RU2582372C2 - Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware - Google Patents

Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware Download PDF

Info

Publication number
RU2582372C2
RU2582372C2 RU2014133917/06A RU2014133917A RU2582372C2 RU 2582372 C2 RU2582372 C2 RU 2582372C2 RU 2014133917/06 A RU2014133917/06 A RU 2014133917/06A RU 2014133917 A RU2014133917 A RU 2014133917A RU 2582372 C2 RU2582372 C2 RU 2582372C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
consumer
oxidizer
tank
feed
Prior art date
Application number
RU2014133917/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014133917A (en
Inventor
Андрей Валерьевич Бельчиков
Григорий Борисович Савченко
Original Assignee
Андрей Валерьевич Бельчиков
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 Андрей Валерьевич Бельчиков filed Critical Андрей Валерьевич Бельчиков
Priority to RU2014133917/06A priority Critical patent/RU2582372C2/en
Publication of RU2014133917A publication Critical patent/RU2014133917A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582372C2 publication Critical patent/RU2582372C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; motors and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to fuel supply circuits to combustion and devices for production of combustion products of high pressure or high speed. Combined pump-displacement fluid component feed circuit hydro-reacting fuel (HRF) to consumer, containing consumer with cooling system, oxidizer pump, oxidizer pump drive turbine, which is rotated by flow of reaction products and fuel and oxidiser, fuel tank tightly divided into cavity with HRF and cavity for displacement body by means of bellows, bag or moving or elastic baffle, connection lines, fuel components feed and discharge line, valves, control and control members, wherein oxidant is used as displacing body to feed liquid hydro-reacting fuel to consumer, wherein oxidizer for displacement of liquid hydro-reacting fuel is taken from consuming equipment cooling system tank, hence it is of high temperature. Extra heat exchange surface between the displacing oxidizer and HRF is composed by the chambers for HRF displacing oxidizer with their limiting surfaces in, at least, partial contact with the HRF in the tank. Oxidiser pump drive turbine can be actuated by superheated water steam, taken from consuming equipment cooling system. Circuit can contain heat exchanger.
EFFECT: decreased weight and its volume, lower costs of feed and HRF feed, simplified provision variety of operation conditions of system operation, better controllability and stability of underwater or two environment vehicles, which use invention, and simpler and cheaper design feed system.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем подачи топлива к устройствам для сжигания и устройствам для получения продуктов сгорания высокого давления или высокой скорости, использующим в качестве рабочего тела топливную пару «гидрореагирующее горючее (ГРГ) - вода», например к камерам сгорания двигательных и силовых установок и энергоустановок, в частности может использоваться в пропульсивных комплексах подводных и двухсредных аппаратов.The invention relates to the field of fuel supply systems for combustion devices and devices for producing high pressure or high speed combustion products using a “hydroreactive fuel (GRG) - water” fuel pair as a working fluid, for example, combustion chambers of propulsion and power plants and power plants , in particular, can be used in propulsion systems of underwater and two-medium vehicles.

Известны и традиционно используются две основные системы подачи компонентов топлива в жидкостных ракетных двигателях: турбонасосная (насосная) и вытеснительная (см., например, «Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования», Добровольский М.В. М. «Машиностроение». 1968. 396 с.). Данные схемы подачи топлива используются также в других областях, например в двигательных установках подводных или летательных аппаратов.Two main systems for supplying fuel components in liquid-propellant rocket engines are known and traditionally used: turbopump (pump) and displacing (see, for example, “Liquid-propellant rocket engines. Fundamentals of design”, M. M. M. Dobrovolsky, “Engineering”. 1968. 396 from.). These fuel supply schemes are also used in other areas, for example, in propulsion systems of underwater or aircraft.

Известно также изобретение «Турбонасосная система питания жидкостного ракетного двигателя» (RU 2246023 С2, МПК F02K 9/48, опубл. 10.02.2005). Турбонасосная система питания жидкостного ракетного двигателя включает магистрали разноименных топливных компонентов, магистрали газа и газогенератор. Перед основным турбонасосным агрегатом с многоступенчатым насосом топливного компонента и приводной газовой турбиной установлен бустерный турбонасосный агрегат с насосом топливного компонента и приводной одноступенчатой гидротурбиной, питаемой от n-й ступени основного насоса. Рабочий тракт гидротурбины размещен в соединительной магистрали между выходом n-й и входом (n+1)-й ступени основного насоса. Изобретение позволит упростить систему питания и снизить массу жидкостного ракетного двигателя.Also known is the invention "A turbopump power system for a liquid propellant rocket engine" (RU 2246023 C2, IPC F02K 9/48, publ. 02/10/2005). The turbopump power system for a liquid propellant rocket engine includes lines of unlike fuel components, gas lines, and a gas generator. In front of the main turbopump unit with a multi-stage fuel component pump and a gas driven gas turbine, a booster turbopump unit with a fuel component pump and a single-stage driven hydraulic turbine powered from the nth stage of the main pump is installed. The working path of the hydraulic turbine is located in the connecting line between the output of the nth and the input of the (n + 1) st stage of the main pump. The invention will simplify the power system and reduce the mass of a liquid rocket engine.

