Топливная форсунка газотурбинного двигателя



Топливная форсунка газотурбинного двигателя
Топливная форсунка газотурбинного двигателя
Топливная форсунка газотурбинного двигателя
Топливная форсунка газотурбинного двигателя
Топливная форсунка газотурбинного двигателя
Топливная форсунка газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2615618:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") (RU)

Изобретение относится к авиастроению. Топливная форсунка газотурбинного двигателя, в которой одним из электродов, соединенным с потенциальным выходом источника электрического напряжения, является металлический внутренний воздушный завихритель и соединенная проводящей перемычкой металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки, одновременно образующие внутренний воздушный канал. При этом металлическая пленка на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки является одновременно одной из стенок топливного канала с закрученным потоком топлива и распыливающим соплом. Другая стенка канала образует конфузорный участок распыливающего сопла и одновременно является вместе с металлическими корпусом, наружным воздушным завихрителем с соплом вторым электродом топливной форсунки. Изобретение позволяет улучшить параметры каплеобразования на выходе топливной форсунки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к авиастроению, в частности к способам и устройствам для распыла различных видов жидкого углеводородного топлива и подготовки топливно-воздушной смеси перед ее сжиганием, и может найти применение в системах питания газотурбинных двигателей, а также в турбореактивных двигателях и иных энергетических установках, например в различного вида горелках.

Известны топливные форсунки, в которых для повышения эффективности распыла топлива создают в коаксиальных внутренних и наружных каналах закрученные в противоположном направлении потоки топлива и воздуха [патент РФ №2172893, МПК F23D 11/12, F23C 11/00, B05B 1/34, опубликовано 27.08.2001], недостатком известного устройства является невысокое качество распыла топлива.

Известна также топливная форсунка газотурбинного двигателя, содержащая корпус, внутреннюю и наружную втулки, образующие с корпусом коаксиальные каналы для создания параллельных потоков жидкости в среднем канале и потоков распылителя во внутреннем и наружном каналах, подключенных к сопловому аппарату, позволяющему интенцифицировать горение жидкого топлива путем максимального развития поверхности жидкой фазы, что достигается переходом к сжиганию топлива в капельном состоянии. Известна пневматическая топливная форсунка, содержащая топливный и воздушные внутренний и наружный завихрители для закрутки потоков топлива и воздуха [патент РФ №2431777, кл. F23D 11/12, опубликовано БИ №29, 20.10.2011], недостатком известного устройства является невысокое качество распыла топлива.

Известны различные устройства и способы повышения эффективности распыла топлива путем создания в топливе электрического поля и использования различных операций при подготовке топливно-воздушной смеси.

По одному из них в дизельном двигателе внутреннего сгорания дизельное топливо дополнительно подвергают обработке электрическим полем в камере, в которой испарившийся пар диссоциирует на водород и кислород, поступающие в цилиндры в смеси с топливом [патент РФ №2011881, МПК F02M 27/04, БИ №8, 1994]. Недостатками известного устройства являются невысокое качество распыла, многооперационность и конструктивная сложность устройств его реализующих.

Известна топливная форсунка, в которой на электроды, размещенные в корпусе, подают высокое напряжение порядка 20-25 кВ и сообщают потоку топлива электрический заряд [патент РФ №2032107, МПК F02M 27/04, БИ№ 9, 1995]. Недостатками известного устройства являются невысокое качество распыла, большие энергозатраты, использование очень высокого электрического напряжения, а также конструктивная и технологическая сложность устройства.

Известна топливная форсунка, в которой в спиралевидной полости обработки жидких и/или газообразных сред на электроды типа «игла-плоскость» подают электрическое напряжение от высоковольтного источника напряжения и дополнительно используют постоянные магниты, чередующиеся полярностью и усиливающие магнитное поле и магнитный экран [патент РФ №2093699, МПК F02M 27/04, БИ№ 29, 1997]. Недостатками известного устройства являются невысокое качество распыла, а также конструктивная и технологическая сложность устройств его реализующих, требующая существенных конструктивных изменений применительно к существующим топливным системам газотурбинных двигателей.

