Способ получения восстановительного газа

Изобретение относится к ракетной технике. Способ получения восстановительного газа, основанный на газификации жидких окислителя и избыточного количества горючего путем их химического взаимодействия в нескольких зонах, в соответствии с изобретением полный расход окислителя предварительно газифицируют в первой зоне взаимодействием с малой частью расхода горючего, этот окислительный газ используют в качестве эжектирующего рабочего тела в эжекторе-дожигателе конденсированной фазы во второй зоне, газ из которого смешивают для взаимодействия в третьей зоне с оставшейся частью расхода горючего, затем полученный восстановительный газ путем сепарации разделяют на очищенный газ, который подают потребителю, и псевдоожиженную небольшим расходом газа конденсированную фазу, которую используют в качестве эжектируемого рабочего тела в упомянутом эжекторе-дожигателе. Изобретение обеспечивает предотвращение образования отложений на стенках газоводов, увеличение работоспособности, а также уменьшение абразивного действия генерируемого газа за счет уменьшение содержания в нем конденсированной фазы.1 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в двигателестроении. В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) восстановительный газ используется для подачи на турбину (преимущественно в схемах без дожигания этого газа) и для наддува баков. Данное изобретение применимо к ЖРД, использующих углеродосодержащее горючее (кроме метана), таких как керосин и аминные горючие.

Для указанных целей требуется получить газ заданной из условий работоспособности материалов температуры и возможно большей работоспособности (RT). Известны способы получения восстановительного газа, основанные на газификации жидких окислителя и горючего путем из химического взаимодействия при избытке горючего в однозонных газогенераторах (см. книгу Г.Г. Гахун и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989, раздел 8.1 стр. 139-146). Процессы генерации восстановительного газа при избытке упомянутых горючих протекают существенно неравновесно с образованием большого количества конденсированной фазы (сажи). При этом требуется конструктивными методами сместить равновесие в сторону образования меньшего количества конденсированной фазы и, соответственно, большей работоспособности газа. Для этого используют двузонные газогенераторы.

Известен газогенератор жидкостного ракетного двигателя (патент RU №2204732), реализующий способ газогенерации, взятый за прототип, в котором компоненты топлива первоначально сжигают при соотношении, близком к стехиометрическому (первая зона), а затем в полученные продукты сгорания (во второй зоне) подмешивают избыточный компонент (в данном случае окислитель). Данный способ газификации реализует химическое взаимодействие в двух зонах компонентов, один из которых является избыточным, что позволяет частично сместить равновесие в нужную сторону.

Вместе с тем в двузонных и, особенно, однозонных восстановительных газогенераторах при избытке горючего значительная часть кислорода окислителя тратится на связывание водорода с образованием воды, поэтому на связывание углерода кислорода не хватает, и он остается в виде конденсированной фазы (сажи). Чтобы избежать этого, необходимо использовать кислород преимущественно для связывания углерода с образованием углекислого, а лучше, угарного газов. Тогда оставшийся углерод останется связанным с водородом в виде низкомолекулярных углеводородов.

Изобретение направлено на уменьшение содержания конденсированной фазы в генерируемом восстановительном газе, что позволяет повысить его работоспособность и, следовательно, количество энергии, вырабатываемой на турбине; уменьшить абразивное воздействие конденсированной фазы на газоводы и турбину и, следовательно, увеличить ресурс ЖРД; предотвратить образование отложений газоводах, что повышает надежность ЖРД и расширяет возможности использования данного газа в схеме двигателя (для дожигания, для вдува в сопло).

