МНОГОРЕЖИМНАЯ ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК АВИАКОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к технике подачи и распиливания жидкости и может быть использовано в авиационном двигателестроении, ракетном двигателестроении, а также в промышленных установках, где требуется подача до трех компонентов топлива в камеру сгорания и регулирование режима работы.
Из уровня техники известна многорежимная форсунка, содержащая внешний корпус, подвижной элемент, а также отверстия для подвода распыливаемого компонента (патент РФ №2285204 «Способ подачи топлива в камеру сгорания и устройство для его осуществления», МПК F23R 3/28, опубл. 10.10.2006).
К недостаткам данной конструкции форсунки следует отнести:
- сложное конструктивное исполнение форсунки, которое ограничивает область ее применения авиационными двигательными установками и промышленными установками,
- конструкция форсунки может обеспечить подачу только одного компонента топлива - горючего,
- имеет малую глубину регулирования расхода распыливаемого компонента.
Данная форсунка не позволяет полностью прекращать подачу распыливаемого компонента.
Из уровня техники известна многорежимная форсунка, выбранная в качестве прототипа, содержащая внешний корпус и внутренний корпус, выполненный с тангенциальными отверстиями и размещенным в нем подвижным элементом, при этом внешний и внутренний корпус образуют полость, являющуюся кольцевым соплом форсунки (Добровольский М.В. «Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для
вузов.» - 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. Д.А.Ягодникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. - 488 с.: ил. - стр.113).
К недостатками устройства, принятого за прототип, следует отнести:
- данная конструкция форсунки не позволяет подавать три различных компонента (например, воздух, метан, кислород), рассчитана на один режим работы и не допускает глубокого регулирования подачи компонентов;
- не позволяет прекращать подачу одного из компонентов;
- не может обеспечить многорежимность работы двигательной установки, так как конструкция не позволяет обеспечивать глубокое регулирование расходов компонентов топлива, включая полное прекращение подачи одного из компонентов.
В целом же, известные конструкции форсунок не могут быть использованы в перспективных авиакосмических двигательных установках в силу несовершенства их конструкции.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции многорежимной топливной форсунки, позволяющей производить глубокое регулирование работы двигательной установки, обеспечивающей автоматическое поддержание заданного режима работы, а также способной прекращать подачу одного из компонентов топлива.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемой многорежимной форсунке двигательных установок авиакосмических систем, содержащей внешний корпус, внутренний корпус для подвода распыливаемого компонента, выполненный с тангенциальными отверстиями и размещенными в нем подвижным элементом и уплотняющим элементом, при этом внешний и внутренний корпус образуют полость, являющуюся кольцевым соплом форсунки, согласно полезной модели тангенциальные отверстия выполнены с разными диаметрами, а в кольцевом сопле форсунки выполнен шнековый завихритель.
При этом во внутреннем корпусе форсунки может быть размещен регулирующий элемент, выполненный в виде пружины, а в шнековом завихрителе выполнены отверстия.
Предпочтительно при этом во внешнем корпусе выполнить тангенциальные отверстия для подвода распыливаемого компонента.
Выполнение тангенциальных отверстий, имеющих разные диаметры, во внутреннем корпусе необходимо для обеспечения подачи распыливаемого компонента во внутреннюю полость внешнего корпуса - кольцевое сопло форсунки, а форма отверстий и различные диаметры отверстий обеспечивают начальную закрутку распыливаемого компонента. Дальнейшую закрутку компонента обеспечивает шнековый завихритель, расположенный в кольцевом сопле форсунки. Таким образом, применение закрутки потока компонента обеспечивает увеличение угла распыла компонента, что позволяет сделать камеру сгорания двигательной установки более компактной.
Данная конструкция форсунки является двухрежимной: нерабочее состояние - компонент не поступает, а рабочее - регулируемое состояние.
Данная топливная форсунка позволяет производить глубокое регулирование работы двигательной установки, обеспечивать автоматическое поддержание заданного режима работы, а также способна прекращать подачу компонента топлива.
Размещение во внутреннем корпусе форсунки регулирующего элемента, выполненного в виде пружины необходимо для предварительной настройки и программирования работы форсунки в соответствии с работой двигательной установки.
Выполнение в шнековом завихрителе отверстий необходимо для подачи второго компонента и дальнейшую его закрутку. Таким образом, форсунка является двухкомпонентной и многорежимной.
