RU2671664C1

RU2671664C1 - Gas generator

Info

Publication number: RU2671664C1
Application number: RU2017145442A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-11-06

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to liquid-propellant rocket engines (LPRE), specifically to gas generators for generating gas for drive of turbo-pump unit. Gas generator contains a chamber and a mixing head, which includes a housing with a collector, belts for supplying the excess fuel component, installed coaxially in the mixing head and consisting of two bushings concentrically interconnected, on the outer surface of one of which grooves are made, with the belts interconnected to each other and the casing by means of annular mixing elements, in which fuel supply holes are made, the axes of which intersect, form annular channels, and the collector cavity is connected to the cavities of the belts by means of channels made in annular mixing elements, a bottom fixed on the end of the body.

EFFECT: invention provides increase in the generator gas temperature field and the pressures uniformity at the outlet due to the improvement in the mixture formation quality and the gas generator design optimization.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующих газ для привода турбонасосного агрегата.The invention relates to the field of liquid rocket engines (LRE), and in particular to gas generators generating gas for driving a turbopump unit.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является обеспечение устойчивости рабочего процесса в газогенераторе и достаточно высокой равномерности температурного поля по сечению потока на выходе из него.One of the problems currently in the art is to ensure the stability of the working process in the gas generator and a sufficiently high uniformity of the temperature field over the flow cross section at the outlet from it.

Известен газогенератор, содержащий охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента. Распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого продольным днищем. Распределитель снабжен смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешения, которые выполнены в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками, и расположенных по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа. На распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненными на всю высоту пластины. Днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища. В месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия (Патент РФ №2179256, МПК: F02K 9/64 - прототип).Known gas generator containing a cooled combustion chamber, nozzle head, consisting of front, middle and firing bottoms, oxidizer nozzles and fuel, mounted on the axis of the gas generator distributor of the excess component. The distributor of the excess component is made in the form of a hollow cylinder, closed with a longitudinal bottom. The distributor is equipped with mixing elements for supplying the excess component to the mixing zone, which are made in the form of hollow perforated cylinders closed by perforated tent heads and located on the side surface of the distributor in a checkerboard pattern with decreasing gas flow height. On the distributor between the firing plate and the mixing elements there are radial profiled plates with component supply channels from the distributor cavity to the cavity of the gas generator chamber, made to the entire height of the plate. The bottom of the distributor is made in the form of a truncated cone, facing the apex towards the firing bottom. Holes are made at the transition point of the cylinder in the bottom and at the top of the cone (RF Patent No. 2179256, IPC: F02K 9/64 - prototype).

Указанный газогенератор работает следующим образом.The specified gas generator operates as follows.

Горючее поступает в полость форсуночной головки, откуда через форсунки поступает в камеру сгорания. Окислитель поступает в полость форсуночной головки, откуда по форсункам подается в камеру сгорания и частично по каналам тракта охлаждения камеры сгорания поступает на охлаждение внутренней оболочки. Большая часть окислителя поступает в полость распределителя, и далее через отверстия, выполненные в смесительных элементах и пластинах, подается в поток горючих газов, идущих со стороны форсуночной головки. Этим обеспечивается равномерная раздача окислителя по всему сечению камеры сгорания и равномерное его перемешивание с потоком горячих газов на коротком по длине участке. Коническое днище обеспечивает плавный поворот потока окислителя в полости от осевого направления в радиальное. Оставшаяся часть окислителя, поступающая через отверстия в зону за днищем, сдувает зону завихрений за днищем. Перегородки делят полость камеры сгорания в районе форсуночной головки на ряд полостей и препятствуют распространению вибрационного горения из одной из этих полостей в другую.The fuel enters the cavity of the nozzle head, from where it enters the combustion chamber through the nozzles. The oxidizing agent enters the cavity of the nozzle head, from where it is fed through the nozzles to the combustion chamber, and partially through the channels of the cooling path of the combustion chamber, is supplied to cool the inner shell. Most of the oxidizer enters the cavity of the distributor, and then through the holes made in the mixing elements and plates, it is fed into the flow of combustible gases coming from the nozzle head. This ensures uniform distribution of the oxidizing agent over the entire cross section of the combustion chamber and its uniform mixing with the flow of hot gases in a short section. The conical bottom provides a smooth rotation of the oxidizer flow in the cavity from the axial direction to the radial. The remaining part of the oxidizing agent entering through the openings into the zone behind the bottom blows off the zone of turbulence behind the bottom. Partitions divide the cavity of the combustion chamber in the area of the nozzle head into a number of cavities and prevent the spread of vibrational combustion from one of these cavities to another.

