Индивидуальная камера сгорания: Классификация камер сгорания Газотурбинных Двигателей Камера сгорания

4. Типы основных камер сгорания гтд и организация процесса горения в них

Рис. 9.3. Типы основных камер сгорания

Основные камеры сгорания авиационных ГТД могут иметь раз­нообразные формы проточной части и различное конструктивное выполнение. Применяются практически камеры сгора­ния трех основных типов (рис. 9.3): а  трубчатые (индивиду­альные), б  трубчато-кольцевые и в  кольцевые.

Трубчатая (вверху на рис. 9.3) ка­мера сгорания состоит из жаровой трубы 1, внутри которой органи­зуется процесс горения, и корпуса (кожуха) 2. На двигателях обыч­но устанавливалось несколько таких камер. В современных авиационных ГТД трубчатые камеры сгорания практически не используются.

В трубчато-кольцевой камере все жаровые трубы заключены в общий корпус, имеющий внутреннюю и наружную поверхности, охватывающие вал двигателя.

В

кольце­вой камере сгорания (внизу на рис. 9.3) жаровая труба имеет в сечении форму коль­ца, также охватывающего вал двигателя.

Расположение и тип форсунок, используемых для подачи топли­ва в камеры сгорания, также могут быть различными. Однако, не­смотря на большое разнообразие схем и конструктивных форм ос­новных камер сгорания, процесс горения в них организуется практически одинаково.

Одной из важнейших особенностей организации процесса горения в основных камерах сгорания ГТД является то, что он должен протекать при сравнительно больших коэффициентах избытка воздуха. При реализуемых в настоящее время температурах газа перед турбиной порядка = 1800…1600 К и ниже, как уже отмечалось, значение коэффициента избытка воздуха (среднее для всей камеры) должно составлять 2,0…3,0 и более. При таких значенияходнородная топливо-воздушная смесь, как было указано выше, не воспламеняется и не горит. При резком уменьше­нии подачи топлива в двигатель, которое может иметь место в ус­ловиях эксплуатации, коэффициент избытка воздуха может достигать еще существенно больших зна­чений (до 20…30 и более).

Вторая важная особенность этих камер состоит в том, что ско­рость потока воздуха или топливо-воздушной смеси в них (выбираемая с учетом требований к габаритным размерам двигателя) су­щественно превышает скорость распространения пламени. И, если не принять специальных мер, пламя будет унесено по­током за пределы камеры сгорания

Поэтому организация процесса горения топлива в основных ка­мерах ГТД основывается на следующих двух принципах, позволя­ющих обеспечить устойчивое горение топлива при больших значениях и вы­соких скоростях движения потока в них:

1. Весь поток воздуха, поступающий в камеру сгорания, разделяешься на две части

, из которых только одна часть (обычно меньшая) подается непосредственно в зону горения (где за счет этого создается необходимый для устой­чивого горения состав смеси). А другая часть направляется в об­ход зоны горения (охлаждая снаружи жаровую трубу) в так называемую зону смешения (пе­ред турбиной), где смешивается с продуктами сгорания, понижая в нуж­ной мере их температуру;

2. Стабилизация пламени в зоне горения обеспечивается путем создания в ней зоны обратных токов, заполненной горячими продуктами сгорания, непрерывно поджига­ющими свежую горючую смесь.

Рис. 9.4. Схема основной камеры сгорания

Для примера на рис. 9.4 показана схема одного из вариантов трубчато-кольцевой камеры сгорания. Камера состоит из жаро­вой трубы 1 и корпуса 2. В передней части жаровой трубы, кото­рую называют

фронтовым устройством, размещаются форсунка 3 для подачи топлива и лопаточный завихритель 5. Для уменьшения скорости воздуха в камере на входе в нее (за компрессором) выполняется диффузор 4, благодаря которому скорость воздуха перед фронтовым устройством обычно не превышает 50 м/с.

Воздух, поступающий в камеру сгорания из компрессора, делится на две части. Одна часть направляется в зону горения, а вторая часть  в зону смешения. Часть воздуха, поступающая в зону горения, в свою очередь де­лится еще на две части. Первая часть, так называемый первичный воздух (см. рис. 9.4), поступает непосредственно через фронтовое устройство к месту расположения факела распыла топ­ливной форсунки и используется для формирования богатой топливной смеси такого состава, который обеспечивал бы на всех режимах достаточно быстрое и устойчивое сгорание.

Вторая его часть (так называемый вторичный воздух ) через боковые отверстия в жаровой трубе поступает в камеру для завершения процесса горения (первичного воздуха для этого недостаточно). Общее количество воздуха, поступающего в зоны горения (т.е.) обеспечивает в ней коэффициент избытка воздуха порядка= 1,6…1,8, что соответствует устойчивому горению, полному сгоранию и температуре порядка 1800…1900 К.