Наиболее близкой к заявляемому материалу и принятой в качестве прототипа является топливная форсунка [патент РФ №2469205, МПК F02M 27/04], в которой в топливном канале размещены электроды типа «сетка-сетка», на которые подают постоянное электрическое напряжение и создают между электродами электрическое поле с высокой напряженностью (8-15) 105 В/м. Далее подачей закрученного потока воздуха получают топливно-воздушную смесь и обеспечивают ее горение, при этом на электроды подают постоянное высоковольтное напряжение. В качестве топлива в прототипе применяли при экспериментах дизельное топливо и бензин, смешанный с 20% этилового спирта. Кроме указанных выше конструктивных элементов, данная топливная форсунка содержит корпус, распыливающее сопло, топливные и воздушные внутренние завихрители, конфузор.

К недостаткам данного устройства относится невысокое качество распыла, использование очень сильных электрических полей, оно требует высокой очистки топлива для исключения засорений сеток-электродов, использование вместо стандартного топлива специально приготовленного - бензина, смешанного с 20% этилового спирта, а также конструктивная и технологическая сложность устройства, требующая существенных конструктивных изменений в существующих топливных системах газотурбинных двигателей.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение параметров каплеобразования на выходе топливной форсунки, получение мелкодисперсной топливно-воздушной смеси, что в конечном итоге приведет к более полному ее сгоранию, а также снижению уровня токсичности выходных продуктов горения и повышению экономичности потребления топлива при обеспечении требуемой мощности авиадвигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой топливной форсунке одним из электродов, соединенным с потенциальным выходом источника электрического напряжения, является металлический внутренний воздушный завихритель и соединенная проводящей перемычкой металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки, одновременно образующие внутренний воздушный канал, при этом металлическая пленка на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки является одновременно одной из стенок топливного канала с закрученным потоком топлива и распыливающим соплом, другая стенка которого образует конфузорный участок распыливающего сопла и одновременно является вместе с металлическим корпусом и наружным воздушным завихрителем с соплом вторым электродом топливной форсунки, соединенным с выходом «земля» источника электрического напряжения. Для увеличения устойчивости процесса горения топливно-воздушной смеси закрутка потоков топлива и воздуха в топливном и воздушных завихрителях осуществляется в одном направлении. При этом в качестве металла пленки на поверхности конфузора изолирующей втулки использован тугоплавкий металл, например вольфрам, титан, а толщина пленки составляет 1-5 мкм. Металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки заканчивается на торце конфузора со стороны распыливающего сопла, образуя игольчатые электроды толщиной 1-5 мкм, причем в качестве материала изолирующей втулки выбрана керамика с относительной диэлектрической проницаемостью 3-15, выдерживающая температуру внешней среды до 800°C, например корундоциркониевая керамика Аl2O3 - 95%, ZrO2 - 5%.

Конструкция предлагаемой топливной форсунки представлена на фиг. 1.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - трубка подвода топлива; 2 - керамическая шайба; 3 - внутренний воздушный завихритель; 4 - воздушный внутренний канал; 5 - проводящий стержень; 6 - изоляционная керамическая трубка; 7 - входной электрод; 8 - корпус форсунки; 9 - топливный канал; 10 - топливный завихритель; 11 - воздушный наружный завихритель; 12 - металлическая пленка на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки; 13 - металлическая пленка на внутренней поверхности конфузора изолирующей втулки; 14 - распыливающее сопло; 15 - проводящая перемычка; 16 - канал воздушного наружного завихрителя; 17 - изолирующая втулка; 18 - источник электрического напряжения.

Принцип действия предлагаемой топливной форсунки основан на распыливании заданного объема топлива с использованием электрофизических и электрогидрогазодинамических эффектов (модификации топлива, уменьшение коэффициента поверхностного натяжения униполярно заряженных капель топлива, исключение слияния униполярно заряженных капель в топливовоздушной смеси и других) в соответствующим образом организованных электрических полях от источника электрического напряжения 18, а также энергии воздушного потока. Однородное электрическое поле воздействует на закрученный поток топлива после топливного завихрителя 10. Для создания униполярного потока ионов знака потенциала игольчатого электрода используется резко неоднородное поле, которое прикладывается к закрученным потокам топлива и воздуха между кольцевыми коаксиальными электродами типа «игла» 12, 13 (с радиусами закругления, меньшими половины толщины нанесенной на внутреннею и внешнюю поверхности конфузора изолирующей втулки 17, то есть меньшими 0,5-2,5 мкм) и распыливающим соплом 14.