Этот технический результат достигается за счет того, что при газификации окислителя и избыточного количества горючего путем их химического взаимодействия в нескольких зонах весь расход окислителя, предварительно газифицированный в первой зоне взаимодействием с малым расходом горючего, подают в эжектор-дожигатель для взаимодействия с углеродом конденсированной фазы во второй зоне, которую отделяют от вырабатываемого газа в сепараторе. В эжекторе-дожигателе углерод частично сгорает с образованием углекислого газа, частично газифицируется за счет реакции С+СO2=2СО. В полученный газ

подают оставшуюся часть расхода горючего (третья зона), при этом содержащийся в нем водород преимущественно остается связанным с углеродом, т.к. весь имеющийся кислород уже прореагировал. Подача конденсированной фазы из зоны пониженного давления за сепаратором обратно в камеру газификации горючего осуществляется за счет эжекции. Для этого окислитель газифицируют при более высоком давлении путем взаимодействия с небольшим расходом горючего и используют в качестве эжектирующего рабочего тела в эжекторе-дожигателе.

Подаваемые компоненты топлива могут быть предварительно использованы для охлаждения элементов конструкции газогенераторной установки или (и) других частей ЖРД. В этом случае возможна частичная или полная газификация окислителя вследствие теплообмена в трактах охлаждения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема газогенераторной установки, реализующей заявляемый способ смесеобразования.

Окислитель и малая часть горючего подают в камеру 1 предварительной газификации окислителя (первая зона). Полученный окислительный газ подают в эжектор-дожигатель 2 конденсированной фазы (вторая зона), а полученный газ направляют в камеру 3 газификации горючего (третья зона). В эту камеру подают основной расход горючего через шайбу 4, которая обеспечивает необходимое превышение давления в камере 1. Из образовавшегося в камере 3 газификации горючего газа в сепараторе 5 конденсированной фазы отделяют вырабатываемый очищенный газ, который подают потребителю, и псевдоожиженая небольшим расходом газа конденсированная фаза, направляемая в эжектор-дожигатель 2.

Процессы в восстановительных газогенераторах из-за своей неравновесности трудно поддаются расчету. Для предварительной оценки эффективности предлагаемой схемы были выполнены два равновесных термодинамических расчета на топливе керосин и кислород при одинаковой температуре газа. По этим расчетам исключение из продуктов сгорания воды привело к уменьшению образования сажи с 27% до 15% и увеличению работоспособности вырабатываемого газа на 7%.

Способ получения восстановительного газа, основанный на газификации жидких окислителя и избыточного количества горючего путем их химического взаимодействия в нескольких зонах, отличающийся тем, что полный расход окислителя предварительно газифицируют в первой зоне взаимодействием с малой частью расхода горючего, этот окислительный газ используют в качестве эжектирующего рабочего тела в эжекторе-дожигателе конденсированной фазы во второй зоне, газ из которого смешивают для взаимодействия в третьей зоне с оставшейся частью расхода горючего, затем полученный восстановительный газ путем сепарации разделяют на очищенный газ, который подают потребителю, и псевдоожиженную небольшим расходом газа конденсированную фазу, которую используют в качестве эжектируемого рабочего тела в упомянутом эжекторе-дожигателе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к уплотнительной технике. Способ обеспечения герметичности турбонасосного агрегата в условиях высоких вибрационных нагрузок заключается в определении допустимого радиального люфта вала, равного 0,15÷0,30 мм.

Предложен вращательный механизм, такой как турбокомпрессор, имеющий систему восстановления текучей среды для восстановления протекающей рабочей среды, такой как газообразный гелий в контуре гелия, который протек через уплотнения вала, предусмотрено очистное устройство для удаления загрязняющих веществ из рабочей среды, причем турбокомпрессор может иметь одну текучую среду, такую как гелий или водород, пропускаемую через один турбокомпонент, такой как турбина, и вторую рабочую среду, такую как воздух или гелий, пропускаемую через второй турбокомпонент, такой как компрессор, при этом вращательный механизм выполнен с возможностью установки в двигателе летательного аппарата.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с трактом охлаждения и форсуночной головкой, газогенератор, турбонасосный агрегат, включающий в себя насос горючего, насос окислителя, турбину, вход которой сообщается с выходом газогенератора, а выход со смесителем, выполненным в виде трубки Вентури и соединенным с выходом насоса окислителя, при этом выход смесителя соединен с форсуночной головкой камеры.

