ГЛАВА XII. КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

### НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Камера сгорания (КС) — устройство, в котором в результате сжигания топлива осуществляется повышение температуры рабочего тела. От конструкции камеры сгорания и организации в ней процесса сгорания зависят не только экономические и мощностные показатели двигателя, а также долговечность и надежность его работы.

Б КС протекают два основных процесса: образование топливовоздушной смеси и сгорание этой смеси.

В процессе смесеобразования происходит подготовка смеси топлива с воздухом для обеспечения быстрого и полного ее сгорания. Качество смесеобразования — определяющий фактор протекания процесса сгорания, от которого зависят как скорость сгорания, а следовательно, и необходимая длина камеры сгорания, так и полнота сгорания, определяющая величину коэффициента полезного действия камеры сгорания. Неполное сгорание топлива не только снижает экономичность двигателя, но и способствует усиленному нагарообразованию, что вызывает преждевременный выход из строя жаровых труб из-за их перегрева в местах отложения нагара.

Состав топливовоздушной смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха, представляющим собой отношение количества воздуха, поступающего в камеру для сгорания 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха:

a = |  |
L
L0
| , |

где a — коэффициент избытка воздуха;

L — действительное количество воздуха, поступившего для сгорания 1 кг топлива;

L0 — теоретически минимально необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива.

Рис. 90. Камера сгорания:

1 — направляющие лопатки; 2 — фланец для установки форсунки; 3 — входной патрубок; 4 — штуцер для установки запальной свечи (на камерах № 2 и 6); 5 — фланец для пламяперебрасывающего патрубка; 6 — кожух камеры сгорания; 7 — жаровая труба; 8 — фланец уплотнительных колец; 9 — корпус газосборника; 10 — переходный фланец; 11 — опорное кольцо; 12 — фланец соединительного патрубка камер сгорания; 13 — стакан подвески; 14 — конусная перегородка; 15 — завихритель; 16 — передняя перегородка; 17 — горловина заднего корпуса компрессора

Для полного сгорания 1 кг керосина теоретически необходимо @14,6 кг воздуха.

В зависимости от действительного отношения количества воздуха к теоретически необходимому смесь может быть:

теоретической a=1;

богатой a<1;

бедной a>1

Слишком богатая смесь не воспламеняется из-за недостатка кислорода, а слишком бедная — вследствие малой концентрации паров топлива. Экспериментально установлено, что максимальная скорость сгорания топливовоздушной смеси обеспечивается при a=0,8¸0,9, однако наиболее полное сгорание получается при a=1,05...1,15. При этом температура в области горения достигает 2000°С. Такую высокую температуру не способны выдержать существующие жаростойкие и жаропрочные материалы, из которых изготавливаются камеры сгорания. Поэтому зона горения в камере сгорания изолируется от стенок материала жаровой трубы путем подвода воздуха через специальные отверстия в ее стенках. Для этого весь воздух, поступающий в КС (рис. 90), разделяют на два потока: первичный, необходимый для сгорания всей массы топлива, и вторичный, который, обтекая жаровую трубу снаружи, охлаждает ее элементы и подмешивается к продуктам сгорания, снижая температуру газов на выходе из КС.

Первичный поток воздуха направляется непосредственно в зону горения. Количество первичного воздуха составляет 35...25% от общего расхода воздуха, чем обеспечивается a=1,05...1,15 в зоне горения, а следовательно, и полное сгорание топлива.

### КОНСТРУКЦИЯ КАМЕР СГОРАНИЯ

На двигателе М701с-500 установлены семь камер сгорания трубчатого типа. Все камеры своей выходной частью наклонены к оси двигателя и, кроме того, повернуты против часовой стрелки на угол 43° (рис.91). Этим достигается уменьшение размера между установочными точками камер сгорания, уменьшение длины двигателя и его массы. В результате сокращения длины двигателя появилась возможность установить короткий ротор на двух опорах.