Все это позволяет увеличить, по сравнению с прототипом, эффективность параметров распыла топлива и горения топливно-воздушной смеси в газотурбинных двигателях. Кроме того, использование энергии воздушного потока позволяет снизить перепад давления топлива на форсунке, что, в свою очередь, способствует повышению ресурса как самой топливной форсунки, так и топливного насоса (не показан). При этом используется энергия высокоскоростного закрученного с помощью внутреннего 4 и наружного 11 воздушных завихрителей воздушного потока, поступающего из компрессора (на фиг. 1 не показанного).

Таким образом, на выходе данной топливной форсунки образуется гомогенизированная топливно-воздушная смесь, что также снижает уровень дымления в выхлопных газах газотурбинного двигателя. Для распыливания заданного объема топлива необходимо, чтобы поток топлива в топливном канале был преобразован в кольцевую пленку в распыливающем сопле 14. Для этого топливо в форсунку поступает через топливную трубку 1 и отверстие в корпусе 8 и далее попадает в кольцевой топливный канал 9 и проходит через винтовые каналы топливного завихрителя 10. После прохождения шнековых каналов топливного завихрителя 10 закрученный поток топлива под действием центробежных сил распределяется по внутренней поверхности канала распыливающего сопла - «префилмера» 14 в виде закрученной пленки и попадает на распыливающую кромку сопла, где встречается с потоком воздуха из внутреннего центрального воздушного канала 4. Данный канал образован внутренним каналом воздушного внутреннего металлического завихрителя 3 и электродом 13. Электрод 13 выполнен в виде напыленной тонкой пленки из тугоплавкого металла, например вольфрама, титана, толщиной (1-5) мкм на внутренней поверхностьи конфузора изолирующей втулки 17 из керамики. При этом керамика выбрана из условий выполнения требований как по обеспечению необходимых изолирующих свойств, так и жаропрочности. Исходя из этих условий, в предлагаемой топливной форсунке использована керамика с относительной диэлектрической проницаемостью 3-15, выдерживающая температуру внешней среды до 800°C, например корундоциркониевая керамика типа Al2O3 - 95%, ZrO2 - 5%. Торец внутреннего воздушного завихрителя 3 касается напыленной металлической пленки 13, образуя электрический контакт. Таким образом реализуется потенциальный электрод топливной форсунки, который через проводящий стержень 5, электрически контактирующий с металлическим корпусом внутреннего воздушного завихрителя 3, и входной электрод 7 подсоединяется к потенциальному выходу источника электрического напряжения 18. Входной электрод 7 отделен от корпуса 8 форсунки изоляционной керамической трубкой 6.

Внутренний (центральный) воздушный канал форсунки представляет собой канал 4, образованный внутренним воздушным завихрителем 3, например осевым двухлопаточным завихрителем с плоскими лопатками с заданным утлом закрутки, который далее переходит в конфузорный канал изолирующей втулки 17. Закрученный воздух после прохождения внутреннего (центрального) воздушного канала затем воздействует на закрученную топливную пленку. При этом закрутка топлива и воздуха осуществляется в одну и ту же сторону, что обеспечивает устойчивость процесса горения на некоторых режимах работы камеры сгорания турбореактивного двигателя.

При подаче электрического напряжения от источника 18 на электроды заявленной топливной форсунки между электродами 12, 13 типа «острие» и распыливающим металлическим соплом 14 возникает резко неоднородное электрическое поле и образуется униполярный поток ионов знака потенциала игольчатых электродов 12, 13. При этом закрученной топливной пленке и закрученному потоку воздуха сообщается униполярный электрический заряд. Сообщается также униполярный заряд и каплям топлива при распаде заряженной топливной пленки. Кроме того, при проходе закрученного потока топлива после топливного завихрителя 10 топливо модифицируется в однородном электрическом поле. Модификация топлива повышает эффективность сгорания топлива.

