RU126376U1 - GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE - Google Patents

GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE Download PDF

Info

Publication number
RU126376U1
RU126376U1 RU2012132690/06U RU2012132690U RU126376U1 RU 126376 U1 RU126376 U1 RU 126376U1 RU 2012132690/06 U RU2012132690/06 U RU 2012132690/06U RU 2012132690 U RU2012132690 U RU 2012132690U RU 126376 U1 RU126376 U1 RU 126376U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
oxidizer
mixing
nozzles
chamber
Prior art date
Application number
RU2012132690/06U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Погосович Аджян
Николай Никитович Асташенков
Татьяна Ильинична Мужичкова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" filed Critical Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко"
Priority to RU2012132690/06U priority Critical patent/RU126376U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU126376U1 publication Critical patent/RU126376U1/en

Links

Images

Abstract

Газификатор для жидкостного ракетного двигателя открытой схемы содержит смесительную головку и камеру с выходным патрубком, при этом смесительная головка включает крышку, среднее и огневое днища, которые образуют полости горючего и окислителя, указанные полости через патрубки, выполненные в корпусе смесительной головки, соединены с системой подачи окислителя и горючего, причем между средним и огневым днищами равномерно расположены по концентрическим окружностям смесительные элементы, кроме того, имеется пояс разбавления, отличающийся тем, что в качестве смесительных элементов применены форкамеры, каждая из которых выполнена в виде цельноточенного корпуса с соосно расположенными в нем форсунками горючего и окислителя со смесительной камерой, причем форсунки горючего через отверстия, выполненные в корпусе форкамеры, соединены с полостью горючего, а форсунки окислителя через отверстия соединены с полостью окислителя, при этом указанные форсунки соединены со смесительной камерой, кроме того, корпуса форкамер со стороны форсунок горючего закреплены в среднем днище, а со стороны смесительных камер в сквозных отверстиях огневого днища с образованием кольцевых каналов-поясов разбавления, которые гидравлически соединены с полостью окислителя, при этом толщина кольцевого зазора определяется по следующей формуле:где- площадь кольцевого канала для ввода окислителя, подлежащего испарению;D- наружный диаметр форкамеры;µ - коэффициент расхода канала, зависящий от конфигурации входных кромок (0,65…0,75);ρ - плотность испаряемого компонента;ΔP - срабатываемый перепад давления на форкамере;- массовый секундный рас�The gasifier for an open-circuit liquid-propellant rocket engine contains a mixing head and a chamber with an outlet pipe, the mixing head including a cover, a middle and fire bottoms that form the fuel and oxidizer cavities, these cavities through the nozzles made in the housing of the mixing head are connected to the feed system oxidizing agent and fuel, moreover, between the middle and firing bottoms the mixing elements are evenly arranged along concentric circles, in addition, there is a dilution belt, distinguishing The fact is that, as mixing elements, pre-chambers are used, each of which is made in the form of a single-body case with fuel nozzles and oxidizer coaxially located in it with a mixing chamber, moreover, the fuel nozzles are connected to the fuel cavity through openings made in the pre-chamber, and the nozzles the oxidizer through the holes are connected to the cavity of the oxidizer, while these nozzles are connected to the mixing chamber, in addition, the housing of the prechambers from the side of the fuel nozzles are fixed in the middle bottom, and from the mixing chambers in the through holes of the fire bottom with the formation of annular channels-dilution belts that are hydraulically connected to the cavity of the oxidizer, the thickness of the annular gap is determined by the following formula: where is the area of the annular channel for introducing the oxidizing agent to be evaporated; D is the outer diameter prechambers; µ - channel flow coefficient, depending on the configuration of the input edges (0.65 ... 0.75); ρ - density of the evaporated component; ΔP - triggered pressure drop across the prechamber; - mass second

