ГАЗОГЕНЕРАТОР - ПАРОГАЗОТИМОТРОН Российский патент 2006 года по МПК F02C3/30 

Изобретение относится к энергетике топлива.

Известен газогенератор (смотри книгу Павленко В.Ф. и др. Боевая авиационная техника, Москва, Военное издательство, 1984 г., стр.222, рис.3.66), содержащий полый корпус противоточной камеры сгорания, во внутреннем контуре, в зоне горения, на входе в нее топливную форсунку; на выходе из зоны смешения центральное тело-обтекатель колеса турбины и кольцевое выходное сопло, в наружном контуре противоточный кольцевой канал регенерации (подогрев сжатого воздуха).

Недостатком данного газогенератора является большая теплонапряженность генерирования рабочего тела, мал удельный его объем при расширении в турбине, большие тепловые потери.

Задачей, решаемой изобретением, является уменьшение теплонапряженности конструкции газогенератора (Г.Г.) при генерировании рабочего тела, а также получение рабочего тела с увеличенным удельным объемом при расширении в турбине, включение в генерирование рабочего тела охлаждающего компонента - воды.

Сущность изобретения заключается в том, что Г.Г. (двухконтурная противоточная камера сгорания) содержит полый цилиндрический корпус, во внутреннем контуре на входе - топливную форсунку или вихревую горелку с кольцевым каналом регенерации в наружном контуре, на выходе из зоны смешения - центральное тело и кольцевое выходное сопло.

В диффузорной зоне горения (внутренний контур) установлен экранирующий разгонный направляющий сопловой аппарат регенерата (парогазовой смеси), в диффузорном потоке внутреннего контура выполнен в форме выпукло-вогнутых кольцевых обечаек-лопаток и установлен в форме жалюзийной решетки с конфузорными межлопаточными каналами, широкими на входе, узкими на выходе, которые образуют кольцевую коническую реактивную струю-экран регенерации на внутренней поверхности конфузорного сопла регенерации, которое выполнено с углом конусности с наибольшим значением коэффициентов скорости и расхода регенерата, с получением на выходе из сопла в зоне смешения пара и газа высокого статического давления.

За соплом регенерации (С.Р.) по потоку установлен отражатель реактивной струи (центральное тело лобового торможения) в форме сферического сегмента, с вогнутой стороной навстречу потоку и высокой степенью шероховатости отражательной поверхности.

Отражатель работает по принципу водопада, падающей воды (гидравлический удар), ее ядра на скальный грунт и вымывает лунку в форме сферического сегмента за счет трения на границе раздела двух сред жидкой - вода, твердой - грунт (кавитация - вода камень точит).

Отражатель выполнен с наружным диаметром больше выходного диаметра конфузорного сопла регенерации и при торможении реактивной струи регенерата экранирует поток в форме шляпки гриба в жидком контуре (стоячая ударная волна) с толстым сердечником и тонкой его круговой кромкой с высоким давлением в центре и радиальным реактивным течением к периферии в поперечном сечении конфузора в жидком контуре с углом конусности альфа с наибольшим значением коэффициентов скорости и расхода регенерата. В объеме жидкого контура увеличено давление и температура торможения с процессами: механическое и термическое разрушение эмульсии - перегрев водяного пара; детонация - сверхзвуковая скорость сгорания паров топлива с низким октановым числом. Отраженный регенерат в наружный контур, в камеру высокого давления (перегретый пар) входит в форме круговой плоской реактивной струи, где она тормозится в отражатель высокого давления, торможения отраженной реактивной струи регенерата, который установлен на стенке круговой камеры высокого давления наружного контура в форме кольца с вогнутым каналом. Перегретый пар подчинается газовым законам.

В наружном контуре камера высокого давления соединена с кольцевым каналом выходного прямоточного сопла и противоточным кольцевым соплом регенерации (сопло Лаваля).

Сопло содержит кольцевой конфузорный канал разгона регенерата, на границе раздела зоны горения и зоны смешения внутреннего контура, плоскость критического сечения сопла, распыления воды из внешнего контура во внутренний, а в зоне горения внутреннего контура, кольцевую диффузорную тупиковую камеру регенерата (насыщенного пара) высокого давления с внутренним кольцевым направляющим сопловым аппаратом.

На корпус Г.Г. установлен кольцевой конфузорный спиральный противоточный водяной экономайзер (В.Э.), внешний экран со спиральным конусным теплообменным ребром, вмонтированным в корпус Г.Г., который закрыт кожухом с тангенциальным каналом подачи в него воды. Выходной спиральный канал В.Э. соединен с плоским кольцевым тупиковым коллектором подогретой воды, который в плоскости критического сечения сопла регенерации наружного контура снабжен радиальными струйными форсунками распыления воды в наружный контур с устройством регулирования ее расхода (винт-игла).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:

- фиг.1 - показан сборочный чертеж;

- фиг.2 - выносной элемент I.

