СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ ВИБРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F23R3/26 

Изобретение относился к области создания камер сгорания энергетических установок, преимущественно для авиационного авиадвигателестроения, а именное способам определения границы вибрационного горения, основной сгорания турбореактивного двигателя, устройства камеры сгорания, например газотурбинного привода нагнетателя магистрального газа (авиационного типа) на компрессорных станциях газопроводов.

Известен способ определения границы вибрационного горения в камере сгорания кислородно-водородного ЖРД методом снижения температуры впрыскиваемого жидкого водорода до возникновения высокочастотной неустойчивости (1).

Метод снижения температуры водорода (СТВ) успешно применен при оценке устойчивости форсуночной головки крупноразмерного ЖРД J-2 и отборе окончательного варианта высокоэффективной экспериментальной камеры сгорания.

Однако указанным способом можно определить границу вибрационного горения только в очень узком диапазоне изменения параметров - соотношения компонентов и давления в камере сгорания.

Известен также способ определения границ вибрационного горения модельной камеры сгорания и ее устройство, при котором в нее подавалась однородная, бензовоздушная смесь, нагретая до 473К, а продукты сгорания истекали из нерегулируемого соплового насадка с докритической скоростью и определение границы вибрационного горения производили путем изменения состава топливовоздушной смеси при постоянной относительной скорости в диффузоре (2).

Недостатком данного способа и устройства является то, что им можно определить границу вибрационного горения также в относительно узком диапазоне изменения параметров модельной камеры сгорания при больших экономических затратах, т.к. выполняется большое количество трудоемких экспериментов при определении границы вибрационного горения.

Задачей изобретения является расширение области проверки устойчивости рабочего процесса, сокращение затрат и времени при определении границ вибрационного горения в камере сгорания.

Указанная задача достигается тем, что в способе определения границ вибрационного горения камеры сгорания, включающем измерение расхода воздуха и топлива, регистрацию колебаний давления в камере сгорания и параметров камеры при возникновении регулярных колебаний давления путем измерения состава топливовоздушной смеси при фиксированном расходе воздуха, производят ступенчатое изменение расхода топлива и на каждом фиксированном значении расхода топлива изменяют относительную скорость потока в камере путем увеличения и уменьшения площади критического сечения сопла до появления регулярных колебаний давления.

Указанная задача достигается также тем, что на выходе камеры сгорания для определения границ вибрационного горения, содержащей систему подачи воздуха и топлива, систему регистрации параметров камеры и колебаний давления, установлена система для варьирования относительной скоростью потока в камере, причем в камере сгорания для определения границ вибрационного горения система для варьирования относительной скоростью потока выполнена в виде регулируемого сопла с гидравлической системой силового привода, соединенного трубопроводами с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем, закрепленным на корпусе, на линии управления регулятором установлен дроссельный кран, кинематически связанный с ним, а его управляющие элементы связаны электрически через блок управления с датчиком регистрации колебаний давления в камере сгорания и с электроприводом линии перепуска топлива нагнетающего топливного насоса, при этом на линии подачи топлива в камеру сгорания установлен дроссельный кран управления расходом топлива, кинематически связанный с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем. Кроме того, регулируемое сопло может быть выполнено в виде дозвуковой части сопла Лаваля.

Осуществляя ступенчатое изменение расхода топлива и на каждом фиксированном значении расхода топлива изменяя относительную скорость потока в камере до появления регулярных колебаний давления, мы получаем возможность определить границы вибрационного горения камеры сгорания в более широкой области проверки устойчивости рабочего процесса при сокращении затрат и времени на эксперименты.

Выбрав конструкцию системы для варьирования относительной скоростью потока в камере в виде регулируемого сопла с гидравлической системой силового привода, соединенного трубопроводами с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем, закрепленным на корпусе, где на линии управления регулятором установлен дроссельный кран, кинематически связанный с ним, а его управляющие элементы связаны электрически через блок управления с датчиком регистрации колебаний давления в камере сгорания и с электроприводом линии перепуска топлива нагнетающего топливного насоса, при этом на линии подачи топлива в камеру сгорания установлен дроссельный кран управления расходом топлива, кинематически связанный с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем, мы имеем возможность управлять двумя дроссельными кранами подачи топлива в камеру сгорания и регулируемое сопло, через блок управления, работающий по программе, мы получаем возможность с высокой достоверностью и минимальными затратами времени и ресурсов выполнить эксперименты по определению границ вибрационного горения.

Выполнив регулируемое сопло в виде дозвуковой части сопла Лаваля турбореактивного двигателя с гидравлической системой силового привода, мы получаем возможность существенно снизить затраты и сократить сроки на создание установки для определения границ вибрационного горения камеры сгорания, так как отпадает необходимость в изготовлении специального регулируемого сопла для испытания камеры сгорания, создание которого является весьма сложной и трудоемкой задачей.

В целом это обеспечивает достижение цели изобретения - расширение области проверки устойчивости рабочего процесса, сокращение затрат и времени при определении границ вибрационного горения в камере сгорания.

На приведенных чертежах показано устройство для определения границ вибрационного горения камеры сгорания и график, иллюстрирующий положение границ устойчивой работы камеры сгорания.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, с продольным разрезом камеры сгорания, реализующего способ определения границ вибрационного горения.

