Топливная форсунка основной камеры сгорания

Полезная модель относится к области авиационного двигателестроения, в частности, к основным камерам сгорания газотурбинных двигателей, точнее, к форсункам для распыливания жидкого топлива.
Процессы смесеобразования в камерах сгорания газотурбинных двигателей существенно влияют на организацию горения, надежность и экономичность работы камер сгорания, термический режим отдельных элементов двигателей.
Большинство современных газотурбинных двигателей снабжено центробежными механическими форсунками, например, центробежного типа или с аэродинамическим распылом.
Обладая простой конструкцией и надежностью в эксплуатации, форсунки должны обеспечивать заданный диапазон расхода при обеспечении требуемых значений угла распыливания и размеров капель при равномерном распределении топлива в факеле распыла, который создает зону обратных токов для удержания зоны горения.
Для обеспечения заданных требований форсунки выполняются центробежными двухканальными (см., например, книгу «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей» под ред. Хронина Д.В. - М.: Машиностроение, 1989, с. 412). Недостатком указанных форсунок является плохое распыливание на пониженных режимах работы двигателя при малых давлениях топлива в основном контуре. Угол конуса распыливания изменяется при изменении режимов работы двигателя.
При мало- и средненапорных системах топливоподачи расход топлива может колебаться вследствие изменения давления газов в камере сгорания, вызывая периодическое изменение параметров (см., например, книгу «Камеры сгорания газотурбинных двигателей». Пчелкин Ю.М. - М.: Машиностроение, 1984. - с. 243.).
Известна центробежная форсунка с поршнем, который при увеличении давления подачи топлива и его расхода открывает дополнительные входные каналы в камеру закрутки центробежной форсунки (см., например, книгу «Центробежные форсунки». Хавкин Ю.И. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1976 - 88 с). Недостатком такой форсунки является снижение угла конуса распыливания при увеличении давления топлива на входе в форсунку. В этом случае снижается диапазон рабочих режимов двигателя, где возможно воспламенение топливовоздушной смеси от свечей зажигания, поскольку факел распыла топлива значительно отходит от свечей. При малых расходах угол распыливания, как и у всех центробежных форсунок, уменьшается при ухудшении качества распыливания с образованием крупных капель топлива.
Задачей полезной модели является получение стабильного угла конуса распыливания топлива с оптимальным размером капель, как при запуске двигателя, так и во всем диапазоне рабочих режимов.
Поставленная задача решается тем, что в конструкции форсунки используется конический клапан тарельчатого типа, удерживающийся в закрытом состоянии с помощью пружины, открывающийся при достижении определенного давления топлива, необходимого для обеспечения качественного распыливания.
m
кс
0
По мере увеличения перепада давления топлива ΔΡ между подводящим коллектором Р и камерой сгорания Р происходит открытие клапана при заданной величине перепада давления ΔP, определяемой усилием затяжки пружины, и топливо выходит в зазор между клапаном и седлом направляющей втулки. Угол конуса распыливания определяется геометрией этих элементов. Качество распыливания обеспечивается перепадом давления даже при малых расходах топлива.
m
з
Поскольку дальнейшее увеличение расхода G вызывает нарастание перепада давления на форсунке ΔР, происходит перемещение клапана за счет сжатия пружины и увеличивается площадь зазора F между клапаном и седлом. Расход топлива, таким образом, зависит не только от перепада давления, но и от площади зазора
m
где G - расход топлива;
з
F - площадь проходного сечения форсунки;
m
кс
ΔP=Р-Р - перепад давления на проходном сечении форсунки.
з
Характеристика расхода изменяет наклон при изменении жесткости пружины, так как это влияет на ход клапана заданном давлении и F.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлены:
Фиг. 1 Разрез форсунки с тарельчатым клапаном.
Фиг. 2 Распыл топлива при открытии клапана.
Топливная форсунка с тарельчатым клапаном состоит из корпуса 1 с каналом подвода топлива 2, резьбового фильтра топлива 3 с жиклером отвода охлаждающего топлива 4, опоры пружины 5, пружины 6, тарельчатого клапана 7, направляющей втулки 8, втулки с седлом 9, противонагарного колпачка 10. Опора пружины 5 фиксируется с помощью стопорного кольца 11, устанавливаемого в канавке на штоке клапана 7. Канал слива 12 предназначен для охлаждения форсунки после останова двигателя путем отвода нагретого топлива в полость слива.
Поступающее в канал подвода 2 корпуса 1 топливо проходит через резьбовой фильтр 3 и по продольным каналам направляющей втулки 8 попадает в полость, ограниченную направляющей втулкой 8, втулкой с седлом 9 и тарельчатым клапаном 7.
Герметичность обеспечивается прилеганием клапана 7 к конусу втулки с седлом 9 и затяжкой пружины 6.
Регулирование затяжки пружины выполняется подбором толщины опоры пружины 5, охватывающей стопорное кольцо 11, и определяет давление момента открытия клапана ΔPο.
Подвод расхода топлива под клапан 7 вызывает нарастание давления и открытие кольцевого зазора при достижении ΔPо. Угол конуса распыливания близок к углу конуса клапана 7 и втулки с седлом 9.
Дальнейшее увеличение расхода топлива приводит к увеличению перепада на тарельчатом клапане 7, сжатию пружины 6 и открытию клапана 7 на больший зазор. Качество распыливания при этом улучшается за счет увеличения перепада.
При малых расходах и после останова двигателя топливо, охлаждающее форсунку и клапан 7, отводится по проточкам направляющей втулки 8 через жиклер 4 в канал слива 12.