Если допустимая температура газов перед турбиной ниже этой величины, необходимый для её уменьшения третичный (или смесительный) воздух поступает в жаровую трубу через задние ряды отверстий или щелей, быстро снижая их температуру до допустимой. При этом важно подчеркнуть, что, если какая-то часть топлива не успеет сгореть до попадания в зону смешения, то дальнейшее ее догора­ние практически уже не произойдет, так как коэффициент избытка воздуха возрастает до значений, превы­шающих предел устойчивого горения.

Число, расположение и форма отверстий для подвода третично­го воздуха подбираются таким образом, чтобы обеспечить жела­емое поле температур газа перед турбиной.

Подвод первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу дол­жен быть организован так, чтобы в зоне горения создавалась нуж­ная структура потока. Эта структура должна обеспечить хорошее смешение топлива с воздухом и наличие мощных обратных то­ков, обеспечивающих надежное воспламенение свежей смеси на всех режимах работы камеры.

Рис. 9.5. Зона обратных токов

в основной камере сгорания

Структура потока в передней части жаровой трубы камеры сго­рания с так называемым лопаточным завихрителем показана схематично на рис.

9.5. Воздух поступает сюда через завихритель 1, лопатки которого закручивают поток (подобно лопаткам входного направляющего аппарата компрессора). Далее воздух движется вдоль поверхности жаровой трубы в виде конической вихре­вой струи. Вихревое движения воз­духа приводит к пони­жению давления в области за завихрителем, вследствие чего в эту область устремляется газ из расположенных дальше от фрон­тового устройства участков жаровой трубы. В результате здесь возникает зона обратных токов, граница которой показана на рисунке линией 5. Топливо-воздушная смесь, образовавшаяся за фронтовым устройством, при за­пуске двигателя поджигается огненной струей, создава­емой пусковым воспламенителем 6 (см. рис. 9.4). Но в последую­щем горячие продукты сгорания вовлекаются в зону обратных то­ков и обеспечивают непрерывное поджигание свежей смеси. Кроме того, горячие газы, циркулирующие в этой зоне, являются источником теплоты, необходимой для быстрого испарения топлива.

Могут использоваться и другие схемы основных камер сгорания  с несколькими форсунками (несколькими рядами форсунок), с другими способами создания зоны обратных токов и т. д. Но общие принципы организации рабочего процесса в них остаются такими же.

5. ФОРСАЖНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

ГОРЕНИЯ В НИХ

Рис. 9.6. Схема форсажной камеры сгорания

Состав горючей смеси в форсажной камере отличается от такового в основных камерах сгорания прежде всего тем, что на расчетном режиме их работы температура газа на выходе из неё составляет 2000…2300 К, что может быть достигнуто только при суммарном коэффициенте избытка воздуха , уже не требующем снижения для организации процесса горения. Поэтому в форсажной камере отпадает необходимость разделения её на зону горения и зону смешения. Кроме того, температура среды, в которую впрыскивается топливо, здесь выше, чем в основных камерах сгорания, что облегчает процесс испарения топлива и последующего воспламенения смеси. Но скорость потока газа в форсажных камерах по габаритным соображениям приходится иметь значительно более высокой, чем в основных камерах (порядка нескольких сотен м/с).

Поэтому для стабилизации процесса горения в них также организуются зоны обратных токов. Кроме того, в связи с тем, что коэффициент избытка воздухав форсажной камере на её расчетном режиме близок к единице, необходимо обеспечит такое распределение впрыскиваемого топлива по пространству камеры, при котором по возможности было бы исключено местное переобогащение смеси, ведущее к неполному сгоранию.

На рис. 9.6 показана типичная схема форсажной камеры сгорания, уста­новленной за турбиной ТРД. На входе в камеру имеется небольшой диффузор 7. За ним расположено фронтовое устройство, состоящее из нескольких стабилизаторов пламени 5 (пластин или колец vобразного сечения) и большого числа (часто нескольких десятков) форсунок 1, объединенных в несколько топливных коллекторов (на рис. 9.6 их два). Большое число форсунок обеспечивает равномерность состава смеси по объему камеры, а наличие нескольких коллекторов позволяет путем их частичного отключения сохранить на пониженных режимах (т. е. при сниженном общем расходе топлива) необходимый для устойчивого горения состав смеси около тех форсунок, которые еще не отключены.

