МОДУЛЬ-ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F02K9/52 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и касается выполнения смесительных устройств газогенераторов для привода газовых турбин, в частности для жидкостных ракетных двигателей.

Уже известны смесительные устройства для камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, в котором смеситель выполнен в виде центробежной форсунки, установленной в корпусе камеры сгорания и связанной с каналами подвода топлива и окислителя (патент РФ N 2041375, F 02 K 9/52, 1990 г.).

Известное смесительное устройство не применяется в двигателях с большой тягой в связи с тем, что выполнение смесителя в виде центробежной форсунки резко увеличивает радиальные габариты смесителя и, тем самым, ухудшает массогабаритные характеристики двигателя в целом.

Известны смесительные устройства газогенератора, в которых корпус смесителя установлен в полости окислителя, образованной днищем и другой неподвижной деталью корпуса, причем в корпусе смесителя выполнен осевой канал подачи топлива, а канал подачи окислителя выполнен кольцевым и отделен от канала подачи топлива цилиндрическим козырьком (патент США N 4974415, НКИ 60-733, 1988 г.)
Основным недостатком известного смесительного устройства является сложность обеспечения устойчивого процесса горения при низких температурах генераторного газа, подаваемого в турбину жидкостного ракетного двигателя.

Наиболее близким техническим решением являются смесительные модули для жидкостных ракетных двигателей, содержащие крышку и днище, установленные с образованием между ними полости подвода одного из смешиваемых компонентов, и корпус модуля, установленный в полости между крышкой и днищем и имеющий осевой канал, сообщенный с каналом подвода другого компонента и открытый в сторону смесительной камеры, причем полость между крышкой и днищем связана со смесительной камерой с помощью продольных пазов, равномерно расположенных по окружности поперечного сечения корпуса модуля (патент Германии N 4305154, МКИ F 02 K 9/52, 1993 г.)
В известном смесительном модуле из полости между крышкой и днищем в смесительную камеру подается топливо, а осевой канал корпуса модуля подключен к каналу подвода окислителя, это не позволяет осуществить дополнительную подачу окислителя в продукты сгорания для снижения температуры генераторного газа.

Решаемая изобретением задача - повышение эффективности функционирования смесительного модуля.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного изобретения, - повышение качества смешения при выработке газа с большим содержанием кислорода, имеющего пониженную температуру.

Сущность изобретения заключается в том, что в модуле-газогенераторе, содержащем крышку, днище и установленный между ними корпус, смесительную камеру, выполненную в днище, в месте установки корпуса, магистрали подвода горючего и окислителя, при этом корпус имеет осевой канал и продольные пазы, равномерно расположенные по окружности корпуса со стороны днища для сообщения со смесительной камерой, осевой канал корпуса со стороны крышки выполнен глухим, содержащим тангенциальные отверстия, равномерно расположенные на поверхности корпуса и сообщающиеся с магистралью подачи топлива, а полость между днищем и крышкой соединена с магистралью подачи окислителя, при этом в корпусе выполнены дополнительный кольцевой канал, с тангенциальными отверстиями, выходящими в полость между крышкой и днищем, расположенный коаксиально осевому каналу и дополнительная цилиндрическая смесительная камера, являющаяся продолжением дополнительного кольцевого канала, сообщенная с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны - со смесительной камерой, выполненной в днище.

При этом в днище со стороны, противоположной корпусу модуля, выполнена коническая расточка, продольная ось которой совмещена с продольной осью смесительной камеры днища. А дополнительная цилиндрическая смесительная камера корпуса модуля выполнена длиной, по меньшей мере равной двум ее диаметрам.

Причем тангенциальные отверстия кольцевого канала выполнены в виде двух рядов отверстий, равномерно расположенных по окружности корпуса.

На фиг. 1 представлен общий вид модуля-газогенератора в продольном разрезе;
на фиг.2 показано сечение B-B корпуса модуля;
на фиг.3 - сечение C-C корпуса модуля;
на фиг.4 - сечение D-D корпуса модуля;
на фиг.5 - сечение A-A корпуса модуля;
на фиг. 6 - выполнение корпуса модуля составным из двух деталей, соединенных между собой сваркой.

Модуль газогенератор (фиг. 1), преимущественно для газогенератора жидкостных ракетных двигателей, содержит крышку 1 с топливоподводящим каналом 2, днище 3 со смесительной камерой 4, жестко связанное с крышкой и установленное с образованием между ними полости подвода окислителя 5, и корпус модуля 6, размещенный в полости подвода окислителя 5 и установленный одним концом в смесительной камере 4 днища 3, а другим концом - в отверстии 7 крышки 1, сообщенном с топливоподводящим каналом 2. Корпус модуля 6 жестко связан по меньшей мере одним из концов с крышкой 1 либо с днищем 3.

