СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1996 года по МПК F02K9/52 

Изобретение относится к устройствам для распыливания, смесеобразования жидких, газообразных компонентов, где требуются тщательное перемешивание, распыливание, заданное распределение компонентов по поперечному сечению и заданных зонах в определенных количествах и соотношениях.

Cмесительная головка является важным, основным узлом в различных устройствах, например, в жидкостных ракетных двигателях, в которых она распределяет компоненты по сечению камеры сгорания, организует внутреннее ядро с соотношением компонентов топлива близким к оптимальному или заданному, а защиту стенки к.с. при необходимости от перегрева.

Известна смесительная головка (патент ФРГ, кл. 46 Д 1/05, 02 К, N 1159664), состоящая из 4-х плоских днищ, соединенных между собой втулками служащих для подачи компонентов топлива, крайнее, 4-е днище, располагается в полости к.с. и имеет каналы разного диаметра, сообщающие коллекторы с полостью к.с. Данная головка не обеспечивает качественное распыливание и равномерное смешение (распределение) компонентов топлива по сечению к.с. устройство не обеспечивает достаточную полость и равномерность перемешивания компонентов.

Известна смесительная головка в двигателе (пат.США, N 370574, НКИ 60-258, 60-39, МК Г -02К9/02, заявка N 578275 от 08.09.66), которая набрана из унифицированных модульных элементов в виде профилированных (штампованных) пластин из нержавеющей стали толщиной 0,18-0,25 мм, пластины, соединенные друг с другом, образуют камеру сгорания, топливные магистрали и форсуночные элементы. Описанное устройство сложное в изготовлении и к тому же имеет большого количества подводящих коллекторов, образованных отверстиями в пластинах, которые создают дополнительные заклапанные объемы.

Известна конструкция смесительной головки (патент США N 4081136, кл. 02 К 9/02 опубл. 28.03.78 ), содержащая пластины, каждая из которых имеет плоские боковые и кромочные поверхности с большим числом каналов на боковой поверхности и калиброванные отверстия в кромочной поверхности, каналы и отверстия сообщены с соответствующими подводящими коллекторами.

Недостатком известной конструкции является сложность в выполнении калиброванных отверстий, большие заклапанные объемы, вызванные сложностью изготовления этих отверстий, строго ориентированных под требуемым углом.

Основной задачей предлагаемого технического решения является техническое упрощение конструкции смесительной головки, уменьшение заклапанных объемов, снижение затрат на изготовление.

Решение основной задачи достигается тем, что смесительная головка, состоящая из корпуса, коллекторов, пакета пластин, имеет в одних пластинах дозирующие каналы, в виде сквозных пазов, причем поперечный размер паза соизмерим с толщиной самой пластины, каналы же подачи выполнены сквозными в других пластинах и соединяют коллекторы с дозирующими каналами, разделение разноименных компонентов в головке обеспечивается "сплошной" пластиной, дополнительно во всех "сплошных" пластинах выполнены сквозные отверстия, образующие подводящие коллекторы.

На рисунках изображена смесительная головка:
на фиг. 1 показана головка в сборе после обработки на расточном станке, клапанные узлы показаны пунктиром;
на фиг.2 представлен вид головки со стороны камеры смешения;
на фиг. 3 показан в увеличенном масштабе элемент дна головки со стороны камеры смешения с дозирующими каналами;
на фиг. 4-7 представлены пластины со сквозными пазами, каналами, отверстиями;
на фиг. 8 показана пластина со сквозными отверстиями для подвода компонентов, являющаяся разделительной, пазы и каналы отсутствуют;
на фиг.9 изображена пластина боковая с подводящими трубопроводами и отверстиями для подвода компонентов;
на фиг.10 изображена пластина, противоположная пластине, изображенной на фиг.9.

Смесительная головка, представленная на фиг.1, состоит из клапанных узлов (показаны пунктиром) 1, корпуса 2, собранного из боковых пластин 3, 4, (фиг.2, 9, 10) и пластин 5, 6, 7, 8, 9 (см. фиг.2, 3 и соответственно фиг.6, 4, 7, 5, 8), коллекторы подвода 10, 11 соединены с клапанными полостями 12, 13, которые в свою очередь сообщаются при открытии клапаном 1 с распределительными коллекторами 14, 15 и далее полостями 16, 17 (фиг.5, 7) в пластинах 6, 7, последние сообщаются через дозирующие калиброванные каналы 18, 19 (фиг.3, 5, 6) с камерой смешения 20, 26.