Данная топливная форсунка позволяет производить глубокое регулирование работы двигательной установки, обеспечивать
автоматическое поддержание заданного режима работы, изменяя соотношение поступающих через форсунку компонентов, а также способна прекращать подачу одного из этих компонентов топлива.
Предпочтительно также в конструкции двухкомпонентной форсунки выполнить тангенциальные отверстия во внешнем корпусе для подвода распыливаемого компонента, следовательно, форсунка становится трехкомпонентной, многорежимной. Выполнение отверстий тангенциальными необходимо для обеспечения закрутки потоков и лучшего перемешивания компонентов. В этом случае топливная форсунка позволяет обеспечить подачу сразу трех различных компонента топлива, позволяет обеспечить глубокое регулирование работы двигательной установки и автоматическое поддержание заданного режима работы, изменяя соотношение двух поступающих через форсунку компонентов, а также способна прекратить подачу одного из этих компонентов топлива.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить конструкцию форсунки, увеличить надежность работы.
Заявляемое конструктивное исполнение форсунки иллюстрировано на следующих чертежах:
фиг.1 - продольный разрез однокомпонентной многорежимной форсунки,
фиг.2 - продольный разрез двухкомпонентной многорежимной форсунки,
фиг.3 - продольный разрез трехкомпонентной многорежимной форсунки.
Однокомпонентная многорежимная форсунка двигательных установок авиакосмических систем содержит (фиг.1) внешний корпус 1, внутренний корпус 2, подвижной элемент 3 (далее по тексту поршень 3), уплотняющий элемент 4. Во внутреннем корпусе 2 выполнены тангенциальные отверстия 5. Внешний корпус 1 и внутренний корпус 2 образуют полость, являющуюся кольцевым соплом форсунки 6, в котором выполнен шнековый завихритель
7. Во внутреннем корпусе размещен регулирующий элемент, выполненный в виде пружины 8.
Компонент топлива в поступает в полость внутреннего корпуса 2 и давит на подвижный поршень 3. Положение поршня зависит от соотношения давления поступающего компонента и силы давления регулировочной пружины 8. Таким образом, осуществляется автоматическая регулировка подачи компонента. Во внутреннем корпусе 2 выполнены тангенциальные отверстия 5 различных диаметров. Через них осуществляется подача компонента во внутреннюю полость внешнего корпуса 1 и его начальная закрутка. Дальнейшую закрутку обеспечивает шнековый завихритель 7. При уменьшении давления подачи компонента пружина 8 прижимает поршень 3 к уплотняющему элементу 4, тем самым, прекращая подачу компонента. Подача компонента в камеру сгорания двигательной установки осуществляется через кольцевое сопло 6.
На фиг.2 представлена конструкция двухкомпонентной многорежимной форсунки двигательных установок авиакосмических систем, в шнековом завихрителе 7 которой выполнены отверстия 9.
В соответствии с этим форсунка работает следующим образом.
Отличительной особенностью данной форсунки является то, что положение регулирующего поршня 3 определяется соотношением давлений двух поступающих в полость внутреннего корпуса 2 компонентов. Подвод второго компонента к полости внутреннего корпуса 2 осуществляется через выполненные в шнековом завихрителе 7 отверстия 9. Это позволяет регулировать подачу сразу двух компонентов в камеру сгорания. Но данная форсунка также может работать и в двух предельных режимах, когда осуществляется подача только одного компонента. Два уплотняющих элемента 4, выполненные на концах внутреннего корпуса 2, позволяют поршню 3 обеспечить герметичное перекрытие подачи того или иного компонента, когда он находится в крайних положениях.
На фиг.3 представлена конструкция трехкомпонентной многорежимной форсунки, во внешнем корпусе которой выполнены тангенциальные отверстия 10 для подвода третьего распыливаемого компонента.
В трехкомпонентной многорежимной форсунке подача всех компонентов топлива в камеру сгорания осуществляется через один конструктивный элемент, что упрощает конструкцию форсунки и увеличивает ее надежность.
Заявляемая конструкция многорежимной форсунки двигательных установок авиакосмических систем позволяет производить глубокое регулирование работы двигательной установки, обеспечивающей автоматическое поддержание заданного режима работы, а также способной прекращать подачу одного из компонентов топлива.
Предлагаемая конструкция форсунки может использоваться не только в авиакосмической промышленности, но также может найти применение и в различных установках общего применения, где требуется обеспечить подачу до трех компонентов топлива в камеру сгорания (промышленные газотурбинные установки, теплогенераторы).