Камера сгорания

Камеры сгорания ДВС

Камеры сгорания в поршне дизельного двигателя (варианты)

В течение короткого цикла двигателя должно происходить не только сгорание, но и предварительное приготовление горючей смеси (за исключением устаревших карбюраторных моторов). Поэтому форма камеры сгорания, размещение форсунки и клапанов/окон должно обеспечивать как приготовление смеси, так и её сгорание с минимальными теплопотерями в стенки

Кроме того, важно соблюдение экологических норм.

В искровых моторах камера сгорания может быть шатрового, полусферического, линзовидного, клинового, и более редких типов. Движение фронта пламени должно обеспечивать примерно одинаковую скорость сгорания, чтобы работа двигателя не была «жёсткой». Из соображений детонационной стойкости путь пламени должен быть кратчайшим, а последняя порция смеси не должна располагаться в зоне выпускных клапанов. В системах с расслоением заряда повышение детонационной стойкости достигают обеднением последней сгорающей порции смеси.Камера должна быть компактной, чтобы уменьшить теплоотдачу в стенки. Подача топлива — через карбюратор, в коллектор, прямой впрыск в цилиндр.

В моторах с воспламенением от сжатия форма камер более разнообразна, определяется выбранным методом смесеобразования (испарения топлива). Это может быть вихрекамера или предкамера в головке блока, либо камера в поршне. Смесеобразование — плёночное, объёмно-плёночное, объёмное. Метод впрыска — только прямой. В последнее время эффективная система Common rail значительно улучшило показатели двигателей с объёмным смесеобразованием, так что разнообразие камер сократилось.

Размер — камера — сгорание

Система питания дизельного двигателя- Устройство и неисправности

Размеры камеры сгорания должны быть таковы, чтобы смешение и химические реакции успели закончиться до входа в сопло двигателя. Необходимые размеры камеры определяются величиной т — временем пребывания в камере топлива и его продуктов сгорания, которое находится по величине объема продуктов сгорания при температуре горения Т, давлении в двигателе р, объеме камера сгорания V, соотношению pV RT и количеству топлива, сгорающего в 1 сек. Однако нужно иметь в виду, что объем топлива по мере его сгорания в камере возрастает от очень малой величины ( объема жидкого тела) до значения VK, а время пребывания вычисляется по этому большему объему. При увеличении давления время пребывания в камере увеличивается, поэтому камера на том же расходе топлива может быть меньших размеров.  

Размеры камеры сгорания должны быть таковы, чтобы смешение и химические реакции успели закончиться до входа в сопло двигателя. Необходимые размеры камеры определяются величиной т времени пребывания в камере топлива и его продуктов сгорания. Время пребывания находится по величине объема продуктов сгорания при температуре горения Th, давлении в двигателе Р, объеме камеры сгорания V /, , соотношению PV — RT и количеству топлива, сгорающего в 1 сек.  

С увеличением размеров камеры сгорания температура пламенной трубы возрастает. Однако имеющийся опытный материал, касающийся камер сгорания размером около одного метра и более, показывает, что температура пламенной трубы не достигает опасного уровня.  

При уменьшении размеров камеры сгорания уменьшаются разрежение, создаваемое горелкой в начале камеры, и количество рецирку-лирующих газов, а последнее при сжигании холодного газа с холодным воздухом ухудшает условия воспламенения и увеличивает отрыв факела от горелки. При очень малом сечении камеры и сжигании холодного газа с холодным воздухом для обеспечения устойчивого горения требуются специальные стабилизаторы воспламенения.  

С уменьшением размеров камеры сгорания увеличивается влияние нагрузки на полноту сгорания.  

При расчете размеров камер сгорания или при решении обратной задачи — выборе горелок для камер заданных размеров — руководствуются опытными данными работы сходственных установок и интуицией.  

Опережение зажигания зависит от размеров камеры сгорания, числа оборотов машины, нагрузки и должно быть определено экспериментально. Для транспортных двигателей, работающих с неременным числом оборотов, предусматривается автоматическое регулирование опережения зажигания.  