Полости 16, 17, калиброванные каналы 18, 19 пластин 5, 6, 7, 8 с разноименными компонентами разделены пластинами 9 (фиг.3, 8). В корпусе 2, дополнительно образованы пазы 21 (паз для крепления камеры смешения), 22 и 23 (каналы термосистемы). К пластине 3 подведены патрубки подачи компонентов 24, 25 к коллекторам 10, 11, пластины 3, 4 придают жесткость конструкции.

Работа смесительной головки заключается в следующем. Компоненты под давлением заполняют внутренние полости подводящих патрубков 24 (окислителя, например), 25 (горючего), далее, коллекторы подвода 10 и 11 и клапанные полости 13 и 14 соответственно. При включении клапанов компоненты топлива устремляются в распределительные коллекторы 14, 15, далее полости 16, 17 пластин типа 6, 7 и дозирующие каналы 18, 19 пластин типа 5, 8 и смешиваются в камере смешения 20, при этом перетеканию разноименных компонентов в головке до их смешения в камере 20 препятствуют пластины типа 9.

Дозирующие каналы 18, 19 выполняют роль струйных форсунок. Струи компонентов топлива подают в камеру смешения 20. Так как дозирующие каналы лежат в одной плоскости (в плоскости пластин 5, 8), то выполненные под углом друг к другу каналы 18 или 19 обеспечивают надежное пересечение струй одноименных компонентов. После столкновения компоненты топлива дробятся и в виде тумана, перемешиваются друг с другом. Струи, направленные параллельно оси смесительной головки, дробятся вдали от поверхности форсуночной головки за счет взаимодействия с горячей газовой фазой, реагирующими компонентами топлива, тем самым охлаждая стенку своей завесой.

В пластинах 5, 6, 7, 8, 9 выполнены коллекторы 10, 11, 20 (часть камеры смешения) таким образом, чтобы после сборки не сминая и не забивая отверстий выполнить механическую обработку, которая после сборки всех пластин в пакет подлежит необходимой обработке.

Такая смесительная головка собирается, как прототип, при помощи пайки. Подбирая толщины пластин 5, 8, ширину дозирующих каналов и расстояние между каналами 18, 19 и толщину пластин 6, 8, 9 можно создавать смесительные головки различной расходонапряженности, обеспечивающие малую приведенную длину камеры ЖРД при получении высоких энергетических характеристик.

После сборки, головка подлежит механической обработке, предусмотренные технологические пазы обеспечивают сохранность всех каналов и пазов, далее головка соединяется с другими узлами и деталями. За счет возможности плотно расположить дозирующие каналы по сечению зоны смешения и в минимальном объеме организовать подвода компонентов к ним (дозирующим каналам) достигается эффективность смесительной головки. Конструкция головки допускает возможность равномерно или по плану распределить по сечению зоны смешения один и более компонентов, как жидких, так и газообразных.

Использование: в области тепловых двигателей, в том числе конкретно в ЖРД, химических аппаратах и т.п. Сущность изобретения: смесительная головка состоит из корпуса, коллекторов подачи компонентов, пакета пластин с каналами подачи и дозирующими каналами, причем дозирующие каналы выполнены в виде сквозных пазов в пластинах, установленных между пластинами с каналами подачи, которые выполнены в подводящих пластинах также сквозными. Каналы подачи сообщаются с коллекторами подачи компонентов. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Смесительная головка, содержащая корпус, установленный в нем пакет пластин с каналами подачи, сообщенными с одного конца с подводящими коллекторами, а с другого с дозирующими каналами, сообщенными с камерой смешения, отличающаяся тем, что каналы подачи выполнены в виде сквозных отверстий в одних из пластин пакета, а дозирующие каналы в виде сквозных пазов в пластинах, установленных между пластинами с каналами подачи. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что в части пластин выполнены технологические отверстия для металлической обработки и сборки.