книги из ГПНТБ / Кулагин Л.В. Форсунки для распыливания тяжелых топлив

тельное сопротивление перед входом в камеру закручи­ вания. Величина этого противодавления в момент вклю­ чения в работу второй ступени составляет 5—20% дав­ ления подачи топлива, что соответствует 0,075—0,3 МН/м2 при рі = 1,5 МН/м2 . Давление топлива во второй ступепени в начале ее работы соизмеримо с противодавлением и составляет 0,2—0,5 МН/м2 . Расход топлива через вторую ступень, соответствующий этим давлениям, обычно равен расходу топлива, проходящего через первую сту­ пень, или даже больше. Поэтому в расчетах форсунок необходимо учитывать величину противодавления.

Согласно уравнению (18) при к = 1 на границе ка­ меры закручивания и сопла топливо в первой ступени имеет осевую скорость, постоянную по всему сечению.

Противодавление р п 1 , создаваемое топливом первой сту­ пени во второй ступени, равно реакции скоростного на­ пора и может быть определено по уравнению

метр сопла второй ступени меньше диаметра воздушного вихря первой ступени, то топливо во вторую ступень не поступит. При размерах диаметра сопла второй ступени, больших размеров первой, действительное значение про­ тиводавления увеличивается, так как с удалением от оси форсунки уменьшаются потери давления на трение и отсутствует осевое движение. На границе торцовой стенки

ведены эксперименты, в которых измерялись давление подачи и расход топлива в первой ступени и противо­ давление во второй ступени. По результатам опытов подсчитывался коэффициент расхода \і, по значению

110

опытное значение отношении величин противодавлении для форсунок с большим диаметром сопла второй ступени выше теоретического. Однако такие форсунки встре­

нескольких двухкамерных форсунок неравномерность рас­ хода топлива в момент включения вторых ступеней из-за различий в противодавлениях может достигать 200%

потока на стенку камеры закручивания первой ступени. Для определения величины этого противодавления выде­ лим в камере закручивания кольцевой элемент струи радиусом г и толщиной dr. Этот элемент находится в рав­ новесии при условии, если разность давлений на его

Для нахождения значения момента количества дви­

где

* = ' * . ( x ç r + 1 ) -

112

же, в первой и второй одновременно; 4— противодавление в первой сту­ пени; 5 — то же, во второй ступени

Если известны экспериментальные значения противо­ давлений и расходов (или коэффициентов расхода) топлива при работе обеих ступеней в отдельности, то путем соот­ ветствующей корректировки расходных характеристик на величину противодавлений легко с использованием уравнения (93) получить суммарный расход. Например, по данным характеристикам расхода и противодавления (рис. 48) одного из вариантов двухкамерной форсунки

114

ступенями, равном 4 МН/м2 , действительное давление перепада на первой ступени будет равно 3,2 МН/м2 , на второй 2,6 МН/м2 и соответствующие расходы составят 65 и 106 кг/ч. Сумма этих расходов точно совпадает с опыт­ ным расходом, измеренным на стенде при подаче топлива в обе ступени с давлением 4 МН/м2 (рис. 48). Также хорошо совпадают результаты расчета с опытными изме­

Для определения общего угла факела найдем сумму моментов количества движения топлива обеих ступеней в выходном сопле форсунки:

геометрических особенностей форсунки на величину мо­

что оба потока полностью перемешиваются и распыливание происходит аналогично распыливанию одноступен­ чатой форсункой.

Для определения средних значений коэффициентов

ментальные данные, полученные при работе одной пер­ вой ступени и обеих ступеней одновременно, могут ха­ рактеризоваться одной общей зависимостью. По резуль­ татам работы второй ступени видно, что опытные точки располагаются значительно выше всех остальных точек.

Критериальные зависимости, описывающие эти кри­ вые, несколько отличаются от уравнения (72). Если

для всех опытных кривых близки к их значениям в урав­ нении (72), то значения постоянных уравнения при работе первой и обеих ступеней одновременно равны 4000, а при

хммм

Рис. 50. Распределение медианных диаметров капель, по сече­ нию факела, полученное при работе двухкамерных форсунок

работе одной второй ступени 6340. Необходимо отметить, что в результате различных сочетаний давления и рас­ хода по ступеням имело место некоторое отклонение опытных точек от средних значений, что обусловлено неодинаковой потерей напора в первой и второй ступенях.