Скорость выделения тепла непосредственно влияет на размеры камеры сгорания, которые должны быть как можно меньше, чтобы снизить габариты и вес двигателя. Таким образом, задача состоит в достижении высокой интенсивности сгорания при минимальных турбулентности и потерях от неполноты сгорания. Мы располагаем очень малым количеством данных о влиянии различных топлив и их свойств на размеры пламени, хотя исследование этого вопроса ведется и в настоящее время.  

Поэтому он должен свестись к определению размеров камеры сгорания в зависимости от расхода горючей смеси. Чрезвычайно важным элементом расчета является определение длины камеры сгорания как непременное условие для полного сгорания топлива.  

Стволы детонационных установок различаются формой и размерами камеры сгорания, местом ввода горючей смеси и порошка, способом и местом инициирования горения горючей смеси, конструктивными особенностями системы охлаждения. Более перспективны конструкции стволов с переменным по длине сечением камеры сгорания.  

В работе [ 2J впервые рассмотрено влияние размеров камеры сгорания на среднюю скорость горения. Аналогичные, результаты сравнительно просто получить, используя метод Авери для определения повышения температуры, обусловленного поглощением энергии излучения.  

Если ширина зоны горения становится сравнимой с размерами камеры сгорания, то, несмотря на охват пламенем всего объема заряда, горение может затягиваться на значительную часть хода расширения, с соответствующим снижением экономичности цикла. Кроме того, вследствие непосредственного соприкосновения со стенками, резко возрастают скорости теплоотдачи и гибели активных частиц, что может не только снизить скорость горения, но и привести к полному его прекращению.  

Ссылки

Ноты

Библиография

• Хендерсон, Роберт Э .; Блазовски, Уильям С. (1989). «Глава 2: Технология сжигания турбодвигательных установок». В Оутс, Гордон С. (ред.). Технология и конструкция силовых установок самолетов . Образовательная серия AIAA. Вашингтон, округ Колумбия: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 0-930403-24-X.
• Мэттингли, Джек Д .; Heiser, Уильям Х .; Пратт, Дэвид Т. (2002). «Глава 9: Конструкция компонентов двигателя: Системы сгорания». Конструкция авиационного двигателя . Образовательная серия AIAA (2-е изд.). Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 1-56347-538-3.

Мэттингли, Джек Д. (2006). «Глава 10: Впускные отверстия, сопла и системы сгорания». Элементы движителя: газовые турбины и ракеты . Образовательная серия AIAA. Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 1-56347-779-3.

Камера — сгорание — дизельный двигатель

КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах Камеры сгорания дизельных двигателей, используемых наземными транспортными средствами, в основном, располагаются в поршне. Впускной канал создает необходимую закрутку воздушного потока для улучшения процессов смесеобразования и сгорания свежего заряда. В случае перехода на газовое моторное топливо, как правило, не имеется технологических возможностей изменения геометрии проточной части впускных органов, и повлиять на характер движения свежего заряда в цилиндре двигателя можно только подбором соответствующей камеры сгорания.  

Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенного и разделенного типа.  

Штатная камера сгорания дизельного двигателя, имея малый объем и обеспечивающее, соответственно, большую степень сжатия, не гарантирует использовать в качестве топлива природный газ, поскольку не обеспечивает бездетонационную работу во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Изменяя геометрию камеры сгорания, необходимо учитывать, что в газовом двигателе с искровым воспламенением значительное влияние на экологические и экономические показатели оказывает уровень турбулизации свежего заряда в цилиндре до воспламенения и в течение процесса сгорания.  

Штатная камера сгорания дизельного двигателя, имея малый объем и, соответственно, большую степень сжатия, не позволяет использовать в качестве топлива природный газ, поскольку не обеспечивает бездетонационную работу во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Изменяя геометрию камеры сгорания, необходимо учитывать, кроме того, тот факт, что в газовом двигателе с искровым воспламенением значительное влияние на экологические и экономические показатели оказывает уровень турбулизации свежего заряда в цилиндре до воспламенения и в течение процесса сгорания.  