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к энергетике и, в частности, к газификатору, вырабатывающему газ с избытком кислорода высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании жидкого керосина в жидком кислороде.The utility model relates to energy and, in particular, to a gasifier that produces gas with an excess of oxygen of high parameters, obtained due to the energy released during the combustion of liquid kerosene in liquid oxygen.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен парогенератор (газификатор) для производства пара за счет тепла водорода, сжигаемого в атмосфере кислорода, который содержит смесительную головку с несколькими соосно струйными форсунками горючего и окислителя, закрепленными в среднем и огневом днищах, и цилиндрическую камеру с поясом разбавления, через которые осуществляется подача воды в огневое пространство цилиндрической камеры. Смесительная головка состоит из трех днищ - огневого, среднего и крышки. Указанные днища образуют две основные полости смесительной головки: внутреннюю, в которую поступает окислитель, и наружную полость горючего. Кроме того, имеются патрубки подвода окислителя и горючего в указанные полости и патрубок отвода водяного пара из камеры. Также имеется средство для воспламенения кислородно-водородной смеси, выполненное в виде форкамеры, снабженной электроискровым воспламенителем (см. патент DE №3936806, МПК F22B 1/18, 20.04.1995 г.). Это техническое решение является прототипом предлагаемой полезной модели.Known steam generator (gasifier) for the production of steam due to the heat of hydrogen burned in an oxygen atmosphere, which contains a mixing head with several coaxial jet nozzles of fuel and oxidizer, mounted in the middle and fire bottoms, and a cylindrical chamber with a dilution belt through which water is supplied into the firing space of a cylindrical chamber. The mixing head consists of three bottoms - fire, middle and cover. These bottoms form two main cavities of the mixing head: the inner one into which the oxidizing agent enters, and the outer cavity of the fuel. In addition, there are nozzles for supplying an oxidizing agent and fuel to said cavities and a branch pipe for removing water vapor from the chamber. There is also a means for igniting the oxygen-hydrogen mixture, made in the form of a prechamber equipped with an electric spark igniter (see DE patent No. 3936806, IPC F22B 1/18, 04/20/1995). This technical solution is a prototype of the proposed utility model.

Недостатком прототипа является сложность конструкции смесительной головки, повышенная длина цилиндрической камеры и большая масса.The disadvantage of the prototype is the design complexity of the mixing head, the increased length of the cylindrical chamber and the large mass.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задача, на решение которой направлена патентуемая полезная модель - это повышение надежности и эффективности работы газификатора для превращения жидкого кислорода в газообразное состояние.The problem the patented utility model is aimed at is improving the reliability and efficiency of the gasifier for converting liquid oxygen into a gaseous state.

Эта задача решена за счет того, что в газификаторе для жидкостного ракетного двигателя открытой схемы, содержащем смесительную головку и камеру с выходным патрубком, при этом смесительная головка включает крышку, среднее и огневое днища, которые образуют полости горючего и окислителя, указанные полости через патрубки, выполненные в корпусе смесительной головки, соединены с системой подачи окислителя и горючего, причем между средним и огневым днищами равномерно расположены по концентрическим окружностям смесительные элементы, кроме того, имеется пояс разбавления, причем в качестве смесительных элементов применены форкамеры, каждая из которых выполнена в виде цельноточенного корпуса с соосно расположенными в нем форсунками горючего и окислителя со смесительной камерой, причем форсунки горючего через отверстия, выполненные в корпусе форкамеры, соединены с полостью горючего, а форсунки окислителя через отверстия соединены с полостью окислителя, при этом указанные форсунки соединены со смесительной камерой, кроме того, корпуса форкамер со стороны форсунок горючего закреплены в среднем днище, а со стороны смесительных камер в сквозных отверстиях огневого днища с образованием кольцевых каналов - поясов разбавления, которые гидравлически соединены с полостью окислителя, при этом толщина кольцевого зазора определяется по следующей формуле:This problem is solved due to the fact that in the gasifier for a liquid propellant rocket engine an open circuit containing a mixing head and a chamber with an outlet pipe, the mixing head includes a cover, a middle and a fire bottom, which form the cavity of the fuel and oxidizer, these cavities through the pipes, made in the housing of the mixing head, are connected to the supply system of the oxidizer and fuel, and between the middle and the firing bottoms the mixing elements are evenly arranged along concentric circles, except oh, there is a dilution belt, and pre-chambers are used as mixing elements, each of which is made in the form of a single-body case with fuel nozzles and an oxidizer coaxially located in it with a mixing chamber, and the fuel nozzles are connected to the fuel cavity through openings made in the pre-chamber and the oxidizer nozzles are connected through the openings to the oxidizer cavity, and these nozzles are connected to the mixing chamber, in addition, the nozzle bodies on the side of the fuel nozzles are replicated on the middle bottom, and on the side of the mixing chambers in the through holes of the fire bottom with the formation of annular channels - dilution belts that are hydraulically connected to the oxidizer cavity, while the thickness of the annular gap is determined by the following formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

Figure 00000006
- площадь кольцевого канала для ввода окислителя, подлежащего испарению;
Figure 00000006
- the area of the annular channel for input of the oxidizing agent to be evaporated;

DН - наружный диаметр форкамеры;D H is the outer diameter of the prechamber;

