سوخت پاش در توربین گاز (۹)

http://gasturbinespower.asmedigitalcollection.asme.org/data/Journals/JETPEZ/926033/111504_1_f1.jpeg

مشخصات اسپري سوخت از لحاظ اهميت آن در عملکرد فرآيند احتراق شامل قطر متوسط قطرات، توزيع اندازه قطرات، همگني، زاويه پاشش و نفوذ مي­باشد. يک سوخت­ پاش ايده­ آل بايد تمامي مشخصات زير را دارا باشد:

  1. قابليت قطره قطره کردن بالا در محدوده وسيعي از جريان­هاي سوخت
  2. پاسخ­ دهي سريع به تغييرات گلوگاهي
  3. عدم وابستگي به ناپايداري­ هاي جرياني
  4. عدم آمادگي به مسدود شدن به وسيله آلاينده­ ها و کربن تشکيل شده در نازل
  5. عدم آمادگي به تشکيل صمغ به وسيله دفع حرارتي
  6. قابليت اندازه گيري با توجه به شرايط متغير طراحي
  7. قيمت پايين، وزن کم، ساخت آسان و قابليت جابه جايي براي انجام سرويس بر روي آن
  8. عدم زيان­ بيني در حين ساخت و يا نصب

هم­چنين اين سوخت­پاش بايد موارد زير را مهيا کند:

۱- ايجاد مخلوط قابل احتراق

۲- نسبت ماکزيمم به مينيمم جريان سوختي بالاتر از نسبت ماکزيمم به مينيمم جريان هواي احتراق

۳-پراکندگي قابل کنترل سوخت در داخل محفظه احتراق اوليه

۴-  محدوده دمايي گاز خروجي غير حساس به تغييرات در نرخ جريان سوختي قطر متوسط قطرات، توزيع اندازه قطرات و همگني از آن­جا که فقط به طراحي خود سوخت­پاش مربوط است از اهميت ويژه­ اي برخوردارند.

  • قطر متوسط قطرات (Mean Drop Size)

 براي تسهيل در محاسبه نرخ تبخير و هم چنين در مقايسه کيفيت اتميزه شدن سوخت در اسپري­ هاي گوناگون، از پارامتري به نام قطر متوسط قطرات استفاده مي ­شود. تعريف اين ترم با توجه به هدف­ هاي گوناگون کاربردي آن مي­ تواند تفاوت داشته­ باشد، اما تعريف عمومي آن، اين­گونه است که اسپري توليد شده­ به وسيله سوخت­ پاش را با يک اسپري خيالي که قطر همه قطرات آن با هم برابر است و خصوصيات تمامي قطرات اسپري خيالي را نيز در بر دارد جايگزين مي ­کنند. يکي از اين تعريف­ها که به صورت بسيار گسترده ­اي نيز به کار مي­رود SMD-Sauter Mean Diameter ناميده مي­ شود. اين تعريف به صورت در نظر گرفتن قطره­اي که داراي نسبت حجم به سطح کل اسپري توليد شده توسط سوخت­ پاش مي­ باشد، انجام مي­ پذيرد.

 

  • فرايند اتميزه کردن و ملزومات سوخت­ پاش­ها

 از اولين تزريق کننده ­هاي سوخت که در توربين­ هاي گاز هوايي به کار مي­رفت مي­توان به سوخت­ پاش هاي سيمپلکس (Simplex Atomizer)اشاره کرد. در اين سوخت ­پاش­ها، سوخت با فشار به صورت مماسي وارد اتاقک چرخشي (Swirl Chamber) مي­ شود که از آنجا نيز سوخت به صورت صفحه­ اي مخروطي خارج شده که به سرعت به قطرات تبديل مي ­شود. يکي از مشکلات اين نوع از سوخت­پاش­ها اين است که احتراق پايدار فقط در محدوده باريکي از سرعت­ هاي ­جرياني سوخت به وقوع مي­ پيوندد. هم چنين محدوديت­ هاي متفاوتي از قبيل کارايي کم نيز در آن مشهور مي­ باشد. براي از بين بردن اين معضل­ ها از سوخت­ پاش­هاي گستره- وسيع (Wide- range Atomizers) استفاده مي­شود که از مثال­ هاي­ بارز آن دوال- اوريفيس (Dual- orifice) و يا داپلکس(Duplex) اتمايزر مي­باشد. اين پيشرفت­ها در کنار پيشروي­ هاي گسترده در زمينه عملکرد پمپ­ هاي سوخت و سيستم­هاي کنترلي، باعث شده است تا پخش تزريق سوخت در زمينه احتراق يکي از رضايت بخش ­ترين قسمت­ ها در زمينه اتاقک احتراق باشد.

