فهرست موضوعات
مقدمه
موتورهای توربین های گازی از وسیله ای تحت عنوان محفظه احتراق بهره می برند. وظیفه این محفظه منبسط کردن جریان هوا توسط سوزاندن بخشی از آن با سوخت می باشد. این هوا، همان هوایی است که از کمپرسور و دی فیوزِر عبور می کند. گرمای ناشی از احتراق سوخت باعث افزایش انرژی هوا می شود (در واقع افزایش سرعت جریان). بنابراین، محفظه احتراق جایی است که در آن هوا با مقداری سوخت می سوزد و گرمای آزاد شده از این فرآیند، سرعت جریان هوا را افزایش می دهد. این افزایش سرعت، منجر به تولید نیروی کششی و ورود آن به ساختمان محفظه احتراق می شود.
چیزی در حدود 25 درصد از کل هوای خروجی از دی فیوزر، وارد محفظه احتراق می شود. این حجم از هوا با سوخت مخلوط شده و می سوزد. 75 درصد هوای باقیمانده صرف خنک سازی جداره محفظه احتراق و پایین نگه داشتن دمای گازها می گردد. درجه حرارت گازها باید در حدی پایین نگه داشته شود تا آسیبی به تیغه های هدایت کننده ی گازها و همچنین توربین وارد نشود.
طراحی محفظه احتراق
سرعت هوای خروجی از کمپرسور چیزی در حد 150 متر بر ثانیه می باشد. چنین سرعتی، هر شعله ای را خاموش می کند. بنابراین، قبل از رسیدن هوا به محفظه احتراق باید طرحی ریخته شود تا سرعت آن کاهش و فشار آن افزایش یابد. به همین دلیل، وسیله ای تحت عنوان دی فیوزر قبل از محفظه احتراق جاگذاری می شود. مجرای این وسیله واگرا بوده و باعث کاهش سرعت هوا و افزایش فشار آن می گردد. سرعت هوا با این روش به عددی کمتر از 24 متر بر ثانیه می رسد.
از طرفی، با توجه به پایین بودن سرعت سوختن نفت سفید، منطقه ای در محفظه باید تعبیه شود تا سرعت خطی هوا با استفاده از آن کاهش یابد و شعله بتواند در محفظه احتراق پایدار بماند و خاموش نشود. برای دستیابی به این هدف، در ناحیه ی ابتدایی محفظه پروانه ای کوچک قرار می دهند تا هم جریان ورودی را تنظیم کند و هم باعث گردش جریان هوا شود.
.jpg)
مواد ساخت محفظه های احتراق
همه ی محفظه های احتراق از دو جداره تشکیل می شوند. این جداره ها در حقیقت به شکل دو لوله هستند که یکی از آنها درون دیگری قرار می گیرد. لوله داخلی محل تشکیل شعله بوده و تحت عنوان فیلم تیوب شناخته می شود. لوله دوم که محل عبور هوای خنک است، به جداره خارجی معروف می باشد.
با توجه به شرایط حاکم و دمای بالا، یکی از گزینه ها در بحث انتخاب مواد ساخت، ورق استیل نسوز (مثلاً ورق استیل 310) می باشد. محل تشکیل شعله، مجاور ناحیه ایست که احتراق در آن رخ می دهد و تعدادی حفره در آن تعبیه شده است. این قسمت می تواند با استفاده از ورق استیل مشبک 309 ساخته شود. حدود 10 درصد از جریان هوای عبوری از این حفره ها وارد ناحیه ی نخستین محفظه احتراق می شود. این قسمت همان بخشی است که هوا و سوخت با هم مخلوط شده و انفجار اتفاق می افتد. با توجه به این شرایط، بکارگیری ورق استیل 310 و ورق استیل مشبک 309 در ساخت جداره داخلی و خارجی محفظه احتراق می تواند جزو گزینه ها باشد.
انواع محفظه احتراق
سه نوع محفظه احتراق در موتورهای توربین های گازی بکار برده می شود که در ادامه به بررسی هر یک از آنها پرداخته می شود.
محفظه احتراق بشکه ای
این مدل به شکل لوله می باشد و به صورت چندتایی در نقاط جانبی موتور قرار می گیرد. هوای فشرده از طریق مجرای دی فیوزر مستقیماً به درون تک تک این محفظه ها هدایت می شود. همانطور که قبلاً هم اشاره شد، هر محفظه از یک لوله داخلی برخوردار است که محل تشکیل شعله می باشد. اطراق این لوله پوسته خارجی قرار دارد که بخشی از هوای لازم برای سوختن، از دهانه ورودی وارد لوله داخلی شده و مابقی آن از حدفاصل بین دو لایه عبور می کند و از حفره های موجود روی لوله داخلی، وارد محفظه می شود.
محفظه احتراق حلقوی
در این مدل، لوله داخلی به صورت حلقوی و سرتاسری دور موتور جاگذاری می شود. یک سمت آن در مقابل دی فیوزر و سمت دیگر آن در مقابل تیغه های هدایتگر گاز قرار دارد. جداره خارجی ناحیه ی داخلی و بیرونی این لوله حلقوی را تحت پوشش قرار می دهد. هوای خنک از حد فاصل بین لوله حلقوی و پوسته خارجی عبور کرده و از حفرات موجود روی لوله وارد محفظه می شود. این مدل به علت یکسان بودن فشار گاز در تمام نقاط و همچنین اشغال فضای کمتر نسبت به محفظه بشکه ای، راندمان بالاتری دارد.
محفظه احتراق حلقوی-لوله ای
این مدل ترکیبی از دو مدل قبل می باشد. در این محفظه، لوله ای که شعله در آن تشکیل می شود، یکپارچه نیست بلکه همانند نوع بشکه ای، به صورت لوله هایی مجزاست که به هم مرتبط شده اند. از ویژگی های این محفظه می توان به سادگی در تعمیرات و دقت بالا اشاره کرد. راندمان محفظه احتراق حلقوی-لوله ای نیز تا حدودی همانند مدل حلقوی می باشد.