Камера сгорания дизельных двигателей второго типа состоит из основной и дополнительной камер, В конце такта сжатия топливо впрыскивается через форсунку в дополнительную камеру, где оно частично сгорает, после чего продукты сгорания и еще не сгоревшее топливо перетекают в основную камеру, где и завершается процесс горения. Хорошее перемешивание топлива с воздухом и полное сгорание полученной смеси у двигателей этого типа достигаются благодаря перетеканию с большой скоростью газов через канал, соединяющий обе части камеры сгорания.  

Форму камеры сгорания дизельного двигателя в основном определяет примененный способ смесеобразования. Камеры сгорания дизельных двигателей подразделяются на разделенные и неразделенные.  

В камере сгорания дизельного двигателя смесь гетерогенна. Таким образом, характер смесеобразования, предпламенных превращений, воспламенения и горения в дизельном двигателе предопределяет значительно большие размеры образования сажи по сравнению с бензиновыми двигателями.  

Топливовоздушная смесь в камере сгорания дизельного двигателя никогда не бывает однородной по температуре, поэтому развитие предпламенных реакций всегда протекает неодинаково в отдельных ее частях.  

Очень опасным является попадание значительного количества масла в камеру сгорания дизельного двигателя. В этом случае выключение подачи топлива насосом не прекращает нарастания оборотов, так как топливом служит сгорающее масло и двигатель трудно остановить сразу. Поэтому необходимо прежде всего нагрузить двигатель вплоть до стопорения, снизить давление сжатия в цилиндрах и выключить подачу топлива.  

На рис. 55 показана зависимость степени сжатия в камере сгорания дизельного двигателя на уровень цетанового числа применяемого топлива.  

Форсунки предназначены для высокодисперсного распыла и равномерной подачи топлива в камеру сгорания дизельного двигателя.  

Форму камеры сгорания дизельного двигателя в основном определяет примененный способ смесеобразования. Камеры сгорания дизельных двигателей подразделяются на разделенные и неразделенные.  

Сила тока прямо пропорциональна количеству отложившейся сажи. Так как условия горения топлива на лабораторной установке отличаются от условий горения в камере сгорания дизельного двигателя, прямой надежной зависимости между результатами, полученными по методу Факел и в стендовых испытаниях, нет, хотя в некоторых случаях корреляция наблюдается.  

Дизельный двигатель и его принцип действия

Камера сгорания мотора — это замкнутое место, полость для сжигания газообразного, либо водянистого горючего в движках внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит изготовление и сжигание топливовоздушной консистенции.

Вместе с обеспечением рационального смесеобразования камеры сгорания изготавливаются содействовать получению больших экономических характеристик и не плохих пусковых свойств движков. Отталкиваясь от конструкции и применяемого метода смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

Неразделенные камеры сгорания представляют из себя единый объем и имеют обычно ординарную форму, которая, обычно, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры малогабаритны, имеют относительно малую поверхность остывания, поэтому понижаются утраты теплоты. Движки с такими камерами сгорания имеют солидные экономические характеристики и отличные пусковые свойства.

Неразделенные камеры сгорания отличаются огромным многообразием форм. В большинстве случаев они производятся в днище поршней, время от времени отчасти в днище поршня и отчасти в головке блока цилиндров, пореже — в головке.

На рисунке показаны некие конструкции камер сгорания неразделенного типа.

Рис. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а — тороидальная в поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в — полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне; д — цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е — округлая в поршне: ж — шаровая в поршне; з — тороидальная в поршне с горловиной; и — цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенами цилиндра; к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная в поршне; м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

Реальная съемка в камере сгорания работающего двигателя

В камерах сгорания, приведенных на рисунке, а—д качество смесеобразования достигается только методом распыления горючего и согласования формы камер с формой факелов впрыска горючего. В данных камерах чаше всего используются форсунки с многодырчатыми распылителями и употребляются высочайшие давления впрыска. Такие камеры имеют малые поверхности остывания. Им свойственна низкая степень сжатия.