µ - коэффициент расхода канала, зависящий от конфигурации входных кромок (0,65…0,75);µ is the channel flow coefficient, depending on the configuration of the input edges (0.65 ... 0.75);

ρ - плотность испаряемого компонента;ρ is the density of the vaporized component;

ΔР - срабатываемый перепад давления на форкамере;ΔР - triggered differential pressure on the prechamber;

Figure 00000007
- массовый секундный расход компонента через форкамеры;
Figure 00000007
- mass second consumption of the component through the pre-chambers;

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого технического решения, - улучшение качества смешения и стабильности газификации жидкого кислорода.The technical result that can be obtained by implementing the proposed technical solution is to improve the quality of mixing and stability of gasification of liquid oxygen.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлен общий вид газификатора, на фиг.2 - выполнение форкамерыFigure 1 presents a General view of the gasifier, figure 2 - implementation of the prechamber

Пример осуществления полезной моделиUtility Model Example

Газификатор 1 содержит смесительную головку 2 и камеру 3 с выходным патрубком 4. Смесительная головка 2 включает крышку 5, среднее 6 и огневое 7 днища, которые образуют полости горючего 8 и окислителя 9. Указанные полости через патрубки 10 и 11, выполненные в корпусе смесительной головки 2, соединены с системой подачи окислителя и горючего (не показано). Между средним 6 и огневым 7 днищами равномерно расположены по концентрическим окружностям форкамеры 12. Каждая из форкамер выполнена в виде цельноточенного корпуса 13 с соосно расположенными в нем форсунками горючего 14 и окислителя 15 со смесительной камерой 16. Форсунки горючего 14 через тангенциальные отверстия 17, выполненные в корпусе 13 форкамеры, соединены с полостью горючего 8, а форсунки окислителя 15 через тангенциальные отверстия 18 соединены с полостью окислителя 9. Указанные форсунки соединены со смесительной камерой 16. Корпуса 13 форкамер 12 со стороны форсунок горючего 14 закреплены в среднем днище 6, а со стороны смесительных камер 16 в сквозных отверстиях 19 огневого днища 7 с образованием кольцевых каналов 20 - поясов разбавления, которые гидравлически соединены с полостью окислителя.The gasifier 1 contains a mixing head 2 and a chamber 3 with an outlet pipe 4. The mixing head 2 includes a cover 5, middle 6 and firing bottom 7, which form the cavity of the fuel 8 and oxidizer 9. These cavities through the nozzles 10 and 11, made in the housing of the mixing head 2 are connected to an oxidizer and fuel supply system (not shown). Between the middle 6 and the fire 7 bottoms are evenly arranged along concentric circles of the pre-chambers 12. Each of the pre-chambers is made in the form of a one-piece body 13 with fuel nozzles 14 coaxially located therein and oxidizer 15 with a mixing chamber 16. Fuel nozzles 14 through tangential openings 17 made in the housing 13 of the pre-chamber, connected to the cavity of the fuel 8, and the nozzle of the oxidizer 15 through the tangential holes 18 are connected to the cavity of the oxidizer 9. These nozzles are connected to the mixing chamber 16. Housing 13 fork measures 12 from the side of the fuel nozzles 14 are fixed on the middle bottom 6, and from the side of the mixing chambers 16 in the through holes 19 of the fire bottom 7 with the formation of annular channels 20 - dilution belts that are hydraulically connected to the cavity of the oxidizer.

Толщина кольцевого зазора определяется по следующей формуле:The thickness of the annular gap is determined by the following formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

Figure 00000009
- площадь кольцевого канала для ввода окислителя, подлежащего испарению;
Figure 00000009
- the area of the annular channel for input of the oxidizing agent to be evaporated;

DН - наружный диаметр форкамеры;D H is the outer diameter of the prechamber;

µ - коэффициент расхода канала, зависящий от конфигурации входных кромок (0,65…0,75);µ is the channel flow coefficient, depending on the configuration of the input edges (0.65 ... 0.75);

ρ - плотность испаряемого компонента;ρ is the density of the vaporized component;

ΔР - срабатываемый перепад давления на форкамере;ΔР - triggered differential pressure on the prechamber;

Figure 00000010
- массовый секундный расход компонента через форкамеры;
Figure 00000010
- mass second consumption of the component through the pre-chambers;

