Способ тепловой защиты элементов камеры сгорания огнеструйной горелки

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>945343 (61 } Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.06.80 (21} 2948056/22-03 с присоединением заявки М (23 } Приоритет—

Опубликовано 23 ° 07 82 ° Бюллетень Ме 27

Дата опубликования описания 23.07. 82 (5l)M. Кл.

Е 21 В 7/14

3Ъоударственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) ЯК 622. 243. .94(088.8) А. Н. Москалев, И. В. Смагер, А. И. Степанюк, В. А. Танцура Хода (72} Авторы изобретения

Б. И. Милов, Н. Ф.

l0. Е. Козлов и l0. А. Дьяков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ЗАЦ ИТЫ ЭЛЕМЕНТОВ

KAMEPbl СГОРАНИЯ ОГНЕСТРУЙНОЙ

ГОРЕЛКИ

1

Изобретение относится к способам= тепловой зац>иты элементов камеры сгорания огнеструйной горелки, и может быть использовано в устройствах для термического и термомеханического бурения °

Известен способ тепловой зац>иты элементов камеры сгорания путем создания пристеночного защитного слоя с низкой температурой. Его создают

1О из низкотемпературных продуктов сгорания с помощью смесительной головки, периферийные форсунки которой обеспечивают вблизи стенок камеры сгорания существенный избыток одного из компонентов> например горючего. В результате снижается температура погранич ного слоя 313.

Однако при послойном течении компонентов топлива для охлаждения используется только один из компонентов, что при малых расходах топлива неэффективно. В связи с тем, что процессы радиального перемешивания компоненты топлива протекают относительно медленно, даже при правильной организации пристеночного слоя, некоторая часть горючего выбрасывается- из камеры без дожигания, так как не успевает перемещаться с ядром потока.

При малых расходах топлива это может существенно ухудшить работу .горелки.

Наиболее близким техническим ре" шением к изобретению являетcR способ . тепловой защиты элементов камеры сгорания огнеструйной горелки, в сооТ ветствии с которым окислитель и горючее предварительно смешивают и образующуюся т>пливную смесь подают в камеру сгорания кольцевым слоем вдоль ее стенок, где воспламеняют 2).

Однако известный способ не обеспе" чивает эффективного охлаждения камеры сгорания и требует дополнительного внешнего охлаждения за счет подачи

945343

Формула изобретения окислителя снаружи камеры сгорания в зазоре между ней и кожухом горелки.

Цель изобретения - повышение эффективности тепловой защиты.

Поставленная цель достигается тем, что топливной смеси сообщают вращательное движение и вводят ее в камеру сгорания со скоростью большей, чем скорость распространения фронта горения этой смеси. о

На чертеже показана схема тепловой защиты элементов камеры сгорания.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Приготовленную вне камеры 1 сгорания всю топливную смесь вводят в форкамеру 2, где ей сообщают вращательное движение. В таком состоянии топливную смесь через кольцевую щель

3 направляют кольцевым пристеночным потоком в камеру 1 сгорания со скоростью большей, чем скорость распространения фронта горения заданной топ- . ливной смеси.

Под действием центробежных сил кольцевой поток 4 топливной смеси стабильно удерживается у стенки камеры 1 сгорания по всей ее длине.

Так как в кольцевом потоке 4 нет ядра, на его внутренней стороне происходит. турбулизация смеси, сбразуютая обратные потоки, скорость смеси снижается, Этот процесс усиливается в направлении к соплу горелки, поэтому в центральной части камеры 1 создаются благоприятные условия для

35 сжигания топливной смеси, В этом случае в камере 1 сгорания образуются в радиальном направлении от стенок камеры к центру в виде вытянутых по

4(1 всей длине камеры зоны смесеобразования, испарения и горения.

Так как процессы испарения и горения усиливаются в направлении к соплу камеры сгорания, то и радиус этих зон увеличивается в этом же направле45 г нии. В результате ядро 5 горения и стенка камеры 1 сгорания постоянно разделены пристеночным слоем "холодной" топливной смеси и зоной испарения. Скорость течения топливной смеси в кольцевом потоке больше, чем скорость распространения фронта горения этой смеси, поэтому высокотемпературные газы ядра 5 горения не соприкасаются r. элементами камеры 1 сгорания > даже в критическом сечении сопла.

Часть гопливной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов дожигается в зоне сопла. Изменяя газодинамические и геометрические параметры камеры сгорания, можно в широких пределах регулировать количество топливной смеси, дожигаемой в факеле.

Это позволяет регулировать как температуру теплонапряженных элементов камеры 1 сгорания, так и скорость бурения, а также диаметр шпура, потому что при дожигании части топливной смеси на забое диаметр шпура увеличивается на 30-50 .

Проведенные промышленные испытания подтвердили эффективность предлагаемого способа.

При температуре торможения газового потока на срезе сопла, равной

1600оС, температура элементов камеры 1 сгорания поддерживалась в пределах 200-700оС. Температура теплонапряженных элементов регулировалась, главным образом, скоростью истечения кольцевого потока топливной смеси.

Расход бензовоздушной смеси составлял 1,0 нм /мин при коэффицие нте избытка воздуха 1,0-1,1. Указанная смесь подавалась в камеру 1 сгорания объемом 150 см через винтовой эавихритель в верхней части камеры и с помощью конической насадки в кольцевой зазор между кромкой насадки и стенкой камеры. Скорость потока составляла

40-50 м/с, что выше скорости распространения фронта горения, которая для испытываемой бензовоздушной смеси составляла 35 м/с.

Способ тепловой защиты элементов камеры сгорания огнеструйной горелки, в соответствии с которым окислитель и горючее предварительно смешивают и образующуюся топливную смесь подают в камеру сгорания кольцевым слоем вдоль ее стенок, где воспламеняют, отличающийся .тем, что, с целью повышения эффективности защиты, топливной смеси сообщают вращательное движение и вводят ее в камеру сгорания со скоростью большей, чем скорость распространения фронта горения этой смеси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Алемасов В. E. и др. Теория ракетных двигателей. И., "Машиностроение", 1980, табл. 22.1.

2. Авторское свидетельство СССР

М 734408, .кл. Е 2 1 В 7/14, 15. 11.77.

9 5343

Составитель 10. Стрелов

Редактор А. Яишкина Техред Ж. Кастелевич Корректор 1О "акаренко

Заказ 5281/42 Тираж 623 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4