RU172150U1

RU172150U1 - Универсальный стендовый модульный газогенератор

Info

Publication number: RU172150U1
Application number: RU2016134169U
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Веселов; Илья Сергеевич Гросс
Original assignee: Открытое акционерное общество (ОАО) "Турбонасос"
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2017-06-29

Abstract

Полезная модель относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а более конкретно к газогенераторам (ГГ) ЖРД, предназначенным для выработки газа, идущего на привод турбины турбонасосного агрегата (ТНА), и может быть использована при стендовых испытаниях деталей ЖРД. Газогенератор содержит три последовательно установленных модуля: модуль 1 запального устройства, модуль 2 ввода горючего, модуль 3 ввода окислителя. Модуль 3 сообщен с камерой 4 сгорания, модуль 1 снабжен электроплазменной системой 5 зажигания, а все модули (1, 2, 3) снабжены огнеупорными вставками 6 для их защиты от высокотемпературной газовой струи.Для упрощения конструкции и обеспечения быстросъемности модули 1, 2, 3 стянуты между собой шпильками 7 через накидные фланцы 8.Модульная конструкция газогенератора обеспечивает устойчивое горение «дежурного» факела в зоне модуля 1, при этом в зоне модуля 2 формируется максимальная температура продуктов сгорания, необходимая для стабильного горения в зоне модуля 3, где продукты сгорания балластируются до требуемых параметров вводом дополнительных компонентов, а дожигание и стабилизация происходят в камере 4 сгорания.Использование полезной модели существенно повышает надежность работы универсального стендового модульного газогенератора сгорания. 1 ил..

Description

Полезная модель относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а более конкретно - к газогенераторам (ГГ) ЖРД, предназначенным для выработки газа, идущего на привод турбины турбонасосного агрегата (ТНА), и может быть использована при стендовых испытаниях деталей ЖРД.

Создание теплонапряженных элементов конструкций ЖРД тесно связано с использованием новых материалов. Для исследования характеристик материалов и подтверждения работоспособности выполненных из них изделий требуется проведение большого количества теплогазодинамических испытаний.

Натурные испытания элементов и агрегатов ЖРД требуют больших затррат, поэтому применяются имитаторы теплогазодинамических воздействий, в качестве которых применяются различного рода ГГ, производящие горячие продукты сгорания топливных смесей с целью дальнейшей тепловой обработки этими продуктами различных испытуемых материалов и изделий.

Известны ГГ, содержащие охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего [Г.Г. Гахун и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989, стр. 144, 145, рис. 8.3, 8.4]. Эти ГГ выполнены по однозонной схеме, в которой весь расход окислителя и горючего вводится в одном поперечном сечении через форсуночную головку.

Недостатком таких ГГ является невозможность обеспечения устойчивого горения и равномерности температуры на выходе из ГГ при работе на смесях, резко отличающихся от стехиометрической, т.е. работающих с большим избытком одного из компонентов топлива. Такая схема применяется в ЖРД, работающих с дожиганием генераторного газа в основной камере сгорания.

В двигателях с дожиганием на компонентах жидкий кислород и углеводородное горючее, например, керосин, применяют окислительные ГГ. Так, например, известен ГГ двигателя РД-253 [Г.Г. Гахун и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989, стр. 143, рис. 8.2]. В этом ГГ в зону головки подается горючее и окислитель в соотношении, надежно обеспечивающем воспламенение и устойчивое горение, т.е. близком к стехиометрическому. Через дополнительный ввод подается необходимый избыток окислителя. Камера ГГ охлаждается окислителем.

