DE1626066B2 - Verfahren zum Erzeugen von Druck gas durch katalyüsche Zersetzung eines flussigen Monergols und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

chen aus einer Einspritzkammer 1 mit Einspritzdüsen!, aus einem ringförmigen Katalysators, einem drallerzeugenden Düsenring 4, einem vom ringförmigen Katalysator 3 eingeschlossenen Zyklon 5 und einer Versorgungsleitung 6 mit einer Einspritzdüse 7. Dem Gasgenerator ist eine Schubdüse 8 nachgeschaltet.

Mittels der Einspritzdüse 2 wird eine erste Monergolteilmenge 9 in zerstäubter Form in die Einspritzkammer 1 eingebracht. Die zerstäubte Monergolteilmenge 9 durchströmt den Katalysator 3 und wird dort in Einzelgase aufgespalten, d. h. es werden unter hoher "Wärmeentwicklung Zerfallgase 9 a erzeugt. Diese durchströmen dann den Düsenring 4, in dem sie beschleunigt werden. Durch die Einspritzdüse? wird eine zweite Monergolteilmenge 10 eingebracht. Der Düsenring 4 erteilt den Zerfallgasen 9 α und dem diesen beigemischten, zerstäubten Monergolteil 10 einen Drall, mit dem beide Medien 9 α und 10 in den Zyklon 5 einströmen. In diesem wird die zweite, zerstäubte Monergolteilmenge 10 durch die Wärme der Zerfallgase 9 α der ersten Monergolteilmenge 9 thermisch aufgespalten. Durch die zentrifugierende Wirkung der Drallströmung im Zyklon 5 gelangen nur Zerfallgase 9 α und 10 α in die zentral angeordnete Schubdüse 8, während noch vorhandene Monergoltröpfchen der zweiten Monergolteilmenge 10 so lange im Bereich der Peripherie der Drallströmung gehalten werden, bis auch sie thermisch aufbereitet sind.

Der Gasgenerator gemäß F i g. 3 besteht in der Hauptsache aus einer ersten Einspritzkammer 11 mit Einspritzdüsen 12, aus ersten Katalysatorringsektoren 13, aus einer zweiten Einspritz- bzw. Mischkammer 14 mit Einspritzdüsen 15, aus zweiten Katalysatorringsektoren 16 und aus einem Zyklon 17 mit Einspritzdüsen 18. Dem Gasgenerator ist wiederum eine Schubdüse 19 nachgeschaltet.

Durch die erste Einspritzdüse 12 wird eine erste Monergolteilmenge 20 in zerstäubter Form in die erste Einspritzkammer 11 eingebracht. Die zerstäubte Monergolteilmenge 20 durchströmt die Katalysatorringsektoren 13 in Längsrichtung bis zu deren schubdüsenseitig geschlossenem Ende und wird dabei in Einzelgase aufgespalten, d. h., es werden unter hoher Wärmeentwicklung Zerfallgase 20 α erzeugt. Diese verlassen in radialer Richtung nach außen die Katalysatorringsektoren 13 und treten in die zweite Einspritz- bzw. Mischkammer 14 ein. Dort wird den heißen Zerfallgasen 20 a die zweite, zerstäubte Monergolteilmenge 21 beigemischt, die durch die Wärme der Zerfallgase 20 α thermisch aufgespalten wird, wobei Zerfallgase 21 α entstehen. Beide Zerfallgase 20 α und 21 α durchströmen dann die Katalysatorringsektoren 16. Diese haben die Aufgabe, eventuell noch in flüssiger Form vorhandene Monergolrestteile aufzuspalten. Am radial innen gelegenen Ausgang der Katalysatorringsektoren 16 sind Drallschaufeln 22 vorgesehen, die den in den Zyklon 17 einströmenden Zerfallgasen 20 α und 21 α einen Drall erteilen.

In die entstehende Drallströmung wird eine dritte Monergolteilmenge 23 durch die Düse 18 in den Zyklon 17 eingespritzt und durch die Wärme der Zerfallgase 20 α und 21 α aufgespalten. Die Schubdüse 19 wird durch die innerhalb der Drallströmung vorherrschenden aerodynamischen und thermodynamischen Verhältnisse aus dem Zentrum der Drallströmung heraus gespeist, durch deren zentrifugierende Wirkung noch vorhandene Monergoltröpfchen der

ίο dritten Monergolteilmenge 23 so lange im Bereich der Peripherie der Drallströmung gehalten werden, bis auch sie thermisch zerlegt sind.

