книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства

Глава б. Камеры сгорания ГТД

3

х*

Рис. 6.48. Схема центробежной форсунки:

1 - тангенциальные каналы; 2 - камера

закручивания; 3 - сопло; 4 - воздушный вихрь

Применяемые в настоящее время топливные насосы обеспечивают максимальное давление пе­ ред форсунками, примерно равное 75...80 кг/см2. Это давление не может быть существенно по­ вышено без значительного усложнения и утя­ желения топливной аппаратуры и уменьшения ее надежности. Если максимальное давление подачи составляет 75...80 кг/см2, то для умень­ шения расхода в 30 раз необходимо снизить давление до 0,08...0,09 кг/см2. Но при столь низком давлении топливная струя, вытекаю­ щая из форсунки, уже практически не распада­ ется на капли и образует «пузырь». Удовлетво­ рительное распыливание достигается при ис­ пользовании керосина лишь при избыточном давлении перед форсункой, равном 3.. .4 кг/см2.

Обеспечение качества распыливания на всех режимах работы двигателя в настоящее время ре­ шается тремя путями.

Первый - соединяют в одной форсунке две или несколько центробежных форсунок с концентрично расположенными соплами и раз­ дельными камерами закручивания - двухсо­ пловые форсунки 1 (рис. 6.49, а). В первый контур 1 двухконтурных форсунок топливо по­ дается на запуске двигателя, во второй контур 2 топливо поступает до выхода на режим малого газа, на всех остальных режимах работают оба контура.

Второй - в современных конструкциях КС применяют пневматические форсунки 2 (рис. 6.49, б). Топливная пленка в такой форсунке расположена между двумя воздушными закру­ ченными потоками 3 и распадается на мелкие кап­ ли за счет энергии воздуха. При использовании пневматических низконапорных форсунок снижа­ ется вес топливных агрегатов и повышается их на­ дежность. При этом несколько усложняется кон­ струкция самой форсунки и возникают проблемы с запуском КС, так как трудно обеспечить качест­ во распыливания топлива на низких режимах ра­ боты двигателя из-за малых скоростей воздуха.

Третий - при применении одноконтурных центробежных форсунок необходимый диапазон изменения расхода топлива получают за счет по­ следовательного включения в работу нескольких форсунок или групп форсунок, поэтому одно­ контурные форсунки находят применение во многофорсуночных КС.

Двухконтурные форсунки по типу распылите­ лей подразделяются на двухсопловые и двухсту­ пенчатые. Двухсопловая форсунка показана на рис. 6.49. Двухступенчатая форсунка (рис. 6.50) имеет одно сопло 1 и две камеры закручивания первого 2 и второго 3 контура.

В топливных форсунках применяются различ­ ные типы распылителей топлива. Конструкция некоторых распылителей, таких как «грибко­ вый» 7, шнековый 2, неразборный 3 и разборный 4, приведены на рис. 6.51. Каждая конструкция обладает определенными достоинствами и не­ достатками.

Так, например, разборный распылитель прост в изготовлении, но изготовление камеры закручи-

Рис. 6.49. Топливные форсунки:

а- центробежная двухконтурная двухсопловая;

б- одноконтурная пневматическая; 1 - первый контур; 2 - второй контур; 3 - воздушные каналы

Глава 6. Камеры сгорания ГТД

-возможность демонтажа с двигателя во вре­ мя технического обслуживания;

-практически абсолютная герметичность корпуса, соединений и отсутствие перетекания топлива между контурами в холодном состоянии

ипри рабочей температуре.

Перечисленные требования могут быть реали­ зованы в форсунках, корпуса которых изготовле­ ны из цельной штампованной или высококачест­ венной литой заготовки. Разъемные резьбовые соединения герметизируются сваркой. Неразъ­ емные соединения выполняют пайкой высоко­ температурным припоем или сваркой, как прави­ ло, электронно-лучевой или лазерной.

