燃气轮机原理第四章 燃烧室4-1&4-2.ppt

燃气轮机原理第四章燃气轮机燃烧室,4-1燃烧室的功用、结构和工作特点,1.燃烧室的功用燃烧室是将燃料中的化学能经燃烧后释放出热能，加热工质。能量的一部分用于推动涡轮带动压气机对进口气流进行压缩，另一部分使气流以高速从尾喷口喷出，以气体动能形式反作用于发动机上推动飞机前进。,1.燃烧室的功用地面燃气轮机，用多级涡轮充分吸收能量，然后以轴功率形式输出，带动其它机件（如发电机）作功。还有一部分能量随燃气以热能的形式排放到大气。,燃烧室是一个能量转换器,燃料的化学能,热能,燃烧,,,,,,,机械功（经压气机增压空气）,动能（产生推力）,热能随燃气排放至大气,涡轮,尾喷管,燃烧室是动力机械的能量发源地。,2.燃烧室的结构,1-外壳2-火焰管3-冷却鱼鳞孔4-点火器5-过渡锥顶6-配气盖板7-燃料喷嘴8-燃烧区9-混合区10-旋流器11-一次射流孔12-混合射流孔13-环腔14-燃气导管,一次空气参与燃烧，占总空气量25-35；二次空气参与混合冷却。,3.燃烧室的工作特点燃烧室进口气流速度很大，一般在120180m/s之间，相当于4倍12级台风的速度。在如此高的气流速度下，组织燃烧十分困难。高速气体在燃烧室内流动，还会造成很大的总压损失。必须采取措施降速，即使降速后的速度也还相当高，不采取其它措施，仍不能保证火焰稳定。,燃烧室容积很小，但要在短时间内发出大量的热能，要燃烧相当多的燃料，而且要求燃烧完全。涡喷-6发动机10个火焰筒，总容积不到0.07m3，但每小时要烧掉2.5吨燃油。燃烧室的发展趋势长度缩短，体积减小，燃料燃尽程度接近100。,燃烧室出口气流温度受到涡轮叶片的热强度的限制，不能过高，否则会使叶片失稳变形，以至熔化或断裂，造成事故。目前一般允许在1200K，叶片采取冷却措施的发动机可达1600K。涡轮叶片耐温的限制，燃烧内供油受到制约。燃烧室内供油只能烧掉空气中氧的1/4。在贫油的均匀混气情况下，火焰不能传播，燃烧不能进行。,一个矛盾,若达到烧着的程度，涡轮叶片承受不了；若考虑涡轮叶片耐温程度而减少供油，又烧不着。解决办法先燃烧后降温一次空气和二次空气,发动机的工况随飞机飞行状况的变化而变化，给燃烧室带来变化宽广的工作范围，是按某一状态设计的燃烧室，在其它状态下工作困难。涡喷7发动机高度的变化030km速度的变化M03转速也在一定范围内变化。,4-2对燃烧室的性能要求,1.点火可靠点火可靠是燃烧室正常工作的最起码保证。地面时点火容易（气体压力、温度较高，进气速度不大）高空时高空熄火后，点火困难（气体压力、温度低，气流速度较高）点火高度是评定发动机（飞机）的性能指标点火高度89km；1213km（采取补氧措施）,2.燃烧稳定性要好燃烧室的稳定工作对发动机来说是至关重要的。燃烧稳定的两个含义在发动机工作过程中，通常情况下不熄火；不出现对发动机具有破坏性的燃烧，通常为振荡燃烧。,稳定燃烧特性包线,燃料的成分主要为碳氢化合物,1千克碳完全燃烧需要8/3千克氧气,1千克氢气完全燃烧需要8千克氧气,航空煤油（C8H16）含碳86，含氢14，1公斤煤油完全燃烧需要消耗的氧气量（公斤）为,稳定燃烧特性包线,大气中含氧气量为23.2，1公斤煤油完全燃烧需空气量（公斤）为,过量空气系数（余气系数）实际供给的空气量与理论上完全燃烧所需空气量之比。,油气比f1/401/3302.730,稳定燃烧特性包线,1-富油熄火极限2-贫油熄火极限,时，燃烧不稳定,相同时，越大越好,受涡轮材料的限制，燃烧室不容易发生富油熄火，易贫油熄火，一般。,3.燃烧要完全将所供燃料全部烧完，将化学能释放出来。燃烧效率燃料燃烧时实际用于加热工质的热量（增加气体总焓）与这些燃料完全燃烧时的理论放热量之比。,主燃烧室9698，甚至可达100加力燃烧室90,4.出口温度场符合要求燃烧室出口气流温度场符合涡轮叶片高温强度的要求，不要有局部过热点。要求火焰除点火过程的短暂时间外，不得伸出燃烧室；沿涡轮进口环形通道的圆周方向，温度尽可能均匀，在整个出口环腔内最高温度与平均温度之差不得超过100120C；沿叶高（径向）温度分布应符合等强度原则。,燃烧室出口温度径向分布,温度系数,通常不超过20,由于离心力的作用，叶片及涡轮盘榫头连接部位应力大,叶尖部分叶片很薄，散热条件差,,,5.压力损失小出于组织燃烧的需要，燃烧室采用了复杂的结构。阻力系数燃烧室总压损失与某参考截面最大截面或进口截面）气流动压头之比。,主燃烧室2030加力燃烧室34,6.尺寸小和重量轻为了提高发动机的推重比和减小迎风面积，力争在容积小的燃烧室中单位时间内烧掉较多的燃料。容热强度每立方米的燃烧容积里在单位压力下每小时实际放出多少热量。,VB燃烧室空间容积,火焰筒的容热强度为蜂窝煤炉的40倍，从产生热量的功能上来看，一个火焰筒相当于1300个蜂窝煤炉。,航空燃气轮机,地面重型燃气轮机,主燃烧室,火焰筒,蜂窝煤炉,7.使用寿命长燃烧室内火焰温度很高，火焰筒壁面经常受着高温燃气的侵蚀，由于气流和火焰的紊流脉动，使火焰筒承受着交变高温燃气引起的热应力，经常产生裂纹、烧蚀和变形等故障。,7.使用寿命长影响燃烧室寿命的主要因素使火焰筒壁温，延长寿命主要从以下方面入手火焰筒材料；采取冷却措施；防止严重积炭。,高性能耐热钢板,分段气膜冷却，鱼鳞片气膜冷却,火焰筒壁面温度不超过800度,8.排气污染少根据我国对烟尘、SOx、NOx和CO四种污染物来源统计分析，燃料燃烧产生的空气污染物占全部污染物的70，工业生产产生的占20，机动车产生的占10。可见，燃料燃烧是空气污染物的主要来源。,航空发动机的污染表现,由于燃烧组织的不完全，特别是富油时，排放大量的CO直接造成对人类健康的危害；局部富油时因缺氧，生成大量的炭粒子，形成可见黑烟雾，造成污染；由于燃烧时温度较高，特别是在地面起飞状态时，容易形成NOx类物质，对人类及其他生物危害很大；燃烧室工作时，特别是加力燃烧室在不稳定工作时，产生低频高分贝的强噪声污染。,燃烧室性能之间的矛盾火焰稳定性压力损失大高容热强度使用寿命长解决办法根据用途，做折衷考虑（tradeoff）,,,计算题,已知发动机采用航空煤油作燃料，设空气流量qma50kg/s，余气系数3.45，求每小时燃油消耗量。,