На чертежах показан сварной вариант конструкции, который содержит полый корпус 1, топливную форсунку 2 и сопловой направляющий аппарат регенерата 3, который укреплен к корпусу на входе в зоне горения. Конфузорное сопло регенерации 4 соединено с сопловым аппаратом 3, центральное тело, отражатель 5 присоединен к корпусу 1 на стойках, не показанных на чертеже, кольцевой отражатель высокого давления торможения 6 укреплен в корпусе (камера высокого давления). Водяной противоточный спиральный экономайзер 7 укреплен на корпусе. В корпус 1 вмонтировано спирально теплообменное ребро 8, которое закрыто кожухом 9 с тангенциальным каналом подачи воды в него 10. Выходной канал экономайзера состыкован с плоским тупиковым кольцевым коллектором 11 с радиальными струйными соплами 12 в плоскости критического сечения сопла регенерации 13 с винтом-иглой регулирования 14.

Работа газогенератора.

В топливной форсунке 2 поджигается топливо и подается окислитель, в экономайзер 7 через трубопровод 10 насосом 15 подается вода из бака 16. Горящий факел зоны горения омывает сопловой направляющий аппарат 3 и в его конфузорных каналах генерирует регенерат (парогазовая смесь), поступающий из камеры высокого давления (насыщенного пара) 17. Регенерат разгоняется и экранирует конфузорное сопло регенерации 4, в зоне смешения создается высокое давление. Реактивная струя на выходе тормозится отражателем 5 (гидравлический удар), который генерирует стоячую ударную волну 18 (фиг.2) в форме шляпки гриба с конфузорным течением с углом конусности альфа. Отраженная струя тормозится кольцевым отражателем 6 в камере высокого давления 19 наружного контура с выходным соплом 20 и противоточным регенерации 21, которое распыляет подогретую воду в камеру 17, разгоном регенерата в противоточном конфузорном канале 22.

Заявленное изобретение позволит увеличить КПД рабочего тела, коэффициент его удельного объема при расширении в турбине, реактивном сопле, снизить теплонапряженность их работы, повысить экономичность газогенератора, уменьшить выброс в атмосферу вредных продуктов сгорания.

Газогенератор содержит полый корпус, топливную форсунку во внутреннем контуре, противоточный кольцевой канал регенерации в наружном контуре, на выходе центральное тело и выходное сопло. В зоне горения установлен разгонный направляющий сопловой аппарат регенерата. В зоне смешения установлено конфузорное сопло регенерации, отражатель, лобовой тормоз реактивной струи в форме сферического сегмента. В наружном контуре расположены камера высокого давления регенерата с кольцевым отражателем реактивной струи, диффузорная тупиковая камера, противоточный конический водяной экономайзер с кольцевым коллектором и кольцевое противоточное сопло регенерации с форсунками распыливания воды в плоскости критического сечения и с конфузорным каналом. Изобретение позволяет уменьшить теплонапряженность газогенератора при генерировании рабочего тела. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газогенератор, содержащий полый корпус, топливную форсунку во внутреннем контуре, противоточный кольцевой канал регенерации в наружном контуре, на выходе центральное тело и выходное сопло, отличающийся тем, что в зоне горения установлен разгонный направляющий сопловой аппарат регенерата, в зоне смешения конфузорное сопло регенерации, отражатель, лобовой тормоз реактивной струи в форме сферического сегмента, в наружном контуре расположены камера высокого давления регенерата с кольцевым отражателем реактивной струи, диффузорная тупиковая камера, противоточный конический водяной экономайзер с кольцевым коллектором и кольцевое противоточное сопло регенерации с форсунками распыливания воды в плоскости критического сечения и с конфузорным каналом.2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что сопловой направляющий аппарат разгона регенерата выполнен в форме жалюзийной решетки с формой выпукло-вогнутых кольцевых обечаек-лопаток с конфузорными межлопаточными каналами, создающими конфузорный экран регенерата в потоке на поверхности конфузорного сопла регенерации смешения.3. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что отражатель лобового торможения регенерата реактивной струи выполнен в форме сферического сегмента с высокой степенью шероховатости вогнутой поверхности.4. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что кольцевой отражатель реактивной струи выполнен с вогнутым каналом и установлен на стенке камеры высокого давления регенерата наружного контура.5. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что противоточный водяной экономайзер укреплен на корпусе, форсунки выполнены радиальными, струйными и прикреплены к корпусу на выходе из экономайзера.