Устройство испытания топливовоздушной форсунки

Устройство испытаний топливовоздушной форсунки относится к области испытательной техники авиадвигателестроительной отрасли и предназначено для определения эффективности сжигания углеводородного топлива топливовоздушной форсункой, например, в камерах сгорания газотурбинных двигателей, где требуется надежность запуска, низкая концентрация вредных загрязняющих веществ, устойчивый процесс горения и высокая полнота сгорания.
Известен отсек камеры сгорания (Мингазов Б.Г. - Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2004.) представляющий отсек камеры сгорания который состоит из корпуса с диффузором, жаровой трубы с фронтовой плитой в которую установлен лопаточный завихритель с центробежной форсункой. Подвод воздуха в зону догорания осуществляется через пояса отверстий в стенках жаровой трубы. Подвод охлаждающего воздуха производится через пояса мелких отверстий в выштамповках стенок жаровой трубы. Зажигание топливовоздушной смеси осуществляется свечой поверхностного разряда.
В данном отсеке камеры сгорания:
- отсутствует возможность оперативной замены форсунки и завихрителя во фронтовой плите отсека камеры сгорания;
- нет возможности замены стенки жаровой трубы с другими диаметрами и количеством отверстий;
- отсутствует эффективная система розжига топливо - воздушной смеси;
- отсутствует возможность имитации поджатая потока сопловым аппаратом турбины;
- отсутствует возможность изучения влияния диффузора на параметры горения;
- отсутствует возможность измерения параметров в тракте жаровой трубы.
Известен также способ доводки камеры сгорания газотурбинного двигателя (патент SU №1 176 692 А1, Опубликовано: 10.12.2005, Бюл. №34) который, включает испытания отсеков различных модификаций камеры сгорания, которые предварительно собирают в полноразмерную камеру сгорания, а испытания проводят одновременно всех отсеков в составе этой камеры сгорания.
Однако этот способ доводки камеры сгорания газотурбинного двигателя является сложным при обеспечении расхода воздуха, заданного для испытания полноразмерной камеры сгорания из-за затруднительного определения характеристик и последующего сравнения их с заданными характеристиками, так как влияние одних частей сектора камеры на соседние части исказит истинные значения измеренных параметров.
Из исследованного уровня техники выявлено наиболее близкое и аналогичное техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением, как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно известен «Стенд для испытаний камер сгорания газотурбинных двигателей (патент RU 178 985 U1, МПК G01M 15/00, опубликовано: 24.04.2018, Бюл. №12), содержащий кожух с размещенной в его полости испытуемой камерой сгорания, подсоединенными к нему и сообщающиеся с ним на входе - трубопровод подвода воздуха, на выходе - коллектор впрыска воды и охлаждаемый газоотводящий канал с установленным в нем регулирующим дросселем.
В данном устройстве отсутствует возможность осуществления оперативной замены элементов конструкции камеры сгорания, таких как жаровая труба, топливовоздушная форсунка, воспламенитель.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является создание устройства для испытания топливовоздушных форсунок с высокими техническими характеристиками.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является: повышение надежности и точности проведения испытаний топливовоздушных форсунок в широком диапазоне режимных параметров и расширение диапазона геометрических конструкций испытуемых топливовоздушных форсунок, за счет разборной конструкции устройства и обеспечения возможности оперативной замены испытуемого объекта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве испытаний топливовоздушной форсунки, содержащей кожух в виде отсека камеры сгорания, на входе имеется канал подвода воздуха, а на выходе установлен газоотводящий патрубок с регулируемой заслонкой, новым является то, что в полости отсека камеры сгорания размещена жаровая труба с отверстиями для подвода воздуха и фронтовая плита с испытуемой топливовоздушной форсункой, отсек камеры сгорания имеет съемную стенку, на которой расположены датчики давления и температуры, а в жаровой трубе выполнены соответствующие им отверстия, в центральной части фронтовой плиты выполнена кольцевая прорезь для подвода воздуха в испытуемую топливовоздушную форсунку, а на периферии фронтовой плиты выполнены дугообразные кольцевые прорези, сообщенные с каналом подвода воздуха и кольцевым зазором между внутренней поверхностью отсека камеры сгорания и наружной поверхностью жаровой трубы, в диффузоре установлены приемник давления и термопара, а в газоотводящем патрубке установлен газоотборный зонд.