Современные камеры сгорания ТРД и ГТД — Путин позвонит

Как известно из новостей, российское двигателестроительное предприятие «Климов» (Санкт-Петербург, входит в ОДК) сообщило о том, что до конца 2017 года впервые напечатает на 3D-принтере по аддитивной технологии авиадвигатель. Недавно «Техносфера» сообщала, что в Самаре впервые в нашей стране на таком 3D-принтере по аддитивной технологии из отечественного сырья напечатана и испытана камера сгорания обычного авиационного газотурбинного двигателя ТА-8 (МГТД).

Народ хихикает — мол, чего такого сложного в камерах сгорания. Это же, мол, не турбина. Однако всё совсем не так. Камера сгорания — это самое сложное в турбореактивном двигателе. Именно от нее процентов на 90 зависят параметры двигателя.

Например, в известном двигателе PowerJet SaM146 для Суперджета отечественное НПО Сатурн не справилось именно с камерой сгорания — из-за чего ее пришлось покупать у французской Snecma. Заодно купили и остальную «горячую» часть двигателя, чтобы не столкнуться с проблемами на стыке.

А если вы внимательно посмотрите на линейку пермских моторов ПД (ПД-14 и его деривации) — то вы обнаружите, что весь этот двигатель построен вокруг камеры сгорания, дизайн которой упёрт у Pratt&Whitney. Был у пермяков такой совместный проект по мотору ПС-90 — предполагалось серьезно повысить его параметры, просто инкорпорировав в существующую конструкцию более продвинутую камеру сгорания от PW. Пермяки у канаццев получили документацию на камеру, получили расчетные модели, позволяющие адаптировать камеру к разным давлениям и потокам — а потом кинули канаццев. Те так разобиделись, что поснимали свои моторы с уже готового экспортного Ил-96М «следующей генерации» (это у которого фюзеляж длиннее, чем на Ил-86) и уехали, сказав «ноги нашей в России не будет». Потом этот Ил-96М снабдили обычными ТРДД ПС–90А–2 и выставили под названием Ил-96-400 — но это совсем другая история.

Так вот, все остальные части турбореактивного двигателя — как раз не представляют особых сложностей. Ну разве что турбина высокого давления требует решений по жаростойким материалам и охлаждению лопаток — а так остальное довольно примитивно. Лопатки, хоть и имеют сложную форму — но делаются массово, сериями, сборка колес и промежуточных аппаратов тоже не представляет проблему. Скажу больше — в этих узлах давно нет практически никакого прогресса. Американцы до сих пор сидят на конструкции турбин и нагнетателей, разработанных еще для бомбардировщика B1. Весь прогресс сосредоточен в камерах сгорания, да еще в вентиляторах.

Чтобы все воткнули, насколько сложно сделать камеру сгорания ТРД — вот вам циферки:

Воздушный поток, поступающий на вход в камеру сгорания, может иметь температуру до 700°С и давление до 45 атм. Внутри нее (в факеле) температура может достигать величины порядка 2200°С, а на выходе из него — 1650°С. Тут уместно вспомнить, что температура плавления материалов, из которых изготовлены узлы, где происходит непосредственное горение топлива (так называемая жаровая труба) имеет величину около 1300-1350°С.

Как же это работает? А вот так — горячие газы отжимают от стенок жаровой трубы менее горячими потоками, саму трубу охлаждают, и так далее. Посмотрите внимательно на картинку, которую я запостил — там есть некоторые детали этого процесса. Как вы можете заметить — стенки жартрубы сделаны проницаемыми, снаружи на них имеются радиаторы, ну и так далее.

Перед создателями камер сгорания ГТД стоит также задача обеспечения так называемого устойчивого горения в потоке (а значит, надежности работы). Это приходится делать в условиях, которые для нормального горения и надежного распространения пламени, мягко говоря, малопригодны. Скорости потока очень высоки (иной раз больше скорости распространения пламени), а состав топливо-воздушной смеси часто может находиться вне концентрационной зоны распространения пламени.

При всех этих экстремальных условиях нагреваемые узлы (особенно жаровые трубы) ощутимо меняют свои размеры (ведь тела, как известно, при нагревании расширяются) как в радиальном, так и в осевом отношении. Это заставляет конструкторов принимать специальные меры для компенсации теплового расширения этих узлов во избежание их деформации и потери надежности и корректной работоспособности (чаще всего что-то типа скользящего соединения).

Кроме того при таких высоких температурах создаются отличные условия для газовой коррозии металлов, из которых изготовлены теплонапряженные детали. Ведь они постоянно омываются химически активными газами под большим давлением (до 40 атм) и с большой скоростью потока. Этот неприятный факт может существенно сократить ресурс и надежность КС.

