Двухкомпонентные жидкостные газогенераторы

 

Двухкомпонентные ЖГГ бывают:

1) на основных компонентах топлива;

2) на вспомогательных компонентах топлива;

3) на несамовоспламеняющихся компонентах топлива;

4) на самовоспламеняющихся компонентах топлива.

В двухкомпонентных ГГ генерация газа для турбины осуществляется за счет реакции горения двух жидких компонентов топлива. Наибольшее распространение получили ЖГГ на основных компонентах топлива. Газогенераторы на самовоспламеняющихся компонентах топлива не требуют специальной системы зажигания, более просты по конструкции и легки по весу.

Двухкомпонентные ЖГГ подразделяют:

1) на охлаждаемые и неохлаждаемые;

2) окислительные и восстановительные;

3) однозонные и двухзонные;

4) с подачей компонентов через форсуночную головку (как у ЖРД) и с подачей избыточного компонента через дополнительный пояс;

5) по форме – на цилиндрические и сферические;

6) с форсунками струйными или центробежными (наиболее предпочтительны ЖГГ с центробежными форсунками).

 

Двухкомпонентные ЖГГ, работающие на основных компонентах топлива, выигрывают в весе по сравнению с ПГГ вследствие устранения бака перекиси водорода и системы подачи перекиси. В современных двигателях без дожигания однокомпонентные ЖГГ практически не применяют.

 

Конструкция двухкомпонентных ЖГГ. ЖГГ по конструктивному исполнению очень сходны с обычными ЖРД. Это значит, что они имеют те же конструктивные элементы, что и ЖРД: камеру сгорания, головку, выходной патрубок (насадок) и форсунки. Камеры сгорания ЖГГ, как правило, цилиндрические, двустенные, с наружным проточным охлаждением, однако бывают ЖГГ и сферической формы. Тепловые нагрузки на стенки ЖГГ невелики, поэтому двустенные камеры ЖГГ выполняют с редко расположенными связями или вообще с несвязанными оболочками. ЖГГ, работающие на самовоспламеняющихся топливах, выполняют одностенными (неохлаждаемыми).

Форсунки в ЖГГ могут быть струйными или центробежными. В ЖГГ с центробежными форсунками головки камеры сгорания выполняются плоскими, трехстенными. Наружная стенка форсуночной головки ЖГГ, как и в камерах ЖРД, имеет форму, близкую к сферической. Внутреннее охлаждение в ЖГГ не применяется. Если ЖГГ работает на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, то в его состав входит воспламенитель (рис. 2.3), устанавливаемый обычно в центре смесительной головки. Использование двух ЖГГ в системе подачи топлива облегчает задачу создания высоких давлений в КС, требующихся для двигателя с дожиганием (двигателя большой тяги). В двигателях без дожигания для работы двухкомпонентного ЖГГ топливо отбирается за главными клапанами ЖРД (обычно 2–3 % общего расхода топлива).

 

Рис. 2.3. Схема жидкостного газогенератора с воспламенителем: 1 – магистрали подачи компонентов; 2 – воспламенитель; 3 – смесительная головка; 4 – камера сгорания; 5 – выходные фланцы

Окислительный, восстановительный ЖГГ. Температура горения обычных топлив . Условия работы неохлаждаемой турбины требуют, чтобы температура генераторного газа не превышала . При превышении температуры происходит оплавление лопаток турбины и снижение прочности материала. Снизить температуру горения в камере ЖГГ можно при значительном избытке одного из компонентов (при избытке окислителя , при избытке горючего ).

При избытке окислителя в ЖГГ газогенератор называют окислительным или «кислым», а при избытке горючего в ЖГГ – восстановительным или «сладким». Имеются определенные трудности создания как окислительного, так и восстановительного ЖГГ. Применение окислительных продуктов газогенерации обуславливает повышенные требования к коррозионной стойкости конструкционных материалов ЖГГ и турбины. При генерации восстановительного газа на топливе «Кислород + Керосин» возможно образование твердой фазы (кокс, твердые смолы), вызывающей повышенный эрозионный износ конструктивных элементов и засорение проходных сечений газовых трактов.

 

Процессы горения в ЖГГ. Сжигание топлива в газогенераторе с большим избытком одного из компонентов (особенно для химически малоактивных компонентов) представляет собой сложную задачу, связанную с организацией надежного воспламенения, а затем устойчивого горения компонентов топлива. Поэтому, кроме обычных схем ЖГГ, полностью аналогичных ЖРД, имеются и другие схемы ЖГГ.

 

Однозонные ЖГГ. Наиболее простым типом двухкомпонентного ЖГГ является однозонный ЖГГ (рис. 2.4, 2.5), в котором подвод компонентов осуществляется через смесительную головку. Недостаток такого ЖГГ – сложность обеспечения устойчивого горения, протекающего в условиях относительно низких температур. Применение такой схемы целесообразно при самовоспламеняющихся или легкоиспаряющихся (низкокипящих) компонентах топлива. Однозонные ЖГГ рекомендуются для следующих топливных пар: АК + ТГ – 02; АК + НДМГ и др.

 

Рис. 2.4. Схема однозонного охлаждаемого двухкомпонентного газогенератора	Рис. 2.5. Схема однозонного неохлаждае-мого двухкомпонентного газогенератора

Двухзонные ЖГГ. Одной из возможных схем двухкомпонентного ЖГГ является двухзонный ЖГГ (рис. 2.6).

 

Рис. 2.6. Схема двухзонного газогенератора

 

Работа ЖГГ. В двухзонном газогенераторе в зону 1 (высокотемпературную) осуществляется подвод горючего и окислителя в соотношении, близком к оптимальному (). Сгорание этой части топлива происходит при высоких температурах (). Процесс горения в зоне 1 отличается высокой скоростью и устойчивостью. В зону 2 (зону разбавления) подается избыток одного из компонентов топлива. В зоне 2 происходят следующие процессы: распыление, тепломассообмен и испарение впрыскиваемого компонента топлива. К выходу из газогенератора температура газа снижается до , а температурное поле выравнивается.

 

Конструкция ЖГГ. В двухзонном ЖГГ форсунки второго пояса могут быть струйными. В этом случае они имеют вид отверстий во внутренней стенке камеры сгорания ЖГГ. Более сложной схемой является конструкция ЖГГ с форсунками, подающими компоненты навстречу току газов или попутно току газов.

Такие форсунки могут устанавливаться на специальной решетке в камере сгорания, или на кронштейне, роль которого может выполнять подводящий трубопровод.