Двухкомпонентная газожидкостная форсунка



Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка
Двухкомпонентная газожидкостная форсунка

 


Владельцы патента RU 2514555:

Климов Владислав Юрьевич (RU)

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостного ракетного двигателя. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно для камеры жидкостного ракетного двигателя, содержит корпус с наконечником для подачи горючего, при этом наконечник форсунки установлен внутри корпуса на пилонах, а его канал соединен с полостью горючего при помощи отверстий, выполненных в пилонах, втулку, установленную с кольцевым зазором на корпус и образующую кольцевой канал для подачи газообразного окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи каналов, выполненных в корпусе между его стенкой и пилонами для подачи горючего, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его входной части, а его внутренняя полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и втулкой при помощи отверстий, предпочтительно, радиальных, выполненных в его выходной части, при этом в выходной части втулки выполнено ступенчатое расширение, полость которого соединена с полостью горючего при помощи тангенциальных каналов, выполненных в стенке втулки. В варианте исполнения, в выходном расширении втулки установлен полый цилиндр, являющийся продолжением внутреннего канала втулки и образующий с выходной цилиндрической поверхностью выходного расширения кольцевой зазор, полость которого соединена при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, с полостью горючего; на торце наконечника выполнено осевое отверстие; в выходной части наконечника выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника; в выходной части наконечника выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника, расположенном в плоскости тангенциальных отверстий втулки, выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания компонентов топлива за счет улучшения качества смесеобразования. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостного ракетного двигателя.

Одной из основных проблем, возникающих при создании устройств, предназначенных для перемешивания и распыления компонентов топлива, является обеспечение предельно возможной полноты сгорания компонентов топлива.

Известна коаксиальная соосно-струйная форсунка, содержащая наконечник в виде полого цилиндра, соединяющий полость жидкого окислителя с зоной горения - полостью камеры сгорания, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость газообразного горючего с зоной горения (В.Е. Алемасов и др. "Теория ракетных двигателей": Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. М., Машиностроение, 1980, рис.18.2, стр.225-226).

В данной форсунке окислитель подается в зону горения по осевому каналу внутри наконечника, а горючее - по кольцевому зазору между втулкой и наконечником. На выходе из форсунки струя окислителя имеет форму сплошного конуса, обращенного вершиной к наконечнику форсунки, а струя горючего - форму полого конуса. Контакт горючего и окислителя происходит по поверхности сплошного конуса. Такая схема подачи не обеспечивает качественного распыла компонентов топлива, что приводит к уменьшению коэффициента полноты сгорания топлива и, соответственно, к потерям удельного импульса тяги.

Известна коаксиальная соосно-струйная форсунка, содержащая полый наконечник, соединяющий полость одного компонента топлива с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента топлива с зоной горения, в выходной части наконечника выполнены радиально расположенные пазы. Выходной участок внутренней поверхности втулки выполнен эквидистантно наружной поверхности пазов наконечника, при этом площадь сечения на выходе между эквидистантной поверхностью втулки и пазами наконечника составляет Fг=(0,6-2,2)·Fo, где Fo - площадь сечения пазов на выходе наконечника (Патент РФ №2161719, МПК: F02K 9/52, F23D 11/12).

Основным недостатком данной форсунки является то, что фронт пламени приближается к огневому днищу, что приводит к повышенным тепловым потокам в огневое днище и пристеночную часть огневой стенки камеры сгорания.

Известна топливная форсунка камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая трубчатый корпус, а также закрепленную коаксиально внутри корпуса глухую трубку. В пилоне выполнено не менее, чем одно входное отверстие. Канал глухой трубки образован со стороны выхода ее глухим осевым каналом, а со стороны входа - входным отверстием в пилоне. Основной осевой канал трубчатого корпуса со стороны выхода может быть выполнен со ступенчатым расширением, в которое направлены выполненные тангенциально относительно оси форсунки сквозные отверстия. Внутри трубчатого корпуса, в месте ступенчатого расширения, коаксиально между трубчатым корпусом и глухой трубкой может быть выполнен патрубок. Между патрубком и трубчатым корпусом может быть образован кольцевой торцевой карман, открытой стороной направленный в сторону выхода из корпуса (Патент РФ №2232916, МПК: F02K 9/52 - прототип).