Короче говоря, условия работы камеры сгорания ГТД очень тяжелы и сложно организованы.

А теперь еще учтите, что нарисованная картинка разреза изображает не одиночную камеру сгорания, а ТОРОИД. Тороидальная камера сгорания как бы обнимает приводной вал, идущий от турбин к компрессорам.

Коэффициент полноты сгорания топлива для современных двигателей достигает на расчетных режимах величин 0,98-0,99. Казалось бы — камеры сгорания уже доведены до совершенства? Но это еще не конец. Как известно, эффективность тепловой машины прямо зависит от разницы температур между нагревателем и холодильником. Соответственно топливо в камере сгорания надо не просто сжечь, а выжать из него максимальную температуру. Вдобавок надо обеспечить малую величину показателя неравномерности поля температур на выходе из камеры сгорания (неравномерность отрицательно сказывается на лопатках горячей части турбины).

Это вот кольцевая камера сгорания двигателя НК-32 (самолет ТУ-160). Диаметр — примерно в рост человека. Внутри она очень сложно устроена, там много-много всяких форсунок, направляющих лопаточек и прочего.

Жаровая труба кольцевой камеры сгорания представляет из себя тоже тороид, или набор колец.

Более того. Существуют камеры сгорания с двумя зонами горения, каждая из которых оптимизирована для работы на определенных режимах. Причем бывают двухзонные КС, в которых зоны горения расположены одна за другой последовательно — и двухярусные, в которых зоны горения расположены одна над другой, то есть параллельно.

Хе-хе, как всё непросто, правда?

А ведь начиналось всё весьма простенько:

Индивидуальная камера сгорания двигателя Rolls-Royce RB.41 Nene

Это индивидуальная камера сгорания двигателя Rolls-Royce RB.41 Nene — того самого, который сразу после войны СССР купил у англичан, и на клонах которого ВК-1 или РД-45 летала вся советская реактивная авиация первого поколения. Вот из таких керосинок, как на фото в разрезе — там набрана по окружности целая батарея. Воздух к ним подает обычный центробежный компрессор, типа такого, как в пылесосе.

Двигатель РД-45

Это вот советский двигатель РД-45 в разрезе.

А на видео в начале статьи вы видите изнутри камеру сгорания популярного двигателя CFM56 производства концерна CFM International (объединение американской частной компании General Electric и французской государственной компании SNECMA). Причем уже хорошо поработавшего.

Эта камера сгорания разработана General Electric. Как известно, двигатели семейства CFM56 напрямую основаны на двигателе General Electric F101, разработанном для стратегического бомбардировщика B-1B Lancer. Но вот именно камера сгорания в CFM56 другая — собственно, в основном ей этот двигатель от F101 и отличается, ну и вентилятором большого диаметра.

Вот это и есть двигатель CFM56 в сборе, а камера сгорания у него — в середине, вот эта вот узкая часть, где много-много трубочек. Вот устройство этой камеры сгорания в разрезе:

Камера сгорания типа DAC для двигателей CFM56. 1 — пилотная зона, 2 — основная зона.

Разумеется, все современные камеры сгорания в той или иной степени не идеальны. Добиться значительного улучшения в них не так-то легко. Сложный и во многом даже тяжелый процесс создания новых КС, преодолевая препоны конструктивного консерватизма, продвигается через множество инженерных и техничеcких компромиссов.

Печать камер сгорания из металлического порошка на 3D-принтере по аддитивной технологии позволяет значительно упростить и ускорить внесение изменений в конструкцию камеры сгорания, что, в свою очередь, должно ускорить прогресс их параметров и доводку двигателей. Ну и, конечно, «порошковые двигатели» можно делать гораздо меньшими сериями, сохраняя конкурентоспособную цену — это особенно актуально для России, не имеющей возможности сбывать свои моторы тысячами в год, как это делают General Electric и Pratt&Whitney.

Типы камер сгорания: функции, преимущества и недостатки [Полная информация]

Типы камер сгорания

Что такое камера сгорания?

Типы камер сгорания: функции, преимущества и недостатки :- Камера сгорания представляет собой ограниченное пространство внутри двигателя внутреннего сгорания, в котором происходит сгорание смеси воздуха и топлива. При сгорании смеси температура и объем смеси увеличиваются и выделяется большое количество тепловой энергии. За счет этого внутри камеры сгорания создается высокое давление, которое перемещает поршень вверх и вниз.

Таким образом, камера сгорания является очень важной частью двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, конструкция камеры сгорания является очень важной задачей, так как от нее зависит общая производительность и другие параметры двигателя внутреннего сгорания.

