Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Эффективность воздействия обдувочного воздуха как средства уменьшения среднего размера капель изучалась в случаях закрученного и незакрученного потока воздуха 174). Установлено, что закрученный поток уменьшает средний размер Оав (например, в одном из исследованных случаев с 171 до 126 мкм) и способствует раскрытию факела в форме тюльпана при низком давлении подачи топлива.
На )гежиме нормальной работы форсунки обдув не влияет на угол конуса распыла. Менее эффективно применение незакрученного потока воздуха (17аа уменьшается с 171 до 149 мкм); оно приводит к уменьшению угла конуса распыла на ЛО до 30' при самых малых расходах топлива. Следовательно, обдув форсунки воздухом является средством изменения угла конуса распыла. Установлено [75], что количество движения обдувочного воздуха р„, 17'„, пропорционально Р,,„, а количество движения топливного факела пропорционально Р'„,, Таким образом, отношение этих количеств движения возрастает с уменьшением давления в камере и максимально при самом низком рабочем давлении. Это важно для авиационных двигателей, так как при использовании незакрученного обдувочного воздуха уменьшается угол конуса распыла на больших высотах полета по сравнению с его значением в наземных условиях, что увеличивает пределы устойчивого горения и диапазон надежного повторного высотного запуска.
Для работы при высоком давлении воздуха в двигателе желательно иметь широкий факел распыла топлива, что обеспечивает минимальное содержание дыма в выхлопных газах. Если используютсядвухсопловые или двухступенчатые форсунки, то отношение количеств движения обдувочного воздуха и аэрозоля достигает максимального значения не при минимальном, а некотором промежуточном расходе топлива. В процессе доводки камер сгорания важно определить расход топлива, при котором уменьшение угла конуса распыла обдувочным воздухом еще не вызывает неустойчивости горения. Эта проблема не возникает, если угол конуса распыла всегда больше 60'.
27в 420 гпава 40 Подводя итог, можно сказать, что кроме основной функции защиты форсунки от нагрева и нагара обдувочный воздух позволяет повысить качество распыливания при малом расходе топлива и поэтому расширить пределы бедного срыва и улучшить характеристики запуска. Однако следует помнить, что чрезмерное количество незакрученного обдувочного воздуха уменьшает угол конуса распыла и приводит к неустойчивому горению. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ФОРСУНКИ Основной недостаток одноступенчатой форсунки состоит в том, что обеспечиваемый ею расход топлива изменяется пропорционально корню квадратному из перепада давлений.
Следовательно, удвоение расхода топлива требует увеличения этого перепада в 4 раза. В случае подачи керосина минимальное значение перепада давлений для получения удовлетворительного распыливання составляет около 100 кПа. Это означает, что увеличение расхода топлива, например, в 20 раз потребует повышения перепада до 40000 кПа. Такой существенный недостаток одноступенчатой форсунки вызвал интерес к регулируемым форсункам — двухступенчатым, двухсопловым и с перепуском топлива, в которых изменение расхода топлива в 20 раз можно получить при давлении подачи, не превышающем 7000 кПа.
Конструкции таких форсунок анализируются в работах [9, 49, 52, 53, 60, 76 — 78). Двухступенчатая форсунка Основное отличие двухступенчатой форсунки от одноступенчатой состоит в использовании двух рядов.тангенциальных каналов. Один ряд служит для подачи малого (дежурного) расхода топлива на режиме малого газа или при работе двигателя на большой высоте полета, а второй — для подачи топлива с большими расходами на основных режимах. На режиме малой тяги подачу топлива в основной трубопровод второго канала закрывает подпружиненный клапан. Этот клапан открывается при заданном повышении давления подачи топлива, после чего оба канала остаются открытыми. На рис.
10.18 показана схема конструкции такой двухканальной форсунки, а на рис. 10.19 — сравнение гидравлических характеристик одноканальной и двухканальной форсунок, из которого видно значительное преимущество последней, особенно при малых расходах топлива. Например, при расходе топлива, равном 1О 4/4 его максимального значения, перепад давлений на двухканальной форсунке в 8 раз больше, чем на одноканальной. В соответствии с формулой (10.31) такое увеличение пере- Подача топлива 421 Рис. 10.20. Двухколлекторная система двухканальных форсунок. 1 †топливн насос; 2 †клап: 3 †основное топливо;4 в дежурное топливо:  †двухканальные форсунки.
Рис. !0.21. Клапан для перераспределения топлива. 1 †стой длн подачи топлива к форсунке; 2 — клапан: 2 — коллектор дежурного топливвт 4 †коллект основного топлива. нада давлений почти втрое повышает качество распыливання. Лналогичным преимуществом обладает и двухсопловая форсунка, описание которой будет дано в следующем разделе. демурлав, ааллива Одним из недостатков двухканальной форсунки является амсолалвиваае йу тенденция к уменьшению угла;,х;и, факела распыла примерно на 20' при включении второго Рнс. 10.18.