На фиг.2 - области устойчивого и вибрационного горения камеры сгорания в координатах - относительной скорости воздуха в диффузоре на входе в камеру сгорания, - коэффициента избытка воздуха.

На фиг.3 показан вариант исполнения регулируемого сопла.

Устройство содержит диффузор камеры сгорания 1, трубопровод 2 подвода топлива в камеру сгорания, трубопровод 2 снабжен дроссельным краном 3 управления расходом топлива, кинематически связанный через рычаги 4 с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем 5, закрепленным на корпусе 6. Камера сгорания 7 имеет жаровую часть 6, снабженную датчиками замера параметров работы 9 и пульсаций давления 10. На выходе из камеры сгорания 7 установлено регулируемое сопло 11 с гидравлической системой силового привода 12 с регулируемыми механическими упорами в гидроцилиндрах максимального и минимального по диаметру критического сечения положения створок регулируемого сопла 11, соединенной трубопроводами 13 подачи топлива в силовой привод 12 через дроссельный кран 14 управления расходом топлива, кинематически связанный рычагами 15 с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем 5, а его управляющие элементы 16 через блок управления 17 соединены электропроводами 18, 19 с датчиками регистрации колебаний давления 10 в камере сгорания 7 и с электроприводом 20 линии перепуска топлива 21 нагнетающего насоса 22.

Способ определения границ вибрационного горения камеры сгорания реализуют следующим образом.

Запускают систему подачи воздуха и топлива в камеру сгорания, включают системы регистрации параметров и колебаний давления в камере сгорания, включают систему для варьирования относительной скоростью потока на выходе из камеры сгорания, зажигают камеру сгорания 7, выходят на рабочий режим и при неизменном расходе воздуха производят ступенчатое изменение расхода топлива в камере сгорания 7, изменяя положение дроссельного крана 3, и на каждой ступени при фиксированном значении расхода топлива попеременно изменяют относительную скорость потока в диффузоре 1 камеры сгорания 7 путем увеличения и уменьшения площади критического сечения сопла 11 до появления регулярных колебаний давления.

Устройство регулируемого сопла 11 возможно в виде использования дозвуковой части 23 от полноразмерного сопла Лаваля 24 турбореактивного двигателя с гидравлической системой силового привода.

Источники информации
1. "Неустойчивость горения в ЖРД" под ред. Д.Т. Харрье и Ф.Г. Рирдона. Изд. Мир, Москва, 1975 г., с.806, 807, рис.10.45, 10.46.

2. Кн. "Прикладная математика и теоретическая физика", 1, l967 "О двух режимах работы модельной камеры сгорания как термоакустической автоколебательной системы " В.Е. Дорошенко и др., Москва, с.64 фиг.1, с.68 фиг.4.

Изобретение относится к области создания камер сгорания энергетических установок преимущественно для авиационного авиадвигателестроения, а именно к способам определения границ вибрационного горения основной камеры сгорания турбореактивного двигателя, устройства камеры сгорания, например газотурбинного привода нагнетателя магистрального газа (авиационного типа) на компрессорных станциях газопроводов. Задачей изобретения является расширение области проверки устойчивости рабочего процесса, сокращение затрат и времени при определении границ вибрационного горения в камере сгорания. Указанная задача достигается тем, что выводят камеру сгорания на рабочий режим и на каждом фиксированном значении расхода топлива попеременно изменяют относительную скорость потока в камере путем увеличения и уменьшения площади критического сечения сопла до появления регулярных колебаний давления. Приведена система управления и регулирования устройства для определения границ вибрационного горения в камере сгорания. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения границ вибрационного горения камеры сгорания, включающий измерение расхода воздуха и топлива, регистрацию колебаний давления в камере сгорания и параметров камеры при возникновении регулярных колебаний давления путем изменения состава топливовоздушной смеси при фиксированном расходе воздуха, отличающийся тем, что производят ступенчатое изменение расхода топлива и на каждом фиксированном значении расхода топлива изменяют относительную скорость потока в камере до появления регулярных колебаний давления. 2. Камера сгорания для определения границ вибрационного горения, содержащая систему подачи воздуха и топлива, систему регистрации параметров камеры и колебаний давления, отличающаяся тем, что на выходе из камеры установлена система для варьирования относительной скоростью потока в камере. 3. Камера сгорания для определения границ вибрационного горения по п. 2, отличающаяся тем, что система для варьирования относительной скоростью потока в камере выполнена в виде регулируемого сопла с гидравлической системой силового привода, соединенного трубопроводами с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем, закрепленным на корпусе, на линии управления регулятором установлен дроссельный кран, кинематически связанный с ним, а его управляющие элементы связаны электрически через блок управления с датчиком регистрации колебаний давления в камере сгорания и с электроприводом линии перепуска топлива нагнетающего топливного насоса, при этом на линии подачи топлива в камеру сгорания установлен дроссельный кран управления расходом топлива, кинематически связанный с электрогидродинамическим регулятором-преобразователем. 4. Камера сгорания для определения границ вибрационного горения по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что регулируемое сопло выполнено в виде дозвуковой части сопла Лаваля.