Работа устройстваDevice operation

При работе газификатора горючее из патрубка 10 заполняет полость горючего 8, подается через тангенциальные отверстия 17 в форсунки 14 горючего и далее в смесительную камеру 16. Окислитель через патрубок 11 подается в полость 9, а из нее в тангенциальные отверстия 18 попадает в форсунку 15 окислителя, а затем в смесительную камеру 16, где смешиваясь с горючим, вызывает реакции горения. Горение происходит при соотношении близком к стехиометрическому. Окислитель из полости 9 попадает в кольцевые каналы 20 пояса разбавления, где и происходит превращение жидкого кислорода в газообразное состояние.During the operation of the gasifier, fuel from the nozzle 10 fills the cavity of the fuel 8, is supplied through the tangential openings 17 to the nozzles 14 of the fuel and then into the mixing chamber 16. The oxidizing agent through the nozzle 11 is fed into the cavity 9, and from it into the tangential holes 18 enters the nozzle 15 of the oxidizer, and then into the mixing chamber 16, where, when mixed with fuel, it causes combustion reactions. Combustion occurs at a ratio close to stoichiometric. The oxidizing agent from the cavity 9 enters the annular channels 20 of the dilution belt, where liquid oxygen is converted to a gaseous state.

В отличие от прототипа, в предлагаемом техническом решении смесительные элементы выполнены в виде форкамер, а огневое днище выполнено утолщенным, что позволило обеспечить надежное и качественное перемешивание компонентов топлива и устойчивый процесс их горения при высоких температурах на минимальных длинах и малых объемах смесительной головки.Unlike the prototype, in the proposed technical solution, the mixing elements are made in the form of pre-chambers, and the firing base is thickened, which allowed for reliable and high-quality mixing of the fuel components and a stable process of their combustion at high temperatures at minimum lengths and small volumes of the mixing head.

Кроме того, выполнение сквозных отверстий в утолщенном огневом днище, в которые вставлены концевые участки форкамер, позволило организовать эффективный процесс принудительного превращения жидкого кислорода в газообразное состояние в узких каналах коллектора разбавления, значительно сокращая осевые габариты газификатора.In addition, the implementation of through holes in the thickened fire bottom, into which the end sections of the prechambers are inserted, made it possible to organize an effective process of forcibly converting liquid oxygen to a gaseous state in the narrow channels of the dilution collector, significantly reducing the axial dimensions of the gasifier.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает газификацию жидкого кислорода при следующих массовых соотношениях компонентов топлива Км:The proposed utility model provides gasification of liquid oxygen with the following mass ratios of fuel components Km:

- в форкамерах Км~6÷16 (температура ~2000°С);- in prechambers Km ~ 6 ÷ 16 (temperature ~ 2000 ° С);

- в поясе разбавления Км~100÷50 (температура ~100÷500°С).- in the dilution belt Km ~ 100 ÷ 50 (temperature ~ 100 ÷ 500 ° C).

Такое решение позволяет уменьшить осевые габариты газификатора, снизить его массу, увеличить выход газообразного кислорода при меньших затратах тепловой энергии. Кроме того, применение пояса разбавления в виде кольцевого канала над огневым днищем позволяет обеспечить надежное охлаждение днища.This solution allows to reduce the axial dimensions of the gasifier, to reduce its mass, to increase the yield of gaseous oxygen at lower cost of thermal energy. In addition, the use of a dilution belt in the form of an annular channel above the firing bottom allows reliable cooling of the bottom.

Промышленное применениеIndustrial application

Предлагаемый газификатор может найти применение в кислородно-керосиновых ЖРД открытых схем для перевода работы камеры двигателей из схемы жидкость-жидкость в схему газ-жидкость за счет газификации жидкого кислорода.The proposed gasifier can find application in open-circuit oxygen-kerosene liquid propellant rocket engines to transfer the operation of the engine chamber from a liquid-liquid scheme to a gas-liquid scheme due to gasification of liquid oxygen.

Claims (1)

