Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Камеры сгорания обычно работают таким образом, что при длительном использовании в условиях высоких внутренних температур их КПД значительно снижается и резко возрастает уровень вредных экологических выбросов (например, CO, NO2). В Московском авиационном институте (МАИ) в настоящее время российские исследователи разрабатывают современную камеру сгорания для турбореактивных двигателей, где эта проблема стоит на первом месте и в перспективе должна быть решена. Сотни российских ученых и специалистов, половина из которых в прошлом эксперты в области ракетных технологий, создают высокотемпературную кольцевую камеру сгорания с минимальным количеством вредных выбросов. Научный коллектив применил различные методы при построении данной конструкции: комбинацию математического моделирования; теоретической оценки и экспериментального изучения камеры, способной сокращать формирование ядовитой окиси азота в процессе сгорания углеводородного топлива. Данный новый проект предполагает реорганизацию процесса сгорания, позволяющую значительно повысить КПД. Также предлагаемая камера сгорания имеет высокий запас прочности по температурам рабочих газов. Это позволит улучшить характеристики двигателя и исключает необходимость применения системы охлаждения стенок камеры. Она отличается значительно меньшим весом и полностью отвечает всем стандартам Международной организации гражданской авиации (ICAO). Российский коллектив тесно сотрудничает со своими европейскими коллегами из французской аэрокосмической корпорации Snecma (Муасси Крамайель, Франция).

Камерная топка

Камерная топка является элементом парового котла и представляет собой камеру, в которой происходит сгорание поступившего в нее топлива в потоке воздуха. В структуре камерной топки различают вертикально расположенные стены, потолочное перекрытие и воронку. На стенах, а также в углах расположены горелочные устройства, в которые поступают воздух и топливо. Как правило, камерная топка состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. Топочные экраны размещают на внутренних поверхностях камерной топки (изготовляемых из труб диаметром 32—76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также в паровых котлах устанавливается потолочный или настенный радиационный пароперегреватель. Через горелочные устройства топливо вводится в камерную топку вместе с воздухом, необходимым для горения. Горелочные устройства размещают на стенах топки, а также по ее углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла. Остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твердом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприемное устройство, заполненное водой. На больших котельных агрегатах, которые работают на пылевидном топливе, создаются также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения. Также в камерной топке различают топочные экраны (трубы, в которых происходит циркуляция воды), радиационный пароперегреватель, горелку и фестон. Условно в некоторых видах камерных топок можно выделить две основные части: камеру сгорания и камеру охлаждения.

Карбюратор

Карбюратор – прибор, в котором происходит смешение воздуха и жидкого топлива с образованием горючей смеси, необходимой для функционирования карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Научно-технический прогресс, господствовавший в странах Европы в XVIII—XIX вв., предъявлял свои требования, игнорирование которых означало приостановление развития одной из ведущих отраслей промышленности – машиностроения. Одним из таких требований стало изобретение карбюратора. Оно приписывается немецким конструкторам В. Майбаху и Г. Даймлеру в 1892 г. Кстати, за несколько лет до этого вышеупомянутые исследователи установили на велосипед двигатель, так был создан первый в мире мотоцикл. Им же приписывается создание первого четырехколесного автомобиля, имеющего карбюратор и коробку передач с четырьмя ступенями.

В карбюраторе топливо через запорный игольчатый клапан поступает в поплавковую камеру, а оттуда – в эмульсионные колодцы, где смешивается с воздухом. Полученная смесь направляется в диффузоры смесительных камер, а затем после открытия дроссельной заслонки – в цилиндр карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.

Карбюратор установлен сверху двигателя на впускном трубопроводе. Поступающий для приготовления горючей смеси в карбюратор воздух проходит предварительную очистку от пыли в воздушном фильтре. Воздушный фильтр соединен с карбюратором патрубком. Приборы подачи топлива соединены между собой металлическими трубками – топливопроводами. Вся топливопроводная система крепится к раме или кузову автомобиля. При помощи впускного трубопровода карбюратор соединен с впускными каналами головки цилиндров двигателя, а выпускные клапаны соединены с выпускным трубопроводом, последний при помощи трубы соединен с глушителем.

