Повышение эффективности охлаждения пламенных труб - газотурбинных камер сгорания
Прежде всего, более рациональное исполнение обдува путем уменьшения 50 и увеличения Л. О влиянии 50 говорилось ранее. Интенсификация теплообмена, наблюдающаяся при увеличении к, связана с влиянием турбулентности, которая возрастает в струе по мере удаления от ее устья по закону, близкому к зависимости
Кроме того, при этом возрастает интенсивность вихревых циркуляционных течений в межструйных полостях.
При таком исполнении, как видно из рис. 3, стенка, обдуваемая системой импактных струй, даже в более тяжелых условиях, чем условия, указанные в работе, может иметь более низкие значения температуры (кривая /).
Приведенная здесь кривая 1 относится к случаю выполнения пламенной трубы с такими же сбросами воздуха, как и в [1], следовательно, продольное течение воздушного потока в щели между пламенной трубой н перфорированным экраном незначительно. Вместе с тем, исследования показывают, что струйный обдув, разрушая нагретый пограничный слой, способен существенно интенсифицировать конвективный теплосъем, осуществляемый обычной продольной продувкой кольцевого канала воздухом. Результат такого комбинированного обдува изображен на рис. 3, кривая 2. Как видно, его эффективность увеличивается по ходу воздуха в щели (воздух сбрасывается в смеситель камеры сгорания), т. е. целесообразно организовать течение в щели в направлении увеличивающихся тепловых потоков к стенкам.
Следует иметь в виду, что односторонняя эвакуация воздуха и щели, сопровождающаяся постепенным нарастанием скорости продольного течения, хотя и интенсифицирует обусловленный этим течением теплосъем,
но создает вероятность некоторого сноса обдувочных струй и, следовательно, уменьшения угла их атаки, что уменьшает величину множителя при числе и может снизить эффективность струйного охлаждения.
Уменьшить вероятность такого сноса струй можно, придавая отверстиям нарастающий по потоку диаметр (и шаг). Полученные при такой организации обдува температуры стенок пламенной трубы и перфорированного экрана одной из опытных камер сгорания приведены на рис. 4, а. Как видно, при всех подогревах в камере они имеют очень умеренные значения. Что же касается температуры перфорированного экрана, то она превышает температуру поступающего в камеру воздуха всего на 60 ... 70 С.
Возвращаясь к предлагаемой в схеме камеры со сбросом охлаждающего (отработанного) воздуха в полость пламенной трубы, следует заметить, что и этот сброс (либо часть его) могут быть организованы значительно более рациональным образом. Примером тому может служить конструкция, изображенная на рис. 5 (отработана в процессе совместных исследований КПИ и ЛМЗ). Сброс воздуха в этом случае осуществляется через систему относительно мелких отверстий З-т-4 мм), суммарное проходное сечение которых в 2—3 раза превышает проходное сечение перфорированного экрана.
При таком соотношении проходных сечений расход охлаждающего воздуха дозируется перфорацией экрана, на ней же срабатывается и большая часть существующего иа стенках пламенной трубы перепада давления. Благодаря последнему, воздух поступает в пламенную трубу с малой скоростью и, следовательно, с малой глубиной проникновения в поток, что позволяет создать устойчивую воздушно-заградительную завесу вдоль внутренней поверхности стенок пламенной трубы.
Эффективность этой завесы возрастает при уменьшении диаметра струй и увеличении их числа. При этом не исключена возможность возрастания тепла с кромок многочисленных отверстий.
На рис. 5, б обращает на себя внимание чрезвычайно низкий уровень температуры стенок, даже при ах1 что свидетельствует о высокой эффективности реальной в данном случае комбинации интенсивного внешнего обдува пламенной трубы с устойчивой воздух заградительной завесой.
Это позволяет существенно уменьшить расход к духа на охлаждение стенок. В работе расхода снижали путем уменьшения проходного сечения экрана при неизменной перфорации пламени трубы. Как видно из рис. 5, в, более чем восьмикратно уменьшение проходного сечения перфорации экрана (по сравнению с исходным) не вывело температуру с нок пламенной трубы за пределы допускаемых зна иий. Даже при удельном расходе охлаждающего в духа около 2-10~6 кг/(с-м2*Па) (менее 6 % от общ. расхода) температура стенок не превышала 700 °С.
Как видно из рис. 2, по своей эффективности и экономичности охлаждение с применением двустенной пламенной трубы приближается к охлаждению, но значительно дешевле и т» нелогичнее его, кроме того, этот способ охлажден можно с успехом использовать при повышенной запыленности воздуха.
Этот способ охлаждения как наиболее эффективный рекомендован ЦКТИ для использования в камерах сгорания парогазовых установок ПГУ-120 (I ЛГЭС) ПГУ-200-750 (Невинномысская ГРЭС), работающих исключительно тяжелых условиях [9]. На установке ПГУ-200 пламенная труба выполнена в виде набора двенадцати коробчатых перфорированных сегменте
Двустенные пламенные трубы установок ГТ-25-7) и ГТН-9-750, изготовленных в ПО «Ленинградский металлический завод», выполнены в виде сплошных кольцевых обечаек, но внутренняя их стенка представляя собой гофрированную поверхность. Как вид! из рис. 2, это не повлияло на эффективность охлажден» этих труб.
Во всех случаях можно значительно уменьшить расход дорогостоящих жаропрочных сталей на изготовление пламенных труб такого типа (таблица), так как внутренняя стенка (собственно пламенная труба) не несет нагрузок, а экран, температура которого мало отличается от температуры воздуха, можно изготовить из перлитных сталей.