در پست های قبلی به
در این مقاله قصد داریم به طور کامل و تخصصی به محفظه احتراق بپردازیم. آنچه می خوانید مربوط به انواع محفظه های احتراق، عوامل تاثیر گذار بر طراحی آن ها و همچنین ویژگی های هر کدام خواهیم پرداخت.
پیشنهاد میکنیم حتما تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
محفظه احتراق
محفظه احتراق بخشی از موتور احتراق داخلی است که در آن احتراق مخلوط هوا و سوخت انجام می شود. این یک استوانه بسته است. محفظه احتراق به عنوان کامبوستر Combustor نیز شناخته می شود. محفظه احتراق موتور رفت و برگشتی دارای پیستون است. این پیستون در داخل محفظه رفت و برگشتی می کند تا مخلوط هوا و سوخت را فشرده کند. همانطور که مخلوط فشرده می شود، یک شمع در موتور جرقه ایجاد می کند و مخلوط هوا و سوخت فشرده شده را مشتعل می کند. فرآیند احتراق مخلوط هوا و سوخت در داخل محفظه احتراق، دما و فشار داخلی محفظه را به شدت افزایش می دهد. پس از فرآیند احتراق، پیستون مخلوط احتراق را از محفظه خارج می کند. سیلندر احتراق شامل قطعات زیادی مانند پمپ سوخت، نازل های سوخت، شمع و پیستون است.
محفظه احتراق توربین گاز، بین کمپرسور و توربین قرار دارد و مجموعاً به عنوان یک موتور جهت سوزاندن سوخت و افزایش دمای هوای ورودی شناخته میشود. احتراق تقریباً در یک فشار ثابت انجام میشود. تمام محفظه احتراق توربین‌های گاز با یک تابع و پایه مشخص کار می‌کنند. آن‌ها دمای گازهای با فشار بالا را افزایش می‌دهند. محفظه احتراق توربین‌های گازی درصد کمی (تقریبا۱۰%) از هوای ورودی را جهت احتراق استفاده می‌کند و بیشتر هوای ورودی جهت خنک‌کاری و اختلاط مورد استفاده قرار می‌گیرد. محفظه‌های احتراق جدید جهت خنک‌کاری از گردش بخار استفاده می‌کنند.
محفظه احتراق یکی از مهم ترین قسمت های موتور است. وظیفه اصلی محفظه احتراق سوزاندن مخلوط هوا و سوخت و تولید گازهای با فشار و دمای بالا است.
فرآیند احتراق
- احتراق در چرخه عادی و باز توربین گاز یک فرآیند پیوسته است، کدام سوخت در هوای تامین شده توسط کمپرسور می‌سوزد. یک جرقه الکتریکی فقط برای شروع فرآیند احتراق لازم است و پس از آن شعله باید خود، روشن بماند.
- احتراق یک سوخت مایع شامل ترکیب یک اسپری ریز از قطرات و هوا ، تبخیر قطرات، تجزیه هیدروکربن‌های سنگین به بخش‌های سبک‌تر، اختلاط دقیق مولکول‌های این هیدروکربن‌ها با مولکول‌های اکسیژن و در نهایت خود واکنش های شیمیایی میشود.
- یک درجه حرارت بالا، به شرط اینکه توسط احتراق یک مخلوط تقریباً استوکیومتری ضروری است، اگر تمامی فرآیندها به قدر کافی و به سرعت اتفاق بیفتد، جهت تکمیل احتراق در یک جریان هوای متحرک در یک فضای کوچک.
- اما در عمل واقعی نسبت A/F در محدوده ۱ به ۱۰۰ است در حالی که استوکیومتری نسبت حدود ۱ به ۱۵ است که به دلیل کاهش دمای ورودی توربین و محدودیت های عملی است.
عوامل تاثیرگذار در طراحی
- دمای پایین ورودی توربین
- توزیع یکنواخت دما در ورودی توربین (یعنی برای جلوگیری از افزایش موضعی گرمایش پره‌های توربین)
- عملکرد پایدار حتی در مواردی مانند سرعت هوا، نسبت A/F محفظه احتراق، فشار بسیار متفاوت، به خصوص برای موتورهای هواپیما (حد آن شعله خارج از محفظه احتراق است) و اگر اتفاقی برای شعله بیفتد، محفظه احتراق باید بتواند به سرعت آن را روشن کند.
- از تشکیل رسوبات کربن کک باید جلوگیری شود، می‌تواند در صورت جدا کردن به توربین آسیب برساند.
- موتورهای هواپیما باید از دود قابل مشاهده اجتناب کنند زیرا مانع دید در فرودگاه‌ها میشود.
- در نهایت، آلاینده‌هایی مانند NO x CO، هیدروکربن‌های نسوخته (UHCs) و غیره باید محدود شود.
روش منطقه ای معرفی هوا منطقه اولیه
(۱۵-۲۰% هوا)
هوا در اطراف جت سوخت وارد می شودتقریباً در نسبت استوکیومتری می سوزد بنابراین، دمای بالا و در نتیجه، احتراق سریع اتفاق میافتد.
منطقه ثانویه (هوای ۳۰%)
از طریق سوراخ در لوله شعله وارد منطقه ثانویه برای تکمیل احتراق شده است. برای راندمان احتراق بالا، هوا باید با دقت در نقاط مناسب فرآیند تزریق شود و اینکار به این دلیل انجام میشود که از سرد شدن شعله به صورت منطقهای جلوگیری شده و میزان واکنش در محیط کاهش یابد.