Функции камеры сгорания

• Обеспечивает замкнутое пространство для сгорания топливно-воздушной смеси
• В нем находится впускной и выпускной клапан для поступления и отвода смеси
• Вмещает и направляет поршень
• Помогает правильному сгоранию за счет правильной геометрии
• Противостоит высокой температуре сгорания
• Предотвращает выброс продуктов сгорания

Различные типы камер сгорания

Камеры сгорания классифицируются на основе топлива или цикла, используемого для сгорания

1. Камеры сгорания в двигателях с искровым зажиганием
(воспламенение от сжатия) двигатель

1. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания

Требования к камере сгорания двигателя внутреннего сгорания
• Для достижения высокой выходной мощности
• Для достижения высокого теплового КПД
• Для плавного хода двигателя
• Для предотвращения детонации или детонации
• Долгий срок службы двигателя
• Минимальное техническое обслуживание двигателя

Фактор, который следует учитывать при проектировании хорошей камеры сгорания в двигателе с внутренним двигателем

Для обеспечения хорошей конструкции камеры сгорания необходимо учитывать следующие факторы. считается

1. Высокий объемный КПД

Объемный КПД представляет собой отношение фактического объема, всасываемого двигателем, к рабочему объему цилиндра. Для достижения более высокого объемного КПД следует проектировать как можно большую площадь впускного клапана.

2. Избегайте горячих точек

Горячие точки – это определенные точки внутри камеры сгорания, которые имеют сравнительно более высокую температуру. Из-за этих горячих точек происходит самовоспламенение топлива, которого следует избегать, чтобы предотвратить детонацию. Горячая точка может быть создана любым нагаром, выпускным клапаном, свечой зажигания и т. д. Необходимо обеспечить достаточное охлаждение, чтобы избежать горячей точки, а выпускной клапан должен быть расположен таким образом, чтобы он получал минимальное количество тепла.

3. Расположение свечи зажигания и размер отверстия

По мере увеличения расстояния распространения пламени возрастает вероятность детонации. Для уменьшения этого расстояния свеча зажигания должна располагаться по центру. Также отверстие цилиндра должно быть маленьким.

4. Турбулентность

Турбулентность – это неламинарный поток топлива при высокой скорости. Турбулентность является очень важным фактором для лучшего сгорания в двигателе SI. Надлежащую турбулентность можно создать с помощью
• Правильное расположение впускного клапана
• Правильная конструкция впускного канала
• Правильная конструкция головки поршня и головки цилиндра

5. Отношение поверхности к объему

Это отношение площади внутренней поверхности к объему камера сгорания. Для лучшей тепловой эффективности и минимальной теплопередачи отношение поверхности к объему должно быть минимальным. Для этого предпочтительна полусферическая форма камеры сгорания.

6. Очистка

Продувка – это процесс удаления выхлопных газов с использованием свежего заряда. Очистка выхлопных газов должна быть лучше. Это снижает объемный КПД двигателя и, как следствие, выходную мощность.

7. Толщина стенки

Толщина стенки должна быть одинаковой для равномерного расширения. Равномерное расширение означает, что из-за более высокой температуры внутри цилиндра стенки цилиндра начинают расширяться. Таким образом, если толщина неравномерна, расширение также будет неравномерным, что приведет к заклиниванию поршня.

8. Степень сжатия

Степень сжатия – это отношение объема зазора к общему объему цилиндра. Конструкция камеры сгорания должна быть такой, чтобы двигатель работал с максимальной степенью сжатия без детонации для достижения максимального теплового КПД.

Типы камер сгорания в двигателях SI

За прошедшие годы камеры сгорания претерпели некоторые модификации, такие как изменение положения свечи зажигания, расположение впускных и выпускных клапанов и т. д. На основе этих модификаций камеры сгорания можно разделить на следующие типы

1. T-образная головка
2. L-образная головка
3. I-образная головка
4. F-образная головка

1. T-образная головка: (Типы камеры сгорания) T-образная камера сгорания

Это самый ранний тип камеры сгорания. Он был представлен Фордом в 1908 году. В этом типе впускной и выпускной клапаны расположены по обе стороны от блока цилиндров. Поскольку клапаны расположены с обеих сторон, для их работы требуются отдельные распределительные валы. Это усложняет изготовление и повышает вероятность детонации. Следовательно, эти типы двигателей устарели после Первой мировой войны, но они продолжали использоваться в пожарных машинах до 19 века.50-е годы.

2. Тип L-образной головки: (Типы камер сгорания) Камера сгорания L-образного типа

Этот тип камеры сгорания был разработан для устранения недостатков камер сгорания T-образного типа. Этот тип использовался Фордом в период с 1910 по 1930-е годы. В этом типе впускной и выпускной клапаны расположены на одном цилиндре, поэтому они могут управляться одним распределительным валом. Преимущество этой системы в том, что она имеет простой клапанный механизм, который легко смазывается.