Недостатком изобретения является его относительно высокие показатели массы и объема при использовании в области техники, определенной для предлагаемого изобретения.The disadvantage of the invention is its relatively high indicators of mass and volume when used in the technical field defined for the invention.

Известно также изобретение «Система наддува топливных баков (варианты)» (RU 2341675 С2, МПК F02K 9/50, опубл. 20.12.2008). Изобретение относится к космической технике, а точнее к проектированию и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА). В систему наддува топливных баков, содержащую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями соответствующих топливных баков горючего и окислителя, и последовательно установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны и газовые редукторы, в отличие от прототипа, по первому варианту в нее введено подогревающее устройство, выполненное в виде подключенного к системе терморегулирования многоканального кожухотрубного теплообменника, внутри каждой трубки которого расположено тело-вытеснитель по всей длине трубки с образованием равномерного зазора в кольцевом канале между стенкой трубки и телом-вытеснителем, причем трубки выполнены в виде змеевиков и каналы теплообменника включены в соответствующие контуры пневмомагистралей после газовых редукторов, перед которыми установлены дроссельные устройства, при этом межтрубная полость теплообменника подключена к бортовой системе терморегулирования. По второму варианту в систему наддува топливных баков введено подогревающее устройство, выполненное в виде подключенного к системе терморегулирования многоканального кожухотрубного теплообменника, внутри каждой трубки которого расположено тело-вытеснитель по всей длине трубки с образованием равномерного зазора в кольцевом канале между стенкой трубки и телом-вытеснителем, причем трубки выполнены в виде змеевиков и каналы теплообменника включены в соответствующие контуры пневмомагистралей после дроссельных устройств, установленных перед газовыми редукторами, при этом межтрубная полость теплообменника подключена к бортовой системе терморегулирования. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и надежности за счет исключения образования холодного потока газа, входящего в газовые полости топливных баков горючего и окислителя.The invention “The system of pressurization of fuel tanks (options)” is also known (RU 2341675 C2, IPC F02K 9/50, publ. 20.12.2008). The invention relates to space technology, and more specifically to the design and operation of jet propulsion systems (RDU) of spacecraft (KLA). In the system of pressurization of fuel tanks, containing high-pressure cylinders connected by pneumatic lines to the gas cavities of the corresponding fuel tanks of the fuel and oxidizer, and sequentially installed on the pneumatic lines, start-off valves and gas reducers, in contrast to the prototype, according to the first embodiment, a heating device is introduced into it, made in a multichannel shell-and-tube heat exchanger connected to the temperature control system, inside each tube of which there is a propellant body throughout the length of the tube with the formation of a uniform gap in the annular channel between the wall of the tube and the propellant body, the tubes being made in the form of coils and heat exchanger channels included in the corresponding circuits of the pneumatic lines after gas reducers, before which throttle devices are installed, while the annular cavity of the heat exchanger is connected to the on-board system thermoregulation. According to the second option, a heating device is introduced into the system of pressurizing the fuel tanks, made in the form of a multi-channel shell-and-tube heat exchanger connected to the thermal control system, inside each tube of which a propellant is located along the entire length of the tube with the formation of a uniform gap in the annular channel between the tube wall and the displacer body, moreover, the tubes are made in the form of coils and the heat exchanger channels are included in the corresponding circuits of the pneumatic lines after the throttle devices are installed x in front of gas reducers, while the annular cavity of the heat exchanger is connected to the on-board temperature control system. The invention provides increased efficiency and reliability by eliminating the formation of a cold gas stream entering the gas cavities of the fuel and oxidizer fuel tanks.

Недостатком этого изобретения является организация вытеснения компонентов топлива газовым телом - в силу значительно меньшей плотности по сравнению с вытесняемым жидким компонентом, центры тяжести баков компонентов значительно меняют свое положение в процессе работы двигательной установки, что в итоге отрицательно влияет на управляемость и устойчивость аппарата. Кроме того, данная системе подразумевает наличие в составе системы (на борту аппарата) емкостей с газовым вытесняющим телом, что увеличивает объем и массу всей конструкции в целом.The disadvantage of this invention is the organization of the displacement of the fuel components by the gas body - due to the significantly lower density compared to the displaced liquid component, the centers of gravity of the component tanks significantly change their position during the operation of the propulsion system, which ultimately negatively affects the controllability and stability of the apparatus. In addition, this system implies the presence in the composition of the system (on board the device) of containers with a gas displacing body, which increases the volume and weight of the entire structure as a whole.