منطقه سوم (هوای باقیمانده)
- منطقه رقیق سازی
- خنک سازی
- جریان گردابی کافی باید توسعه داده شود تا جریان‌های سرد و گرم کاملاً مخلوط شوند برای توزیع دمای خروجی مورد نظر، بدون رگه‌های داغ که امکان آسیب به پره‌های توربین را برساند.
پایداری شعله
روش منطقه ای ورود هوا نمی‌تواند به تنهایی یک شعله در جریان هوا ایجاد کند، زیرا که سرعت آن خیلی سریعتر از سرعت شعله در یک مخلوط در حال سوختن است. بنابراین از یک الگو با ویژگی جریان چرخشی استفاده میشود که مقداری از مخلوط سوخت را به منطقه اولیه که ورودی سوخت و هوای باز است، باز می‌گرداند. الگوی جریان چرخشی با استفاده از موارد زیر به دست می‌آید.
- پره‌های چرخشی
- سوراخ‌های پایین دست یک بافل نیمکره‌ای
- تزریق بالادست
- سیستم بخارساز
انواع محفظه احتراق
- لوله‌ای (Can Type)
- حلقه لوله‌ای (Cannular Type)
- حلقوی
- سیلو
محفظه احتراق لوله‌ای (Can Type):
اولین موتورهای هواپیما از محفظه احتراق قوطی شکل (لوله ای) استفاده می‌کردند. هوای خروجی از کمپرسور به چند جریان جداگانه تقسیم می شود، که هر کدام یک محفظه احتراق مجزا را تامین می‌کند.
این محفظه‌های احتراق در اطراف شفت اتصال کمپرسور و توربین، قرار گرفته‌اند.
هر محفظه‌ای به صورت مجزا از یک منبع مشخص سوخت دریافت می‌کند.
برای موتور با کمپرسورهایش گریز از مرکز محفظه احتراق لوله ای بسیار مناسب است ، جایی که جریان، به جریان های جداگانه در دیفیوزر تقسیم میشود.توسعه آسان‌تر ( در یک محفظه احتراق) با استفاده از بخشی از جریان هوا و جریان سوخت کلی، می‌تواند اجرا شود.
معایب محفظه احتراق لوله ای (Can Type):
- افزایش حجم، وزن و ناحیه جلویی
- افزایش افت فشار (افزایش سطح در تماس با هوا/گاز)
چیدمان محفظه احتراق با توجه به محور آن نسبت به خروجی، و جریان هوا در منطقه دوم و سوم به رنگ آبی در شکل بالا نمایش داده شده است. (خارج از لوله شعله).
رنگ نارنجی مسیر جریان محصول احتراق (داخل لوله شعله) را نشان می دهد و رنگ زرد نشان دهنده انژکتور سوخت است.
محفظه احتراق لوله حلقوی (Cannular Type)
لوله‌های شعله مجزا به طور یکنواخت در اطراف یک پوشش حلقوی قرار گرفته‌اند و از چیدمان جریان معکوس استفاده می‌کند که امکان کاهش قابل توجهی در طول کلی شفت توربین کمپرسور، و همچنین امکان دسترسی آسان به نازل های سوخت و محفظه‌های احتراق جهت حفاظت را فراهم می‌کند.
مزایا :
- کاهش طول شفت
- حفاظت آسان
- مانند محفظه احتراق لوله‌ای، دارای توسعه آسان
معایب :
- افزایش حجم، وزن و ناحیه جلویی
- hفزایش افت فشار
محفظه احتراق حلقوی
پیکربندی ایده آل از نظر ابعاد فشرده، محفظه احتراق حلقوی است که در آن حداکثر استفاده از فضای موجود در یک قطر مشخص انجام می شود.
این باید افت فشار را کاهش دهد و منجر به موتور با حداقل قطر شود. احتراق در لوله های شعله تک اتفاق نمی‌افتد، بلکه در یک ناحیه حلقوی اطراف موتور انجام میشود. این نوع محفظه احتراق بر معایب نوع لوله‌ای غلبه می‌کند.
مزایا:
- افت فشار را کاهش می‌دهد (سطح کمتری که در معرض هوا / گاز قرار می گیرد)
- اندازه کوچک
معایب:
- یکپارچگی ساختاری کمتر
- بدست آوردن توزیع یکنواخت دما مشکل است
- توسعه دشوار (تجهیزات آزمایشی بزرگتر مورد نیاز است)
محفظه احتراق سیلو
توربین‌های گاز صنعتی بزرگ که فضای مورد نیاز سیستم احتراق بحرانی کمتری دارد، از یک یا دو محفظه احتراق استوانه‌ای بزرگ استفاده می‌کنند.
این محفظه احتراق‌های بزرگ امکان سرعت پایین را به جریان می‌دهند و در نتیجه کاهش فشار، سوخت‌های با کیفیت پایین‌تری را می‌توانند بسوزانند.
مزایا :
- افت فشار کم
- توانایی سوزاندن سوخت با کیفیت پایین
معایب :
- حجیم بودن
شرکت فیدار مکانیک رایکا فعال در حوزه نفت، گاز و پتروشیمی ، با توجه به تجارب مدیران شرکت، فعالیت گسترده‌ای در ساخت انواع ایمپلر را دارد. این مقاله جهت ارتقاء آگاهی مخاطب توسط این شرکت گردآوری شده است .
برای ثبت سفارش قطعات با ما در ارتباط باشید.