Рекомендуем: Зачем нужны загустители масла в двигатель?

Камеры сгорания, показанные на рис. е—з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько усугубляет пусковые характеристики мотора. Но методом вытеснения воздуха из надпоршневого места в объем камеры в ходе сжатия удается сделать насыщенные вихревые потоки заряда, способствующими отличному смешиванию горючего с воздухом. При всем этом обеспечивается качество высшего уровня смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рисунке, к—м, находят применение в многотопливных движках. Им типично наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение горючего и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего цикла в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. м) употребляется высочайшая температура выпускного клапана, являющийся одной из стен камеры.

Разбитые камеры сгорания состоят из 2-ух отдельных объемов, соединяющихся друг с другом одним либо несколькими каналами. Поверхность остывания таких камер существенно не просто, чем у камер неразделенного типа. Потому по причине с большенными теплопотерями движки с разбитыми камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые свойства и, обычно, более высочайшие степени сжатия.

Но при разбитых камерах сгорания путем использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить высококачественное изготовление топливно-воздушной консистенции, по причине этого достигается довольно полное сгорание горючего и устраняется дымление на выпуске.

17. Степень сжатия

Рис. Камеры сгорания дизелей разбитого типа: а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Уже сегодня, дросселирующее действие соединительных каналов разбитых камер позволяет существенно уменьшить «жесткость» работы мотора и понизить критические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некое понижение «жесткости» работы движков с разбитыми камерами сгорания может также обеспечиваться методом увеличения температуры отдельных частей камер сгорания.

Схож

Документи

Факторы влияющие на развитие четвертой фазы горения

1. Турбулентное движение заряда, которое улучшает контакт топлива и воздуха и, следовательно, улучшает догорание.
2. Качество распыления в конце подачи топлива. Чем больше диаметр капель, тем продолжительнее процесс догорания Нечеткость отсечки топлива в конце впрыска, как и продолжительное снижение давления в конце впрыска не только снижают тепловыделение, но и вызывают закоксовывание сопел форсунок.
3. Попадание топлива на холодные стенки внутри цилиндрового пространства приводит к увеличению времени догорания, поэтому увеличение нагрузки дизеля до его прогрева нежелательно.
4. Наддув. Используя наддув, увеличивают количество подаваемого топлива, в том числе и путем затяжного впрыска, что приводит к увеличению времени догорания.

Назначение камер сгорания и основные требования к ним

Камеры
сгорания ГТД предназначаются для подвода
теплоты к рабочему телу в двигателе за
счет преобразования химической энергии
топлива, запасенного на борту летательного
аппарата, в тепловую при его сгорании
с участием кислорода, содержащегося в
воздухе. Двигатели для сверхзвуковых
самолетов имеют обычно две камеры
сгорания: основную
(перед турбиной) и форсажную (перед
соплом), включа­емую
для увеличения тяги.

Топливом
для современных авиационных ГТД служит
керосин. Существует много марок
авиационных керосинов, но все они,
являясь продуктами переработки нефти,
представляют собой смесь углеводородов,
в которой содержится 84…86 % (по массе)
углерода (С), 14…16 % водорода (Н) и очень
малое количество других веществ.

Разведанных
запасов нефти хватит, по ориентировочным
оценкам на 40…80 лет. Поэтому в настоящее
время ведутся интенсивные исследования
по применению в качестве топлива для
авиации так называемых криогенных
(сжиженных при низких температурах)
топлив 
жидкого метана (СН₄),
сжиженного природного газа (СПГ),
состоящего примерно на 90 % из метана и
даже жидкого водорода (Н₂).

Камера
сгорания 
один из важнейших элементов ГТД, от
со­вершенства
которого в значительной мере зависят
надежность дви­гателя
и его экономичность. Соответственно к
камерам сгорания предъявляются
нижеследующие
основные
требования.

