Горелка является составной частью тепловой установки аэростата. Ее основное назначение - качественно сжечь поступающий в нее газ и обеспечить безопасный нагрев воздуха в оболочке, начиная от подготовки к полету кончая посадкой.
На пути своего развития, еще со времен братьев Монгольфье и по сегодняшний день, были сделаны попытки применения самых разнообразных тепловых установок. Первая тепловая установка представляла собой жаровню, на которой сжигалась солома, затем были установки, работающие на дровах, угле, бензине, но наиболее удачной с точки зрения простоты изготовления, веса и безопасности оказалась тепловая установка, использующая сжиженный пропан или смесь пропана и бутана.
Минимальная тепловая мощность горелки, потребная для поддержания горизонтального полета аэростата класса АХ-7, АХ-8 на малых высотах составляет около 1... 1,5 МВт, но обычно максимальная мощность горелок для аэростатов этих классов составляет 4...5 МВт, для аэростатов класса АХ-9, АХ-10 максимальная мощность горелки должна быть не менее 7...8 МВт.
Мощность горелки не является единственным параметром, важным является также форма пламени, которое должно быть достаточно узкое и длинное, чтобы в момент наполнения оболочки была меньше вероятность опалить край входного отверстия оболочки. Узкое и длинное пламя обеспечивает больший коэффициент полезного действия горелки, так как сгорание происходит внутри оболочки, а не перед входным отверстием, что уменьшает тепловые потери.
Важной эксплуатационной характеристикой является шум. Обычно уровень шума, замеренный в гондоле, составляет около 100 дБ или несколько выше. И в первую очередь, это важно не столько для пассажиров, находящихся на борту аэростата, сколько для домашнего скота на земле. Как правило, полеты на воздушных шарах происходят в сельской местности на высотах, не превышающих 300 м и, как показала практика, животные начинают вести себя очень неспокойно, когда расстояние до них составляет менее 150...200 м. Стадо коров, напутанное низкочастотным ревом горелки, способно наделать много бед себе, людям и повредить окружающие постройки. В Англии, говорят, были печальные случаи, когда разгневанные фермеры стреляли по воздухоплавателям из охотничьих ружей. Наиболее простым и эффективным способом снижения уровня шума является прямое сжигание жидкой фазы, без предварительного испарения. Скорости истечения и сгорания жидкого топлива существенно ниже, чем у газообразного, а следовательно, меньше шум, недостатком является меньшая полнота сгорания, но это можно отнести к достоинству, так как ярко-оранжевый цвет пламени позволяет в вечернее время очень красиво подсвечивать оболочку, а также обозначить место посадки в ночное время.
 |
На рисунке 6.10 показаны две основные схемы, применяемые в настоящее время. Чаще используются так называемые двухфазные тепловые установки (рис.6.10 а), в которых питание основной горелки осуществляется от жидкой фазы, а дежурной - от газовой, в однофазной системе обе горелки запитываются от жидкой фазы, а испарение топлива происходит в самих горелках. У однофазной и двухфазной систем есть свои преимущества и недостатки. Рис. 6.10. Принципиальные схемы двухфазной и однофазной тепловых установок: а - двухфазная тепловая установка; б - однофазная тепловая установка: 1 - змеевик-испаритель; 2 - дежурная горелка; 3 - коллектор с газовыми форсунками; 4 - вентиль дежурной горелки; 5 - огневой клапан; 6 - жидкостной вентиль баллона; 7 - газовый вентиль баллона; 8 - корпус баллона; 9 - трубка забора жидкости; 10 -жидкий газ; 11 - испаритель дежурной горелки |
Подача топлива в дежурную горелку в виде газовой фазы делает ее более простой и более надежной по сравнению с дежурной горелкой, в которую подается жидкий газ, но при этом усложняется конструкция баллона, у которого приходится делать дополнительный вентиль (см. рис. 6.10 а поз.7). В то же время баллоны, от которых ведется подача газовой фазы, нельзя наддувать азотом, а этот прием является одним из распространенных способов повышения давления при низких температурах.
К основному недостатку существующих однофазных тепловых установок следует отнести погасание дежурной горелки в полете при переключении с одного баллона на другой. Однако этот недостаток устраняется, если конструкция предусматривает закольцовывание баллонов через специальные коллекторные рукава.
Вообще, старые пилоты по традиции отдают предпочтение двухфазным установкам, в то время как молодежь охотно применяет однофазные.
|
|
На рисунке 6.11 показана наиболее распространенная схема двухфазной горелки. Для повышения надежности горелки, как правило, делаются двойными, каждая горелка запитывается от своего баллона или группы баллонов. С целью обеспечения возможности работы одновременно двумя горелками от одного баллона иногда устанавливается проходной кран 10, соединяющий горелки между собой. Рис. 6.11. Схема двойной двухфазной горелки: 1- змеевик-испаритель; 2 - дежурная горелка; 3 - коллектор с газовыми форсунками; 4 - жидкостная форсунка; 5 - огневой клапан; 6 - манометр; 7 - жидкостной рукав; 8 - газовый рукав; 9 - вентиль дежурной горелки; 10 - проходной кран Можно встретить горелки, у которых зарезервированы все элементы, как у двойной, за исключением змеевика испарителя. Надежность таких горелок весьма высокая, но габариты и вес существенно меньше, чем у двойных, схема такой горелки показана на рисунке 6.12. Рис. 6.12. Схема одинарной двухфазной горелки с резервированием всех систем Огневой клапан является весьма важным конструктивным элементом в горелке, его работоспособность во многом определяет надежность всей тепловой установки. На рисунке 6.13 показана типовая конструкция огневого клапана, отдельные элементы показанной конструкции повторяются в огневых клапанах многими изготовителями. Рис. 6.13. Схема огневого клапана: а - закрытое положение; б - открытое положение. 1 - рычаг; 2 - ограничитель хода рычага; 3 - шток клапана; 4 - резиновые кольцевые уплотнения; 5 - пружина клапана; 6 - клапан; 7 - корпус огневого клапана; 8 - трубка контроля герметичности; 9 - кожух горелки
|
При нажатии на рычаг (1) шток (3) оттягивает клапан (6) от седла и жидкий газ начинает поступать в змеевик испарителя (см. рис. 6.13 б), в закрытом положении клапан удерживается пружиной (5). На штоке клапана имеются резиновые кольцевые уплотнения (4), которые не дают прорваться газу вдоль штока к руке пилота, если по каким-либо причинам уплотнения теряют герметичность, газ будет сбрасываться через трубку (8) в кожух горелки.
В некоторых конструкциях устанавливается одно кольцевое уплотнение, без трубки контроля герметичности (дренажной трубки). Следует избегать применения таких горелок из-за возможности устроить пожар в гондоле.
Нужно обращать внимание на то, чтобы рычаг огневого клапана самостоятельно не мог оставаться в открытом положении, для этого устанавливается ограничитель (2). Были случаи, когда при сложных посадках (в сильный ветер, при большой вертикальной скорости) пилоты забывали или не успевали перекрыть подачу топлива в дежурные горелки и при касании земли непроизвольно задевали за рычаг огневого клапана, в лучшем случае результатом была прожженная дыра в оболочке.
В состав горелки включаются обычно и газовые рукава, которые кроме естественного требования по прочности и герметичности не должны пережиматься при малых радиусах изгиба.