После срыва с кромки распыливающего сопла 14 топливно-воздушная пленка по периферии обдувается закрученным потоком воздуха из наружного осевого воздушного завихрителя 11. Омывающий границу раздела сред воздух имеет значительную скорость (80…100 м/с), возмущая и дестабилизируя ниже по потоку межфазную границу с образованием крупномасштабных связанных заряженных униполярно структур - «лигаментов». Заряженные униполярно лигаменты дробятся на более мелкие капли за счет кулоновских сил отталкивания и высокого уровня турбулентных напряжений в сдвиговом слое, индуцированном закруткой потоков воздуха с наружной и внутренней стороны, которые затем поступают в основную зону горения камеры сгорания газотурбинного двигателя

Следовательно, в отличие от прототипа, в предлагаемой топливной форсунке для увеличения эффективности распыла топлива и горения топливно-воздушной смеси одним из электродов, соединенным с потенциальным выходом источника электрического напряжения 18, является металлический внутренний воздушный завихритель 3 и соединенная проводящей перемычкой 15 металлическая пленка 13, 12 на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей керамической втулки 17, одновременно образующие внутренний воздушный канал 4. При этом металлическая пленка 12 на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки 17 является одновременно одной из стенок топливного канала с закрученным завихрителем 10 потоком топлива и распыливающим соплом 14. Другая стенка топливного канала образует конфузорный участок распыливающего металлического сопла 14. Она одновременно является вместе с металлическими корпусом 8, наружным воздушным завихрителем 11 с соплом вторым электродом топливной форсунки, соединенным с выходом «земля» источника электрического напряжения 18.

Таким образом, по сравнению с прототипом:

- существенно уменьшается гидравлическое сопротивление электродной системы потоку топлива и воздуха;

- увеличивается надежность работы топливной форсунки, поскольку исключается засорение электродной системы;

- упрощается конструкция топливной форсунки за счет использования в качестве электродов штатных необходимых функциональных элементов (завихрителей, распыливающего сопла и других);

- повышается эффективность распыла топлива и горения топливно-воздушной смеси специальным образом организованных электрических полей.

По своему функциональному назначению заявленное устройство является электропневматической форсункой. В ней для увеличения эффективности процессов распыла топлива, образования и горения топливно-воздушной смеси создают в топливном канале после топливного завихрителя в закрученном потоке топлива однородное электрическое поле и резко неоднородное электрическое поле на выходе из сопла закрученной топливной пленки и в закрученном потоке воздуха. При этом однородное и резко неоднородное электрическое поле создают одновременно, причем создают в резко неоднородном электрическом поле в закрученных топливной пленке и потоке воздуха униполярный электрический заряд одного знака. Каплям топлива при распаде топливной пленки сообщается униполярный электрический заряд. Последнее способствует более интенсивному распаду униполярно заряженной вытекающей из распыливающго сопла топливной пленки на более мелкие капли в закрученном потоке воздуха и препятствует их слиянию за счет кулоновских сил в образующейся топливно-воздушной смеси. В свою очередь, сообщение униполярного заряда закрученному потоку воздуха того же знака, что и каплям топлива, способствует (за счет кулоновских сил) более интенсивному перемешиванию топливно-воздушной смеси.

Электрический заряд капель топлива снижает их поверхностное натяжение, что облегчает распад заряженной капли на более мелкие капли, интенсифицирует испарение заряженной капли при попадании капли в жаровую трубу.

Все эти обстоятельства способствуют интенсификации процессов распыла и горения топливно-воздушной смеси в турбореактивном двигателе, снижают тепловое излучение и, соответственно, снижают лучистый тепловой поток, негативно воздействующий на стенки жаровой трубы.

Кроме того, однородное в потоке топлива в форсунке после топливного завихрителя и резко неоднородное электрическое поле на выходе из распыливающего сопла закрученной топливной пленки и в закрученном потоке воздуха создают или/и постоянным, или/и переменным с изменяющейся частотой. Далее осуществляется двухсторонний обдув (с использованием внутреннего и наружного воздушных завихрителей) закрученными потоками воздуха разбивающейся на капли вытекающей из распыливающего сопла закрученной топливной пленки.

Предлагаемая топливная форсунка прежде всего предназначена для камер сгорания богато-бедного типа, в которой обдув заряженной топливной пленки с распыливающего сопла воздухом осуществляется с внутренней и внешней стороны с использованием внутреннего и наружного воздушных завихрителей. В этом случае турбулентные пульсации, возникающие как за счет газогидродинамических явлений, так и электрогидрогазодинамических явлений, активно участвуют в процессе распада топливной пленки, вытекающей из распыливающего сопла. Для вовлечения сил инерции в процесс дробления капель топливо и воздух, как отмечалось выше, предварительно закручивают. Противоположная закрутка воздуха, проходящего через внутренний и наружный завихрители, позволяет максимально интенсифицировать процесс распада топливной пленки и дальнейшее дробление капель. Однако при этом противоположная закрутка, как правило, приводит к более значительным нестационарным эффектам. Это негативно сказывается на устойчивости процесса горения на некоторых режимах работы камеры сгорания турбореактивного двигателя.