1.Высокая полнота
сгорания топлива.
Потери теплоты
в
процессе горения связаны, в основном,
с неполным сгоранием. Теплоотдача через
стенки камеры сгорания во внешнюю по
отношению к двигателю среду обычно
пренебрежимо мала.

2. Возможно
малые
потери полного давления.
Снижение полного
давления
потока, проходящего через камеру, из-за
наличия гидрав­лических
и других потерь отрицательно
сказывается как на тяге, так и на
экономичности дви­гателя.

3.
Минимально
возможные габариты
при данном количестве выделяемой при
сгорании топлива теплоты, поскольку
они связаны с общими габаритами и массой
двигателя.

4.Устойчивый
процесс горения
в широком диапазоне режимов
работы и условий полета. Иначе возможно
самовыключение
двигателя или его форсажной камеры
из-за «срыва»
пламени.
Недопу­стимым
является также наличие сильных колебаний
давления в ка­мерах
сгорания, которые могут быть вызваны
воз­никновением
так называемого вибрационного горения.

5.
Обеспечение
необходимого и стабильного поля
температур на входе
в турбину.
Нестабильность и окружная неравномерность
темпера­турного поля отрицательно
сказываются на тепловом режиме соп­ловых
и рабочих лопаток турбины и, следовательно,
на их надеж­ности
и ресурсе. Радиальная неравномерность
поля температур вво­дится
преднамеренно с целью снижения температуры
наи­более
нагруженных сечений рабочих лопаток
турбины.

6.Низкий уровень
выброса твердых частиц (сажи)
и вредных (токсичных) веществ
в продуктах сгорания. «Дым­ление»
двигателей приводит к загрязнению
атмосферы, к наруше­нию
нормального теплового режима деталей
газового тракта (при отложении
сажи на их поверхности) и т. д.

7. Надежный
запуск («розжиг») на земле и в воздухе.
Важ­ность
этого требования очевидна. Основные
камеры сгорания ТРД должны
обеспечивать надежное воспламенение
топлива в них на высотах
по крайней мере до 6 …10 км, а форсажные
камеры — до высот,
близких к потолку самолета.

Кроме
того, к камерам сгорания предъявляются
общие для всех
элементов двигателя требования высокой
надежности, большо­го
ресурса, простоты изготовления,
эксплуатационной
и ремонтной технологичности (т. е.
простоты контроля, малого объема
регламентных работ и т.д.).

Ниже
будут рассмотрены схемы, параметры,
особенности организации процесса
горения и другие вопросы для камер
сгорания ГТД, работающих на керосине.
Камеры сгорания, предназначенные для
работы на криогенных топливах, как
показали уже проведенные экспериментальные
исследования, могут быть выполнены
аналогичным образом.

Основные элементы камеры сгорания ГТД ДН80

Кожух наружный

Кожух наружный выполнен в виде цилиндра 2 (рис. 31) с фланцами 1,5 на торцах. На кожухе камеры сгорания имеются бобышки 8 для крепления воспламенителей, в нижней части кожуха со стороны турбины на бобышках 6 установлены заглушки, четыре бобышки 9, для крепления гребенок полного напора при снятии полных характеристик двигателя, шестнадцати бобышек 4 для осмотра жаровых труб и горелочного устройства, бобышек 7 для крепления обвязки.

Кожух

Кожух 16 (рис.29) выполняет роль экрана и формирует необходимое поле скоростей воздушного потока. Состоит из тонкостенной оболочки и двух фланцев. Передним фланцем, кожух крепится к корпусу силовому КВД 1, а задним опирается на наружную стенку диффузора 15.

На оболочке выполнены карманы для прохода труб коммуникаций задней опоры, расположенной под камерой сгорания.

Трубы жаровые

Трубы жаровые являются основным элементом камеры сгорания и предназначены для сжигания перемешенной газовоздушной смеси (подготовки рабочего тела).

