Камера сгорания

Камера сгорания — это объём, образованный совокупностью элементов печи или двигателя (в первом случае камера сгорания называется топкой), где происходит сжигание твёрдого топлива или горючей смеси. Конструкция камеры сгорания зависит от условий работы и назначения печи/механизма; обычно применяются жаропрочные материалы.

В зависимости от температуры, повышающейся в камере сгорания непрерывного действия, конструкционные материалы изготавливаются из таких материалов:

• до 500°С — хромоникелевая сталь;
• до 900°С — хромоникелевая сталь с добавкой титана;
• 950°С+ — специальные материалы.

Камера сгорания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) представляет собой замкнутое пространство, т.е. полость для сжигания жидкого или газообразного топлива. 

Камера сгорания газотурбинного двигателя — это устройство, где в результате сгорания горючего повышается температура поступающего в него газа.

• Основные;
• Промежуточного подогрева;
• Резервные;

• Непрерывные (для газотурбинных двигателей (ГТД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), турбореактивных двигателей (ТРД));
• Периодические (для поршневых ДВС);

В свою очередь непрерывные камеры сгорания классифицируются: 

• прямоточные;
• противоточные камеры сгорания (применяются редко по причине высокого гидравлического сопротивления).

• Выносные;
• Встроенные;

• Трубчатые;
• Кольцевые;
• Трубчато-кольцевые;

В свою очередь периодические камеры сгорания классифицируются: 

• Бензиновые (центральная, боковая, клиновая, полуклиновая, полусферическая, полисферическая, цилиндрическая);
• Дизельные.

В свою очередь дизельные камеры сгорания делятся на:

• Неразделенные (наличие только одного отделения, где происходит и сгорание топлива, и смесеобразование);
• Разделенные (наличие двух отделений: основная и дополнительная, соединенные между собой горловиной. В этом случае топливо впрыскивается в дополнительную камеру). 

По способу смесеобразования: 

• пленочное, 
• объемное (для неразделенных камер сгорания), 
• комбинированные.

Эти камеры относятся к числу очень важных узлов космических и авиационных двигательных установок, транспортных и специальных газотурбинных установок, широко применяющиеся в химической промышленности, энергетике, на ж/д транспорте, речных и морских судах.

Камера сгорания — узел газотурбинного двигателя (ГТД), где осуществляется смешивание и сжигание топливовоздушной смеси. 

Совершенство и устойчивость процессов в камере сгорания в значительной мере обеспечивают экономичную и надежную работу газотурбинного двигателя.

Существуют требования, которые предъявляются к непрерывной камере сгорания.

1. Устойчивость процесса горения при полетных условиях и всевозможных режимах. Т.е. необходимо, чтобы сгорание топлива не прерывалось, не было пульсационного горения или срыва пламени, что может вызвать самовыключение двигателя. 

2. Минимальная длина факела пламени, другими словами процесс сгорания должен завершаться исключительно в пределах камеры сгорания. Иначе пламя дойдет до лопаток соплового аппарата и неизбежен их прогар.

3. Обеспечение равномерного поля температуры газов перед турбиной. Как правило, у камер сгорания есть несколько форсунок для подвода топлива, а значит, существует вероятность получения зон разной температуры на выходе газов из камеры сгорания, что приведет к разрушению турбинных лопаток.

4. Большой эксплуатационный срок службы, надежность, удобство технического обслуживания и контроля. Чтобы максимально выполнялись перечисленные требования, каждому типу двигателя подходит соответствующий тип камеры сгорания.

Существует много конструкции камер сгорания автомобильных двигателей. На современных двигателях преобладают камеры сгорания клинового и полуклинового типов.

Первая камера получена из плоскоовальной камеры наклоном клапанов для оптимальной формы газовых каналов. Данный тип камеры обеспечивает низкие тепловые потери и мягкое сгорание. 

Довольно распространенная ранее полуклиновая камера сгорания сейчас претерпевает ряд изменений. Камера данной формы применяется на спортивных двигателях гоночных машин для обеспечения высокой удельной мощности. Двигатели с этой камерой сгорания имеют достаточно высокий КПД.

На дизельных двигателях требования к форме камеры сгорания устанавливаются процессом смесеобразования. Чтобы создать рабочую смесь есть очень мало времени, поскольку почти сразу после начала впрыска горючего начинается сгорание, а остаток горючего подается уже в горящую среду. 

Основными требованиями, применяемые ко всем камерам сгорания ДВС, являются:

• устойчивость процесса горения
• минимальные тепловые потери
• максимальная полнота сгорания
• высокая теплонапряжённость
• надёжность работы в течение установленного ресурса работы двигателя.