом максимальная избыточная температура стенок фронтового устройт-ва не превышает 460 К, что вполне допустимо для материала
жаровой трубы.
Формирование поля температур на выходе из камеры сгорания осуществляется в смесительной части жаровой трубы воздухом, поступающим через отверстия 19.
Для снижения температурных напряжений в районе отверстий 19, 20 и повышения жесткости края отверстий отбортовывает-ся внутрь трубы.
Для охлаждения стенок жаровой трубы в местах соединения секций имеются кольцевые щели I, в которые через отверстия поступает воздух, создавая заградительную пленку в пристеночном слое секции. Для обеспечения допустимой температуры стенок жаровой трубы ширина секций в данной КС не превышает 25мм. Для выравнивания температуры и предотвращения коробления и прогара стенок, расположенных непосредственно за горелками, отверстия, подводящие охлаждающий воздух к участкам секций между горелками, выполнены большого диаметра.
Жаровая труба имеет 2 плоскости опор: в передней части с помощью 7 кронштейнов 28, фиксирующих жаровую трубу в осевом и радиальном направлении и на входе в сопловой аппарат ТВД с помощью плавающих колец 13. Передние узлы крепления жаровой трубы обеспечивают свободу температурных расширений трубы в радиальном направлении в пределах зазора в кронштейнах, 26. Свобода температурных расширений трубы в осевом направлении обеспечивается телескопическим соединением её по плавающим кольцам 13.
3. Особенности эксплуатации КС.
"Руководством по технической эксплуатации" предусматривается осмотр наружного корпуса КС, жаровой трубы, торцов топливных форсунок и свечей с помощью гибких авиаэндоскопов через 2 специальных лючка, расположенных соответственно на корпусе наружного контура и корпусе КС. Осмотр предусматривается при оговоренном диапазоне температур корпуса КС и окружающей среды.
Не допускаются трещины, замкнутые по корпусу, и прогары.
Допускаются местные оплавления кромок отдельных секций.