Это упрощает техническое обслуживание. Но из-за расположения клапанов расстояние, которое должен пройти воздух, больше, что приводит к потере скорости и, в конечном итоге, к стуку. Чтобы избежать этого, Риккардо изменил конструкцию, поместив свечу зажигания над клапанами. Это уменьшает расстояние, которое должно пройти пламя, и, следовательно, вероятность детонации уменьшается.

3. Тип I-образной головки: (Типы камеры сгорания) Камера сгорания I-образного типа

В этом типе оба клапана установлены на головке блока цилиндров. Следовательно, это также известно как верхняя камера сгорания. Клапаны в верхней части обеспечивают прямой проход топлива, что делает его более эффективным. Впервые он был разработан компанией Buick и используется с 1950-х годов. Верхнее горение также можно разделить на следующие типы:

• Тип ванны: В ванне свеча зажигания расположена сбоку, а клапаны расположены вертикально вверху.

Камера сгорания ванного типа

• Клиновидный тип: В клиновом типе клапаны расположены наклонно, тогда как свеча зажигания будет вверху.

Клиновидная камера сгорания

Преимущества этого типа камеры сгорания:
• Меньше детонации
• Низкий уровень выбросов
• Высокий объемный КПД

4. Тип F-образной головки: (Типы камеры сгорания) Камера сгорания с головкой типа F

Этот тип является промежуточным звеном между камерами сгорания с головкой типа L и I. Он имеет впускной клапан на головке цилиндров, аналогичный типу с I-образной головкой, и выпускной клапан на блоке цилиндров, аналогичный типу с L-образной головкой. Камера F-head успешно использовалась компанией Rover и в джипах Вилли.

Преимущества этого типа
• Высокий объемный КПД
• Высокий тепловой КПД
Для их работы используются отдельные распределительные валы, что является недостатком.

2. Камера сгорания в Ц.И. Двигатель

Конструкция камеры сгорания в двигателе CI более важна и сложна, чем в двигателе SI. Потому что в двигателе SI топливо и воздух смешиваются в карбюраторе и еще больше времени имеется для лучшего смешивания в такте впуска, всасывания и сжатия, а в двигателе CI все совершенно иначе.

• В двигателе CI во время впуска, всасывания и сжатия присутствует только воздух, а топливо впрыскивается в конце сжатия.

• Время испарения и смешивания с воздухом очень ограничено.

• Для лучшего смешивания и лучшего горения завихрение воздуха играет важную роль во время горения. Завихрение — это различные методы движения воздуха, используемые для правильного смешивания топлива и воздуха в камере сгорания.

• Для лучшего распыления при сгорании требуется испарение и правильное смешивание с воздухом за минимальное время, в результате чего достигается высокая мощность, лучший КПД, плавная и бесшумная работа двигателя и более короткий период задержки, что снижает вероятность детонации.

Концепция завихрения

Для достижения всех вышеперечисленных условий конструкция камеры сгорания ДВС усложняется. Как обсуждалось выше, «завихрение» очень важно в двигателе с ВК, оно может быть достигнуто в процессе всасывания (индукции), сжатия или сгорания.

1. Индукционный вихрь

В этом методе завихрение создается на входе в камеру сгорания во время такта всасывания, поэтому он известен как индукционный вихрь.

Различные методы завихрения входящего воздуха:

• Метод с тангенциальным отверстием, при котором воздух входит под некоторым углом и закручивается.

Индукционный завихритель 1

• Маскировка и кожух с одной стороны впускного клапана, чтобы воздух поступал только вокруг части периферии клапана и создавался завихритель воздуха. Угол используемой маски обычно варьируется от 9от 0° до 140°

Индукционный завихритель 2

2. Завихрение сжатия

В этом методе завихрение воздуха создается во время такта сжатия.
В этом методе головка поршня снабжена другой полостью, которая улучшает завихрение при сжатии.

Ниже на рисунках показан метод завихрения.

Завихрение сжатия

3. Завихрение сгорания

В этом методе завихрение создается высоким давлением, создаваемым в первой части сгорания топлива. Головка поршня имеет различные типы конструкции, которые помогают создавать завихрения во время сгорания.

Типы камер сгорания в двигателях с воспламенением

1. Открытая камера сгорания.
2. Камера предварительного сгорания.
3. Турбулентная камера сгорания или камера сгорания с непрямым впрыском.
4. Камера сгорания с воздушной камерой.

