Генератор газо-воздушной смеси под давлением

ж 59637 Класс 4 б у, 1 Зарегисгггрироеано в Бюро изобрепгений Госплана при СНК СССР Б. И, Острейко. Генератор газовоздушной смеси под давлениеубликовано Основные затруднения в проблемах турбины внутреннего горения и реактивного двигателя, использующего кислород воздуха, заключаются в потерях, связанных с предварительной компрессией воздуха для горения, и в высокой температуре газов горения.Затруднения, создаваемые высокой температурой газов, особенно существенны в турбинах внутреннего горения, где имеются движущиеся части - лопатки, находящиеся под большими центробежными усилиями, вопрос же экономичной компрессии воздуха является одинаково существенным как для турбин, так и для реактивныхдвигателей. Затруднения с компрессией заключаются в потерях компрессора, в также в усложнении и утяже-, лении установки наличием самого компрессора, что весьма существенно для реактивных двигателей, применимых только для скоростной авиации. Б предлагаемом генераторе, для предотвращения перемешивания газового столба с засасываемым воздухом, между камерой горения и буферной камерой расположен ряд параллельных каналов.На схематическом чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез генератора газовоздушной смеси под давлением; фиг. 2 - то же без сборника газовоздушной смеси; фиг. 3 - то же со сборниками сжатого воздуха; фиг. 4 - то же с применением воздушной турбины; фиг. 5 - то же с применением буферного баллона для приема части сжатого в генераторе воздуха.Газогенератор, изображенный на фиг. 1, состоит в основном из компрессионной трубы 4 и буферного соорника 5 газовоздушной смеси, Между помещенными в компрессионной трубе 4 камерой 1 горения и буферной камерой 3 расположен ряд параллельных каналов 2, служащих для уменьшения перемешивания газового столба с засасываемым и сжимаемым воздухом.Часть трубы, играющая роль буферной камеры 3, сообщается посредством автоматического клапана 6 со Сущность инераторов газдавлением дляустройств, всжатие и всарения произвополучаемымтоплива. зобретения овоздущнойтурбин, ра каковых ывание воз дится газов в результат каса сме кет гене духа ым с е сется геси под и других раторах для готолбом жиганияОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУсборником 5 воздуха, Воздух засасывается в камеру 1 горения и прилегающие каналы 2 из атмосферы посредством трубы 7 через легкий автоматический клапан 8, открывающийся внутрь камеры горения при равенстве давления газов в камере с давлением наружного воздуха. Горючее в камере распыляется форсункой 9 и воспламеняется свечей 10, действие которых связано с закрытием автоматического клапана 8.В камере 3 комгрессионной трубы 4 имеются еще другие дополнительные форсунка 11 и свеча 12, имеющие только пусковое назначение.Автоматический клапан б устроен так, что пропускает газов оздушную смесь в буферный сборник 5 только при определенном давлении, могущем быть не выше 4 - 5 атм в зависимости от величины избытка воздуха и теплотворной способности весовой единицы горючей смеси.Газовоздушная смесь отводится из буферного сборника 5 по трубе 13 на место потребления практически постоянным потоком посредством регулятора давления - клапана 14, рассчитанного на то же давление, что и клапан 6.В пусковой период в сборнике 5 находится сжатый воздух под давлением в 4 - 5 атм., а в компрессионной трубе 4 - чистый воздух атмосферной плотности.Для пуска устройства в объеме камеры 3 компрессионной трубы горючее распыляется и воспламеняется пу.сковыми форсункой 11 и свечей 12, Происходит вспышка образовавшейся в камере 3 горючей смеси, вследствие чего большая часть воздуха, находящегося в ряде каналов 2, будет давлением газов из камеры 3 вытеснена в камеру 1 горения.Клапан 8, открытый в начальный момент в силу равенства давления воздуха в камере горения с давлением наружного воздуха, закроется в начале сжатия воздуха в камере 1 горения,Вследствие этого происходит с требуемыми запаздываниями работа связанных с автоматическим клапаном 8 рабочей форсунки 9 и свечи 10.Поскольку моменты запаздывания действия форсунки 9 и свечи 10 сделаны с учетом времени полного сжатия воздуха, находящегося в камере 3 и каналах 2 компрессионной трубы, то момент горения топлива в камере 1 горения совпадает с моментом наивысшей компрессии воздуха в камере горения и обратным отражением.