ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может применяться везде, где требуется источник горячего газа с высокими энергетическими параметрами, например в газотурбинных или прямоточных двигателях.
Известно устройство (аналог) с постоянным объемом сгорания [1], содержащее камеру сгорания постоянного объема, подпружиненный впускной клапан, выпускное сопло в виде длинной трубы и турбину.
Однако, несмотря на простоту, конструкция обладает низкими параметрами продуктов сгорания, недостаточной полнотой сгорания рабочей смеси, повышенной токсичностью отработанных газов и повышенным расходом топлива.
Известна также система (прототип) регулирования камеры сгорания газотурбинного двигателя с постоянным объемом сгорания топлива [2], содержащая расположенные в камере сгорания впускной и выпускной клапаны со стержнями, подсоединенный к магистрали подачи топлива, канал его сброса с установленным в нем двухпозиционным клапаном, сообщающийся с камерой цилиндр с расположенным в нем подпружиненным ступенчатым золотником и механизмами задержки клапанов, выполненных в виде установленных на стержнях клапанов и опирающихся на корпус камеры, пружинных элементов, изменяющих в процессе деформации знак своей силы на обратный, а ступенчатый золотник установлен на стержне выпускного клапана между двумя ограничителями его хода.
Однако указанная система, несмотря на все свои достоинства, обладает и существенными недостатками: она является придатком газотурбинного двигателя и не может быть применена в качестве самостоятельного агрегата в тех условиях, когда требуется источник высоконапорного горячего воздуха, например при расчистке обледенелой взлетно-посадочной полосы или в качестве прямоточного двигателя.
Поставленной задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание самостоятельного агрегата, способного работать как совместно с турбиной, так и без нее, а также придание газогенератору возможности многократного изменения мощности кольцевой турбины путем изменения количества устанавливаемых на нее газогенераторов или их отключения.
Поставленная задача достигается тем, что газогенератор, содержащий расположенные в камере сгорания впускной и выпускной клапаны со стержнями, подсоединенный к магистрали подачи топлива, канал его сброса с установленным в нем двухпозиционным клапаном, сообщающийся с камерой цилиндр с расположенным в нем подпружиненным ступенчатым золотником, размещенным между двумя ограничителями его хода, и механизмы задержки в виде установленных на стержнях впускного и выпускного клапанов опирающихся на корпус камеры пружинных элементов, изменяющих в процессе деформации знак своей силы на обратный, для придания ему возможности использования как самостоятельного агрегата, имеет установленные на нем топливный бак с фильтром, топливный насос с электродвигателем, изменением числа оборотов которого изменяют обороты топливного насоса и, следовательно, расход топлива, топливная система снабжена коническим соплом, установленным на конце топливной магистрали, и регулируемой системой воздушного эжектора смешения воздуха с топливом путем возвратно-поступательного перемещения конического сопла топливной системы относительно камеры смешения эжектора.
На чертеже изображена конструктивная схема газогенератора в разрезе.
Газогенератор состоит из камеры сгорания постоянного объема 1 с расположенными в ней впускным 2 и выпускным 3 клапанами со стержнями, подпружиненного ступенчатого золотника 4, установленного между двумя ограничителями его хода "А" и "Б", с возможностью свободного перемещения по стержню выпускного 3 клапана, магистрали подачи топлива 5, имеющей канал 6 сброса топлива, который перекрывается двухпозиционным клапаном 7, пружинных элементов 8 и 9, установленных на стержнях клапанов 2 и 3 и опирающихся на корпус 1, ограничивающих перемещение пружинных элементов 8 и 9 регулируемых упоров 10 и 11, выпускного сопла 12, пружин 13 золотника 4, топливного насоса 14 с электродвигателем, топливного бака 15 с фильтром 16, сопла подачи топлива 17, регулируемого воздушного эжектора 18 с обратным клапаном 19, реле 20 свечи зажигания 21.
Газогенератор работает следующим образом:
при включении электродвигателя топливного насоса 14 он из топливного бака 15 через фильтр 16 подает топливо к впускному клапану 2, так как клапан 2 закрыт, то давление перед ним равно полному давлению, развиваемому насосом 14, под действием этого давления и давления пружины 13 пружинный элемент 9 изгибается, переходит «мертвую» точку, меняет знак своей силы на обратный и открывает впускной клапан 2, топливо поступает в камеру сгорания 1, при истечении топлива из сопла подачи топлива 17 оно подсасывает воздух через воздушный эжектор 18, который, смешиваясь с топливом, образует топливо-воздушную горючую смесь, которая заполняет камеру сгорания 1, а так как топливная магистраль проходит вблизи горячей камеры сгорания 1, то топливо испаряется и паровоздушная смесь поступает в камеру сгорания 1, по мере заполнения камеры сгорания 1 впускной клапан 2 как бы «всплывает», пружинный элемент 9 изгибается и, перейдя через «мертвую» точку, закрывает клапан 2, при этом его стержень замыкает контакты реле 20 и ток подается на свечу зажигания 21, происходит воспламенение горючей смеси, давление в камере сгорания 1 растет и при достижении расчетного давления, когда все топливо сгорит, приподнимается ступенчатый золотник 4 и, так как давление начинает действовать уже на большую площадь, ступенчатый золотник резко поднимается, упирается в ограничитель «А» и поднимает выпускной клапан 3, который, преодолевая сопротивление пружинного элемента 8, заставляет его изменить знак своей силы и удерживать выпускной клапан 3 в открытом положении, продукты сгорания с большой скоростью, температурой и давлением истекают через выпускное сопло 12, совершая полезную работу, при этом стержень выпускного клапана 3 толкает стержень двухпозиционного клапана 7, который перекрывает магистраль подачи топлива 5 и открывает канал сброса топлива 6, одновременно при истечении газов из сопла 12 окружающий воздух подсасывается во внутреннюю полость выпускного клапана 3, охлаждая его, и, смешиваясь с продуктами сгорания, увеличивает их количество; по окончании истечения продуктов сгорания давление в камере сгорания 1 за счет инерции горячих газов снижается до отрицательного и при достижении заданного разрежения суммарное действие пружин 13 золотника 4 и разрежения, ступенчатый золотник 4 опускается и через ограничитель «Б» заставляет закрыться выпускной клапан 3, при этом двухпозиционный клапан 7 закрывает канал сброса топлива и открывает магистраль его подачи.
Цикл повторяется.
Регулировкой упоров 10 и 11 можно изменять величины как давления открытия, так и величину разрежения закрытия впускного 2 и выпускного 3 клапанов, а также, изменяя геометрические параметры воздушного эжектора 18, можно применять различные топлива.
Предлагаемая конструкция газогенератора за счет установки собственной системы питания топливом, состоящей из топливного насоса с электродвигателем, топливного бака с фильтром и регулируемой системы эжекторного смешения воздуха с топливом, превращает газогенератор в самостоятельный агрегат, применяемый везде, где необходим воздух с высокими энергетическими параметрами.
Источники информации
1. Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины» под ред. Б.С.Стечкина, изд. Москва, 1956 г. Стр.28-29.
2. СССР. Авт. Св. №1753761. 1989 г.