В связи с этим в предлагаемом устройстве используется закрутка потоков в одном направлении для повышения устойчивости процесса горения в газотурбинном двигателе.

В основу предлагаемой топливной форсунки положены следующие физикотехнические и физикохимические явления.

Известно, что распыливание топлива играет важную роль в эффективности сгорания топливно-воздушной смеси и количестве испускания при сгорании загрязняющих веществ. В частности, более мелкодисперсная топливно-воздушная смесь обеспечивает более эффективное сгорание топлива, приводящее к увеличению отдаваемой двигателем мощности и уменьшению вредных выбросов. Это связано с тем фактом, что сгорание начинается от поверхности раздела между каплями топлива и воздухом (кислородом). Если размер капель топлива уменьшается, полная площадь поверхности до начала процесса горения увеличивается, повышая эффективность сгорания топливно-воздушной смеси и улучшая качественные характеристики выбросов продуктов сгорания (улучшая экологические показатели работы авиадвигателей).

В предлагаемом устройстве уменьшение размера капель на выходе топливной форсунки достигается тем, что в потоке топлива после топливного завихрителя в однородном переменном электрическом поле с изменяющейся частотой при относительно малых (до 4 кВ) напряжениях на электродах осуществляют молекулярную модификацию топлива путем возбуждения вращательных и колебательных энергетических уровней молекул углеводородного топлива, а также осуществляют разбивку больших кластеров соединений различных молекул топлива на более мелкие. В свою очередь, в резко неоднородном электрическое поле на выходе из распыливающего сопла закрученной топливной пленки и в закрученном потоке воздуха создают униполярный поток ионов. Таким образом сообщают униполярный заряд того или иного знака как каплям разбивающейся вытекающей из сопла закрученной топливной пленки, так и обдувающему потоку воздуха. При этом знак электрического заряда как на каплях, так и в потоке обдувающего воздуха выбирают один и тот же. Причем однородное и резко неоднородное электрическое поле создают одновременно.

На основании условий устойчивости капли под действием сил поверхностного натяжения и электростатических сил установлено, что электрический заряд уменьшает поверхностное натяжение капли на величину

,

где - уменьшение коэффициента поверхностного натяжения заряженной капли, Н/м; α - коэффициент поверхностного натяжения незаряженной капли, Н/м; αq - коэффициент поверхностного натяжения заряженной капли, Н/м; q - электрический заряд капли, Кл; - электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума); ε - относительная диэлектрическая проницаемость рабочей жидкости; r - радиус капли, м.

В качестве примера на фиг. 2 показано влияние электрического заряда капель топлива на уменьшение их поверхностного натяжения в зависимости от диэлектрической проницаемости горючего. Как видно из фиг. 2, имеет место уменьшение поверхностного натяжения заряженной капли топлива по сравнению с незаряженной каплей, что способствует ее разрушению под действием аэродинамических сил. Образуются более мелкие капли. Известно, что чем меньше диаметр капли горючего и чем однородней состав горючей смеси, тем эффективнее процесс воспламенения и горения углеводородных топлив и их смесей.

Условие неустойчивого равновесия заряженной капли топлива, движущейся в потоке воздуха при отсутствии внешнего электрического поля, при котором начинается ее разрушение, имеет вид

,

где - относительная скорость воздуха по отношению к скорости заряженной капли; - поверхностная плотность капли топлива, кг/м2.

В результате обработки полученных экспериментальных данных, подтверждающих уменьшение поверхностного натяжения капли топлива при сообщении ей электрического заряда, поверхностное натяжение заряженной капли топлива определяется следующим выражением, справедливым для всех возможных диаметров капель при распыле топливной пленки на выходе распыливающего сопла в воздушном потоке:

где dk - диаметр капли, м.

В результате осуществляют уменьшение поверхностного натяжения заряженных капель модифицированного в однородном электрическом поле углеводородного топлива и одновременно создают интенсивную турбулизацию среды вокруг капель топлива за счет аэрогидродинамических и кулоновских сил отталкивания (электрические заряды капель топлива и обдувающего воздушного потока одного знака).