Отсек камеры сгорания выполнен цилиндрической формы.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом.
На фиг. 1 приведено устройство испытаний топливовоздушной форсунки.
На фиг 2 - разрез по воспламенителю.
На фиг. 3 - разрез с установленным приемником давления.
Устройство испытаний топливовоздушной форсунки (Фиг. 1) состоит из съемного диффузора 1, образующего канал подвода воздуха, с установленным датчиком давления 2 (Фиг. 3) и датчиком температуры 3. Жаровая труба 4 цилиндрической формы с отверстиями 5 для подвода воздуха в зону горения и смешения. Кожух в виде отсека камеры сгорания 6 является силовым элементом, к которому подсоединяется диффузор 1 и фронтовая плита 7. В центральной части фронтовой плиты 7 установлена испытуемая топливовоздушная форсунка 9, вокруг которой выполнена кольцевая прорезь 8 для подвода к ней воздуха из канала подвода воздуха (диффузора 1). Фронтовая плита 7 выполнена круглой формы. В периферийной части фронтовой плиты 7 имеются дугообразные кольцевые прорези 10, сообщенные с каналом подвода воздуха и кольцевым зазором 11 между внутренней поверхностью отсека камеры сгорания 6 и наружной поверхностью жаровой трубы 4. Отсек камеры сгорания 6 имеет съемную стенку, на которой расположены штуцера 20 для установки датчиков давления 2 и температуры 3, а в жаровой трубе 4 выполнены соответствующие им отверстия 23, через которые осуществляется замер параметров в полости жаровой трубы 4.
Топливо при помощи штуцера 12 подается в топливный канал 13 во фронтовой плите 7, подводящий топливо к топливовоздушной форсунке 9. Розжиг производится при помощи воспламенителя 14 (Фиг. 2). Выходная часть жаровой трубы 4 фиксируется при помощи фланца 15 подсоединяемого к отсеку камеры сгорания 6. Другая часть жаровой трубы 4 центрируется путем установки на кольцевой бурт 16 расположенный во фронтовой плите 7. На выходе из жаровой трубы 4 установлен газоотводящий патрубок 17 с расположенным в нем газоотборным зондом 18 и регулируемой заслонкой 19. Для измерения параметров в жаровой трубе 4, на съемной стенке отсека камеры сгорания 6 размещены штуцера 20, уплотнение которых производится при помощи уплотнительных колец 21 и прокладок 22. Через отверстия 23 осуществляется установка необходимых датчиков.
Устройство работает следующим образом.
Подводимый воздух проходит через диффузор 1 к жаровой трубе 4 через кольцевой зазор 11, образованный отсеком камеры сгорания 6 и жаровой трубой 4, разделяется на два потока - первичный и вторичный.
Первичный поток (Фиг. 1.) движется через кольцевую прорезь 8 в топливовоздушную форсунку 9 и проходит в жаровую трубу 4. Топливо через канал 13 выходит из форсунки 9 и так же подается в жаровую трубу 4, где образуется топливовоздушная смесь, которая поджигается воспламенителем 14.
Вторичный поток, пройдя дугообразные кольцевые прорези 10, попадает в полость 11 в жаровую трубу 4 через отверстия 5. В отсеке камеры сгорания 6 продукты сгорания попадают в газоотводящий патрубок 17, где газоотборным зондом 18 производится отбор продуктов сгорания. Регулируемой заслонкой 19 производится изменение давления внутри устройства. Для измерения параметров в жаровой трубе 4, на съемной стенке отсека камеры сгорания 6 размещены штуцера 20, в которые устанавливаются датчики давления и температуры для замера параметров внутри жаровой трубы 4 через отверстия 23.
Имитация поджатая воздушного потока обеспечивается установкой на выходе жаровой трубы 4 газоотводящего патрубка 17 с регулируемой заслонкой 19 и газоотборным зондом 18. Изучение влияния диффузора 1 на параметры горения обеспечивается установкой заменяемого диффузора любого геометрического профиля с установленным датчиком давления 2 и датчиком температуры 3. Измерение параметров обеспечивается наличием на съемной стенке камеры сгорания 6 штуцеров, через которые осуществляется установка необходимых датчиков.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет проводить испытания топливовоздушных форсунок различных геометрических конструкций, за счет разборной конструкции установки, а также повысить надежность и точность проведения испытаний топливовоздушных форсунок в широком диапазоне режимных параметров.