В качестве окислителя в данной форсунке используется окислительный генераторный газ с избытком кислорода, а в качестве горючего - жидкий водород или керосин.

Данная топливная форсунка работает следующим образом. Окислитель из полости окислителя подается в основной осевой канал трубчатого корпуса. Горючее, поступающее из полости горючего в топливную форсунку, разделяется на две части. Часть горючего через входные отверстия, выполненные в пилонах, поступает в глухую трубку, а оставшаяся часть подается через тангенциальные отверстия, выполненные в месте ступенчатого расширения трубчатого корпуса.

В результате из форсунки компоненты попадают в огневое пространство камеры сгорания в виде трехслойной струи, в центре которой находится часть горючего, его охватывает кольцевая струя окислителя, а ее, в свою очередь, охватывает струя оставшейся части горючего.

Основным недостатком данной топливной форсунки в том, что струя горючего, поступающая в камеру сгорания из глухой трубки, имеет большую длину нераспавшейся части струи и большое значение характерного поперечного размера.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение полноты сгорания компонентов топлива за счет улучшения качества смесеобразования.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно, для камеры жидкостного ракетного двигателя, согласно изобретению, содержит корпус с наконечником для подачи горючего, при этом наконечник форсунки установлен внутри корпуса на пилонах, а его канал соединен с полостью горючего при помощи отверстий, выполненных в пилонах, втулку, установленную с кольцевым зазором на корпус и образующую кольцевой канал для подачи газообразного окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи каналов, выполненных в корпусе между его стенкой и пилонами для подачи горючего, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его входной части, а его внутренняя полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и втулкой при помощи отверстий, предпочтительно, радиальных, выполненных в его выходной части, при этом в выходной части втулки выполнено ступенчатое расширение, полость которого соединена с полостью горючего при помощи тангенциальных каналов, выполненных в стенке втулки.

В варианте исполнения, в выходном расширении втулки установлен полый цилиндр, являющийся продолжением внутреннего канала втулки и образующий с выходной цилиндрической поверхностью выходного расширения кольцевой зазор, полость которого соединена при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, с полостью горючего.

В варианте исполнения, на торце наконечника выполнено осевое отверстие.

В варианте исполнения, в выходной части наконечника выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника.

В варианте исполнения, в выходной части наконечника выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника, расположенном в плоскости тангенциальных отверстий втулки, выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника.

Предлагаемая двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно, для камер жидкостного ракетного двигателя, за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение полноты сгорания компонентов топлива за счет того, что часть горючего, поступающего в двухкомпонентную газожидкостную форсунку, подается системой струй в поперечный поток газообразного окислителя, что, в свою очередь, приводит к улучшению качества смесеобразования.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид форсунки в продольном разрезе в составе смесительной головки камеры жидкостного ракетного двигателя, на фиг.2 - сечение А-А форсунки, на фиг.3 - сечение Б-Б форсунки, на фиг.4 - сечение В-В форсунки, на фиг.5 - сечение Г-Г форсунки, на фиг.6 - продольный разрез форсунки в варианте исполнения, на фиг.7 - сечение Д-Д форсунки в варианте исполнения, на фиг.8 - продольный разрез форсунки в варианте исполнения, на фиг.9 - продольный разрез форсунки в варианте исполнения, на фиг.10 - вид Ж форсунки в варианте исполнения, на фиг.11 - продольный разрез форсунки в варианте исполнения.

