ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F23D11/10 

Изобретение относится к авиационному моторостроению, в частности к газотурбинным двигателям и может быть использовано в изделиях, работающих в широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха с запыленностью.

Известна топливная форсунка со вдувом воздуха в факел распыла воздуха с целью турбулизации распыла топлива.

Известна топливная форсунка с воздушным распылом, содержащая кольцевой канал для подачи топлива и два кольцевых канала для подачи воздуха.

Известна многоканальная топливная форсунка, которая с целью уменьшения опасности закоксовывания, снабжена каналом для подачи сжатого воздуха, турбулизирующего факел топливовоздушной смеси.

Но для изделий, работающих в условиях запыленного воздуха, применять вдув воздуха в факел распыла топлива, особенно при наличии тангенциальных каналов, нежелательно, т. к. при этом происходит быстрое засорение каналов вдува пылью.

Поэтому при работе в запыленной среде применяют топливные форсунки, у которых воздух используют только для обдува торцев форсунок, что стабилизирует положение факела распыла топлива, а также предохраняет от образования нагара на срезах сопел форсунок.

Образование нагара приводит к изменению положения конусов распыла (перекосам), что может привести к прогару фронтового устройства и жаровой трубы камеры сгорания.

Известна топливная двухканальная форсунка, у которой наружный топливный канал выполнен коническим.

Известны топливные форсунки, обеспечивающие запуск двигателя в широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха благодаря наличию наружного кожуха с полостью и соплом обдува воздухом срезов сопел форсунки.

Канал обдува у известной форсунки выполнен криволинейным с двумя поворотами ≈на 90^о, при этом выходная часть канала направлена под углом ≈90^о к оси форсунки. Известная топливная форсунка внедрена на одном из изделий, разработанных предприятием, и принята за прототип.

При работе в условиях запыленного воздуха при такой системе каналов, состоящей из двух поворотов на ≈90^о, наблюдается засорение пылью как самого канала обдува, так и оседание пыли на торцах форсунок, что приводит к перекосам факела распыла, и, как следствие, к прогару фронтового устройства камеры сгорания и жаровой трубы.

Канал обдува в форсунке прототипа имеет недостаток, а именно, в процессе движения по каналу воздух дважды изменяет направление движения, что является источником отложения пыли в канале с последующим частичным или полным перекрытием канала пыли, что приведет к частичному или полному нарушению обдува форсунки.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, обеспечение надежности работы форсунки в условиях запыленного воздуха, уменьшение оседания пыли на торцах сопел форсунки и устранения засорения каналов обдува.

Для достижения цели изобретения в топливной форсунке с кожухом обдува, канал обдува выполнен прямолинейным и конфузорным для обеспечения безотрывного течения воздуха в канале, образованном двумя коническими поверхностями, образующие которых пересекаются в точке, расположенной на оси форсунки за срезом топливных сопел, а выходные кромки этих поверхностей расположены примерно на одинаковом расстоянии от точки пересечения их образующих, для уменьшения турбулизации, вытекающего из канала воздуха.

В предложенном решении созданы условия для исключения осаждения пыли, включающие: прямолинейность траектории движения воздуха, отсутствие застойных зон, безотрывность течения и отсутствие турбулизации потока. Отбор воздуха в канал обдува осуществляется из цилиндрического канала, окружающего форсунку и служащего для подвода воздуха в камеру сгорания, на входе в канал обдува происходит частичная сепарация пыли, которая по инерции продолжает двигаться по цилиндрическому каналу в камеру, а более чистый воздух поступает в канал обдува.

Назначение канала обдува: улучшение распыла на запуске и дроссельном режиме, т. к. обдув устраняет залипание (прилипание) слабого конуса распыла к торцу форсунки и стекание капель, наблюдающиеся вследствие малого расхода топлива и малого перепада давления на форсунке.

На чертеже изображена топливная форсунка с наружным кожухом в разрезе, общий вид.

Топливная форсунка содержит корпус 1, в который установлены сопло 2 внутреннего контура, являющееся одновременно завихрителем наружного контура, и завихритель внутреннего контура 3. На корпус 1 надето сопло наружного контура 4. К корпусу 1 сопло 4 присоединено, например, посредством резьбового соединения 5 с оплавлением буртиков 6 (для обеспечения герметичности).

Кожух обдува 6 надет на сопло 4 и соединен с ним, например, посредством пайки.

Канал обдува 7 образован внутренней конической поверхностью 8 с углом конуса ≈75^о и наружной конической поверхностью 9 с углом конуса ≈100^о.

Обе конические поверхности образуют сходящийся к срезу сопла канал обдува. Такая форма канала исключает повороты запыленного воздуха и укорачивает путь его, что уменьшает вероятность возникновения застойных зон в канале обдува. Образующие конических поверхностей пересекаются в точке А, расположенной на оси форсунки за срезом топливных сопел, выходные кромки этих поверхностей расположены примерно на одинаковом расстоянии от точки А.

Кроме того, между срезами сопел форсунки и направлением обдува образуется угол ≈50^о (вместо 0^о), что способствует сносу пыли по потоку, уменьшая вероятность оседания ее на срезах сопел.

Форсунка работает следующим образом:
по каналам завихрителей 3 и 4 через сопла топливо впрыскивается в камеру сгорания, по каналу 7 поступает воздух на обдув срезов сопел форсунки. Направление движения воздуха показано стрелками.

Длительные (76 ч) испытания изделия с предложенной форсункой показали, что при работе с запылением воздуха наличие пыли в каналах обдува форсунок и на торцах сопел форсунки, а также перегрев и обогревание фронтового устройства и жаровой трубы не наблюдается.

При длительных испытаниях с запылением воздуха (80-120 ч) изделия с форсунками, у которых канал обдува выполнен криволинейным с двумя поворотами, наблюдалось наличие пыли на торцах форсунок, засорение канала обдува, прогар фронтового устройства и жаровой трубы камеры сгорания.

(56) Карабин А. И. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках, М. : Металлургиздат, 1957, с. 157.

Хавкин Ю. И. Центробежные форсунки, М. : Машиностроение, 1976, с. 167.

Бородин В. А. Распыливание жидкостей, М. : Машиностроение, М. : 1971, с. 252.

Авторское свидетельство СССР N 1058392, кл. F 23 D 11/04, 1982.

Использование: в авиационном моторостроении, в частности в газотурбинных двигателях, работающих в широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха с запыленностью. Сущность изобретения: канал 7 обдува образован внутренней поверхностью кожуха 6 и наружной поверхностью корпуса 1 и выполнен конфузорным, указанные поверхности кожуха и корпуса выполнены коническими с образующими, пересекающимися в точке, расположенной на оси форсунки за срезом топливного сопла 4, а выходные кромки этих поверхностей расположены примерно на одинаковом расстоянии от точки пересечения их образующих. 1 ил.

ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащая корпус с выходным топливным соплом и наружный кожух, охватывающий корпус с образованием канала обдува среза топливного сопла, сообщенный с источником воздуха, причем внутренняя поверхность кожуха и наружная поверхность корпуса, образующие канал, выполнены коническими, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы в условиях запыленного воздуха, канал обдува выполнен конфузорным, указанные конические поверхности кожуха и корпуса выполнены с образующими, пересекающимися в точке, расположенной на оси форсунки за срезом топливного сопла, а выходные кромки этих поверхностей расположены на одинаковом расстоянии от точки пересечения их образующих.