Как следствие, исходные капли топлива разбившейся вытекающей из сопла закрученной топливной пленки дробятся на более мелкие одноименно заряженные капли в двухсторонних предварительно закрученных потоках обдувающего воздуха, что обеспечивает получение мелкодисперсной топливно-воздушной смеси.

Кроме того, заряженная закрученная пленка топлива легче разбивается на капли в потоке воздуха. Последнее обстоятельство приводит к тому, что при необходимости можно уменьшить скорости обдувающего пленку воздуха для получения требуемых размеров капель топлива.

Поскольку получаемые в предлагаемом устройстве более мелкие капли имеют электрический заряд одного знака, исключается возможность их слияния в полете. Таким образом обеспечивается не только уменьшение размера капель топлива, но и увеличиваются интенсивность распыливания топлива и равномерность распределения капель топлива в создаваемой топливно-воздушной смеси.

Механизм модификации топлива в форсунке непосредственно перед его закруткой в переменном однородном электрическом поле состоит в следующем.

Углеводородное топливо (в том числе и авиационное) состоит из ряда компонентов, в частности, в его химический состав входит декан. Под воздействием переменного электрического поля и после его воздействия декан может дать три дочерних продукта: тетрагидрометилфуран, метилпентан и изометилпентан, которые также подвергаются деструкции, продуктами которой при сохранении атомарного состава должны быть этилен C2H4 и пропилен C3H6. Продукты с углеродным скелетом C2-C6 обладают большей теплотой сгорания, чем исходная молекула декана с углеродным скелетом C10. При деструкции молекулы декана C10H22 с образованием двух молекул тетрагидрометилфурана C5H10 должны образовываться два свободных атома водорода. Свободный водород может возникнуть также при деструкции метилпентана и изометилпентана. Образование свободного водорода и перенос его вместе с жидким топливом в камеру сгорания ускоряет химическую реакцию окисления. Она протекает быстрее и полнее, так как наличие активных центров в виде атомарного водорода в зоне горения уменьшает среднее значение энергии активации.

Высокая реакционная способность атомарного водорода приводит к тому, что эти центры определяют механизм реакции окисления и ее скорость.

Механизмом возникновения активных частиц под действием переменного электрического поля является возбуждение колебательных уровней молекул. При возбуждении колебательных уровней C-C и C-H связи в молекуле не разрываются, но возбужденная молекула становится активной частицей с повышенной реакционной способностью.

При молекулярной модификации углеводородного топлива скорость образования радикалов определяется напряженностью и частотой электрического поля. Напряженность поля определяет концентрацию активных частиц, возникающих при каждом импульсе, а частота определяет скорость генерации активных частиц.

Поскольку углеводородное топливо является многокомпонентной химической средой, содержащей примеси, то его можно рассматривать как слабый полярный диэлектрик.

При переменном напряжении диэлектрические потери возникают под действием как тока сквозной проводимости, так и релаксационных видов поляризации и процессов возбуждения полем вращательных и колебательных энергетических уровней молекул углеводородного топлива.

Максимальному тангенсу угла диэлектрических потерь tgδ будет соответствовать круговая частота переменного напряжения на электродах, обратная времени релаксации возбужденных электрическим полем молекул в топливе. При этом tgδ имеет значения ~ 10~3-10~2 и более.

В свою очередь, поскольку авиационное топливо является многокомпонентной средой с образованием в нем больших кластеров молекул, то переменное электрическое поле с изменяющейся частотой способствует распаду этих кластеров на более мелкие. Это обеспечивает относительно большое время последействия поля на топливо и улучшает процесс каплеобразования.

Результаты экспериментальных исследований содержания декана в обработанном в поперечном переменном электрическом поле топливе при электрическом напряжении на коаксиальных электродах 300B при перекачке топлива приведены в таблице 1.

Здесь - текущее содержание декана в предварительно обработанном в переменном электрическом поле топливе;- содержание декана в топливе непосредственно после обработки в электрическом топливе при перекачке топлива из заправочной емкости в дополнительную емкость.