Предложенная форсунка содержит корпус 1, втулку 2, и наконечник 3. Осевой канал 4 наконечника 3 соединен через отверстия 5, выполненные в пилонах, с полостью горючего 6 и через четыре радиальных отверстия 7, выполненных на цилиндрической поверхности наконечника, с кольцевым каналом 8. Во втулке 2 выполнены тангенциальные отверстия 9, соединенные с полостью горючего 6. Газообразный окислитель поступает в форсунку из полости окислителя 10.

В варианте исполнения, в выходном расширении втулки 2, установлен полый цилиндр, являющийся продолжением внутреннего канала втулки и образующий с выходной цилиндрической поверхностью выходного расширения кольцевой зазор 11, полость которого соединена через тангенциальные отверстия 12 с полостью горючего.

В варианте исполнения, на торце наконечника 3 выполнено осевое отверстие 13.

В варианте исполнения, в выходной части наконечника 3 выполнено ступенчатое расширение, на торце наконечника 3 выполнены отверстия 14, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника 3.

В варианте исполнения, в выходной части наконечника 3, выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника 3, расположенном в плоскости тангенциальных отверстий 9 втулки 2, выполнены отверстия 15, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника 3.

Предложенная двухкомпонентная газожидкостная форсунка работает следующим образом.

Горючее разделяется на две части. Первая часть горючего, через отверстия 5, выполненные в пилонах корпуса 1, поступает в осевой канал 4 наконечника 3 и, далее, распределяется между четырьмя радиальными отверстиями 7. Струя горючего, выходящая из каждого отверстия 7, внедряется в поперечный поток газообразного окислителя, поступающего из полости окислителя 10 через пилоны корпуса 1, в кольцевой канал 8 и интенсивно смешивается с ним. Вторая часть горючего, через тангенциальные отверстия 9, поступает в ступенчатое расширение втулки 2, где закручивается относительно ее оси и далее впрыскивается в камеру жидкостного ракетного двигателя.

В варианте исполнения, часть горючего поступает в кольцевой зазор 11, выполненный внутри втулки 2.

В варианте исполнения, часть горючего, поступающего в осевой канал 4 наконечника 3, распределяется между радиальными отверстиями 7 и осевым отверстием 13.

В варианте исполнения, часть горючего, поступающего в осевой канал 4 наконечника 3, распределяется между отверстиями 14.

В варианте исполнения, часть горючего, поступающего в осевой канал 4 наконечника 3, распределяется между отверстиями 15, при этом торец наконечника 3 расположен в плоскости тангенциальных отверстий 9 втулки 2.

Использование предложенного технического решения позволит повысить полноту сгорания компонентов топлива за счет того, что часть горючего, поступающего в двухкомпонентную газожидкостную форсунку, подается системой струй в поперечный поток газообразного окислителя, что, в свою очередь, приводит к улучшению качества смесеобразования.

1. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно, для камеры жидкостного ракетного двигателя, характеризующаяся тем, что она содержит, как минимум, корпус с наконечником для подачи горючего, при этом наконечник форсунки установлен внутри корпуса на пилонах, а его канал соединен с полостью горючего при помощи отверстий, выполненных в пилонах, втулку, установленную с кольцевым зазором на корпус и образующую кольцевой канал для подачи газообразного окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи каналов, выполненных в корпусе между его стенкой и пилонами для подачи горючего, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его входной части, а его внутренняя полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и втулкой при помощи отверстий, предпочтительно, радиальных, выполненных в его выходной части, при этом в выходной части втулки выполнено ступенчатое расширение, полость которого соединена с полостью горючего при помощи тангенциальных каналов, выполненных в стенке втулки.

2. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в выходном расширении втулки установлен полый цилиндр, являющийся продолжением внутреннего канала втулки и образующий с выходной цилиндрической поверхностью выходного расширения кольцевой зазор, полость которого соединена при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, с полостью горючего.

3. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что на торце наконечника выполнено осевое отверстие.

4. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в выходной части наконечника выполнено ступенчатое расширение, при этом на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружности и под углом к оси наконечника.

5. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка по п.4, отличающаяся тем, что торец наконечника, расположен в плоскости тангенциальных отверстий втулки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам распыла жидких сред и может применяться для диспергирования жидких топлив в камерах сгорания газотурбинных установок, системах жизнеобеспечения, различных технологических процессах.

Изобретение относится к газификации углеродсодержащих материалов, например угля или нефтяного кокса. .

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкого топлива, преимущественно мазута, и может быть использовано при его сжигании в печах тепловых агрегатов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в том числе в трубчатых и шатровых печах нефтеперерабатывающих заводов, в установках по перегонке нефти и другого углеводородного сырья.

Изобретение относится к технике распыливания жидкостей, преимущественно вязких и содержащих абразивные включения, и может использоваться в различных направлениях производственной деятельности, в частности в топливосжигающих агрегатах для повышения эффективности работы путем улучшения качества распыливания и регулирования геометрии распыла в широком диапазоне расхода распыливаемой жидкости.

Изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в горелках, работающих на жидком топливе и предназначенных для проведения кровельных работ, а также для подогрева битума в битумовозах и автогудронаторах.

Форсунка // 2218521
Изобретение относится к энергетике, а именно к технике распыления текучих сред сжатым воздухом или паром в технологических камерах для сжигания жидкого (газообразного) топлива в котлоагрегатах и для распыления жидкостей, в частности пульп, растворов, суспензий.

Изобретение относится к сжиганию жидкого топлива, к форсункам для сжигания кислорода и жидкого топлива, причем форсунка имеет внешний кожух, содержащий первый входной конец, второй выходной конец для выхода пламени при горении и определяющий камеру сгорания и продольную ось X; средство подачи топлива для ввода потока распыленного топлива на входной конец и направления его к выходному концу и средство подачи кислорода для ввода кислорода во входной конец и для его направления к выходному концу, причем средство подачи кислорода имеет множество выходных отверстий для кислорода, расположенных по окружности вокруг средства подачи топлива и под углом радиально внутрь в направлении выходного конца и направленных косо относительно оси Х для образования тем самым сходящегося конусом потока кислорода, который пересекает поток топлива в первой, находящейся по ходу потока зоне, причем средство подачи топлива имеет по существу центральное выходное отверстие, имеющее внутреннюю поверхность в виде расходящегося конуса, по которому проходит топливо, по мере того как оно вытекает оттуда, при этом внутренняя поверхность расходящегося конуса содержит первую поверхность расходящегося конуса, смежную с центральным выходным отверстием, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность расходящегося конуса дополнительно содержит вторую поверхность расходящегося конуса, прилегающую к первой поверхности расходящегося конуса, причем первая поверхность расходящегося конуса имеет более высокий угол отклонения от оси X, чем вторая поверхность расходящегося конуса.

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

(57) Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного кислородно-керосиново-водородного жидкостного ракетного двигателя заключается в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны.

Группа изобретений относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя, преимущественно кислородно-керосинового-водородного, заключается в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны.

Изобретение относится к смесительным головокам жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего и блок огневого днища.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), в частности, работающих на трехкомпонентном топливе. Камера ЖРД содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку, включающую корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего, блок огневого днища.

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно смесительным головкам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего и блок огневого днища.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например, кислороде, водороде и керосине.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде, водороде и керосине.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики. Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи горючего, форсунки, установленные в смесительной головке по концентрическим окружностям и состоящие из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя. На каждой внутренней втулке выполнен кольцевой выступ, в котором выполнены перпендикулярные оси форсунки пазы для подачи горючего внутрь кольцевой полости горючего и параллельные пазы для подачи окислителя в кольцевую полость окислителя. Кольцевые полости подачи компонентов топлива со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов, при этом все втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу. Изобретение обеспечивает повышение полноты сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке. 1 ил.
Наверх