Wird als Monergol z.B. Hydrazin verwendet, so beträgt für das Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2 das Mischungsverhältnis zwischen der ersten und zweiten Monergolteilmenge 9 bzw. 10 etwa

I : 2, d. h., da nur etwa ein Drittel der Gesamtmonergolmenge durch den Katalysator 3 geführt wird, kann dieser wesentlich kleiner bemessen werden als vergleichsweise der Katalysator eines herkömmlichen Gasgenerators. Die Wärme der Zerfallgase der nur ein Drittel der Gesamtmonergolmenge betragenden ersten Monergolteilmenge 9 reicht aus, um die restlichen zwei Drittel Monergolteilmenge der zweiten Einspritzung thermisch aufzubereiten.

Wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 3 und 4 ebenfalls Hydrazin verwendet, so genügen für die erste Monergolteilmenge 20 nur etwa

I1 °/o der Gesamtmonergolmenge bei entsprechend klein bemessenem Katalysator bzw. Katalysatorringsektoren 13. Die zweite Monergolteilmenge 21 kann dann maximal etwa 22 °/o der Gesamtmonergolmenge betragen, um von den Zerfallgasen 20 a der ersten Monergolteilmenge 20 in Höhe von 11 °/o noch aufbereitet werden zu können. Die Zerfallgase 20 α und 21 α der Monergolteilmengen 20 und 21 sind dann ihrerseits in der Lage, die restlichen 67 % der dritten Monergolteilmenge 23 thermisch aufzubereiten. Die zweiten Katalysatorringsektoren 16 haben eine Sicherheitsaufgabe zu erfüllen, und zwar insofern, als sie dazu dienen, bei maximalem Verhältnis, das zur Optimierung der Anlage anzustreben ist, zwischen der ersten und zweiten Monergolteilmenge 20 bzw. 21 einen vollständigen Zerfall der beiden Monergolteilmengen 20 und 21 auch mit Sicherheit zu garantieren.

In der Theorie ist es möglich, den ersten Katalysator sehr klein zu halten und sämtliche nachfolgenden Prozesse in Form von kaskadenartigen Zumischungen vieler (in ihrer Menge steigenden) Monergolteilmengen rein thermisch zu gestalten. Praktische Überlegungen setzen der Stufenzahl der Einspritzungen jedoch eine endliche Grenze.

Es liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, an Stelle einer der ersten Monergolteilmenge 10 bzw. 20 chemisch gleichen zweiten und/oder dritten Monergolteilmenge 11 bzw. 21 und/oder 23 eine gegenüber der ersten Monergolteilmenge 10 bzw. 20 chemisch verschiedene zweite und/oder eine dritte usw. Monergolteilmenge 11 bzw. 21 und/oder 23 zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 zeigenden Wand auf, aus denen Brennstoff in die Patentansprüche: Brennkammer eingespritzt wird, welcher der hohlen Verteilerplatte zentral zugeführt wird. Die Verteiler-

1. Verfahren zum Erzeugen von Druckgas platte stellt somit einen sogenannten Brausekopf mit durch katalytische Zersetzung eines flüssigen 5 über die ganze Querschnittsfläche der Brennkammer Monergols, wobei die Gesamtmenge an Monergol verteilten Einblasbohrungen für die heißen Zerfallin mindestens zwei Teile aufgeteilt wird, wovon gase und Einspritzbohrungen für den noch flüssigen, der eine Teil zunächst in zerstäubtem Zustand zu zerstäubenden Brennstoff dar, die sich miteinander katalytisch zersetzt wird, während der andere, vermischen und dann reagieren. Durch die Paralleliebenfalls zerstäubte Teil den heißen, aus dem io tat der vorgenannten Einblasbohrungen und EinKatalysator kommenden Zerfallgasen beige- spritzbohrungen, beide axial zur Brennkammerlängsmischt und von diesen thermisch aufgespalten achse ausgerichtet, verläuft der Brennprozeß unter wird, dadurch gekennzeichnet, daß gegenseitiger örtlicher Verwirbelung tendenziös in die katalytisch gewonnenen Zerfallgase in Drall axialer Richtung.