Общим недостатком указанных аналогов является сложность в обеспечении многорежимности работы двигательной установки, то есть изменения и поддержания необходимых параметров работы. Для этого необходимо введение в состав системы органов согласования расходов окислителя и горючего, что отрицательно сказывается на массе, занимаемом объеме и надежности установки в целом.A common drawback of these analogues is the difficulty in ensuring the multi-mode operation of the propulsion system, that is, changing and maintaining the necessary operating parameters. For this, it is necessary to introduce into the system of bodies coordination of the costs of the oxidizing agent and fuel, which negatively affects the mass, occupied volume and reliability of the installation as a whole.

В качестве прототипа выбрана схема подачи для установки на топливе алюминий - морская вода, описанная в книге «Гидродинамика и энергетика подводных аппаратов» (Грейнер Л., Гидродинамика и энергетика подводных аппаратов, перевод на русский язык, Ленинград, «Судостроение», 1978, 384 с.) на стр. 233: «Алюминий размещается в отсеке, представляющем собой резервуар высокого давления, наружная стенка которого служит оболочкой торпеды. Алюминий нагнетается в камеру сгорания под давлением забортной воды, которая подается по трубопроводу, проходящему через алюминиевую шашку в переднюю часть отсека горючего. Камера сгорания, где происходит реакция алюминия с водой, выполнена как одно целое с корпусом отсека горючего и является его кормовой оконечностью, передняя часть которой соприкасается с горючим. В установившемся режиме теплота передается от камеры сгорания к горючему в зоне контакта для образования расплавленного алюминия, который затем в жидком виде поступает в камеру сгорания…». Изображение описанной схемы представлено на рис. 5.11 на стр. 233. Также на стр. 236 дается описание стандартной энергетической установки, использующейся для сравнения характеристик топлив: «Газообразные продукты сгорания, находящиеся под высоким давлением, приводят во вращение турбину, которая через редуктор вращает гребной вал и водяной насос. Водяной насос подает воду в камеру сгорания и создает необходимое давление в отсеке горючего».As a prototype, the supply scheme for installing aluminum-seawater on a fuel, described in the book “Hydrodynamics and power engineering of underwater vehicles” (Greiner L., Hydrodynamics and power engineering of underwater vehicles, translation into Russian, Leningrad, “Shipbuilding”, 1978, 384, was selected) p.) on page 233: “Aluminum is placed in a compartment, which is a high-pressure tank, the outer wall of which serves as a torpedo shell. Aluminum is injected into the combustion chamber under pressure from seawater, which is supplied through a pipeline through an aluminum checker to the front of the fuel compartment. The combustion chamber, where the reaction of aluminum with water takes place, is made as a whole with the housing of the fuel compartment and is its aft end, the front of which is in contact with the fuel. In the steady state, heat is transferred from the combustion chamber to the fuel in the contact zone to form molten aluminum, which then flows into the combustion chamber in liquid form ... ” An image of the described circuit is presented in Fig. 5.11 on page 233. Also on page 236, a standard power plant is used to compare the characteristics of fuels: “Gaseous products of combustion under high pressure drive the turbine, which rotates the propeller shaft and the water pump through the gearbox. "The water pump supplies water to the combustion chamber and creates the necessary pressure in the fuel compartment."

Недостатком этой схемы является то, что для переноса тепла от камеры сгорания к горючему необходимо выполнение их в виде единой конструкции, что не всегда уместно по разным причинам, например, по вопросам балансировки аппарата, в составе которого используется данная схема. Кроме того, турбина привода насоса окислителя работает в условиях высокотемпературного потока продуктов реакции, имеющих высокое давление, а также содержащих твердые частицы, в данном случае окислы алюминия. Это накладывает повышенные требования надежности, жаростойкости, износостойкости и прочности к используемой турбине, что ведет к усложнению и удорожанию конструкции.The disadvantage of this scheme is that for the transfer of heat from the combustion chamber to the fuel, it is necessary to perform them in the form of a single design, which is not always appropriate for various reasons, for example, on balancing the apparatus in which this scheme is used. In addition, the oxidizer pump drive turbine operates in a high-temperature flow of reaction products having high pressure and also containing solid particles, in this case, aluminum oxides. This imposes increased requirements on reliability, heat resistance, wear resistance and strength to the turbine used, which leads to a complication and cost of construction.

