ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F02K9/62 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и касается выполнения газогенератора для привода газовых турбин, в частности для жидкостных ракетных двигателей.

Известен газогенератор жидкостного ракетного двигателя, содержащий сферическую силовую оболочку, жестко связанный с ней выходной патрубок, патрубки подвода топлива и окислителя и огневое днище, в котором закреплены коаксиально расположенные форсунки (патент США N 4974415).

В известной конструкции сложно обеспечить высококачественное смесеобразование и устойчивый процесс горения при больших величинах соотношения расхода окислителя к расходу топлива в условиях малых габаритов.

Наиболее близким техническим решением является газогенератор, который имеет силовую оболочку с выходным патрубком, цилиндрическую огневую камеру, размещенную в силовой оболочке, крышку, неподвижно закрепленную на силовой оболочке, огневое днище, размещенное в силовой оболочке, смесительные модули, имеющие корпус с топливным каналом, кольцевым каналом окислителя и смесительной камерой, закрепленной в огневом днище, и патрубки подвода топлива и окислителя, подключенные соответственно к топливным каналам и каналам окислителя смесительных модулей (патент США N 5339635).

В известно газогенераторе невозможно получение генераторного газа с повышенным содержанием в нем окислителя, необходимого для работы в жидкостных ракетных двигателях, использующих кислород.

Решаемая заявляемым изобретением задача - повышение надежности и эффективности работы газогенераторов для жидкостных ракетных двигателей.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - улучшение качества смешения рабочей смеси и стабильности ее сгорания при использовании в качестве основных топливных компонентов жидкого кислорода и керосина.

Сущность изобретения заключается в том, что газогенератор для жидкостных ракетных двигателей содержит силовую оболочку, жестко связанный с ней выходной патрубок, крышку, имеющую выполненную на ее внутренней поверхности втулку, расположенную коаксиально силовой оболочке, и жестко связанную с силовой оболочкой со стороны, противоположной выходному патрубку, огневое днище со сквозными камерами, неподвижно установленное во втулке с образованием полости между днищем и крышкой, проставку, установленную коаксиально внутри силовой оболочки с образованием между ними кольцевой полости и закрепленную одним концом с выходным патрубком, а другим - с наружной поверхностью втулки, и оболочку огневой камеры, расположенную внутри проставки и выходного патрубка. В полости между крышкой и огневым днищем размещены смесительные модули, каждый из которых имеет корпус с соосно расположенными в нем топливным каналом, смесительной камерой, сообщенными последовательно вдоль продольной оси корпуса, и кольцевым каналом окислителя, расположенным коаксиально им и сообщенным со смесительной камерой. Смесительные модули закреплены со стороны топливного канала в крышке, а со стороны смесительной камеры и/или в камерах огневого днища. Патрубок подвода топлива закреплен в крышке с образованием топливной полости, а патрубок подвода окислителя закреплен в средней части силовой оболочки и сообщен с ее кольцевой полостью. Кольцевая полость силовой оболочки сообщена с полостью между крышкой и огневым днищем окнами, выполненными во втулке, топливный канал каждого смесительного модуля подключен к топливной полости калиброванным отверстием, выполненным в крышке, а полость между крышкой и огневым днищем сообщена с кольцевыми каналами окислителя смесительных модулей отверстиями, выполненными в корпусе смесительного модуля, и гидравлически связана с камерами в огневом днище.

Крышка может быть снабжена вкладышем, расположенным в топливной полости, при этом калиброванные отверстия выполнены во вкладыше, а гидравлическая связь полости между крышкой и огневым днищем с камерами может быть выполнена в виде пазов, расположенных на наружной поверхности части корпуса смесительного модуля, закрепленной в камере огневого днища.

Камеры огневого днища могут иметь конические расточки, выполненные со стороны огневой камеры, причем конические поверхности расточек соседних камер выполнены пресекающимися со стороны выходного патрубка.

Оболочка огневой камеры может быть установлена в проставке и выходном патрубке с образованием между ними полости охлаждения, сообщенной с кольцевой полостью силовой оболочки, силовая оболочка может выполняться сферической формы, которая усечена по плоскости со стороны выходного патрубка, выходной патрубок может иметь коническую форму и крепиться к силовой оболочке широким концом, а оболочка огневой камеры, при этом выполнена с цилиндрическим и коническим участками.

