第四章 燃烧室4-14-2.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 2. 燃烧室的结构 3. 燃烧室的工作特点 燃烧室进口气流速度很大，一般在120~180m/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：0~30km 速度的变化：M=0~3 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：8~9km；12~13km（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 稳定燃烧特性包线 稳定燃烧特性包线 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。 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100~120oC； 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 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。 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。 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。 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