Карбюратор состоит из воздушного патрубка с крышкой поплавковой камеры, корпуса и двух нижних патрубков. В воздушном патрубке размещена воздушная заслонка с автоматическим клапаном, а в крышке поплавковой камеры – сетчатый фильтр и запорный клапан. Внутри корпуса карбюратора находятся поплавковая камера и две смесительные камеры с диффузорами, экономайзер с механическим приводом, ускорительный насос и жиклеры. На общей оси в нижних патрубках размещены две дроссельные заслонки, связанные с ограничителем частоты вращения коленчатого вала.

Главная дозирующая система состоит из топливного и воздушного жиклера и диффузора постоянного сечения.

Система холостого хода состоит из топливного жиклера холостого хода, воздушного жиклера, каналов и регулировочного винта.

Пусковое устройство состоит из воздушной заслонки и автоматического клапана с пружиной.

Экономайзер состоит из седла, в котором размещен клапан с пружиной, жиклера экономайзера и деталей привода: рычага, серьги, тяги, планки и истока.

Ускорительный насос состоит из колодца, поршня с пружиной, истока, планки, тяги, рычага и двух клапанов: обратного и нагнетательного. Полость под поршнем заполнена топливом, поступающим через открытый обратный клапан.

Когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе и смесительной камере создается разрежение. Из-за разности давлений в поплавковой и смесительной камерах из распылителя вытекает бензин. Одновременно через смесительную камеру проходит поток воздуха, скорость которого в суженной части диффузора (там, куда выходит конец распылителя) достигает 50—150 м/с. Бензин мелко распыляется в струе воздуха и, постепенно испаряясь, образует горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндр. Качество горючей смеси зависит от соотношения бензина и воздуха. Горючая смесь может быть нормальной (на 1 кг бензина расходуется 15 кг воздуха), бедной (на 1 кг бензина приходится более 17 кг воздуха) и богатой (на 1 кг бензина приходится менее 13 кг воздуха).

Запуск холодного двигателя обусловливается плохим смесеобразованием. Только при богатой горючей смеси может быть обеспечен надежный пуск холодного двигателя. Получение такой смеси обеспечивается прикрытием воздушной заслонки; дроссельные заслонки в это время будут приоткрыты. Создающееся большое разрежение в смесительных камерах и под дроссельными заслонками вызывает обильное истечение топлива из жиклеров главной дозирующей системы и системы холостого хода, тем самым создавая богатую смесь, необходимую и достаточную для пуска двигателя.

Работа карбюратора на холостом ходу при малой частоте вращения коленчатого вала

Дроссельные заслонки прикрываются, разрежение, создаваемое под ними, передается через отверстия в стенках смесительных камер в каналы системы холостого хода. Из поплавковой камеры через главные жиклеры топливо поступает к жиклерам холостого хода. По пути к топливу через воздушные жиклеры, потом через отверстия над дроссельными заслонками подмешивается воздух. Полученная эмульсия поступает через регулируемые отверстия под дроссельные заслонки, где, смешиваясь с основным потоком воздуха, образует обогащенную смесь.

На полных нагрузках двигателя обогащенный состав смеси получается за счет дополнительной подачи топлива экономайзером к жиклерам полной мощности. При других нагрузках клапан экономайзера закрыт.

В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала используется прерыватель-распределитель системы зажигания. Блок управления соединяется проводом с выводом карбюратора добавочного резистора. Электрические импульсы поступают в блок управления с частотой, кратной частоте вращения коленчатого вала. Система работает следующим образом. В блок управления постоянно поступают сигналы от датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика частоты вращения коленчатого вала. При работе двигателя блок управления срабатывает в режиме принудительного холостого хода (торможение двигателя, когда педаль управления дроссельными заслонками отпущена и дроссельные заслонки карбюратора полностью закрыты, температура охлаждающей жидкости более 600 °C, а частота вращения коленчатого вала более 1000 мин-1). При этих условиях блок управления включает электромагнитные клапаны, которые закрывают каналы системы холостого хода. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала до минимальной или при увеличении частоты вращения после нажатия на педаль управления дроссельными заслонками блок управления включает электромагнитные клапаны, и двигатель начинает работать в нормальном режиме.