Передняя часть каждой камеры сгорания крепится к соответствующему фланцу выходных горловин заднего корпуса компрессора с помощью трех винтов и двух болтов. Задняя часть камеры сгорания устанавливается в патрубках газосборника и уплотняется двумя кольцами, предотвращающими выбивание горячих газов. Такое соединение обеспечивает возможность осевого перемещения камер сгорания при нагреве и охлаждении без нарушения герметичности соединения.

В камерах сгорания № 2 и 6 установлены запальные -свечи для запуска двигателя. Все камеры сгорания сообщаются друг с другом с помощью соединительных патрубков, обеспечивающих выравнивание давления и распространение пламени во все камеры при запуске двигателя. Из нижних точек камер сгорания № 4 и 7 обеспечен слив топлива, которое там накапливается при неудавшихся запусках.

Рис. 91. Вид камер сгорания:

1 — выходной патрубок компрессора; 2 — соединительные патрубки; 3 — горловина газосборннка; 4 — штуцер для слива излишнего топлива; 5 — наружный кожух камеры сгорания; 6 — штуцер крепления запальной свечи; 7 — выходная горловина заднего корпуса компрессора

Каждая камера сгорания состоит из входного патрубка 3, кожуха 6 и жаровой трубы 7 (см. рис. 90).

Входной патрубок предназначен для плавного подвода сжатого воздуха из компрессора в камеру сгорания. Он отлит из легкого алюминиевого сплава типа Ал-5 и снабжен тремя фланцами. Передний фланец предназначен для крепления натрубка к фланцу выходной горловины заднего корпуса компрессора. Уплотнение между этими фланцами обеспечивается с помощью сферического вкладыша.

К заднему фланцу патрубка 3 болтами крепится фланец кожуха камеры сгорания. Уплотнение между этими фланцами обеспечивается паранитовой прокладкой.

В отверстие бокового фланца 2 вставляется рабочая форсунка, которая крепится к фланцу патрубка четырьмя винтами. Уплотнение этого соединения обеспечивается с помощью специальной медно-графитовой прокладки.

В месте поворота патрубка в его тело залиты две профилированные лопатки 1 из дюралюминиевого сплава, обеспечивающие равномерное распределение потока на выходе из патрубка и снижающие гидравлические потери при повороте потока.

Патрубки второй и шестой камер сгорания имеют штуцеры 4 для установки и крепления запальных свечей.

Кожух камеры сгорания состоит из трех сваренных между собой секций: передней, средней и задней, изготовленных из мягкой листовой стали. К передней секции приварены большой фланец с 18 отверстиями, с помощью которого кожух крепится к патрубку, и два фланца для крепления телескопических втулок стакана 13 подвески жаровых труб, а также один фланец 5 крепления пламяперебрасывающего патрубка.

Фланец второго пламяперебрасывающего патрубка расположен на средней секции.

К конусной секции приварен фланец, посредством которого осуществляется подвижное соединение камеры сгорания с корпусом газосборника. Уплотнение обеспечивается с помощью двух уплотнительных (поршневых) колец, размещенных в кольцевой расточке. Торцевые поверхности уплотнительных колец для предотвращения выработки покрыты двухсернистым молибденом. Внутренняя поверхность фланца уплотнительных колец хромирована.

Наружная поверхность кожуха камеры сгорания покрыта тонким слоем расплавленного алюминия (шоопирована) для защиты от коррозии. В случае перегрева кожуха на его поверхности появляются коричневые пятна, что дает возможность простым осмотром выявить нарушения в работе камер сгорания.

Жаровая труба 7 изготавливается из листового жаропрочного сплава типа ЭИ-435. Она состоит из пяти секций, соединенных между собой роликовой или точечной сваркой.

Первая секция жаровой трубы выполнена в виде конусной горловины, внутри которой приварены две перегородки с отверстиями —передняя и задняя (конусная). Внутри конусной перегородки точечной сваркой закреплен завихритель, состоящий из двух колец (наружного и внутреннего), соединенных десятью лопатками. На конусной горловине второй и шестой камер сгорания выполнены отверстия для установки запальных свечей.