Вышеуказанные недостатки устраняются в предлагаемом изобретении. Задачей предлагаемого изобретения является организация процесса подачи жидких компонентов гидрореагирующего топлива (ГРТ) к потребителю (например, реактору или камере сгорания), обеспечивающего снижение массы системы подачи и занимаемого ею объема в целом, снижение затрат энергии на подачу и подготовку к подаче ГРГ к потребителю, улучшение управляемости и устойчивости подводных аппаратов и двухсредных аппаратов, в случае использования в их составе предлагаемого изобретения, упрощающего обеспечение многорежимности работы двигательной установки, пропульсивного комплекса или других силовых установок и энергоустановок, в составе которых используется предлагаемое изобретение, а также упрощающего и удешевляющего конструкцию системы подачи в целом. Поставленные задачи достигаются следующим:The above disadvantages are eliminated in the present invention. The objective of the invention is the organization of the process of supplying the liquid components of hydroreactive fuel (GRT) to the consumer (for example, a reactor or combustion chamber), which reduces the weight of the supply system and the volume occupied by it, reduces energy costs for supplying and preparing for supplying GRG to the consumer, improving the controllability and stability of underwater vehicles and two-medium vehicles, in the case of using in their composition the invention, simplifying the provision of multi-mode operation of the engine Fitting minutes, propulsion system or other power plants and power plants, in which the composition is used, the invention, as well as easier and cheaper construction supply system as a whole. The tasks are achieved by the following:

- снижение массы системы подачи и занимаемого ею объема - за счет отсутствия в составе изобретения отдельного насоса или бака с вытесняющим телом для подачи горючего (жидкого ГРГ) к потребителю, в отличие от традиционной насосной системы подачи. Вытеснение ГРГ производится окислителем (водой);- reducing the mass of the supply system and the volume occupied by it - due to the absence of a separate pump or tank with a displacing body in the invention for supplying fuel (liquid GRG) to the consumer, in contrast to the traditional pump supply system. The displacement of GRG is carried out by an oxidizing agent (water);

- снижение затрат энергии на подачу и подготовку к подаче ГРГ к потребителю - за счет вытеснения жидкого ГРГ окислителем (вода), подаваемым в полость бака для вытесняющего тела из системы охлаждения потребителя (например, охлаждающего тракта реактора или камеры сгорания), то есть компонент вытеснения (окислитель) имеет высокую температуру. Таким образом, вытесняя жидкое ГРГ из бака, окислитель перед этим нагревает его, плавя, в случае если ГРГ находится в твердом агрегатном состоянии, и снижает его вязкость, что снижает в целом затраты энергии на подачу и подготовку к подаче ГРГ к потребителю;- reduction of energy costs for supplying and preparing for supplying GRG to the consumer - due to the displacement of liquid GRG by an oxidizing agent (water) supplied to the tank cavity for displacing the body from the consumer cooling system (for example, the reactor cooling path or the combustion chamber), i.e. (oxidizing agent) has a high temperature. Thus, by displacing the liquid GRH from the tank, the oxidizing agent first heats it, melting, if the GRH is in the solid aggregate state, and reduces its viscosity, which generally reduces the energy costs for supplying and preparing for the supply of GRG to the consumer;

- улучшение управляемости и устойчивости аппарата - в отличие от аналога, где вытеснение компонентов производится газовым телом, вытеснение жидкого ГРГ осуществляется нагретой водой, чья плотность ближе к плотности жидкого ГРГ по сравнению с газовым вытесняющим телом, соответственно, по мере вытеснения жидкого ГРГ из бака, его объем заполняет вода, и изменение положения центра тяжести бака с ГРГ и, как следствие, аппарата, по отношению к центру давления аппарата уменьшается. Кроме того, за счет отсутствия необходимости выполнять бак горючего заодно с потребителем, в силу передачи тепла с помощью вытесняющего компонента, проходящему по системе охлаждения потребителя, а не за счет теплопроводности общей стенки, как у прототипа, становится возможным разнести их в объеме аппарата или конструкции объекта, в котором используется изобретение, с целью оптимального расположения центра тяжести всей конструкции;- improving the controllability and stability of the apparatus - in contrast to the analogue, where the components are replaced by a gas body, the liquid GRG is displaced by heated water, whose density is closer to the density of the liquid GRG as compared to the gas displacing body, respectively, as the liquid GRG is displaced from the tank, its volume is filled with water, and the change in the position of the center of gravity of the tank with GRG and, as a consequence, the apparatus, with respect to the center of pressure of the apparatus decreases. In addition, due to the lack of the need to carry out the fuel tank at the same time as the consumer, due to heat transfer using the displacing component passing through the consumer cooling system, and not due to the thermal conductivity of the common wall, as in the prototype, it becomes possible to carry them in the volume of the apparatus or structure the object in which the invention is used, in order to optimally position the center of gravity of the entire structure;

- упрощение обеспечения многорежимности работы установки - за счет возможности регулирования расходов компонентов ГРТ посредством прямой зависимости расхода ГРГ от расхода вытесняющей воды, в отличие от аналогов, где для этих целей необходимо введение дополнительных органов и агрегатов согласования расходов компонентов.- simplification of ensuring the multi-mode operation of the installation - due to the possibility of regulating the flow rate of the components of the hydraulic fracturing by means of a direct dependence of the flow rate of the GRG on the flow rate of the displacing water, unlike analogues, where for these purposes it is necessary to introduce additional organs and units for coordinating the flow of components.