Двухстуиенчвтая 1двухкаканала вследствие увеличения наливая) форсунка отношения Аф/Р,й, (см. рис.,: 100 10А10). Эту трудность можно преодолеть, если расположить ч ад ВО тангенциальные каналы подачи оа дежурного топлива на цн- '3 линдрической поверхности й меньшего диаметра. При этом крутка потока и угол топливного факела дежурного топ- $ лива сначала уменьшаются, а затем остаются неизменными. Й На рис. 10.20 показана схе- св О 20 .ао зо зз 100 ма устройства с общим клапа- Ожнаситвльнае давление подачи ном для нескольких форсунок. Клапан регулирует распреде- Рис. 10.19. Расходные характеристики ление дежурного и основного одноканальной и двухканальной фортоплива между двумя топлив- — одноканальнан форсунка: — -- двух- НЫМИ КОЛЛЕКтОРамИ.
ОДНаКО канальна» форсунка. на режиме малой тяги в такой системе может происходить перетекание топлива через основной топливный коллектор. Эту трудность можно Глава ча устранить установкой клапана на каждой форсунке (рис. 10.21) . В другой системе двухканальных форсунок используется общий коллектор для дежурного и основного топлива с клапанами у каждой форсунки.
При повышении давления подачи увеличение расхода топлива происходит с открытием клапанов под действием давления в коллекторе. Обычно давление открывания клапанов составляет около 700 кПа, поэтому на режиме малого газа при наземной работе двигателя и при неполной нагрузке в высотных условиях в камеру поступает лишь дежурное топливо и также обеспечивается хорошее распыливание. Двухканальные форсунки проектируются теми же методами, что и одноканальные. Однако если нужно сохранить постоянный угол конуса распыла, то при расположении каналов для дежурного топлива на меньшем радиусе необходим специальный анализ !521.
Двуксопковая форсунка На рис. 10.22 схематично показано устройство так называемой двухсопловой форсунки, которая, по существу, состоит из двух односопловых форсунок, расположенных одна внутри другой таким образом, что фа- 00Н06Н06 кел распыла дежурного топлиЛОООиоа ва находится внутри факела Аелурноо основного топлива. При малом а000060 расходе все топливо поступает во внутреннее сопло, имеющее Рис. 1022.
Лвухсопловая форсунка. низкий параметр расхода. При повышении давления подачи топлива до некоторого заданного уровня открывается клапан подвода топлива во внешнее сопло с высоким значением параметра расхода. Этот уровень давления для различных двигателей находится в диапазоне от !400 до 3000 кПа. В двухсопловой форсунке обеспечивается высокое качество распыливания топлива при низких расходах благодаря большому перепаду давлений в узких тангеициальных каналах внутренней форсунки. В момент открытия клапана основного топлива качество распыливания ухудшается вследствие невысокого давления подачи основного топлива, а затем с ростом расхода распыливание улучшается.
Для повышения качества распыливания сразу после открытия клапана обычно увеличивают угол факела распыла дежурного топлива до значения, немного превышающего угол факела основного топлива, с тем, чтобы они, сливаясь на малом расстоянии от форсунки, обменивались энергией. При этом распыливание топлива несколько улучшается. Подача топлива Проведен анализ условий распыливания в указанном критическом диапазоне расходов в предположении слияния факелов н обмена их количествами движения [75). В результате получено следующее выражение: др 4аРвеи ((1 1 т7)оэ 1)т ( 10.36) Форсунка с перекускам В отличие от одноканальной форсунки на внешней стенке камеры закручивания этой форсунки имеется кольцевая щель, через которую топливо перепускается из камеры закручивания (рис.
10.23) (см. 153, 77, 79, 801). Подача топлива осУще- попов ствляется под высоким давле- и, „„„,„ нием и с большим расходом. Доля топлива, поступающего в камеру сгорания, регулируется вентилем на линии перепуска. рпс. 10.23. схема форсунка с перепу- Для уменьшения расхода топ- свои топлива. лива в высотных условиях полета или на малых оборотах двигателя количество перепускае- мого топлива увеличивают.
Постоянное высокое давление подачи обеспечивает большую крутку и эффективное распыли- вание топлива даже при довольно малых расходах. Таким Здесь дР,„, — эквивалентный перепад давлений подачи всего топлива, ДЄ— перепад давлений подачи дежурного топлива, )т' — отношение параметров расхода для основного и дежурного топлив. Следовательно, при любой комбинации параметров расхода и давления открытия клапана можно из формулы (10.26) или (10.31) вычислить средний размер капель, зная минимальное значение ДР„,.
(Для обеспечения горения керосина с высокой полнотой сгорания величина ДР„, должна быть не меньше 140 кПа.) Наихудшие условия распыливания возникают при отношении расходов основного и дежурного топлив, равном 1 )э)о,в В работе (75) исследовано влияние силы тяжести на распределение топлива в многофорсуночных системах, используемых в большинстве авиационных двигателей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