Изобретение относится к устройству запуска турбонасоса (1) ракетного двигателя летательного аппарата, содержащего тяговый газотурбинный двигатель и ракетный двигатель, которое содержит систему пневматического питания запуска турбины (1а) турбонасоса сжатым воздухом, отбираемым при помощи отвода (4) на ступени (6а) компрессора тягового турбинного двигателя (5) летательного аппарата на входе в камеру (7) сгорания указанного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с трактом охлаждения и форсуночной головкой, газогенератор, турбонасосный агрегат, включающий в себя насос горючего, насос окислителя, турбину, вход которой сообщается с выходом газогенератора, а выход - с эжектором, соединенным с трактом охлаждения камеры, при этом выход эжектора соединен с форсуночной головкой камеры.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Ракетный двигатель в сборе (5), включающий в себя бак (30B) для жидкого кислорода, двигатель (10), имеющий камеру сгорания (12), и «нагреватель» теплообменник (46) для превращения в пар жидкого кислорода.

Изобретение относится к устройству питания камер ракетных двигателей (100) первым и вторым компонентами ракетного топлива. Первый контур (16) питания создающей тягу камеры (10) включает в себя турбонасос (22), имеющий по меньшей мере один насос (22a) для перекачки первого компонента ракетного топлива из первого бака (12) и турбину (22b), механически соединенную с упомянутым насосом (22a).

Изобретение относится к ракетной технике и может быть применено для запуска ЖРД. Жидкостной ракетный двигатель содержит блок управления, камеру, турбонасосный агрегат, содержащий установленные на валу турбину, насосы окислителя и горючего и газогенератор, установленный на нем и соединенный газоводом с камерой, запальные устройства на камере сгорания и газогенераторе, электрогенератор, установленный на валу турбонасосного агрегата, соединенный силовыми кабелями с средством интенсификации горения, при этом в качестве средства интенсификации горения применены СВЧ-излучатели, установленные на поверхности камеры и/или газогенератора.

Изобретение относится к области реактивных двигательных установок, а более конкретно к реактивной двигательной установке (1), в которой первый топливный контур (6) для подачи первого компонента топлива в основной двигатель (4) содержит отвод (13), расположенный ниже по потоку от насоса (8b) первого турбонасоса (8) и проходящий через первый регенеративный теплообменник (10) и турбину (8a) первого турбонасоса (8), а второй топливный контур (7) для подачи второго компонента топлива в основной двигатель (4) содержит отвод, расположенный ниже по потоку от насоса (9b) второго турбонасоса (9) и проходящий через второй регенеративный теплообменник (11) и турбину (9a) второго турбонасоса (9).

Блок сопел // 2587729
Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально закрытым клапанам, и может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике. Блок сопел состоит из корпусов, герметично соединенных между собой общим патрубком входа сваркой.

Изобретение относится к ракетной технике. Способ получения восстановительного газа, основанный на газификации жидких окислителя и избыточного количества горючего путем их химического взаимодействия в нескольких зонах, в соответствии с изобретением полный расход окислителя предварительно газифицируют в первой зоне взаимодействием с малой частью расхода горючего, этот окислительный газ используют в качестве эжектирующего рабочего тела в эжекторе-дожигателе конденсированной фазы во второй зоне, газ из которого смешивают для взаимодействия в третьей зоне с оставшейся частью расхода горючего, затем полученный восстановительный газ путем сепарации разделяют на очищенный газ, который подают потребителю, и псевдоожиженную небольшим расходом газа конденсированную фазу, которую используют в качестве эжектируемого рабочего тела в упомянутом эжекторе-дожигателе. Изобретение обеспечивает предотвращение образования отложений на стенках газоводов, увеличение работоспособности, а также уменьшение абразивного действия генерируемого газа за счет уменьшение содержания в нем конденсированной фазы.1 ил.

Наверх