КАМЕРА СГОРАНИЯ

Камера сгорании двигателя Стирлинга представляет собой обычное топочное устройство, в котором при постоянином дав­лении сжигается жидкое или газообразное топливо с использо­ванием кислорода воздуха в качестве окислителя.

Для образования начального очага воспламенения необходи­мая тепловая энергия обеспечивается запальными приспособле­ниями, а при развитии процесса сгорания свежие порции топ­лива получают необходимую теплоту от образующихся продук­тов сгорания. Для этого в камере сгорания должна быть зона обратных токов, наличие которой приводит к подсасыванию рас­каленных продуктов сгорания к движущейся топливовоздушной струе. Подсосанный горячий газ способствует непрерывному поджиганию свежих порций топливовоздушной смеси. Высокая степень циркуляции в зоне обратных токов (она захватывает зоны смесеобразования и сгорания) создает условия, прибли­жающиеся к условиям работы гомогенного реактора. В этом случае выход токсичных компонентов — несгоревших углеводо­родов СХНУ и окиси углерода СО сохраняется на постоянно низком равновесном уровне до тех пор, пока коэффициент из­бытка воздуха А не достигнет предела обеднения смеси. В этом случае выделяющейся при сгорании теплоты недостаточно для интенсивного подогрева обедненной топливовоздушной смеси, что приводит к снижению температуры реакции окисления, ско­рость которой замедляется, и вследствие ограниченного времени пребывания топлива в камере процесс сгорания вообще может не закончиться в ее пределах. Это приводит к химическому не­дожогу в виде СО и механическому в виде СаН?;.

Работа камеры сгорания с низким коэффициентом избытка воздуха, т. е. в области обогащенных смесей, ведет к повыше­нию температуры в зоне горения до 2100 К и более. При этом заметно усиливаются процессы диссоциации продуктов сгора­ния топлива, в ходе которых могут образоваться продукты не­полного сгорания. Повышение температуры сгорания более 2100 К также ведет к росту выхода окислов азота.

Таким образом, зона горения камеры сгорания, работающая как гомогенный реактор, в области обедненных смесей (а — = 1,5ч-4) позволяет осуществлять реакцию окисления углероди­стого топлива кислородом воздуха в интервале температур 1400—2100 К, а это гарантирует низкий уровень выделения ЫОх, СО и СХН1Л

Для осуществления оптимального процесса сгорания гетеро­генной смеси топлива и воздуха необходимо, чтобы диаметр капель топлива был не более 10 мкм. Однако на практике ис­пользование центробежной форсунки для подачи топлива при­водит к тому, что значительное количество капель имеет диа­метр более 100—200 мкм. Поэтому для камер сгорания дви­гателей Стирлинга более предпочтительна система смесеобра­зования с испарительными форсунками, дающими однородную, гомогенную смесь, нлп с пневматическими форсунками. В по­следнем случае требуемые мелкость и однородность капель топ­лива достигаются путем использования энергии распиливающе­го воздуха.

Особо следует отметить, что при однородной топлнвовоз — душиой смеси исключаются высокие местные температуры и ме­стный недостаток воздуха при сгорании, что, в свою очередь, дает возможность уменьшить содержание токсичных компонен­тов в отработавших газах.

Существенное значение для нормальной работы камеры сго­рания имеет стабилизация фронта пламени в зоне горения, что особенно важно при сгорании бедных смесей из-за малой ско­рости Их горения. Вез стабилизации лыделяется большое коли­чество несгорсвших углеводородов и возможен срыв пламени, при горении.

При повторных пусках двигателя после срыва пламени не­обходимо быстрое воспламенение, что исключает накопление избыточного топлива до момента начала сгорания. Поэтому не­обходимо иметь топливовоздушную смесь наивыгодпейшего со­става и мощный источник воспламенения. Если не удается бы­стрый повторный пуск, то в отработавших газах будет содер­жаться большое количество иесгоревшего топлива.

Стабилизация фронта пламени обеспечивается усиленной ре­циркуляцией внутри камеры сгорания горячих газов в первич­ную зону горения.

Для нормальной работы камеры сгорания необходимо ис­пользование ряда вспомогательных систем и агрегатов: дутье­вого вентилятора, воздухоподогревателя, систем подачи топлива, смесеобразования, внешней рециркуляции (может и отсутство­вать), внешнего зажигания при пуске и т. д.

Система подачи топлива включает в себя бак, насос, фильтр, систему регулирования подачи топлива и систему его распили­вания. Системы подачи топлива и воздуха должны обеспечивать низкую токсичность отработавших газов и постоянную темпе — ратуру трубок нагревателя.

На рис. 63 приведена блок-схема агрегатов и систем, обус­ловливающих нормальную работу камеры сгорания. Топливо из бака насосом 1 подается в камеру сгорания через форсунку 5, сблокированную с высоковольтной пусковой свечой зажигания. Продукты сгорания после нагревателя 7 направляются в реку­перативный воздухоподогреватель 8, а затем выбрасываются на­ружу. С помощью системы внешней рециркуляции часть про-

КАМЕРА СГОРАНИЯ

Рис. 63. Блок-схема агрегатов и систем,, обеспечивающих нормальную работу камеры сгорания

Рис. 64. Камера сгорания с нагревателем и воздухоподогревателем:

Белые стрелки—воздух; черные стрелки—отработавшие газы

Дуктов сгорания может быть снова направлена в камеру сгора­ния.

Воздух подается в камеру сгорания 6 дутьевым вентилято­ром 9; предварительно он проходит через воздухоподогреватель

8. Для поддержания температурного режима камеры сгорания служит датчик температуры 4 (обычно термопара), который че­рез усилитель 3 связан с регулирующим органом 10 подачи воз­духа. Изменение параметров подачи воздуха фиксируется дат­чиком И (насадок Вентури или устройство ему подобное), ко­торый связан с регулирующим органом 2 топливной магистра­ли. Таким образом возможно поддержание в камере сгорания почти постоянного соотношения топливо — воздух.

Рассмотрим работу камеры сгорания (рис. 64). Топливо по­дается в камеру сгорания форсункой 1 и смешивается с возду­хом, прошедшим через воздухоподогреватель 4 и нагретым до 600° С. Через завихритель 2 воздух поступает в жаровую тру­бу 10 с пленочным воздушным охлаждением. Из нее горячие продукты сгорания проходят через трубчатый нагреватель 9, имеющий в нижней части оребренные секции 8, в которых пе­редается большая часть теплоты рабочему телу во внутреннем контуре. Рабочее тело внутреннего контура совершает периоди­ческое движение между горячей и холодной полостями цилинд­ра 7, проходя каждый раз как в прямом, так и в обратном на­правлении через трубки нагревателя 9 и регенератора 6. Воз­дух для сгорания подается дутьевым вентилятором к внутрен­нему патрубку 5. Отработавшие газы с температурой 200— 250° С выходят через выпускной коллектор 3, Камера сгорания покрыта теплоизоляцией 11.

Система регулирования поддерживает заданную темпер атуі трубок нагревателя. При изменении температуры по сигнал датчика изменяется расход топлива, вследствие чего коэффици­ент избытка воздуха сохраняется оптимальным.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *