13.3. Топливная форсунка фр-40дсм

Ввод топлива в трубчато-кольцевую камеру сгорания двигателя осуществляется с помощью 12 фор­сунок ФР-40ДСМ (рис. 13.4), которые выполняют функции как рабочих, так и пусковых форсунок.

Для получения высокого коэффициента полноты сгорания, устойчивого горения и надежного запуска на земле и в воздухе топливные.форсунки должны на любых режимах работы двигателя обеспечивать высококачественное распыливание топлива.

Распыливание увеличивает поверхность соприкосновения топлива с воздухом и облегчает протека­ние процесса смесеобразования. При оптимальном распыливании 10~³ кг топлива должны распадаться на 6 . . . 12 млн. капель со средним диаметром 70 . . . 100 мкм. Капли большого диаметра дальше проника­ют в поток, более мелкие быстрее уносятся им,-поэтому грубое распыливание ухудшает полноту сгорания и может вызвать «факеленнеэ, которое сопровождается выбросом факела пламени за пределы камеры сгорания и вызывает перегрев жаровых труб и лопаток газовой турбины. Наоборот, чрезмерно тонкое распыливание даст однородную топлнвно-воздушную смесь, имеющую узкие пределы воспламенения, что снижает устойчивость горения бедной смеси. С другой стороны, тонкость распыливання должна сочетаться с определенным углом факела.

Двигатель имеет достаточно широкий диапазон изменения потребных расходов топлива. Максималь­ный расход C_Tmai достигается в полете с максимально допустимой скоростью у земли и минимальной

Рис. 13.4. Топливная форсунка ФР-40ДСМ (в разобранном виде):

/ — кожух стакана н стакан; 2, 6 — уплотннтельное кольцо; жннные замки; 10, /5 —сетчатые топливные фильтры II я 1 3— распылитель // контура: 4 —распылитель / контура; контуров соответственно; // — уплотннтельное кольцо; 12 — 5—переходник; 7 —ганка; в—корпус форсунки: 9. 14 — пруштуцер; 13— шлнцевон замок.

Т , а минимальный расход G_jmin — в полете на максимальной высоте с минимально возможной скоростью. Даже если взять отношение часовых расходов топлива в стендовых условиях (Н =0, М =0, Т_и =288 К) на режимах взлетной тяги и малого газа, то это отношение будет шести-семикратным.

Известно, что для камер ТРДД выбирают минимальный перепад давлений Ар_фЯ1|п = Рф_т;_п—Р* = =0,3 ... 0,6 МПа, а максимальный Др_фтах =р_фтах —pv =4,0 ... 8,0 МПа (здесь р_ф —давление топлива перед форсункой, а р_к—давление воздуха за компрессором двигателя).

Для повышения надежности системы топливоподачи в двигателе принято р_фта!( =6,5 МПа или Ар_фтах«4,6 МПа.

Так как расход топлива через одноконтурную форсунку

G_T =р.^2ртДрф . (13.4)

где ц— коэффициент расхода; р_т — плотность топлива; F—площадь сечения сопла форсунки, то G_7maJG_Jmm = уДр_Фп1>>/Др_Фт|п « 4, т. е. одноконтурная форсунка позволяет получить только четырехкрат­ное увеличение расхода топлива при переходе двигателя с режима малого газа на взлетный. Поэтому в двигателе устанавливаются центробежные, двухконтурные двухсопловые форсунки ФР-40ДСМ с более широким диапазоном изменения расходов топлива, чем одноконтурные форсунки.

Форсунка ФР-40ДСМ состоит из корпуса 8, двух приемных штуцеров 12 с фильтрами 10 и 15, пере­ходника 5 распылителей 4 и 3 I и II контуров, стакана 1 с приваренным кожухом, деталей уп­лотнения и крепления.

Форсунка ФР-40ДСМ представляет собой две концентрично расположенные нерегулируемые форсун­ки I и II контуров, каждая из которых работает по принципу центробежного распыла (рис. 13.5).

Центробежный распыл основан на том, что топливо I контура по каналу 10 форсунки поступает к пере­ходнику 5 и по внутреннему ряду наклонных отверстий к распылителю I контура 4. В вихревую камеру этого распылителя топливо вводится через два тангенциальных паза 12, которые сообщают потоку вращательное движение с большой угловой скоростью. При выходе струи из сопла распылителя 4 действие центростремительных сил со стороны стенок прекращается и частицы топлива разлетаются по прямолинейным лучам, образующим полный конус с углом распыла при вершине.уВ центральном отверстии сопла распылителя 4 сохраняется давление воздуха в жаровой трубе камеры сгорания, поэтому истечение топлива из сопла происходит через кольцевое сечение в виде пелены. Пелена неустойчива к воздействию слабых возмущений, которые вызывают появление продольных и поперечных волн. С гребней волн срываются мельчайшие капельки, а затем вся пелена рассыпается на капли различного диаметра. Движущиеся капли в свою очередь дробятся под действием аэродинамических сил, так как они преодоле­вают силы, поверхностного натяжения. В конечном итоге образуется рой капель, который хорошо внедряется в воздушный поток, испаряется и образует свежую топливно-воздушную смесь.

При достижении давления в I контуре 1,5 МПа распределительный клапан HP начинает подвод топ­лива по каналу 9 форсунки через переходник 5, концентрично расположенный ряд отверстий в распыли­теле 4 к шести тангенциальным пазам // распылителя 3 II контура. Топливо вводится в вихревую камеру распылителя 3 с большой угловой скоростью, а затем выбрасывается через сопло в жаровую трубу. Дальнейший процесс распыления протекает аналогично рассмотренному.,

На рис. 13.6 представлена характеристика расхода топлива двухконТурной форсунки. Как видно, при ДРф.икл распределительный клапан HP автоматически подключает II контур форсунки. Теперь увеличение расходов топлива (кривая 2) происходит не только в результате увеличения Др_ф, но и благодаря

подключению дополнительной площади сопла II контура. Таким способом удается в 15 ... 20 раз увеличить расход топлива по сравнению с минимальным расходом при умеренном значении рф.

Один из основных недостатков двухсопловой форсунки является повышенная неравномерность подачи топлива в момент включения II контура из-за подключения форсунок к различным точкам топливного кол­лектора. Действительно, в этот момент давление топлива во II контуре соизмеримо со статическим пере­падом давлений, вызванным равностью уровней топлива в верхних и нижних форсунках, что является причиной появления повышенной неравномерности производительности.

Однако на режиме максимальной тяги, когда р_фта, = 6,5 МПа, неравномерность двухсопловых фор­сунок не превышает 2 ... 3%, что достигается установкой на двигатель форсунок только одной группы производительности. Поэтому при замене на двигателе отдельных форсунок необходимо ставить форсун­ки той же группы, к которой относятся снятые форсунки (клеймо группы имеется на корпусе форсунки), т. е. с той же производительностью.

Рассмотрим некоторые конструктивные особенности форсунки ФР-40ДСМ (см. рис. 13.4). Корпус изготовлен из стали и имеет овальный фланец с двумя отверстиями для крепления форсунки к среднему кожуху диффузора камеры сгорания. Корпус является силовым элементом, так как поддерживает жаро­вую трубу.

В корпусе выполнены каналы I и II контуров. Подвод топлива в эти каналы осуществляется с помощью ввернутых в корпус приемных штуцеров 12 с фильтрами 10 и 15. Контровка фильтров в штуце­рах 12 осуществляется пружинными кольцами. Уплотнение разъема между штуцером и корпусом дости­гается медным кольцом //, а контровка штуцера обеспечивается шлицевым замком 13, который фиксируется на штуцере пружинным кольцом 14.

Для устранения коксования топлива в канале I контура и предотвращения засорения тангенциальных пазов распылителя 4 введена теплоизоляция корпуса.

К головке форсунки с помощью стакана / крепится распиливающее устройство, которое состоит из переходника 5, распылителей I контура 4 и II контура 3. Стакан с приваренным к нему кожухом /, переходник 5, распылители 4 и 3 изготовлены из высоколегированных сталей. Изготовление деталей рас­пиливающего устройства из высоколегированных сталей резко повышает их износостойкость в скоростном топливном потоке.

Взаимная центровка деталей 3, 4 и 5 с корпусом форсунки достигается с помощью стакана /, который навернут на резьбу головки и законтрен медным контровочным кольцом 6. Кольцо 6, поджатое гайкой 7, выполняет одновременно функцию уплотнителя резьбы стакана /.

Медное кольцо 2 компенсирует суммарную несоосность распылителей 3 и 4, переходника 5, головки корпуса форсунки 8 и стакана 1. Это кольцо в сочетании с высокой степенью чистоты обработки торцовых поверхностей указанных деталей позволяет получить необходимую герметичность форсунки.

При эксплуатации двигателя может происходить коксообразование на торцах сопел распылителей 3 и 4, которое приводит к засорению сопел и снижает качество распыла. В этом случае нарушается равномерное распределение топлива по поперечному сечению жаровой трубы, приводящее к местному чрезмерному обеднению или обогащению смеси. Для предотвращения коксообразования и охлаждения передней стенки стакана / предусмотрен обдув воздухом, который поступает из диффузора камеры сгора­ния через отверстия Д в кожухе по каналу Г, а затем удаляется через два ряда отверстий в проточную часть жаровой трубы.