- упрощение и удешевление конструкции системы подачи в целом - за счет работы турбины привода насоса окислителя от перегретого пара, поступающего из системы охлаждения потребителя. Таким образом, снижаются требования к прочности, износостойкости и жаростойкости турбины, так как в отличие от прототипа, где в качестве рабочего тела для турбины используется высокотемпературный поток продуктов реакции компонентов топлива, имеющий высокое давление и содержащий твердые частицы (окислы алюминия), перегретый пар имеет меньшую температуру и не содержит твердых частиц, способных разрушить лопатки турбины. Также упрощение системы подачи является следствием отсутствия в составе изобретения отдельного насоса или бака с вытесняющим телом для подачи горючего к потребителю.- simplification and cheapening of the design of the supply system as a whole - due to the operation of the oxidizer pump drive turbine from superheated steam coming from the consumer cooling system. Thus, the requirements for the strength, wear resistance and heat resistance of the turbine are reduced, since, unlike the prototype, where a high-temperature stream of reaction products of fuel components is used as a working fluid for the turbine, it has high pressure and contains solid particles (aluminum oxides), the superheated steam has lower temperature and does not contain solid particles that can destroy the turbine blades. Also, the simplification of the supply system is a consequence of the absence in the invention of a separate pump or tank with a displacing body for supplying fuel to the consumer.

Изобретение предназначено для организации подачи жидких компонентов топливной пары «ГРГ - вода» к потребителю (например, реактору или камере сгорания) в энергоустановках и двигательных и силовых установках, в частности в пропульсивных комплексах подводных и двухсредных аппаратов. Предпочтительно использование изобретения в установках, имеющих доступ к большим ресурсам воды (реки, водоемы, моря и т.д.), в результате чего не является необходимым введение в состав установки емкости с запасом воды и вода может подаваться в установку непосредственно из такого ресурса, например в двигательных установках подводных аппаратов, где вода может отбираться из-за борта аппарата.The invention is intended to organize the supply of liquid components of the fuel pair "GRG - water" to the consumer (for example, a reactor or combustion chamber) in power plants and propulsion and power plants, in particular in propulsion systems of underwater and two-medium vehicles. It is preferable to use the invention in installations with access to large resources of water (rivers, reservoirs, seas, etc.), as a result of which it is not necessary to introduce into the composition of the installation a container with a supply of water and water can be supplied to the installation directly from such a resource, for example, in propulsion systems of underwater vehicles, where water can be drawn from the side of the vehicle.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены принципиальные изображения комбинированной насосно-вытеснительной схемы подачи жидких компонентов ГРТ, отличающиеся способом привода турбины (изображения носят иллюстративный характер и не ограничивают объема прав совокупности существенных признаков). В качестве потребителя компонентов ГРТ на фиг. 1 и фиг. 2 представлен реактор.In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows the principal images of the combined pump-displacement scheme for supplying liquid components of hydraulic fracturing, differing in the way the turbine is driven (the images are illustrative and do not limit the scope of rights of the aggregate of essential features). As a consumer of the components of GDT in FIG. 1 and FIG. 2 shows a reactor.

Сущность изобретения: комбинированная насосно-вытеснительная схема подачи жидких компонентов ГРТ к потребителю, включающая в состав бак с ГРГ 1, герметично разделенный на полость с ГРГ и полость для вытесняющего тела посредством сильфона, мешка или иной подвижной или эластичной перегородки 2, насос окислителя (вода) 3, турбину 4 привода насоса окислителя и потребитель с системой охлаждения (в данном конкретном случае реактор 5 с охлаждающим трактом 6), а также соединительные магистрали и магистрали подвода и отвода компонентов, клапаны и регулирующие и управляющие органы, использует окислитель (вода) в качестве тела для вытеснения жидкого ГРГ из бака. В одном варианте (представлен на фиг. 1), турбина приводится во вращение потоком продуктов реакции компонентов ГРТ из реактора. Во втором варианте (представлен на фиг. 2), турбина приводится во вращение перегретым паром, получаемым вводом воды в тракт охлаждения реактора.The inventive combined pump-displacement scheme for supplying liquid components of hydraulic fracturing to the consumer, comprising a tank with GRG 1, hermetically divided into a cavity with GRG and a cavity for the displacing body by means of a bellows, bag or other movable or elastic septum 2, an oxidizer pump (water ) 3, the oxidizer pump drive turbine 4 and a consumer with a cooling system (in this particular case, reactor 5 with a cooling path 6), as well as connecting lines and component supply and removal lines, valves and reg evidence and governing bodies, uses an oxidizing agent (water) as a body to displace liquid GRH from the tank. In one embodiment (shown in Fig. 1), the turbine is driven into rotation by the flow of reaction products of the components of the GDT from the reactor. In the second embodiment (shown in Fig. 2), the turbine is driven into rotation by superheated steam obtained by introducing water into the reactor cooling path.