Вторая секция жаровой трубы цилиндрической формы, с четырьмя рядами отверстий для прохода воздуха. С наружной стороны — две втулки для установки телескопических стаканов подвески жаровых труб, а также отверстие с направляющей втулкой для прохода патрубка соединительной трубки. Вторая направляющая втулка соединительной трубки приварена к третьей секции, на поверхности которой расположен ряд отверстий для прохода вторичного потока воздуха. На четвертой цилиндрической секции также имеется большое количество отверстий для прохода воздуха.

К пятой конусной секции приварено опорное кольцо с шестью наплавленными выступами большой твердости, которыми жаровая труба опирается на внутреннюю поверхность фланца уплотнительных колец кожуха камеры сгорания. Соединительные патрубки (рис. 92) камер сгорания предназначены для выравнивания давления газов и распространения пламени во все камеры при запуске двигателя. Конструктивно патрубки выполнены так, что внутренними трубками 3 и 9 соединены жаровые трубы, а кольцевые зазоры между внутренними и наружными трубками соединяют вторичный поток воздуха з камерах сгорания. Вместе с тем соединительные патрубки допускают небольшие относительные перемещения камер сгорания при их температурных расширениях.

Соединительный патрубок состоит из прямой соединительной трубки 3 и коленообразного патрубка 9. Прямая соединительная трубка, в свою очередь, состоит из внутренней и наружной трубок, между которыми проходит охлаждающий вторичный воздух. Трубка телескопически установлена на фланце кожуха и втулке жаровой трубы. Наружная трубка входит в защитную втулку и прикреплена к ней с помощью установочного винта. Уплотнение прямой соединительной трубки с фланцем кожуха осуществляется с помощью двух силиконовых уплотнительных колец 7, между которыми установлено распорное кольцо 6.

Рис. 92. Соединительный патрубок:

1 — металлоасбестовые уплотнения: 2 — защитная втулка; 3 — соединительная трубка; 4 — кожух камеры сгорания; 5 — жаровая труба; 6 — установочное (распорное) кольцо; 7 — силиконовое кольцо; 8 — накидные гайки; 9 — патрубок

Коленообразный патрубок также состоит из внутренней и наружной частей, между которыми проходит охлаждающий воздух. Наружная часть патрубка тремя винтами прикрепляется к фланцу кожуха. Уплотнение обеспечивается паранитозой прокладкой. Прямая соединительная трубка и коленообразный патрубок соединены накидными гайками 8, а уплотнение между фланцами обеспечивается металлоасбестовой прокладкой 1.

### ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ КАМЕР СГОРАНИЯ,
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ
ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ

Камеры сгорания двигателей М701с-500 доведены и в эксплуатации работают надежно. Основная неисправность, выявляемая в эксплуатации,— выбивание газов по фланцу крепления кожуха камеры сгорания с горловиной и по соединительным патрубкам.

Неисправность выявляется в эксплуатации по нагару или потемнению на фланце кожуха камеры сгорания. Причинами нарушения герметичности соединения могут быть:

ослабление затяжки болтов крепления камеры сгорания к горловине;

разрушение болтов крепления камеры сгорания к горловине;

разрушение уплотнительного кольца (прокладки);

самоотворачиваиие гаек крепления камеры сгорания к горловине вследствие некачественной их контровки и вибрации двигателя.

Для предупреждения этих причин в эксплуатации при выполнении регламентных работ необходимо контролировать состояние контровки, наличие и затяжку гаек крепления кожухов камер сгорания.

При выполнении регламентных работ при снятых и разобранных камерах сгорания на жаровых трубах иногда обнаруживаются трещины или коробления. Для предотвращения их появления в процессе эксплуатации необходимо строго соблюдать предписанные режимы охлаждения и не допускать превышения допустимых температур газов.