В корпусе модуля 6 выполнены осевой канал 8, подключенный к полости отверстия 7 крышки 1 тангенциальными отверстиями 9 (фиг. 1, 2), кольцевой канал окислителя 10, расположенный концентрично осевому каналу 8 и подключенный к полости подвода окислителя 5 тангенциальными отверстиями окислителя 11 (фиг. 1, 3, 4), и цилиндрическая смесительная камера 12, сообщенная с одной стороны, с кольцевым каналом окислителя 10 и осевым каналом 8, а с другой стороны - со смесительной камерой 4 днища 3. Полость подвода окислителя 5 гидравлически связана со смесительной камерой 4 каналами 13 (фиг. 1, 5), которые могут выполняться в виде пазов на одной из сопрягаемых поверхностей корпуса модуля 6 и смесительной камеры 4.

Смесительная камера 4 (фиг. 1) может быть снабжена конической расточкой 14, расположенной на выходе камеры. Цилиндрическая смесительная камера 12 выполнена длиной, по меньшей мере равной двум ее диаметрам.

Тангенциальные отверстия окислителя 11 (фиг. 1, 3, 4), могут быть выполнены в виде двух рядов отверстий, равномерно расположенных по окружности поперечного сечения корпуса модуля 6. Корпус модуля 6 может выполняться составным из двух деталей 15 и 16 (фиг. 6), соединенных между собой сваркой.

При работе модуля газогенератора (фиг. 1) в полость подвода окислителя 5 подается жидкий кислород, а в осевой канал 8 из топливоподводящего канала 2 через тангенциальные отверстия 9 поступает керосин, который впрыскивается в цилиндрическую смесительную камеру 12. Часть жидкого кислорода через тангенциальные отверстия окислителя 11 и кольцевой канал окислителя 10 подается в цилиндрическую смесительную камеру 12 и смешивается с керосином для его сжигания.

Высокотемпературные продукты сгорания поступают в смесительную камеру 4 днища 3, где разбавляются и охлаждаются жидким кислородом, поступающим из полости подвода окислителя 5 через пазы 13.

Наиболее успешно заявленный смесительный модуль может быть применен в смесительных устройствах газогенераторов для привода газовых турбин, в частности для жидкостных ракетных двигателей.

Модуль-газогенератор жидкостных ракетных двигателей содержит крышку, днище и установленный между ними корпус, смесительную камеру, выполненную в днище в месте установки корпуса, магистрали подвода горючего и окислителя. Корпус имеет осевой канал и продольные пазы, равномерно расположенные по окружности корпуса со стороны днища для сообщения со смесительной камерой. Осевой канал корпуса со стороны крышки выполнен глухим, содержащим тангенциальные отверстия, равномерно расположенные на поверхности корпуса и сообщающиеся с магистралью подачи топлива. Полость между днищем и крышкой соединена с магистралью подачи окислителя. В корпусе также выполнен дополнительный кольцевой канал с тангенциальными отверстиями, выходящими в полость между крышкой и днищем, расположенный коаксиально осевому каналу, и дополнительная цилиндрическая смесительная камера, являющаяся продолжением дополнительного кольцевого канала, сообщенная с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны - со смесительной камерой, выполненной в днище. Изобретение повышает эффективность функционирования смесительного модуля. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Модуль-газогенератор, содержащий крышку, днище и установленный между ними корпус, смесительную камеру, выполненную в днище в месте установки корпуса, магистрали подвода горючего и окислителя, при этом корпус имеет осевой канал и продольные пазы, равномерно расположенные по окружности корпуса со стороны днища для сообщения со смесительной камерой, отличающийся тем, что осевой канал корпуса со стороны крышки выполнен глухим, содержащим тангенциальные отверстия, равномерно расположенные на поверхности корпуса и сообщающиеся с магистралью подачи топлива, а полость между днищем и крышкой соединена с магистралью подачи окислителя, при этом в корпусе выполнены дополнительный кольцевой канал с тангенциальными отверстиями, выходящими в полость между крышкой и днищем, распложенный коаксиально осевому каналу, и дополнительная цилиндрическая смесительная камера, являющаяся продолжением дополнительного кольцевого канала, сообщенная с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны - со смесительной камерой, выполненной в днище. 2. Модуль-газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в днище со стороны, противоположной корпусу модуля, выполнена коническая расточка, продольная ось которой совмещена с продольной осью смесительной камеры днища. 3. Модуль-газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная цилиндрическая смесительная камера корпуса модуля выполнена с длиной, по меньшей мере равной двум ее диаметрам. 4. Модуль-газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что тангенциальные отверстия кольцевого канала выполнены в виде двух рядов отверстий, равномерно расположенных по окружности корпуса.