ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2018 года по МПК F02K9/64 

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующим газ для привода турбонасосного агрегата.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является обеспечение устойчивости рабочего процесса в газогенераторе и достаточно высокой равномерности температурного поля по сечению потока на выходе из него.

Известен газогенератор, содержащий охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента. Распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого продольным днищем. Распределитель снабжен смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешения, которые выполнены в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками и расположенных по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа. На распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненными на всю высоту пластины. Днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища. В месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия (патент РФ №2179256, МПК: F02K 9/64, - прототип).

Указанный газогенератор работает следующим образом.

Горючее поступает в полость форсуночной головки, откуда через форсунки поступает в камеру сгорания. Окислитель поступает в полость форсуночной головки, откуда по форсункам подается в камеру сгорания и частично по каналам тракта охлаждения камеры сгорания поступает на охлаждение внутренней оболочки. Большая часть окислителя поступает в полость распределителя и далее через отверстия, выполненные в смесительных элементах и пластинах, подается в поток горючих газов, идущих со стороны форсуночной головки. Этим обеспечивается равномерная раздача окислителя по всему сечению камеры сгорания и равномерное его перемешивание с потоком горячих газов на коротком по длине участке. Коническое днище обеспечивает плавный поворот потока окислителя в полости от осевого направления в радиальное. Оставшаяся часть окислителя, поступающая через отверстия в зону за днищем, сдувает зону завихрений за днищем. Перегородки делят полость камеры сгорания в районе форсуночной головки на ряд полостей и препятствуют распространению вибрационного горения из одной из этих полостей в другую.

В известном газогенераторе сложно обеспечить высококачественное смесеобразование и устойчивый процесс горения при больших величинах соотношения расходов компонентов топлива в условиях малых габаритов.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный газогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, во входной части которого выполнены радиальные отверстия, наконечник с винтовыми каналами, установленными внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью горючего и полостью камеры, причем полость охлаждающего тракта камеры соединена с полостью горючего смесительной головки.

Предлагаемая конструкция газогенератора за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез газогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент А - продольный разрез форсунки смесительной головки газогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез форсунки смесительной головки газогенератора, на фиг. 4 - разрез В-В - поперечный разрез форсунки смесительной головки газогенератора.

Газогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, коллектора окислителя 7, закрепленного на корпусе 4, и форсунок 8, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 образуют полость горючего 9, соединенную с охлаждающим трактом 3, и полость окислителя 10.

Форсунка 8 содержит трубчатый корпус 11, во входной части которого выполнены радиальные отверстия 12, наконечник 13 с винтовыми каналами 14, установленный внутри трубчатого корпуса 11, и втулку 15, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе 11 и образующую кольцевой канал 16 для подачи окислителя, соединенный с полостью окислителя 10 при помощи тангенциальных отверстий 17, выполненных в стенке втулки 15, при этом осевой канал 18 наконечника 13 соединен с полостью горючего 9 и полостью камеры 19.

Предложенный газогенератор работает следующим образом.

Окислитель поступает в коллектор окислителя 7 смесительной головки 2 и далее в полость окислителя 10, где он равномерно распределяется по форсункам 8. Через тангенциальные отверстия 17, выполненные в стенке втулки 15, горючее поступает в кольцевой канал 16 и далее в полость камеры 19.

Горючее поступает в полость горючего 9 смесительной головки 2. Из полости горючего 9 горючее через радиальные отверстия 12 и винтовые каналы 14 поступает в полость камеры 19, где оно смешивается с окислителем и сгорает. Через осевые каналы 18 наконечников 13 горючее также подается в полость камеры 19, обеспечивая охлаждение высокотемпературных продуктов сгорания компонентов топлива и смешение их с горючим.

На выходе из газогенератора к продуктам газогенерации подмешивается горючее, поступающее из охлаждающего тракта 3 камеры 1.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу газогенератора, а также повысить однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей, а именно к газогенераторам, генерирующим газ для привода турбонасосного агрегата. Газогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, во входной части которого выполнены радиальные отверстия, наконечник с винтовыми каналами, установленными внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью горючего и полостью камеры, причем полость охлаждающего тракта камеры соединена с полостью горючего смесительной головки. Изобретение обеспечивает повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора. 4 ил.

Газогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, во входной части которого выполнены радиальные отверстия, наконечник с винтовыми каналами, установленными внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью горючего и полостью камеры, причем полость охлаждающего тракта камеры соединена с полостью горючего смесительной головки.