Комбинированная насосно-вытеснительная схема подачи жидких компонентов ГРТ к потребителю работает следующим образом:The combined pump-displacement scheme for supplying the liquid components of the hydraulic fracturing to the consumer works as follows:

Вода подается с помощью насоса окислителя 3 в систему охлаждения потребителя (в данном конкретном случае охлаждающий тракт 6 реактора 5). В первом варианте (фиг. 1), проходя по охлаждающему тракту 6, вода нагревается, охлаждая реактор 5, и часть ее подается в реактор 5 для последующей реакции с жидким ГРГ, а вторая часть направляется в полость для вытесняющего тела бака ГРГ 1, нагревая ГРГ и через перегородку 2 вытесняя жидкое ГРГ в реактор 5. Поступающие в реактор 5 жидкое ГРГ и вода вступают в реакцию, образуя высокотемпературный поток продуктов реакции. Турбина 4 приводится во вращение продуктами реакции компонентов ГРТ, образовавшимися в реакторе 5, и приводит в действие насос окислителя 3.Water is supplied via an oxidizer pump 3 to the consumer cooling system (in this particular case, the cooling path 6 of the reactor 5). In the first embodiment (Fig. 1), passing through the cooling path 6, the water is heated, cooling the reactor 5, and part of it is supplied to the reactor 5 for the subsequent reaction with liquid GRG, and the second part is sent to the cavity for the displacing body of the GRG tank 1, heating GRH and through partition 2 displacing the liquid GRH into the reactor 5. The liquid GRH and water entering the reactor 5 react, forming a high-temperature stream of reaction products. The turbine 4 is driven into rotation by the reaction products of the components of the GDT formed in the reactor 5, and drives the oxidizer pump 3.

Второй вариант (фиг. 2) отличается от первого тем, что насос окислителя 3 имеет привод от турбины 4, которая приводится во вращение перегретым водяным паром, поступающим из системы охлаждения потребителя (в данном конкретном случае из тракта охлаждения 6 реактора 5). После турбины 4 сработавший водяной пар может быть направлен в реактор 5 для последующей реакции с жидким ГРГ, а может сбрасываться в окружающую среду или использоваться для других целей. В случае введения сработавшего на турбине 4 водяного пара в реактор 5, в зависимости от параметров водяного пара (главным образом температура), возможна необходимость введения в систему подачи теплообменника (на фиг. 2 не указан) для снижения температуры пара (например, до температуры конденсации и ниже). В качестве хладагента может быть использована вода в магистрали окислителя.The second option (Fig. 2) differs from the first in that the oxidizer pump 3 is driven by a turbine 4, which is driven by superheated steam coming from the consumer cooling system (in this particular case, from the cooling path 6 of reactor 5). After the turbine 4, the generated steam can be sent to the reactor 5 for the subsequent reaction with liquid GRH, and can be discharged into the environment or used for other purposes. In the case of introducing the steam that has worked on the turbine 4 into the reactor 5, depending on the parameters of the water vapor (mainly temperature), it may be necessary to introduce a heat exchanger (not shown in FIG. 2) into the feed system to lower the vapor temperature (for example, to the condensation temperature and below). As a refrigerant, water can be used in the oxidizer line.

Предпочтительно использование изобретения в пропульсивных установках и энергоустановках подводных и двухсредных аппаратов. В этом случае в первом варианте после турбины сработавшие продукты реакции могут подаваться на реактивное сопло для создания реактивной тяги, либо на другой потребитель. Турбина может также являться приводом винта или другого движителя или потребителя, тогда сработавший на турбине поток продуктов реакции может сбрасываться в окружающую среду или использоваться для других целей (например, для дополнительного подогрева ГРГ в баке). Во втором варианте продукты реакции компонентов ГРТ после реактора подаются на двигатель аппарата (например, на турбину привода движителя (винта)), либо на реактивное сопло для создания реактивной тяги, либо на другой потребитель. Привод винта или другого движителя или потребителя, помимо насоса окислителя, от турбины 4 в этом варианте видится малоцелесообразным в силу меньшей работоспособности водяного пара в сравнении с продуктами реакции компонентов ГРТ. Второй вариант видится более целесообразным при организации реактивного движения аппарата по сравнению с первым вариантом.It is preferable to use the invention in propulsion systems and power plants of underwater and two-medium vehicles. In this case, in the first embodiment, after the turbine, the triggered reaction products can be supplied to the jet nozzle to create reactive thrust, or to another consumer. The turbine can also be a drive of a screw or other propulsion or consumer, then the reaction product stream generated on the turbine can be discharged into the environment or used for other purposes (for example, for additional heating of the GRG in the tank). In the second embodiment, the reaction products of the components of the hydraulic fracturing after the reactor are fed to the apparatus’s engine (for example, to a propeller (propeller) drive turbine), or to a jet nozzle to create reactive thrust, or to another consumer. The drive of a screw or other mover or consumer, in addition to the oxidizer pump, from the turbine 4 in this embodiment seems to be inexpedient due to the lower efficiency of water vapor in comparison with the reaction products of the components of the hydraulic fracturing. The second option seems more appropriate when organizing the jet movement of the apparatus compared to the first option.