На фиг. 1 представлен общий вид описываемого газогенератора;
на фиг. 2 - выполнение крышки газогенератора с вкладышем;
на фиг. 3 - выполнение смесительного модуля;
на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3;
на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3;
на фиг. 6 - разрез С-С на фиг. 3;
на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 1.

Газогенератор для жидкостных ракетных двигателей (фиг. 1) содержит силовую оболочку 1, выполненную сферообразной, жестко связанный с ней выходной патрубок 2, выполненный конусообразным, и крышку 3, имеющую втулку 4 на ее внутренней поверхности и жестко связанную с силовой оболочкой 1 со стороны, противоположной выходному патрубку 2. Огневое днище 5 со сквозными камерами 6 неподвижно установлено во втулке 4 с образованием полости 7 между днищем 5 и крышкой 3. Проставка 8 установлена в силовой оболочке 1 с образованием между ними кольцевой полости 9 и закреплена одним концом с выходным патрубком 2, а другим - с наружной поверхностью втулки 4.

Оболочка 10 огневой камеры 11 расположена внутри проставки 8 и выходного патрубка 2. В полости 7 между крышкой 3 и огневым днищем 5 размещены смесительные модули 12 (фиг. 1, 2, 3), каждый из которых имеет корпус 13 с соосно расположенными в нем топливным каналом 14, кольцевым каналом окислителя 15 и смесительной камерой 16. Корпус 13 закреплен со стороны топливного канала 14 в крышке 3, а со стороны смесительной камеры 16 и/или в камере 6 огневого днища 5 (фиг. 1, 2, 3). Патрубок подвода топлива 17 закреплен в крышке 3 с образованием топливной полости 18, а патрубок подвода окислителя 19 закреплен в средней части силовой оболочки 1 и сообщен с ее кольцевой полостью 9 (фиг. 1).

Кольцевая полость 9 силовой оболочки 1 сообщена с полостью 7 между крышкой 3 и огневым днищем 5 окнами 20, выполненными во втулке 4, и сообщает патрубок подвода окислителя 19 с кольцевыми каналами окислителей 15 смесительных модулей 12 через отверстия 21, выполненные в корпусе 13, и с камерами 6 через пазы 22, расположенные на наружной поверхности части корпуса 13, закрепленной в камере (фиг. 1, 3, 4, 5).

Топливные каналы 14 смесительных модулей 12 подключены к топливной полости 16 через калиброванные отверстия 23, которые могут быть выполнены в корпусе 13 либо во вкладыше 24, расположенном в топливной полости 18, и тангенциальные отверстия 25, выполненные в корпусе 13 (фиг. 1, 2, 3, 6).

Сквозные камеры 6 имеют конические расточки 26, выполненные со стороны огневой камеры 11, причем конические поверхности расточек 26 соседних камер 6 выполнены пересекающимися (фиг. 1).

Оболочка 10 установлена в проставке 8 и выходном патрубке 2 с образованием между ними полости охлаждения 27, выполненной в виде каналов 28 между ребрами оболочки 10, сообщенных отверстиями 29 с кольцевой полостью 9 силовой оболочки 1 (фиг. 1, 7). Полость 27 охлаждения сообщена с огневой камерой 11, кольцевой щелью 30, расположенной на выходе из газогенератора (фиг. 1).

При работе газогенератора топливо из патрубка 17 заполняет топливную полость 18 и, равномерно распределяясь между смесительным модулем 12, подается через калиброванные отверстия 23 и тангенциальные отверстия 25 в топливные каналы 14 и далее в смесительные камеры 16 (фиг. 1, 3). Жидкий окислитель через патрубок 19 подается в кольцевую полость 9, через окна 20 заполняет полость 7 и далее через отверстия 21 попадает в смесительную камеру 16, где, смешиваясь с топливом, вызывает его возгорание. Горение происходит с избытком окислителя. Через пазы 22 (фиг. 1, 3) окислитель также подается в камеру 6, обеспечивая смешивание продуктов сгорания топлива с окислителем для дожигания этих компонентов в огневой камере 11. На выходе из газогенератора к продуктам газогенерации подмешивается окислитель, подаваемый через кольцевую щель 30 (фиг. 1).