В известном газогенераторе сложно обеспечить высококачественное смесеобразование и устойчивый процесс горения при больших величинах соотношения расходов компонентов топлива в условиях малых габаритов.In the well-known gas generator it is difficult to provide high-quality mixture formation and a stable combustion process with large values of the ratio of the cost of fuel components in the conditions of small dimensions.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, и повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, and increase the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный газогенератор, содержит камеру и смесительную головку, включающую в себя корпус с коллектором, пояса подачи избыточного компонента топлива, установленные в смесительной головке коаксиально и состоящие из двух концентрически соединенных между собой втулок, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы, при этом пояса соединенные между собой и корпусом с помощью кольцевых смесительных элементов в которых выполнены отверстия подачи компонентов топлива оси которых пересекаются, образуют кольцевые каналы, причем полость коллектора соединена с полостями поясов с помощью каналов, выполненных в кольцевых смесительных элементах, днище, закрепленное на торце корпуса.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed gas generator comprises a chamber and a mixing head, including a housing with a collector, supply belts of an excess fuel component installed coaxially in the mixing head and consisting of two bushings concentrically connected to each other, on the outer surface of one of which grooves are made, while the belts are interconnected with the housing using ring mixing elements in which the holes for the supply of fuel components are made, the axes of which intersect, form annular channels, and connected to reservoir chamber cavities belts via channels formed in the annular mixing elements, the bottom fixed to the end of the body.

Предлагаемая конструкция газогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.The proposed design of the gas generator, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - reducing the dimensions, weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез газогенератора, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез газогенератора; на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез смесительной головки газогенератора; на фиг. 4 - выносной элемент В - поперечный разрез кольцевого смесительного элемента.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a gas generator; FIG. 2 - section AA - cross section of a gas generator; in FIG. 3 - section BB - cross section of the mixing head of the gas generator; in FIG. 4 - remote element B is a cross section of an annular mixing element.

Газогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2.The gas generator comprises a chamber 1 and a mixing head 2.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 3 с коллектором 4, поясов подачи избыточного компонента топлива 5, установленных в смесительной головке коаксиально и состоящих из двух концентрически соединенных между собой втулок 6, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы 7. Пояса подачи избыточного компонента топлива 5 соединены между собой и корпусом 3 с помощью кольцевых смесительных элементов 8 в которых выполнены отверстия подачи компонентов топлива 9 и 10, оси которых пересекаются. Пояса подачи избыточного компонента топлива 5 образуют кольцевые каналы 11. При этом полость коллектора 4 соединена с полостями поясов подачи избыточного компонента топлива 5 с помощью каналов 12, выполненных в кольцевых смесительных элементах 8. На торце корпуса 3 закреплено днище 13.The mixing head 2 consists of a housing 3 with a collector 4, supply belts for the excess fuel component 5 installed in the mixing head coaxially and consisting of two bushes 6 concentrically connected to each other, on the outer surface of one of which grooves are made 7. Belts for supplying the excess fuel component 5 interconnected and the housing 3 by means of annular mixing elements 8 in which the holes for the supply of fuel components 9 and 10 are made, the axes of which intersect. The supply belt of the excess fuel component 5 form the annular channels 11. In this case, the cavity of the collector 4 is connected to the cavities of the supply belt of the excess fuel component 5 using the channels 12 made in the annular mixing elements 8. A bottom 13 is fixed to the end of the housing 3.

Предложенный газогенератор работает следующим образом.The proposed gas generator operates as follows.

Горючее поступает в полость, образованную корпусом 3, кольцевыми смесительными элементами 8 и днищем 13, и далее через отверстия 10 в кольцевые каналы 11.The fuel enters the cavity formed by the housing 3, the annular mixing elements 8 and the bottom 13, and then through the holes 10 into the annular channels 11.

Окислитель (избыточный компонент топлива) поступает в коллектор 4, из которого его основная часть, направляется через каналы 12 и пазы 7 в камеру 1, а оставшаяся часть - в кольцевые каналы 11 через отверстия 9.The oxidizing agent (excess fuel component) enters the collector 4, from which its main part is directed through channels 12 and grooves 7 into the chamber 1, and the remaining part - into the annular channels 11 through the openings 9.

В кольцевых каналах 11 горючее смешивается с окислителем и сгорает. Высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива, поступающие из кольцевых каналов 11, охлаждаются и перемешиваются в камере 1 с окислителем, поступающим из пазов 7.In the annular channels 11, the fuel mixes with the oxidizing agent and burns. High-temperature combustion products of the fuel components coming from the annular channels 11 are cooled and mixed in the chamber 1 with the oxidizing agent coming from the grooves 7.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу газогенератора, а также повысить однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.Using the proposed technical solution will reduce the size and weight of the gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Claims

The gas generator comprises a chamber and a mixing head, which includes a housing with a manifold, supply belts for the excess fuel component installed coaxially in the mixing head and consisting of two bushes concentrically connected to each other, grooves are made on the outer surface of one of which, the belts are connected between themselves and the housing with the help of annular mixing elements, in which the holes for the supply of fuel components are made, the axes of which intersect, form annular channels, the cavity being torus connected with cavities belts via channels formed in the annular mixing elements, the bottom fixed to the end of the body.