1. . Камера сгорания с открытым или непосредственным впрыском

В открытой камере сгорания пространство между поршнем и головкой цилиндра открыто, т. е. между ними нет ограничений. Таким образом, весь воздух содержится в едином пространстве между поршнем и головкой блока цилиндров. Топливо впрыскивается непосредственно внутрь этого пространства, поэтому он также известен как двигатель с непосредственным впрыском или сокращенно D.I. двигатель. Для достижения лучшего сгорания и завихрения в днище поршня и головке блока цилиндров формируют различные полости.

Различные конструкции открытых камер сгорания:

1. Неглубокая камера сгорания.
2. Камера сгорания с полусферической полостью.
3. Камера сгорания цилиндрического типа.
4. Камера сгорания с усеченным конусом.

Открытая камера сгорания.

В некоторых случаях форма головки блока цилиндров обеспечивает полость для создания благоприятных условий для лучшего перемешивания и лучшего сгорания, как показано на рис.

Отличительными особенностями открытой камеры сгорания являются:

1. В этом типе создается меньше турбулентности, поэтому потери тепла меньше и, следовательно,
2. Требуется больше избыточного воздуха, поэтому увеличивается размер двигателя, а также тепловой КПД увеличивается, запуск становится легче.
3. Эта камера сгорания наиболее удобна для двигателей большой мощности и низких оборотов.

Преимущества:-

1. Тепловой КПД находится на номинальном уровне из-за снижения потерь тепла.
2. Легкий запуск двигателя благодаря уменьшенным потерям теплопередачи.
3. Простая конструкция.
4. В низкооборотных двигателях можно использовать дешевое топливо с увеличенным периодом задержки.

Недостатки:-

1. Размер двигателя становится громоздким для производства такого же количества энергии из-за избыточного необходимого воздуха.
2. Поскольку турбулентность меньше, требуется сопло с несколькими отверстиями и высоким давлением.
3. Стоимость обслуживания выше.

2. Камера предварительного сгорания

Небольшая дополнительная камера, называемая камерой предварительного сгорания, соединена с основной камерой сгорания, где топливо впрыскивается в эту камеру предварительного сгорания. Обе эти камеры соединены небольшими отверстиями.

Когда топливо впрыскивается, сгорание начинается в камере предварительного сгорания, и продукты сгорания устремляются через небольшие отверстия в основную камеру сгорания с очень высокой скоростью, таким образом создавая турбулентность и завихрения, которые вызывают объемное сгорание в основной камере сгорания. Около 80% энергии выделяется в основной камере сгорания.

Камера предварительного сгорания

Различные конструкции камеры предварительного сгорания показаны на рисунке ниже-

конструкции камеры предварительного сгорания

Первое сгорание начинается в камере предварительного сгорания из-за ее высокой температуры и распространяется на основную камеру сгорания , таким образом, период задержки сокращается, а низкокачественное топливо также может быть легко сожжено.

Преимущества:-

1. Можно использовать топливо с широким диапазоном цетанового числа.
2. Благодаря более низкому давлению впрыска можно использовать топливную форсунку простой конструкции.
3. Более плавная работа двигателя
4. Двигатель может работать на высоких оборотах
5. Поскольку период задержки в основной камере сгорания очень мал, тенденция к детонации очень мала. Возможны операции с более высокой степенью сжатия.

Недостатки:-

1. Конструкция двигателя усложняется из-за предкамеры сгорания.
2. Потери тепла из камеры предварительного сгорания значительно увеличены.
3. Холодный пуск затруднен из-за высоких потерь тепла.
4. Высокий расход топлива и низкий тепловой КПД.

3. Камера сгорания с турбулентным или непрямым впрыском

Эти камеры сгорания аналогичны камерам предварительного сгорания. Разница в том, что в предкамеру поступает только 20-25% всего воздуха, в то время как в этом типе в предкамере циркулирует от 80 до 90% всего воздуха.

Поскольку в этом типе создается высокая скорость «завихрения», он также известен как вихревая камера сгорания. Во время такта сжатия большая часть воздуха из основной камеры сгорания поступает в камеру предварительного сгорания, где создается высокая скорость завихрения. Топливо впрыскивается в эту камеру предварительного сгорания, и в ней происходит воспламенение и основная часть сгорания.

На рисунках показано несколько конфигураций этих типов.

Камера сгорания с непрямым впрыском

Преимущества:-

1. Благодаря высокой скорости завихрения можно использовать сравнительно богатую смесь (низкое соотношение A:F), что делает двигатель компактным для данной мощности.
2. Можно использовать топливо с большим диапазоном цетановых чисел,
3. Давление впрыска и форма впрыска не очень важны из-за завихрения, поэтому можно использовать простую форсунку.
4. Плавный ход и низкие эксплуатационные расходы двигателя,
5. Двигатель может работать на высоких оборотах, так как период задержки очень мал, поэтому вероятность детонации меньше.