Наиболее успешно заявленный газогенератор может быть применен в конструкциях газогенераторов для привода газовых турбин, в частности для жидкостных ракетных двигателей при использовании в качестве основных топливных компонентов жидкого кислорода и керосина.

Газогенератор для привода газовых турбин жидкостных ракетных двигателей содержит силовую оболочку, выходной патрубок, соединенный с силовой оболочкой, и соединенную с последней со стороны, противоположной выходному патрубку, крышку. Внутри крышки выполнена топливная полость, расположенная на выходе патрубка подвода топлива и сообщенная с топливными каналами смесительных модулей. В корпусе каждого из смесительных модулей выполнены топливный канал, смесительная камера и расположенный коаксиально им и сообщенный со смесительной камерой кольцевой канал окислителя. На внутренней поверхности крышки выполнена втулка, расположенная коаксиально силовой оболочке. Во втулке установлено огневое днище с образованием полости между огневым днищем и крышкой. В огневом днище насквозь выполнены камеры, с выходным патрубком одним концом закреплена проставка, а другим - с наружной поверхностью втулки. Проставка коаксиально установлена внутри силовой оболочки с образованием между ними кольцевой полости. Полость между крышкой и огневым днищем сообщена с кольцевыми каналами окислителя смесительных модулей отверстиями, которые выполнены в корпусе смесительных модулей. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы газогенератора. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Газогенератор, содержащий силовую оболочку, выходной патрубок, соединенный с силовой оболочкой, крышку, соединенную с силовой оболочкой со стороны, противоположной выходному патрубку, втулку, выполненную на внутренней поверхности крышки и распложенную коаксиально силовой оболочке, огневое днище, установленное во втулке с образованием полости между огневым днищем и крышкой, камеры, выполненные насквозь в огневом днище, проставку, выполненную в форме трубы, закрепленной одним концом с выходным патрубком, а другим - с наружной поверхностью втулки, и коаксиально установленную внутри силовой оболочки с образованием между ними кольцевой полости, смесительные модули, в корпусе каждого из которых выполнены топливный канал, смесительная камера, сообщенные последовательно вдоль продольной оси корпуса, и кольцевой канал окислителя, расположенный коаксиально им и сообщенный со смесительной камерой, смесительные модули закреплены в крышке со стороны топливного канала и/или в камерах огневого днища - со стороны их смесительной камеры, патрубок подвода топлива, закрепленный на крышке, и патрубок подвода окислителя, закрепленный в силовой оболочке и сообщенный через кольцевую полость между силовой оболочкой и проставкой с кольцевыми каналами окислителя смесительных модулей, отличающийся тем, что оболочка огневой камеры расположена внутри проставки и выходного патрубка, внутри крышки выполнена топливная полость, расположенная на выходе патрубка подвода топлива и сообщенная с топливными каналами смесительных модулей, кольцевая полость между силовой оболочкой и проставкой сообщена с полостью между крышкой и огневым днищем окнами, выполненными во втулке, топливная полость, расположенная на выходе патрубка подвода топлива, сообщена с топливными каналами смесительных модулей через калиброванные отверстия, расположенные в крышке, полость между крышкой и огневым днищем сообщена с кольцевыми каналами окислителя смесительных модулей отверстиями, которые выполнены в корпусе смесительного модуля, между корпусами смесительных модулей и стенками камер в огневом днище выполнены пазы для дополнительной гидравлической связи полости между крышкой и огневым днищем с камерами огневого днища. 2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что крышка снабжена вкладышем, в котором выполнены калиброванные отверстия. 3. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что камеры огневого днища выполнены с коническими расточками в огневом днище, причем конические поверхности расточек соседних камер выполнены пересекающимися со стороны выходного патрубка. 4. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что оболочка огневой камеры установлена с возможностью образования между ней, проставкой и выходным патрубком полости охлаждения, которая сообщена с кольцевой полостью. 5. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что силовая оболочка выполнена сферообразной формы, которая усечена по плоскости со стороны выходного патрубка, выходной патрубок выполнен конусообразным и соединен с силовой оболочкой своим широким концом.