1 Корпус камеры сгорания

Корпус камеры сгорания I (рис. 3.1) состоит
из обо­лочки со сферическим дном и
приваренной к оболочке улиткой 4 с двумя
воздухоподводящими трубами. Корпус
камеры в передней части своим фланцем
21 кре­пится к фланцу 20 корпуса соплового
аппарата турбины компрессора.

Для обеспечения герметичности соединения,
фланцы кор­пусов камеры сгорания и
соплового аппарата покрываются
силоксановой эмалью.

Воздухоподводящие трубы крепятся своими
фланцами к флан­цам улитки компрессора.

Для компенсация неравномерных термических
расширений на воздухоподводящих трубах
5 (рис. 3.2) установлены подвижные элементы
— многослойные сильфоны 4. Сильфоны
защищены наружными стаканами 3, которые
предохраняют сильфоны от поперечных
нагрузок и обеспечивают соосность обоих
концов сильфонов. Внутри сильфонов
вставлены гладкие стаканы 2 для уменьшения
гидравлических потерь. Производственные
отклонения при изготовлении проточной
части узлов двигателя влияют на
равномерность темпера­турного поля
потока газов перед турбиной и могут
соз­дать местные повышения температур
сверх нормы. В этих случаях для выравнивания
температурного поля применя­ются
регулировочные шайбы I, которые
устанавливаются в разъёме между
патрубками улитки и воздухоподводящими
трубами. Шайба закрывает своим сегментом
часть рабочего сечения, что позволяет
регулировать температурное поле.
Фиксация шайбы от проворачивания
обеспечивается штифтом, запрессованным
во фланец улитки компрессора. На корпусе
камеры имеются два фланца: один 9 (рис.
3.1)

в центре для установки топливной форсунки
и крепления жаровой трубы, другой 7 —
справа вверху для крепления пускового
воспламенителя.

На корпусе камеры сгорания перед сопловым
аппаратом турбины приварено восемь
фланцев 19 для установки термопар и
штуцер 24 для отбора воздуха на 3-ью опору.

При замере температурного поля газа
перед турбиной в отверстия фланцев
устанавливается восемь четырехто­чечных
термопар. После оценки и отладки
температур­ного поля, для постоянного
контроля температурного режима при
эксплуатации двигателя, вместо
четырехточеч­ных термопар устанавливаются
одноточечные термопары. Показатели
всех восьми термопар осредняются и
выводятся на указатель ИТГ-1.

Для обеспечения стабильности показаний
термопар в отверстия фланцев установлены
предохранительные втулки 18, плотно
входящие в отверстия в корпусе сопло­вого
аппарата турбины компрессора. Втулки
предотвраща­ют попадание холодного
воздуха к приемному отверстию термопар.

В нижней части улитки имеется фланец
16. для крепления блока дренажных клапанов.
При ложных и неудачных запусках не
сгоревшее топливо собирается в нижней
точке камеры сгорания — в улитке, откуда
через отвер­стия во фланце 16 поступает
в дренажную систему. Корпус и улитка
изготовлены из нержавеющей стали.

И совсем не сказка.

Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное — на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах.

В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чувствительны к изменению компрессии: она влияет на испаряемость топлива, которое при холодном пуске только теоретически должно испаряться по пути в цилиндр. А реально — попадает туда в виде негорючих жидких капель.

Сниженная компрессия повышает давление картерных газов. В этом случае через систему вентиляции на впуск двигателя летит больший объем паров масла. Плохо это: и токсичность растет, и темп загрязнения камеры сгорания резко увеличивается.

Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрации двигателя, особенно ощутимые на холостом ходу и при малых оборотах. А это, в свою очередь, вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Да и самому водителю.

Словом, роль компрессии как диагностического признака, во многом характеризующего состояние двигателя, очень велика. И наши «сказки» никоим образом не призывают махнуть на нее рукой — наоборот! Но стремление к безудержному ее повышению в поисках дополнительных «лошадок» — дело в целом бесперспективное.