ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующим газ для привода турбонасосного агрегата.
Основной проблемой при сжигании углеводородных топлив с избытком горючего в газогенераторах является образование сажи, что затрудняет использования такого газогенератора в составе ЖРД из-за забивания газового тракта ЖРД и резкого снижения работоспособности газа.
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.
Основными недостатками указанного газогенератора является образование большого количества сажи при использовании в качестве избыточного компонента углеводородного топлива и значительная сложность конструкции.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет балластировки продуктов сгорания водой и оптимизации конструкции газогенератора.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный газогенератор, согласно изобретению, содержит охлаждаемую камеру, смесительную головку, состоящую из наружного днища, среднего днища, огневого днища, форсунок форкамерного типа, включающих в себя осевой канал, выполненный глухим со стороны его входной части, соединенный при помощи тангенциальных отверстий, расположенных равномерно по окружности с полостью окислителя, кольцевой канал с тангенциальными отверстиями, расположенными равномерно по окружности и выходящими в полость горючего, расположенный коаксиально осевому каналу, форкамеру, являющуюся продолжением кольцевого канала, сообщенную с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны - с полостью камеры газогенератора, при этом на торце форсунки вокруг форкамеры выполнены отверстия, соединяющие полость горючего с полостью камеры газогенератора, причем во внутренней полости камеры газогенератора расположена полость воды, выполненная в виде двух днищ и закрепленных между ними газовых втулок, при этом полость воды соединена с высокотемпературной зоной камеры газогенератора через радиальные отверстия, выполненные в стенках газовых втулок.
В варианте исполнения в днище полости воды, расположенном со стороны смесительной головки, выполнены отверстия.
Предлагаемая конструкция газогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение количества сажи, содержащейся в генераторном газе, а также повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет балластировки продуктов сгорания водой 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 - вид Б - вид на форсунку смесительной головки газогенератора со стороны огневого днища, на фиг. 4 - разрез В-В - поперечный разрез форсунки смесительной головки газогенератора, на фиг. 5 - разрез Г-Г - поперечный разрез форсунки смесительной головки газогенератора, на фиг. 6 - выносной элемент Д - продольный разрез полости воды, на фиг. 7 - продольный разрез полости воды в варианте исполнения.
Предложенный газогенератор содержит камеру 1, смесительную головку 2 и полость воды 3.
Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 4.
Смесительная головка 2 состоит из наружного днища 5, среднего днища 6, огневого днища 7 и форсунок форкамерного типа 8. Наружное днище 5, среднее днище 6 и огневое днище 7 образуют полость окислителя 9 и полость горючего 10 соответственно.
Форсунка 8 содержит осевой канал 11, выполненный глухим со стороны его входной части, соединенный при помощи тангенциальных отверстий 12, расположенных равномерно по окружности, с полостью окислителя 9, кольцевой канал 13 с тангенциальными отверстиями 14, расположенными равномерно по окружности и выходящими в полость горючего 10, расположенный коаксиально осевому каналу 11, форкамеру 15, являющуюся продолжением кольцевого канала 13, сообщенную с одной стороны с кольцевым каналом 13 и осевым каналом 11, а с другой стороны - с полостью камеры газогенератора 16, при этом на торце форсунки 8 вокруг форкамеры 15 выполнены отверстия 17, соединяющие полость горючего 10 с полостью камеры газогенератора 16.
Полость воды 3 состоит из днища 18 и днища 19 и закрепленных между ними газовых втулок 20, при этом полость воды 3 соединена с высокотемпературной зоной камеры 1 газогенератора через радиальные отверстия 21, выполненные в стенках газовых втулок 20.
В варианте исполнения в днище 18, расположенном со стороны смесительной головки 2, выполнены отверстия 22.
Предложенный газогенератор работает следующим образом.
Окислитель из полости окислителя 9, образованной наружным днищем 5 и средним днищем 6 смесительной головки 2, через тангенциальные отверстия 12, выполненные в форсунке 8, поступает в осевой канал 11 и далее в форкамеру 15.
Горючее, поступающее в полость горючего 10, образованную средним днищем 6 и огневым днищем 7 смесительной головки 2, из охлаждающего тракта 3 газогенератора, разделяется на две части. Основная часть горючего через отверстия 17, выполненные вокруг форкамеры 15, поступает в полость камеры газогенератора 16, а оставшаяся часть горючего через тангенциальные отверстия 14 поступает в кольцевой канал 13 и далее в форкамеру 15.
В форкамере 15 происходит смешение и сгорание компонентов топлива. Высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива поступают в полость камеры газогенератора 16.
В полости камеры газогенератора 16 высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются горючим, поступающим из полости горючего 10 через отверстия 17.
Вода, поступающая в полость воды 3, образованную днищем 18 и днищем 19, через радиальные отверстия 21, выполненные в газовых втулках 20, расположенных между днищем 18 и днищем 19, впрыскивается в высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива.
В результате протекания эндотермической реакции между сажей и водой происходит образование окиси углерода и водорода, при этом температура продуктов сгорания снижается до необходимого уровня.
В варианте исполнения часть воды впрыскивается в высокотемпературную зону камеры 1 газогенератора через отверстия 22, выполненные в днище 18.
Использование предложенного технического решения позволит снизить количество сажи, содержащейся в генераторном газе, а также повысить однородность температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет балластировки продуктов сгорания водой и оптимизации конструкции газогенератора.