Недостатком известного ГГ является наличие сферического коллектора для подвода избыточного компонента, практически охватывающего всю длину ГГ. Это приводит к увеличению габаритов и веса ГГ из-за наличия сферического коллектора с большой поверхностью, а также к неравномерности температурного поля из-за невозможности равномерно раздать избыточный компонент по сечению камеры ГГ через сферический коллектор и наличия большого количества отверстий в стенке камеры ГГ. Ухудшается охлаждение из-за наличия большого количества бобышек для подачи избыточного компонента и отсутствия завесного охлаждения камеры сгорания до зоны смешения и после зоны смешения. В известной конструкции отсутствует элемент, предотвращающий закрутку потока в коллекторе. Закрутка потока избыточного компонента приводит к неравномерности статического давления по длине коллектора и, как следствие, к неравномерной раздаче избыточного компонента и неравномерности температурного поля на выходе из ГГ.

В качестве прототипа выбран стендовый модульный газогенератор, содержащий три последовательно установленных модуля: первую камеру сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, вторую камеру сгорания, обеспечивающую необходимую температуру и расход, третью камеру сгорания, обеспечивающую смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок (азот, гелий и т.п.или твердой фазы) с целью создания необходимого состава рабочей среды [Луньков Н.А. Имитатор теплогазодинамических воздействий. Электронный журнал «Молодежный научно-технический вестник» № ФС77-51038, ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Баумана»].

Недостатком известного газогенератора является низкая надежность из-за неразъемного соединения модулей, низкого давления генерируемого газа вследствие подачи топливных компонентов в модули при низком давлении, а также тонкостенного выполнения модулей и наличия в газогенераторе проточной системы охлаждения.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности работы универсального стендового модульного газогенератора.

Поставленная цель достигается тем, что в стендовом универсальном модульном газогенераторе, содержащем три последовательно установленных модуля: первую камеру сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, вторую камеру сгорания, обеспечивающую температуру и расход, третью камеру сгорания, обеспечивающую смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок для создания состава рабочей среды, средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи, согласно полезной модели, модули выполнены быстросъемными и толстостенными, а средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи выполнены в виде сменных огнеупорных вставок, а модули стянуты между собой шпильками через накидные фланцы.

Полезная модель иллюстрирована чертежом, на котором представлен продольный разрез универсального стендового модульного газогенератора.

Перечень позиций и обозначений на чертеже:

1 - модуль запального устройства;

2 - модуль ввода горючего;

3 - модуль ввода окислителя;

4 - камера сгорания;

5 - электроплазменная система зажигания;

6 - огнеупорная вставка;

7 - шпилька;

8 - накидной фланец;

Г - горючее;

О - окислитель;

ПС - продукты сгорания (генерируемый газ).

Газогенератор содержит три последовательно установленных модуля: модуль 1 запального устройства, модуль 2 ввода горючего, модуль 3 ввода окислителя. Модуль 3 сообщен с камерой 4 сгорания, модуль 1 снабжен электроплазменной системой 5 зажигания, а все модули (1, 2, 3) снабжены огнеупорными вставками 6 для их защиты от высокотемпературной газовой струи.

Для упрощения конструкции и обеспечения быстросъемности модули 1, 2, 3 стянуты между собой шпильками 7 через накидные фланцы 8.

Модульная конструкция газогенератора обеспечивает устойчивое горение «дежурного» факела в зоне модуля 1, при этом в зоне модуля 2 формируется максимальная температура продуктов сгорания, необходимая для стабильного горения в зоне модуля 3, где продукты сгорания балластируются до требуемых параметров вводом дополнительных компонентов, а дожигание и стабилизация происходит в камере 4 сгорания.

Использование полезной модели существенно повышает надежность работы универсального стендового модульного газогенератора сгорания.

Claims

Универсальный стендовый модульный газогенератор, содержащий последовательно установленные модуль первой камеры сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, модуль второй камеры сгорания, обеспечивающий температуру и расход, модуль третьей камеры сгорания, обеспечивающий смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок для создания состава рабочей среды, а также средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи, отличающийся тем, что модули выполнены быстросъемными и толстостенными, средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи выполнены в виде сменных огнеупорных вставок, а модули стянуты между собой шпильками и накидными фланцами.