Газификатор для жидкостного ракетного двигателя открытой схемы содержит смесительную головку и камеру с выходным патрубком, при этом смесительная головка включает крышку, среднее и огневое днища, которые образуют полости горючего и окислителя, указанные полости через патрубки, выполненные в корпусе смесительной головки, соединены с системой подачи окислителя и горючего, причем между средним и огневым днищами равномерно расположены по концентрическим окружностям смесительные элементы, кроме того, имеется пояс разбавления, отличающийся тем, что в качестве смесительных элементов применены форкамеры, каждая из которых выполнена в виде цельноточенного корпуса с соосно расположенными в нем форсунками горючего и окислителя со смесительной камерой, причем форсунки горючего через отверстия, выполненные в корпусе форкамеры, соединены с полостью горючего, а форсунки окислителя через отверстия соединены с полостью окислителя, при этом указанные форсунки соединены со смесительной камерой, кроме того, корпуса форкамер со стороны форсунок горючего закреплены в среднем днище, а со стороны смесительных камер в сквозных отверстиях огневого днища с образованием кольцевых каналов-поясов разбавления, которые гидравлически соединены с полостью окислителя, при этом толщина кольцевого зазора определяется по следующей формуле:The gasifier for an open-circuit liquid-propellant rocket engine contains a mixing head and a chamber with an outlet pipe, the mixing head including a cover, a middle and fire bottoms that form the fuel and oxidizer cavities, these cavities through the nozzles made in the housing of the mixing head are connected to the feed system oxidizing agent and fuel, moreover, between the middle and firing bottoms the mixing elements are evenly arranged along concentric circles, in addition, there is a dilution belt, distinguishing The fact is that, as mixing elements, pre-chambers are used, each of which is made in the form of a single-body case with fuel nozzles and oxidizer coaxially located in it with a mixing chamber, moreover, the fuel nozzles are connected to the fuel cavity through openings made in the pre-chamber, and the nozzles the oxidizer through the holes are connected to the cavity of the oxidizer, while these nozzles are connected to the mixing chamber, in addition, the housing of the prechambers from the side of the fuel nozzles are fixed in the middle bottom, and from the mixing chambers in the through holes of the fire bottom with the formation of annular channels-dilution belts that are hydraulically connected to the cavity of the oxidizer, while the thickness of the annular gap is determined by the following formula:
Figure 00000001
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- площадь кольцевого канала для ввода окислителя, подлежащего испарению;
Where
Figure 00000002
- the area of the annular channel for input of the oxidizing agent to be evaporated;
DH - наружный диаметр форкамеры;D H is the outer diameter of the prechamber; µ - коэффициент расхода канала, зависящий от конфигурации входных кромок (0,65…0,75);µ is the channel flow coefficient, depending on the configuration of the input edges (0.65 ... 0.75); ρ - плотность испаряемого компонента;ρ is the density of the vaporized component; ΔP - срабатываемый перепад давления на форкамере;ΔP - triggered differential pressure on the prechamber;
Figure 00000003
- массовый секундный расход компонента через форкамеры.
Figure 00000004
Figure 00000003
- mass second consumption of the component through the pre-chambers.
Figure 00000004
RU2012132690/06U 2012-07-31 2012-07-31 GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE RU126376U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132690/06U RU126376U1 (en) 2012-07-31 2012-07-31 GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132690/06U RU126376U1 (en) 2012-07-31 2012-07-31 GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU126376U1 true RU126376U1 (en) 2013-03-27

Family

ID=49125421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012132690/06U RU126376U1 (en) 2012-07-31 2012-07-31 GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU126376U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107917016A (en) * 2017-11-29 2018-04-17 北京航天动力研究所 A kind of high pressure-bearing precombustion chamber head shell structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107917016A (en) * 2017-11-29 2018-04-17 北京航天动力研究所 A kind of high pressure-bearing precombustion chamber head shell structure
CN107917016B (en) * 2017-11-29 2024-02-09 北京航天动力研究所 Head shell structure of high-pressure-bearing precombustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2635012C1 (en) Steam-gas generator
RU2309325C1 (en) Steam generator
RU2633741C1 (en) Steam and gas generator
RU2644668C1 (en) Gas-steam generator
RU2613011C1 (en) Steam-gas generator
RU2431079C1 (en) Steam generator (versions)
RU2358190C1 (en) Hydrogen high-temperature steam generator with combined evaporation cooling of mixing chamber
RU2565131C1 (en) Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation
RU2300049C1 (en) Mini steam generator
RU2488903C1 (en) Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam
RU2454607C1 (en) Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft
US20180179961A1 (en) Turbine engine assembly and method of operating
RU2408417C1 (en) Synthesis gas generator
RU2374173C1 (en) Method of producing synthetic gas
RU126376U1 (en) GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE
WO2019028289A1 (en) Redesigned burner
CN109630245B (en) Light hydrocarbon/diesel fuel reforming system and reforming method
RU119812U1 (en) STEAM GAS GENERATOR
RU2448268C1 (en) Chamber of low-thrust rocket engine running on two-component anergolic gas fuel
RU125677U1 (en) HYDROGEN COMBUSTION DEVICE
RU2499952C2 (en) Steam generator and method to produce high-temperature water steam
RU105947U1 (en) MIXING HEAD WITH IGNITION DEVICE
RU2374560C1 (en) Igniting device
RU2079684C1 (en) Steam generator
RU2145039C1 (en) Method and device for fuel feed to thermal engine chamber

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130801

NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20140820