versetzt werden und in diese Drallströmung die 15 Die bekannten Ausführungen sind insofern nach-

unzersetzte Monergolteilmenge eingebracht wird. teilig, als hierbei die Mischkammer bzw. Brennkam-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- mer, um eine vollständige thermische Aufbereitung rens nach Anspruch 1 mit einem ringförmigen des noch flüssigen Monergols bzw. einen vollständi-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der gen Ausbrand des Brennstoffes zu erlangen, relativ ringförmige Katalysator (3 bzw. 13 und 16) ein 20 lang wird. Dies bedingt eine Vergrößerung der geZyklon (5 bzw. 17) einschließt und in Strömungs- samten Baulänge des Triebwerks und eine Vergrößerichtung vor diesem ein drallerzeugender Düsen- rung des Wärmeverlustes und damit eine Verschlechring (4) angeordnet ist. terung des Wirkungsgrades.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzukennzeichnet, daß an der Innenwand des ringför- 25 schlagen und Vorrichtungen zu schaffen, die für das migen Katalysators (16) Drallschaufeln (22) vor- Verfahren der eingangs genannten Art Verbesserungesehen sind. gen in prozessualer und baulicher Hinsicht mit sich

bringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Er-

30 findung die katalytisch gewonnenen Zerfallgase in

Drall versetzt, und in diese Drallströmung wird die

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unzersetzte Monergolteilmenge eingebracht. ■-Erzeugen von Druckgas durch katalytische Zerset- , Durch die Erfindung wird die thermische Aufbezung eines flüssigen Monergols, und Vorrichtung zur reitung und Zersetzung der zweiten Monergolteil-Durchführung^: des Verfahrens, wobei die Gesamt- 35 menge innerhalb der und durch die heißen Zerfallmenge an Monergol in mindestens zwei Teile aufge- £ase beschleunigt. Ferner wird die Aufbereitungsteilt wird, wovon der eine Teil zunächst in zerstäub- und Prozeßstrecke durch die Rotationsströmung bei tem Zustand katalytisch zersetzt wird, während der gegebener Brennkammererstreckung »mathematisch« andere, ebenfalls zerstäubte Teil den heißen, aus dem verlängert. Innerhalb der Drallströmung werden die Katalysator kommenden Zerfallgasen beigemischt 40 unzersetzten, weil noch schwereren Teilchen auszen- und von diesen thermisch aufgespalten wird. trifugiert und bis zu ihrer vollständigen Aufspaltung

Nach der USA.-Patentschrift 2 930 184 ist es be- lokalisiert und nicht gleich in die Schubdüse geförkannt, die Gesamtmenge eines zu zersetzenden dert, so daß dadurch auch der Ausbrandwirkungs-Monergols in zwei Teilmengen aufzuteilen, wovon grad verbessert wird.

eine erste Teilmenge zerstäubt einem Katalysator zu- 45 In Ausgestaltung der Erfindung schließt der in an geführt und von diesem zersetzt wird, während eine sich bekannter Weise ringförmige Katalysator ein zweite Teilmenge, ebenfalls in zerstäubtem Zustand, Zyklon ein, und in Strömungsrichtung vor diesem ist den heißen, aus dem Katalysator kommenden Zer- ein drallerzeugender Düsenring angeordnet. Hierfallgasen beigemischt und dabei thermisch aufgespal- durch wird die Baulänge der Anlage verkürzt und ten wird. Die Einführung der heißen Zerfallgase und 50 der Wärmeverlust reduziert bzw. der außenliegende die Einbringung der zweiten Monergolteilmenge in Katalysator aufgeheizt und somit sein Wirkungsgrad eine Mischkammer erfolgt dabei für beide Kompo- gesteigert.

nenten nebeneinander und in Längsrichtung dieser In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an

Kammer parallel zueinander. der Innenseite des ringförmigen Katalysators Drall-

Ferner offenbart die britische Patentschrift 55 schaufeln vorgesehen.

892 993 ein Raketentriebwerk, bei dem vor der In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

eigentlichen Brennkammer ein ringförmiger, koaxial Erfindung dargestellt. Es zeigt

zur Triebwerkslängsachse angeordneter Katalysator F i g. 1 eine erste Ausführung eines nach dem ervorgesehen ist, der von einem monergolen Sauer- findungsgemäßen Verfahren arbeitenden Gasgenerastoffträger radial von innen nach außen durchströmt 60 tors für ein Raketentriebwerk im Längsschnitt,
wird. Dieser wird dabei in Zerfallgase umgewandelt, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der

die dann durch viele, in axialer Richtung sich er- Fig. 1,

streckende Bohrungen einer vor der eigentlichen F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines Gas-

Brennkammer angeordneten Verteilerplatte in die generators für ein Raketentriebwerk im Längsschnitt Brennkammer einströmen, die dem ringförmigen Ka- 65 und

talysator axial nachgeschaltet ist. Die Verteilerplatte F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der

ist hohl ausgebildet und weist weitere, ebenfalls axial Fig. 3.
gerichtete Bohrungen auf ihrer zur Brennkammer hin Der Gasgenerator nach F i g. 1 besteht im wesentli-