Двухкомпонентная форсунка

 

Использование: в ракетном двигателестроении, химической и нефтяной промышленности в качестве смесительных элементов. Сущность изобретения1 в пневматической форсунке торец 6 внутреннего корпуса 1 смещен относительно торца 7 наружного корпуса 2 внутрь форсунки на 0,05- 0,4 диаметра выходного сопла наружного корпуса. Угол раскрытия выходного сопла диффузора равен 9 - 14°. 2 ил

(я)я F 23 О 17/00, Р 02 С 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

4 Г Х б

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4888211/06 (22) 06.12.90 (46) 07.09.93. Бюл. N. 33-36 (71) Конструкторское бюро химического машиностроения (72) Алныкина В.Я., Белков А,П., Кличановский Г.Н„Свистун В.В. (73) Конструкторское бюро химического машиностроения

„., RU „„2000517 С (54) ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ ФОРСУНКА (57) Использование; в ракетном двигателестроении, химической и нефтяной промышленности в качестве смесительных элементов. Сущность изобретения: в пневматической форсунке торец 6 внутреннего корпуса 1 смещен относительно торца 7 наружного корпуса 2 внутрь форсунки на 0,050,4 диаметра выходного сопла наружного корпуса, Угол раскрытия выходного сопла диффуэора равен 9 — 14 . 2 ил.! Ю

О

О

О (Я

«4

2000517

Изобретение относится к конструкциям смесительных элементов, применяемых в камерах сгорания, и может быть использовано в энергетическом машиностроении и ракетном двигателестроении, а также в химической и нефтяной промышленности.

Применение двухкомпонентных пневматических форсунок в современных камерах сгорания позволяет увеличить расходонапряженность головки, улучшить смесеобраэование и обеспечить высокую надежность.

Известны конструкции двухкомпонентных центробежных форсунок внешнего смешения (см. например, Пажи Д.Г. и др.

Распыливающие устройства в химической промышленности. М.: Химия, 1975, с. 107, 110 и 111; Мелькумов Т.М. и др, Ракетные двигатели. M,: Машиностроение, 1976, с.

265, рис. 13, 22 г; Добровольский M.B. Жидкостные ракетные двигатели. M.: Машиностроение, 1968, с. 90, рис, 3,23б; Васильев

А.П, и др. Основы теории и расчета ЖРД, М.;

Высшая школа, 1983, с. 184, рис, 8, 10а).

Недостатком этих смесительных элементов при работе на газообразном окислителе и жидком горючем (газ оо6 раз н ый кисло род и керосин), как показали огневые испытания, является обгорание торцов сопл внутренних корпусов, что резко снижает надежность и уменьшает ресурс работы.

Известны также двухкомпонентные пневматические форсунки струйно-струйного типа, установленные в смесительные головки (смешение в спутном потоке), которые содержат внутреннюю струйную форсунку газообразного окислителя (внутренний корпус) и наружную струйную коаксиальную (кольцевую) форсунку горючего (наружный корпус) (см., например, патент ФРГ hL

1223.187, 1966).

Известна также двухкомпонентная форсунка, содержащая наружный корпус с выходным соплом и тангенциальными отверстиями подвода топлива, установленный в нем с зазором внутренний корпус с осевым цилиндрическим входом и выходным соплом, торец которого смещен относительно торца внутреннего корпуса (см, авт.св..М 333368, Е 02 С 7/22, 1972).

Недостатками этих смесительных элементов при работе на газообразном кислороде и керосине, как показали огневые испытания, являются снижение надежности вследствие возникновения низкочастотных колебаний давления в камере сгорания большой амплитуды, понижение полноты сгорания компонентов иэ-за недостаточно интенсивного их перемешивания и уменьшение ресурса работы вследствие обгорания внутренних корпусов, 5

Целью изобретения является повышение надежности, полноты сгорания и исключение обгорания корпусов форсунки, Цель достигается тем, чго угол раскрытия выходного сопла диффузора равен

9...14, а смещение и торца выходного сопла диффузора относительно торца наружного корпуса составляет 0,05-0,4 диаметра выходного сопла наружного корпуса, Предложенные в заявляемой конструкции конфигурация проточной части пневматической форсунки (внутреннего корпуса) для ввода газообразного компонента (газообразного кислорода) и соотношение геометрических размеров внутреннего и наружного корпусов повышают надежность, полноту сгорания и увеличивают ресурс работы благодаря существенному уменьшению амплитуды низкочастотных колебаний давления в камере сгорания, созданию оптимальных условий для перемешивания, испарения и сгорания компонентов топлива в зоне их преобразования и исключению обгорания внутренних и наружных корпусов (амплитуда низкочастотных колебаний давления в камере сгорания существенно уменьшается вследствие выполнения на входе в каждую форсунку по линии газообразного компонента жиклера; оптимальные условия для перемешивания, испарения и сгорания компонентов топлива обеспечиваются благодаря организации внутреннего смешения в оптимальном месте; обгорание внутренних корпусов исключается вследствие обеспечения безотрывного течения газообразного кислорода во внутреннем корпусе и устранения воздействия высокотемпературных обратных токов. проникающих через вихрь наружной форсунки, а наружных корпусов— благодаря оптимизации внутреннего смешения), Если угол а>< 90, то это влечет за собой увеличение длины форсунки, что нецелесообразно (увеличиваются габариты и масса изделия). Если угол а > t4, то это сопровождается увеличением турбулентности газообразного кислорода из-за отрыва потока, интенсификацией перемешивания окислителя с горючим, приближением фронта горения к форсунке и обгоранием внутреннего корпуса, что снижает надежность и уменьшает ресурс работы.