در ادامه حرکت به سمت موتورهاي با نسبت تراکم بالا، حضور سوخت­ پاش­ هاي فشاري از آنجايي که  باعث توليد آلودگي­ ها و هم چنين عدم يکنواختي سوخت در مخروط پاششي مي­ شوند، کمرنگ ­تر مي شوند. با در نظر گرفتن اين مشکلات، حرکتي به سوي سوخت ­پاش­هاي ايربلست (Air blast) شروع شده است که در آن اتميزه کردن به وسيله تزريق سوخت در جريان هوا با سرعت بالا به دست مي­ آيد. اين نوع از تزريق کننده­ هاي سوخت در کاربردهاي توربين­ هاي گاز بسيار مناسب است چرا که سرعت بالاي هوا به خاطر حرکت سريع هواپيما در دسترس است. يکي ازمشخصه­ هاي بازر اين نوع از سوخت­ پاش­ها مخلوط کردن مقداري سوخت و هوا قبل از وارد شدن به مرحله احتراق است که خود باعث کمتر شدن دود خروجي و گازهاي ناکس (Nox) مي­ شود.

سوخت­ پاش­ هاي ايربلست

تاثيرات جريان هوا در تجزيه جت مايع و يا صفحه مايع بسيار واضح و آشکار است. در اين نوع سوخت پاش ­ها يک جريان گاز (معمولاً هوا) با سرعت بالا به کمک يک جريان سوخت با سرعت پايين مي­ آيد که مي­تواند به صورت خارجي و يا داخلي با سوخت ترکيب شود. حالت داخلي سوخت- هوا معمولاً براي سوخت­ هاي با ويسکوزيته بالا مناسب است و اتميزه شدن خوبي حتي در دبي­هاي پايين هوا قابل حصول است. در حالت خارجي بازدهي کمتر مي ­باشد اما اطمينان از جهت جريان سوخت بالاتر است. نماي شماتيک سوخت پاش ايربلست ترکيب خارجي و داخلي در شکل زير نشان داده شده است.

 نماي شماتيک سوخت ­پاش اير بلست با الف) ترکيب داخلي و ب) ترکيب خارجي

سوخت­ پاش­هاي ايربلست مزيت­ هاي بسياري نسبت به سوخت ­پاش ­هاي فشاري دارند؛ به خصوص در کاربردهايي نظير موتورهاي توربين­هاي گاز که نسبت تراکمي بالايي دارند. انواع مختلفي از اين نوع سوخت­ پاش ­ها در صنعت هوافضاي امروز به کار برده مي­ شوند که مي­توان به سوخت ­پاش هاي جريان موازي، جريان متقاطع و زاويه دار پيش اختلاط و پس اختلاط اشاره کرد.

طراحي مقدماتي اوليه سوخت ­پاش

با توجه به فرمولاسيون موجود در مراجع روند طراحي اين نازل به شکل زير است:

  • تعيين فشار هواي مورد استفاده در نازل (هواي بعد از سوئيرلر)

 

  • تعيين سرعت سوخت در درون سوخت ­پاش و تعيين قطر خروجي نازل با استفاده از فشار هوا

 

حال براي قطر متوسط قطرات بر مبناي سرعت هوا به سوخت رابطه زير بدست مي­ آيد:

اين مقدار سرعت سوخت توصيه یکی از مراجع مبني بر Vf<4 را ارضا مي­ کند.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *