Конструкция поясов завесы охлаждения

Важными конструктивными узлами некоторых камер являются пояса завесы, организующие внутреннее завесное охлаждение стенки.

Необходимо напомнить, что в конвективном (наиболее мощном) теп­лообмене между продуктами сгорания и стенкой участвует только погра­ничный слой - тонкий слой газа непосредственно примыкающий к стен­ке. Поэтому для организации эффективного, т.е. экономичного и надеж­ного внутреннего охлаждения, достаточно насыщать "холодными" (жидкими или газообразными) продуктами только сам по граничный слой. В этом случае наиболее эффективным охлаждением является транспирационное с использованием для стенки пористых материалов.

Эффективность охлаждения будет выше, если по длине камеры рас­положить ряд поясов завесы с минимальными расходами компонентов. Однако применение большого числа поясов означает значительное услож­нение конструкции камеры и технологии ее изготовления.

На практике обычно устанавливают один - три пояса завесы. При этом расход горючего на внутреннее завесное охлаждение лежит в пределах от 1,5…2,5 % до 6…8 % полного расхода компонентов через камеру. Эти данные соответствуют расходу в пределах от 5... 6 до 20... 25 г/см ∙ с, т.е. на 1 см периметра сечения камеры в месте установки пояса завесы.

Расход через пояс завесы определяется многими факторами, к числу которых относятся: задача, возлагаемая на завесное охлаждение; чис­ло поясов по камере и их расположение; немаловажную роль играют и конструктивные особенности пояса завесы.

Если завеса является вспомогательной, г.е, она дополняет загради­тельное охлаждение пристеночного слоя, создаваемого смесительной головкой, то ее расходы могут быть минимальными. Если завеса _ осно­ва внутреннего охлаждения, то ее расходы должны быть максимальными. При одной завесе расход горючего через нее должен быть большим, чем при нескольких завесах. Значения расходов горючего через каждый пояс завесы определяются на основе полного расчета теплозащиты стенки и окончательно корректируются при экспериментальной отработке камеры.

На практике, если это возможно, несмотря на высокую эффектив­ность внутреннего завесного охлаждения, ограничиваются внутренним заградительным "от головки" охлаждением и мощным проточным охлаждением. Такая схема тепло защиты стенки оправдывается упрощением конструкции камеры и технологии ее изготовления, что особенно важно при высоких давлениях в камере сгорания. Кроме того, снижаются потери удельного импульса на внутреннее охлаждение, т.е. повышается экономичность двигателя.

Конструктивных решений узла завесы, Как и любых других узлов, в настоящее время достаточно много. При конструктивной разработке пояса завесы необходимо, с одной стороны, сделать конструкцию более простой и технологичной, чтобы чрезмерно не усложнять конструкцию и технологию изготовления камеры в целом, а с другой стороны, обеспе­чить заданные расходные характеристики и образование сплошной плен­ки жидкости на внутренней поверхности стенки при строгой равномер­ности распределения расхода компонента по периметру сечения завесы.

Кроме того, в большинстве конструкций поясов завесы скорости жидкости, вытекающей 'из пояса на внутреннюю поверхность стенки, сообщается тангенциальная составляющая для придания жидкой плен­ке вращательного движения. Благодаря этому пленка, прижимаясь к поверхности стенки, меньше разбрызгивается, позже разрушается и на большей длине защищает стенку, т.е. завеса будет более эффективной.

На рис. 6.29 показана наиболее простая конструкция пояса завесы, в которой расход жидкости на завесу m ₃ отбирается непосредственно из охлаждающего тракта, который в сечении завесы образует небольшой входной коллектор. Из входного коллектора жидкость поступает в кана­лы - круглые отверстия, тангенциально расположенные в стенке. Для обеспечения равномерности распределения расхода по периметру окруж­ности число каналов должно быть достаточным (шаг между ними поряд­ка 25…35 мм) и, кроме того, перед выходом на внутреннюю поверхность стенки жидкость должна перемешиваться в специальной проточке, вы­полняющей здесь роль выходного коллектора завесы.

Несмотря на простоту конструкции и "красивый" внешний вид каме­ры, этот и подобные ему варианты завесы не очень распространены. Глав­ный их недостаток - невозможность точной калибровки расхода заве­сы по результатам гидравлических испытаний камеры после ее изготовле­ния. Это вызвано тем, что колебания расходных характеристик пояса заве­сы определяются в этом случае, с одной стороны, допусками на изготов­ление и обработку каналов завесы, а с другой, - отклонениями давления жидкости в охлаждающем тракте в сечении завесы. Оба эти показателя на практике могут иметь большой разброс, из-за чего расходные харак­теристики и, естественно, эффективность завесы могут сильно изменять-

ся в различных экземплярах камер.,

Поэтому более распространенными конструкциями пояса завесы являются такие, при которых коллектор пояса отделен от охлаждающего тракта, и расход в него поступает по самостоятельному трубопроводу.

На рис. 6.30 показаны два варианта такой "изолированной" от охлаж­дающего тракта завесы. Здесь охлаждающий компонент обтекает пояс завесы - его входной коллектор - сверху, а расход в коллектор поступа­ет независимо от охлаждающего тракта. Причем величина расхода на заве­су может быть огкалибрована подбором дроссельной шайбы - жикле­ром 1, как доказано на рис. 6.31.

На рис. 6.32 показан вариант конструкции пояса завесы, в котором рас­ход из охлаждающего тракта камеры проходит сквозь корпус пояса за­весы по специальным горизонтальным каналам, сделанным в корпусе.

На рис. 6.33 показана более сложная конструкция пояса завесы.. Этот пояс отличается тем, что закрутка жидкости в нем осуществляется при прохождении тангенциальных горизонтально расположенных каналов (сечение Б-Б). Получившая вращение жидкость поступает в специальный "выходной" коллектор, из которого она опять по тангенциальным наклонно расположенным каналам, направляется на внутреннюю поверхность стенки. Этот пояс, сообщая жидкости более сильное вращение, создает повышенную устойчивость пленки жидкости на стенке.

На рис. 6.34 показана конструкция пояса завесы, в которой выход жидкости на поверхность стенки происходит в двух близко расположенных сечениях. Как видно, жидкость поступает по независимому от охлаждаю­щего тракта трубопроводу в один общий коллектор. Затем из входного коллектора по двум рядам противоположно расположенных горизонталь­ных тангенциальных каналов жидкость поступает в свой выходной кол­лектор. Из каждого коллектора по наклонному ряду таких же тангенци­альных каналов жидкость поступает на внутреннюю поверхность стенки. Завесы с двумя близко расположенными выходами жидкости при боль­шом расходе жидкости создают более устойчивую и эффективную завесу.