Пример конструкции центробежной двухкон­ турной двухсопловой форсунки двигателя ПС-90А приведен на рис. 6.52. Форсунка состоит из корпуса 7, стакана 2, сваренного с кожухом 5, который направляет воздух для обдува торцев распылителей. Стакан с помощью резьбы прижи­ мает к корпусу с большим моментом затяжки (5.. .6 кг-м) пакет элементов подачи топлива: рас­ пылитель 4 второго контура, распылитель 5 пер­ вого контура, переходник-распределитель 6 топ­ лива и уплотнительное кольцо 7. Резьбовое соединение загерметизировано электронно-лу­ чевой сваркой. Разделение топливных каналов внутри корпуса выполнено при помощи трубки 8

ивтулок 9 и 10. Уплотнение трубки 8 и втулки 9 с корпусом сделано высокотемпературной пай­ кой 77, а втулки 10 - аргонно-дуговой сваркой

иуплотнительным кольцом 12 из терморасши­ ренного графита. Корпус форсунки снаружи теп­ лоизолирован стеклотканью 75, которая защище­ на от воздушного потока кожухом 14. В штуце­ рах 75 и 16 соответственно первого и второго контура установлены фильтры 77. Для исключе­ ния коксования топлива в малорасходном пер­ вом контуре его канал 18 практически на всем протяжении выполнен внутри канала 19 больше­ расходного второго контура.

При конструировании системы подачи топли­ ва решаются вопросы, касающиеся выбора коли­ чества топливных коллекторов, разработки алго­ ритмов подачи топлива на розжиге КС и подклю­ чения коллекторов по режимам работы двигателя, определения коэффициентов расхода форсунок. При определении коэффициентов расхода форсу­ нок для жидкого топлива и алгоритма подключе­ ния коллекторов необходимо учитывать требова­ ние по исключению коксования топлива в коллек­ торах и форсунках и влияние гидростатического давления на неравномерность распределения топ­ лива по форсункам.

Работа центробежной форсунки в настоящее время достаточно хорошо изучена и ее расчет,

как правило, не вызывает особых затруднений. Например, в [6.15, 6.16] подробно изложена ме­ тодика расчета центробежной форсунки опти­ мальной геометрии, показано влияние отдель­ ных конструктивных элементов на ее характе­ ристики.

Выбор конфигурации, размеров и проходных сечений коллекторов и трубопроводов подвода топлива к форсункам осуществляется, исходя из двух в некоторой степени противоречивых усло­ вий - обеспечение низких потерь давления и ми­ нимального объема внутренних полостей. По­ следнее условие базируется на необходимости снижения времени заполнения коллекторов при запуске двигателя, что, в свою очередь, способст­ вует розжигу КС в более благоприятных услови­ ях по скорости воздуха в жаровой трубе. Расчет гидравлического сопротивления топливных тру­ бопроводов можно выполнять, например, с ис­ пользованием справочных данных [6.17].

6.4.4. Корпуса КС

Корпуса КС образуют полость, в которой рас­ полагаются жаровые трубы.

6.4.4.1. Наружный корпус КС

Наружный корпус КС относится к группе ос­ новных сборочных единиц двигателя, влияющих на безопасность его эксплуатации, так как разру­ шение наружного корпуса может привести к ка­ тастрофическим последствиям.

Корпус трубчатой КС, в большинстве конст­ рукций, не включаются в силовую схему двига­ теля и нагружен только избыточным внутрен­ ним давлением. Он представляет собой (см. рис. 6.7) трубу цилиндрического или пере­ менного сечения, с одного торца которой имеет­ ся фланец для соединения с компрессором, а с другой - подвижное телескопическое соеди­ нение с корпусом турбины. Корпус трубчатой КС может быть легко снят с двигателя для заме­ ны жаровых труб. При этом разборка сопрягае­ мых узлов не требуется.

Наружный корпус трубчато-кольцевых и коль­ цевых КС входит в силовую схему двигателя и ис­ пытывает нагрузки от избыточного давления воздуха, от осевых сил и крутящих моментов, пе­ редающихся от компрессора и турбины. В трубча­ то-кольцевых и кольцевых КС наружный корпус имеет конструкцию в виде оболочки.

Подробнее конструкцию наружного корпуса рассмотрим на примере корпуса двигателя ПС-90А (рис. 6.53).

В передней и задней части корпуса имеются фланцы 7 и 2 для соединения с корпусами ком-