116

Распределение удельных потоков топлива в попереч­ ном сечении факела двухкамерных форсунок аналогично распределению удельных потоков в одноступенчатых и двухсопловых форсунках. При включении второй сту­ пени несколько снижается величина максимумов кривой распределения, и их абсциссы сближаются, а распределе­ ние удельных потоков становится более равномерным. Кривая распределения медианных диаметров капель по сечению факела имеет такую же форму, как и для одно­ ступенчатых форсунок (рис. 50).

Однокамерные форсунки

Однокамерные форсунки имеют общую камеру закру­ чивания с тангенциальными каналами соответствующих ступеней, расположенными на разных расстояниях от оси. Каждая ступень может иметь любое число танген­ циальных подводов, которые выполнены по одной или различным схемам, используемым в одноступенчатых

по двум винтовым канавкам, нарезанным на центральной конической пробке. Тангенциальные каналы второй сту­ пени выполнены в промежуточном диске, расположенном между соплом и распределительной вставкой. В этом диске имеется камера закручивания и шесть тангенциаль­ ных прорезей. Таким образом, радиус закручивания второй ступени равен разности радиуса камеры закручи­

Форсунки с общей камерой закручивания обеспечивают наиболее полное перемешивание обоих потоков и нашли широкое применение в газотурбинных двигателях, ра-

117

ботающих на легких топливах. Расчет таких форсунок путем введения усредненных значений входной скорости, радиусов закручивания и тангенциальных каналов сво­ дится к использованию основных зависимостей для одно­ ступенчатой форсунки.

Такую схему расчета для случая одинаковых значений радиусов закручивания у обеих ступеней предложил Л. А. Клячко. Разное значение входных скоростей или давлений по ступеням учитывается величиной коэффи­ циентов сопротивлений £j и £ и , отнесенных к скоростному напору во входных каналах ступеней. В зависимости от

совпадение расчетных и опытных данных при распыливании маловязких топлив. При работе распылителя на вязких топливах надо вместо А применять эквивалентную характеристику форсунки

новленного по методике для одноступенчатых форсунок. Этот вариант расчета пока не получил опытной проверки.

Обычно у однокамерных форсунок радиусы закручи­ вания первой и второй ступеней значительно отличаются один от другого, что влияет не только на величину Л, но и на потери момента количества движения и напора — и особенно при работе на вязких топливах.

118

Можно построить схему расчета однокамерных фор­ сунок по аналогии со схемой расчета двухкамерных форсунок. При этом необходимо рассчитать каждую ступень в отдельности, определить противодавления и затем по уравнению (93) найти суммарный расход. Про­ верка расчета по этой схеме была проведена на форсунке, представленной на рис. 51.

вызывает ряд трудностей, так как в случае работы на вязких топливах следует в расчете первой ступени учи­ тывать потери на трение не только на участке движения топлива от входных каналов до сопла, но и в «мертвой» зоне между входными каналами первой и второй ступеней. Несмотря на то, что топливо через этот участок и не проходит, заключенная в этом объеме масса топлива в результате внутреннего трения между слоями жидкости вращается. На это затрачивается значительная часть энергии, снижаются величины напора и момента коли­

При распыливании вязких топлив однокамерными форсунками с большими потерями работает первая сту­ пень. Это происходит потому, что здесь наиболее неблаго­

тепловые потери в факеле относительно высоки, а тем­ пература самого факела незначительна. Поэтому, с точки зрения авторов, однокамерные форсунки менее пригодны для работы на вязких топливах, чем двухсопловые и двухкамерные форсунки.

Кроме многоступенчатых форсунок рассмотренных ти­ пов предложены и более сложные конструкции. Так, известны трехконтурные форсунки, которые могут быть односопловыми, двухсопловыми и трехсопловыми, а также однокамерными, двухкамерными и трехкамерными. В кон­ струкциях трехконтурных форсунок используют эле­ менты двухконтурных форсунок. В изображенной

119