В силу прямой зависимости расхода ГРГ от расхода вытесняющей его воды, становится возможным регулировать расход ГРГ путем изменения расхода воды.Due to the direct dependence of the flow of GRG on the flow of water displacing it, it becomes possible to regulate the flow of GRG by changing the flow of water.

Для обеспечения лучшего теплообмена между вытесняющим окислителем и ГРГ в баке, возможно использование в качестве дополнительной поверхности теплообмена стенок бака путем организации полости, образованной двойными стенками бака, наружных или внутренних каналов или иных полостей, ограничивающие поверхности которых хотя бы частично контактируют с ГРГ в баке. В описанные полости организуется доступ вытесняющей нагретой воды и за счет увеличения площади поверхности теплообмена ускоряется процесс прогрева ГРГ в баке перед подачей его к потребителю.In order to provide better heat transfer between the displacing oxidizing agent and GRG in the tank, it is possible to use the walls of the tank as an additional heat exchange surface by organizing the cavity formed by the double walls of the tank, external or internal channels, or other cavities, the limiting surfaces of which are at least partially in contact with the GRG in the tank. The displaced heated water is accessed into the described cavities and, due to the increase in the heat exchange surface area, the heating of the GRG in the tank is accelerated before it is supplied to the consumer.

Также возможен вариант организации подачи вытесняющего ГРГ тела (воды) в обход системы охлаждения потребителя, то есть без относительно значительного повышения его температуры, если ГРГ не нуждается в нагреве. Данный вариант приведет к упрощению системы в целом при прочих равных условиях.It is also possible to organize the supply of the displacing GRG of the body (water) bypassing the consumer cooling system, that is, without a relatively significant increase in its temperature, if the GRG does not need heating. This option will lead to a simplification of the system as a whole, ceteris paribus.

Конкретные схемы инициации работы (запуска) предлагаемой схемы подачи в данном изобретении не рассматриваются и являются предметом отдельного рассмотрения.Specific schemes for initiating work (start-up) of the proposed supply circuit are not considered in this invention and are the subject of a separate consideration.

Предлагаемое изобретение позволяет добиться снижения массы системы подачи и уменьшения занимаемого ею объема по сравнению с традиционными системами подачи и аналогами при прочих равных условиях; снижения затрат энергии на подачу и подготовку к подаче ГРГ к потребителю (например, реактору или камере сгорания); упрощения обеспечения многорежимности работы силовых и двигательных установок или иных энергоустановок, в частности пропульсивных комплексов в составе подводных аппаратов или двухсредных аппаратов; обеспечения лучших и более стабильных управляемости и устойчивости подводных или двухсредных аппаратов, в составе которых используется изобретение; а также упрощения и удешевления конструкции системы подачи в целом.The present invention allows to achieve a reduction in the mass of the supply system and a reduction in the volume occupied by it in comparison with traditional supply systems and analogues, ceteris paribus; reducing energy costs for supplying and preparing for supplying GRG to a consumer (for example, a reactor or a combustion chamber); simplification of ensuring multi-mode operation of power and propulsion systems or other power plants, in particular propulsion systems as part of underwater vehicles or two-medium vehicles; providing better and more stable controllability and stability of underwater or two-medium vehicles, in which the invention is used; as well as simplifying and reducing the cost of the design of the feed system as a whole.

Claims (4)