Недостатки:-

1. Из-за больших потерь тепла на стенку цилиндра увеличивается расход топлива (высокий bsfc).
2. Низкий тепловой КПД из-за потери тепла.
3. Холодный пуск двигателя затруднен.

4. Камера сгорания с воздушной камерой

Устройство камеры сгорания с воздушной камерой, используемой в двигателе Lanova, показано на рис. Она имеет расширенную часть (предкамеру сгорания), большую или основную воздушную камеру и второстепенную воздушную камеру. . Топливо проходит через основную камеру в горловину воздушной камеры, которая предназначена для работы в горячем состоянии. Горение начинается в воздушной камере и из-за высокого повышения давления возвращается в основную камеру. Высокая турбулентность и высокая температура газов сокращают период задержки и регулируют скорость нарастания давления, поэтому двигатель работает ровно.

В этой камере сгорания топливо впрыскивается в основную камеру, а в другом случае в камеру предварительного сгорания. Эта камера сгорания подходит только для двигателей с постоянным числом оборотов.

Камера сгорания с воздушной камерой

Преимущества:-

1. Холодный запуск двигателя более легкий.
2. Благодаря высокой скорости завихрения достигается лучшее смешивание воздуха и топлива, что улучшает сгорание.
3. Выхлоп меньше.
4. Поскольку максимальное повышение давления низкое, двигатель работает ровно.

Недостатки:-

1. Низкий тепловой КПД.
2. Повышенный расход топлива (высокий bsfc).
3. Нельзя использовать для двигателя с регулируемой частотой вращения.

Источник изображения – Pinclipart

Что такое камера сгорания? — Функции и типы0003 Что такое камера сгорания?

Камера сгорания является частью двигателя внутреннего сгорания, в котором топливо сжигается при постоянной температуре с воздухом и газовой турбиной, где воздух расширяется для выработки электроэнергии. Для паровых двигателей этот термин также использовался для обозначения расширения топки, которое используется для обеспечения более полного процесса сгорания.

В двигателе внутреннего сгорания давление, создаваемое горящей топливно-воздушной смесью, оказывает прямое воздействие на часть двигателя (например, в поршневом двигателе сила прикладывается к верхней части поршня), что преобразует газ в давления в механическую энергию (часто в виде вращающегося выходного вала).

Это отличает двигатель внешнего сгорания, в котором сгорание происходит в отдельной части двигателя, и где давление газа преобразуется в механическую энергию.

Определение

Камера сгорания — это область внутри цилиндра, где воспламеняется топливно-воздушная смесь. Когда поршень сжимает топливно-воздушную смесь и вступает в контакт со свечой зажигания, смесь сгорает и выталкивается из камеры сгорания в виде энергии.

Цилиндр содержит многие важные компоненты двигателя внутреннего сгорания, включая сопло форсунки, поршень, свечу зажигания, камеру сгорания и другие.

Функции камеры сгорания

• Обеспечивает ограниченное пространство для сгорания топливно-воздушной смеси
• В нем находится впускной и выпускной клапан для впуска и выпуска смеси
• В нем размещается и направляет поршень
• Он помогает в правильном сгорании за счет правильной геометрии
• Выдерживает высокую температуру сгорания
• Предотвращает выброс продуктов сгорания

Типы камер сгорания

В газотурбинных двигателях используются три основных типа камер сгорания.

• Многокамерный,
• Трубчато-кольцевая камера
• Кольцевая камера.

1. Многокамерная камера сгорания

Этот тип камеры сгорания используется в двигателях с центробежными компрессорами и более ранних типах двигателей с осевыми компрессорами. Это прямое развитие камеры сгорания Уиттла раннего типа.

Основное отличие заключается в том, что камера Уиттла имела обратный поток, как показано на рисунке, так как это создавало значительную потерю давления, прямоточные многокамерные камеры были разработаны Джозефом Лукасом Лимитед.

Камеры расположены вокруг двигателя, и воздух, подаваемый компрессором, направляется по каналам в отдельные камеры. Каждая камера имеет внутреннюю жаровую трубу, вокруг которой находится воздушный кожух. Воздух проходит через патрубок жаровой трубы, а также между трубой и наружным кожухом, как уже было описано.

2. Трубчато-кольцевая камера сгорания

Трубчато-кольцевая камера сгорания устраняет эволюционный разрыв между многократным и кольцевым типами.