Газогенератор

 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим эффективное получение рабочего тела лазеров на продуктах сгорания. Сущность: газогенератор содержит камеру сгорания, источник балластного газа и балластировочное устройство, снабженное выходными патрубками. При этом каждый патрубок снабжен внешней кольцевой щелью для подачи балластного газа навстречу продуктам сгорания. Кроме того, на входе в каждый патрубок установлены пилоны, а щель на входе в патрубок снабжена коническим дефлектором с полууглом 30-90°. Выходные патрубки могут быть снабжены шарнирными узлами. Технический результат: повышение равномерности смешения балластного газа с продуктами сгорания, устойчивости горения и теплостойкости патрубков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, обеспечивающим эффективное получение рабочего тела лазеров на продуктах сгорания.

Для получения мощного излучения в непрерывном режиме широко используются газовые лазеры на продуктах сгорания. Например, в газодинамическом СО₂-лазере обычно сжгают окись углерода в воздухе и затем для получения требуемых параметров рабочего газа (То≈1500К, остальное - азот) разбавляют продукты сгорания балластным азотом.

Известен газодинамический лазер большой мощности, содержащий камеру сгорания с выходными и входными газовыми трактами и устройство для пристеночной подачи балласта на вход патрубков выходного тракта.

Пристеночная подача балластного газа на вход патрубков выходного тракта решает основную задачу смешения - уменьшение характерного размера (диаметр патрубка) смешивающихся струй, а так как длина, на которой перемешиваются струи, определяется в калибрах характерного размера (обычно 10-30 калибров), то уменьшается и общая длина балластного устройства по сравнению с подачей балластного газа со стенок камеры.

Однако при организации смешения балластного газа и продуктов сгорания при пристеночной подаче на вход патрубков выходного тракта существенным является, каким образом инжектируется балластный газ в продукты сгорания, что может привести к изменению длины зоны смешения. Наилучшие результаты получаются при встречной подаче газов. Вместе с тем могут возникнуть ситуации, когда балластный газ попадает в зону горения в камере сгорания. При этом снижается расходонапряженность камеры сгорания, затрудняется воспламенение смеси, снижается полнота сгорания и возможен срыв горения на переходных режимах камеры сгорания. Неравномерность пристеночной подачи по периметру патрубка может привести к неравномерности теплоподвода к стенке патрубка и в предельном случае к разрушению патрубков выходного тракта под действием высокотемпературных продуктов сгорания. Все эти отрицательные эффекты экспериментально наблюдались при работе газогенератора.

Целью настоящего изобретения является обеспечение равномерного смешения балластного газа с продуктами сгорания, устойчивости горения в камере сгорания и теплостойкости патрубков выхлопного тракта.

Поставленная цель достигается тем, что патрубок с внешней стороны снабжен кольцевой щелью для подачи балластного газа навстречу продуктам сгорания, причем постоянство высоты щели по периметру патрубка обеспечивается с помощью пилонов, установленных на входе в патрубок, и шарнирного узла на выходе патрубка. Щель на входе в патрубок снабжена коническим дефлектором с полууглом конуса 30-90° для отклонения балластного газа к оси патрубка.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображены патрубок выходного тракта 1, кольцевая щель 2, дефлектор 3, пилоны 4 и сферический шарнирный узел 5.

Процесс смешения осуществляется в газогенераторе следующим образом. Продукты сгорания поступают из камеры сгорания вдоль оси выходного патрубка, балластный газ подводится навстречу продуктам сгорания по кольцевой щели 2, охлаждая патрубок, и затем отклоняется дефлектором 3 к оси патрубка. Благодаря такому направлению потока подмешиваемого газа предотвращается попадание его в зону горения и интенсифицируется смешение. Ввиду того что высота щели поддерживается постоянной по периметру патрубка, снабженного пилонами 4 и шарниром 5, подмешиваемый газ образует на входе в патрубок равномерную по окружности пелену, защищающую входную кромку и критическое сечение патрубка от действия высокотемпературных продуктов сгорания.

Авторами выполнены экспериментальные исследования работоспособности газогенератора предложенной схемы, которые подтвердили высокое качество смешения газа (неравномерность на выходе менее 5%) и отсутствие проникновения балластного газа в камеру сгорания. Испытания показали также, что патрубки газогенератора работают без разрушения их во время испытания.

Формула изобретения

1. Газогенератор, например, для газового лазера, содержащий камеру сгорания, источник балластного газа и балластировочное устройство, снабженное выходными патрубками, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности смешения балластного газа с продуктами сгорания, устойчивости горения и теплостойкости патрубков, каждый патрубок снабжен внешней кольцевой щелью для подачи балластного газа навстречу продуктам сгорания, причем на входе в каждый патрубок установлены пилоны, а щель на входе в патрубок снабжена коническим дефлектором с полууглом 30-90°.

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что выходные части патрубков снабжены шарнирными узлами.

РИСУНКИ