1. Комбинированная насосно-вытеснительная схема подачи жидких компонентов гидрореагирующего топлива к потребителю, содержащая потребитель с системой охлаждения, насос окислителя, турбину привода насоса окислителя, которая приводится во вращение потоком продуктов реакции горючего и окислителя, бак с горючим, герметично разделенный на полость с гидрореагирующим горючим и полость для вытесняющего тела с помощью сильфона, мешка или подвижной или эластичной перегородки, соединительные магистрали, магистрали подвода и отвода компонентов топлива, клапаны, регулирующие и управляющие органы, при этом окислитель используется в качестве вытесняющего тела для подачи жидкого гидрореагирующего горючего к потребителю, отличающаяся тем, что окислитель для вытеснения жидкого гидрореагирующего горючего из бака отбирается из системы охлаждения потребителя, чем обуславливается его высокая температура.1. A combined pump-displacement scheme for supplying liquid components of hydroreactive fuel to a consumer, comprising a consumer with a cooling system, an oxidizer pump, an oxidizer pump drive turbine, which is driven by a stream of reaction products of fuel and oxidizer, a fuel tank, hermetically divided into a cavity with hydroreactive fuel and cavity for the displacing body using a bellows, a bag or a movable or elastic partition, connecting lines, supply and removal lines of components opliva, valves, control and regulating organs, the oxidant is used as a displacing body for supplying liquid fuel to the consumer gidroreagiruyuschego, characterized in that the oxidant to displace gidroreagiruyuschego liquid fuel from the tank is drawn from the cooling system of the consumer than is caused by its high temperature. 2. Схема подачи по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительной поверхности теплообмена между вытесняющим окислителем и ГРГ в баке организуют полости для вытесняющего гидрореагирующее горючее окислителя, ограничивающие поверхности которых хотя бы частично контактируют с гидрореагирующим горючим в баке.2. The supply circuit according to claim 1, characterized in that, as an additional heat exchange surface between the displacing oxidizer and GRG in the tank, cavities for displacing the hydroreactive fuel of the oxidizing agent are organized in the tank, the limiting surfaces of which are at least partially contacted with the hydroreactive fuel in the tank. 3. Схема подачи по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что турбина привода насоса окислителя приводится в движение перегретым водяным паром, отобранным из системы охлаждения потребителя.3. The feed scheme according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the oxidizer pump drive turbine is driven by superheated water vapor, selected from the consumer cooling system. 4. Схема подачи по п. 3, отличающаяся тем, что схема снабжена теплообменником. 4. The feed circuit according to claim 3, characterized in that the circuit is equipped with a heat exchanger.
RU2014133917/06A 2014-08-18 2014-08-18 Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware RU2582372C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133917/06A RU2582372C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133917/06A RU2582372C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014133917A RU2014133917A (en) 2016-03-10
RU2582372C2 true RU2582372C2 (en) 2016-04-27

Family

ID=55483829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014133917/06A RU2582372C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582372C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471833A (en) * 1993-10-06 1995-12-05 Olin Corporation Rocket propellant pressurization system using high vapor pressure liquids
US5636513A (en) * 1993-10-06 1997-06-10 Olin Corporation Two stage pressurization system for aerospace applications
RU2147344C1 (en) * 1998-08-20 2000-04-10 Открытое Акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королева" Fuel and oxidizer tank pressurization system of spacecraft engine plant
RU2301180C1 (en) * 2005-10-11 2007-06-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for storage and delivery of liquid components (versions)
RU2341675C2 (en) * 2006-05-26 2008-12-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Fuel tank supercharging system (versions)
RU2507129C1 (en) * 2012-07-24 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Aircraft fuel tank

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471833A (en) * 1993-10-06 1995-12-05 Olin Corporation Rocket propellant pressurization system using high vapor pressure liquids
US5636513A (en) * 1993-10-06 1997-06-10 Olin Corporation Two stage pressurization system for aerospace applications
RU2147344C1 (en) * 1998-08-20 2000-04-10 Открытое Акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королева" Fuel and oxidizer tank pressurization system of spacecraft engine plant
RU2301180C1 (en) * 2005-10-11 2007-06-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for storage and delivery of liquid components (versions)
RU2341675C2 (en) * 2006-05-26 2008-12-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Fuel tank supercharging system (versions)
RU2507129C1 (en) * 2012-07-24 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Aircraft fuel tank

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014133917A (en) 2016-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7178339B2 (en) Closed-loop cooling system for a hydrogen/oxygen based combustor
CN108895921A (en) Hydrogen peroxide attitude control system for solid-liquid hybrid power carrier rocket
RU2603303C2 (en) Jet propulsion device and fuel supply method
RU2641791C2 (en) Method and device for rocket engine power supply
JP6289652B2 (en) Apparatus, systems, and methods for pressurizing and delivering fluids.
RU2520771C1 (en) Liquid-propellant engine with generator gas staged combustion cycle
Gany Innovative concepts for high-speed underwater propulsion
RU2582372C2 (en) Combined pumping-displacement system for feed of hydroreactive fuel (hrf) liquid components to consuming hardware
US3486332A (en) Power plant
RU2605163C2 (en) Pulse jet propulsion plant of spacecraft
RU2476709C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2542623C1 (en) Operation of oxygen-kerosene liquid rocket engine and rocket engine plant
ES2907280T3 (en) Turbopump rocket engine having a motor-generator
RU2431053C1 (en) Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block
RU2476708C1 (en) Liquid propellant rocket engine
US1870263A (en) Submarine
RU2801019C1 (en) Method of operation of closed cycle liquid rocket engine with afterburning of oxidizing and reducing generator gases without complete gasification and liquid rocket engine
CN110905690B (en) Turbine ramjet engine
RU2537663C1 (en) Jet hovercraft
RU2295052C2 (en) Liquid propellant rocket power plant
Belyakov et al. Design of the cooling system of a reasuble liquid rocket engine with three-component fuel
RU2381152C1 (en) Multi-stage carrier rocket with nuclear rocket engines
RU2289091C2 (en) Universal double-acting solid-propellant torpedo
RU2773694C1 (en) Liquid rocket engine powered by cryogenic fuel
RU2539315C1 (en) Liquid-propellant rocket engine turbopump unit