Таким образом, экспериментально подтверждено последействие воздействия электрического поля на топливо при приложении к потоку топлива поперечного переменного электрического поля с изменяющейся частотой для достижения максимального тангенса утла диэлектрических потерь tgδ подачей низковольтного переменного напряжения на электроды с изменяющейся частотой

1. Топливная форсунка газотурбинного двигателя, содержащая корпус, топливный канал с распыливающим соплом, воздушные внутренний канал с конфузором и наружный канал с соплом, топливный и воздушные внутренний и наружный завихрители для закрутки потоков топлива и воздуха, два электрода, подсоединенных к источнику электрического напряжения, изолирующие втулки между электродами, отличающаяся тем, что одним из электродов, соединенным с потенциальным выходом источника электрического напряжения, является металлический внутренний воздушный завихритель и соединенная проводящей перемычкой металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки, одновременно образующие внутренний воздушный канал, при этом металлическая пленка на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки является одновременно одной из стенок топливного канала с закрученным потоком топлива и распыливающим соплом, другая стенка которого образует конфузорный участок распыливающего сопла и одновременно является вместе с металлическими корпусом, наружным воздушным завихрителем с соплом вторым электродом топливной форсунки, соединенным с выходом «земля» источника электрического напряжения.

2. Топливная форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металла пленки на поверхности конфузора изолирующей втулки использован тугоплавкий металл, а толщина пленки составляет 1-5 мкм.

3. Топливная форсунка по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки заканчивается на торце конфузора со стороны распыливающего сопла, образуя игольчатые электроды толщиной 1-5 мкм.

4. Топливная форсунка по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что в качестве материала изолирующей втулки выбрана керамика с относительной диэлектрической проницаемостью 3-15, выдерживающая температуру внешней среды до 800°C.

5. Топливная форсунка по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что закрутка потоков топлива и воздуха в топливном и воздушных завихрителях осуществляется в одном направлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи энергетических установок, сжигающих ископаемое топливо, или топливных элементах. Предложено устройство для обработки смеси ископаемого топлива с водой, содержащее блок обработки смеси ископаемого топлива с водой, содержащий впускное отверстие (36), выпускное отверстие (38) и узел из двух или более труб (31) из немагнитного материала, имеющих круглое поперечное сечение, разные диаметры и расположенных концентрично, образуя множество промежуточных пространств и, таким образом, обеспечивая проточные каналы для смеси ископаемого топлива с водой между впускным отверстием (36) и выпускным отверстием (38).

Изобретение относится к устройствам для подготовки топлива перед сжиганием. Предложенное устройство содержит корпус 1 с расположенными в нем электродами 4, подключенными к источнику переменного напряжения.

Изобретение относится к обработке жидкостей электромагнитными импульсами и может быть использовано в теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, медицине, быту и на транспорте.

Изобретение относится к способам и устройствам для подготовки топлива или горючей смеси перед сжиганием в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для подготовки топлива, содержащее полый корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, входной 2 и выходной 3 штуцеры, первый электрод 4, выполненный в виде ерша с радиально расположенными щетинками 5 в виде заостренных на конце металлических проволок-иголок, и второй электрод, представляющий собой равноудаленную от кончиков игл цилиндрическую электропроводящую поверхность и выполненный в виде металлической сетки 6.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к двигателям внутреннего сгорания, газотурбинным двигателям и котлам, работающим на углеводородных топливах.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а конкретно к предварительной подготовке топлива в теплосиловых установках и двигателях, в том числе внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство для обработки жидкого и газообразного углеводородного топлива, содержащее корпус 1, имеющий внутреннюю полость и подсоединенный к выводу 2 источника электропитания, два стержня 3 и 5, подсоединенные к выводам 7, 8 источника электропитания и две диэлектрические втулки 11, 12.

Изобретение относится к авиастроению, в частности к способам распыла различных видов жидкого углеводородного топлива и подготовки топливно-воздушной смеси перед ее сжиганием, и может найти применение в системах питания турбореактивных, газотурбинных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, в двигателях Стирлинга, а также в иных энергетических установках, например в горелках котельных и электростанций.

Изобретение относится к области испытаний машин и двигателей, в частности к стендам для испытаний тепловых двигателей. Стенд для испытания тепловых двигателей содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, блок контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, ультразвуковой проточный реактор и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора.

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение полноты сгорания, снижение эмиссии вредных веществ и уменьшение затрат энергии на воспламенение.
Наверх