Если смещение торца выходного сопла диффузора относительно торца наружного корпуса составляет величину, большую 0,4 диаметра выходного сопла наружного корпуса, то это приводит к интенсификации перемешивания окислителя с горючим внутри

2000517

10

20

50 форсунки, обгоранию наружного корпуса и огневого днища, что влечет за собой снижение надежности и уменьшение ресурса работы.

Если смещение торца выходного сопла диффуэора относительно торца наружного корпуса составляет величину, меньшую 0,05 диаметра выходного сопла наружного корпуса. то ухудшается перемешивание, что снижает полноту сгорания. Кроме того, при таком соотношении размеров высокотемпературные обратные токи через вихрь наружной форсунки проникают к внутреннему корпусу, который обгорает, что приводит к уменьшению ресурса работы.

Совокупность отличительных признаков заявляемой конструкции пневматической форсунки придает ей новое свойство— существенно повышаются надежность, полнота сгорания и ресурс работы камер сгорания, работающих на газообразном кислороде и жидком керосине. уменьшаются влияние на изменение режимных параметров (давления в камере сгорания и соотношения компонентов топлива), продолжительность пауз и включений, а также увеличивается количество включений, обусловленное обеспечением оптимальных условий в зоне преобразования компонентов топлива, что удовлетворяет требованию критерия "существенность отличий".

На фиг. 1 представлена двухкомпонентная пневматическая форсунка, продольный разрез; на фиг. 2 — зависимость ресурса работы г и коэффициента камеры сгорания р„, характеризующего полноту сгорания, от соотношения ly/dc.н, Двухкомпонентная пневматическая форсунка содержит внутренний корпус 1 со струйным вводом газообразного компонента и наружный корпус 2 с тангенциальным вводом 3 жидкого компонента. На входе во внутренний корпус 1 со стороны входа компонента выполнен жиклер в форме цилиндрического отверстия 4, плавно переходящего в расширяющийся в сторону огневого днища конус 5 с суммарным углом раскрытия выходного сопла диффуэора а = 9 — 14О, при этом смещение торца выходного сопла диффузора относительно торца наружного корпуса составляет 0,05...0,4 диаметра выходного сопла наружного корпуса.

При работе газообразный кислород попадает в корпус 1. а жидкий керосин — в корпус 2. Они истекают в камеру сгорания, причем газообразный кислород исгекает в виде сплошной расширяющейся струи, а керосин — в виде конуса вследствие того, что керосин вводится через тангенциальные отверстия.

Благодаря тому, что торец 6 утоплен относительно торца 7, происходит интенсивное внутреннее смешение обоих компонентов, испарение горючего и сгорание в камере, Продукты сгорания, истекая иэ сопла, создают реактивную силу тяги, Изготовлены и испытаны на компонентах топлива (газообразный кислород и жидкий керосин) камеры сгорания тягой 2500 кгс с установленными в смесительной головке пневматическими форсунками заявляемой конструкции, на которых получены повышенные полнота сгорания компонентов топлива, высокая надежность при работе на различных режимах и увеличенный ресурс работы по сравнению с прототипом, Пневматическая форсунка заявляемой конструкции будет использована на предприятии-заявителе в камерах сгорания различной размерности, имеющих различное назначение, работающих на компонентах топлива — газообразном кислороде и жидком керосине (или идентичных компонентах топлива), и может быть использована в других организациях для различных целей).

Формула изобретения

Двухкомпонентная форсунка, содержащая наружный корпус с выходным соплом и тангенциальными отверстиями подвода топлива, установленный в ней с зазором внутренний корпус с осевым цилиндрическим входом и выходным соплом, торец которого смещен относительно торца выходного сопла наружного корпуса внутрь форсунки, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, полноты сгорания и исключения обгорания корпусов, выходное сопло выполнено диффузорным с углом раскрытия диффуэора, равным 9—

140О, и смещением его торца отно;.ительно торца наружного корпуса, равным 0.05 — 0.4 диаметра выходного сопла наружного корпуса. 1

2000517

Редактор T.Þð÷èêîaà

Заказ 3074

Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород. Уп Г;«л<;,нл 101

lcm

Составитель B.Àëíûêèíà

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5