Схемы двухкомпонентных жгг

Относительно простым типом двухкомпонентного ЖГГ является однозонный, рис.85 а, в котором подвод компонентов топлива осуществляется только через смесительную головку 1. К недостаткам такого ЖГГ можно отнести сложность обеспечения устойчивого процесса горения, протекающего в условиях относительно низких температур. Указанного недостатка лишен многозонный газогенератор, рис.85 б. В этом газогенераторе имеются: смесительная головка 1, обеспечивающая подачу топлива для генерации высокотемпературного газа, пояс (пояса) разбавления 2, обеспечивающий подачу и смешение с высокотемпературным газом компонента топлива, находящегося в избытке. Конструкция, условия работы и методы расчета смесительной головки аналогичны головке камеры сгорания ЖРД. Соответственно внутренний объем таких ЖГГ делится на две зоны: горения и разбавления.

Рассматриваемый тип газогенератора позволяет: иметь в газогенераторе стабильный высокотемпературный очаг пламени (зону горения); организовывать наиболее эффективные образом ввод избыточного компонента топлива, обеспечивая тем самым минимальный объем зоны разбавления и равномерное поле температур по сечению газогенератора; подбирать объем зоны разбавления, обеспечивающий оптимальные параметры газа на выходе из газогенератора.

При проектировании двухкомпонентного ЖГГ рассчитывают объем ЖГГ, площади смесительной головки и пояса разбавления, смесеобразование и охлаждение.

В общем виде процесс газогенерации можно рассматривать как одновременное протекание взаимосвязанных процессов—горения и испарения топливных компонентов, идущих одновременно с разложением избыточного компонента топлива. Полнота реакций, протекающих при этих процессах, во многом зависит от организации рабочего процесса в ЖГГ и от времени пребывания в нем топлива.

В ряде случаев время пребывания топлива в ЖГГ оказывает определяющее влияние на химическое равновесие протекающей реакции, следовательно, на температуру и химический состав генерируемого газа. Например, для ЖГГ, вырабатывающего восстановительный газ, время пребывания, с одной стороны, должно быть достаточным для того, чтобы был завершен процесс частичного сгорания, испарения и разложения избыточного горючего, а с другой—при слишком большом времени пребывания и установлении химически равновесного процесса, из избыточного горючего могут образоваться побочные продукты с большой молекулярной массой (кокс, тяжелые смолы), что помимо снижения газовой постоянной может привести к загромождению газового тракта. Чтобы этого избежать, в ЖГГ, генерирующих восстановительный газ, иногда заведомо стремятся создать химически неравновесный рабочий процесс путем задания меньшего времени пребывания. Для каждого топлива при задан -ной температуре газа и конструктивном типе ЖГГ время пребывания подбирается экспериментально из условий получения наибольшего значения газовой постоянной и обеспечения стабильного протекания рабочего процесса.

При температуре газа порядка (1000—1200) К время пребывания топлива в однозонном ЖГГ - (0,004— 0,008) с.

Время пребывания топлива в зоне горения (0,002— 0,004) с.

Время пребывания в зоне разбавления определяется временем испарения избыточного компонента. В первом приближении при диаметре капель <60 микрон и температуре газа на выходе из газогенератора не меньше 1100 К можно принять время пребывания топлива в зоне разбавления (0,001-0,003) с.

Как уже отмечалось, в современных ЖРД применяются только такие двухкомпонентные газогенераторы, которые в качестве средств газогенерации используют компоненты основного топлива двигателя при соотношении между ними, далеком от стехиометрического.

На рис.86 изображены графики зависимости температуры Т, газовой постоянной R и работоспособности (RT) продуктов сгорания топлива «керосин + HN03» от коэффициента избытка окислителя а типичные и для других топлив.

Видно, что одна и та же температура То (порядка 1000—1300° К), приемлемая для рабочих органов турбины, может быть достигнута как при боль¬шом избытке горючего, так и при большом избытке окислителя. Образовавшийся из топлива с большим избытком горючего восстановительный генераторный газ при одной и той же температуре имеет существенно большее значение газовой постоянной R, чем окислительный, вследствие значительного количества составляющих с малым молекулярным весом (СО, Н и т. п.). Этот газ оказывает также слабое воздействие на большинство конструкционных материалов, что дает возможность повысить предельно допустимое значение температуры до 1300° К.

Рис.86