Происходящая в камере горенияпервая вспышка, имеющая мощность, слагающуюся из энергии горения и энергии, внесенной в камеру горения от пусковой вспышки, создает более мощную волну истечения в буферную камеру 3, вследствие чего часть содержимого буферной камеры будет протолкнута под постоянным давлением в сборник 5 через клапан б.Одновременно истечение газов из камеры горения вызывает в ней понижение давления. Когда давление газов в камере горения понизится, то автоматический клапан 8 открывается, а в камеру 1 горения и в ряд каналов 2, прилегающих к ней, засасывается воздух под атмосферным давлением. Поскольку из буферной камеры 3 отражается часть энергии первой рабочей вспышки, равная мощности пусковой вспышки, то процесс в камере горения повторяется,Так как во время работы компрес сионной трубы 4 в сборник 5 постоянно поступает через клапан б газовоздушная смесь, то и из буферного сборника 5 непрерывным потоком отводится по трубе 13 через клапан 14 на место потребления равное поступающему , из компрессионной трубы количествогазовоздушной смеси под постоянным , давлением.Если емкость буферной камеры 3достаточно велика по отношению кемкости камеры 1 горения и трубчатой части из ряда каналов 2, то потребность в баллоне 5 отпадает, На фиг. 2 показан такой газогенератор без буферного сборника, излишнего в данном случае в виду большой емкости камеры 3. Работа данного устройства аналогична работе компрессионной трубы вышеописанного устройства, с той только разницей, что процесс отражения в данном случае хотя не слабее, но менее резко выражен, а именно вследствие большей емкости буфернойкамеры 3 резкие колебания давления в камере 1 горения не будут вызывать практически значительных колебаний давлений в объеме буферной камеры 3.Энергия газов горения, истекающих из камеры горения, будет производить в данном случае вытеснение газовоздушной смеси из прилегающей части практически под постоянным давлением, а компрессия засосанного воздуха будет также производиться под постоянным давлением из буферного баллона. Кроме вышеописанного мгновенного пуска газогенератора возможен и постепенный. Пусковая форсунка 11 и свеча 12 в этом случае будут излишними. Работа компрессионной трубы на этот раз начнется с первой вспышки в камере горения горючей смеси атмосферного давления.С каждой новой вспышкой колебательный процесс в компрессионной трубе будет усиливаться, пока не достигнет предельной рабочей величины, после чего только и начнется поступление газовоздушной смеси в буферный баллон. Поскольку предельно допустимое в буферной камере 3 (фиг, 2) илив буферном сборнике 5 (фиг. 1) давление ограничено теплотворной способностью весовой единицы горючей смеси и степенью избытка воздуха, то несмотря на то, что данный газогенератор не нуждается в турбокомпрессоре, все же будет целесообразно применить наддув газогенератора воздухом под давлением в 2 - 3 атм. посредством турбокомпрессора, действующего от вала турбины, с целью получения больших конечных степеней расширения газов и увеличения так называемой литровой мощности газогенератора,Вышеописанное устройство может производить не только газовоздушную смесь, но и чистый сжатый воздух.Как видно из фиг. 3, газогенера. тор 4 в данном случае соединен со стороны камеры горения с двумя сборниками 15 и 16 сжатого воздуха, в коих во время работы газогенератора 4 содержится сжатый воздух разных давлений, а именно в сборнике 15 большего давления, чем в сборнике 16. Во время нормальной работы газогенератора 4 выходящая из него газо- воздушная смесь направляется в турбину 17, приводящую в действие компрессор 18.Из компрессора 18 сжатый воздух поступает непосредственно в сборник 16, а отсюда подается в газогенератор 4 по трубе 19 через автоматический клапан 20. Компрессор 18 в данном случае выполняет первую ступень сжатия низкого давления, а вторая высшая ступень сжатия выполняется газогенератором 4.Воздух поступает в газогенератор 4 из сборника 16 в количестве, слагающемся из воздуха, петребного для горения топлива в камере горения, воздуха, образующего изолирующую прослойку между газами предыдущего горения и воздухом для последующего горения, и воздуха, отдаваемого из газогенератора, как конечной продукции,Вторая ступень сжатия воздуха, отводимого по труое 21 через посредство буферного сборника 15 высокого давления и клапанов 22 и 23, осуществляется следующим образом.Когда воздух, поступивший из сборника 16, сжимается обратной волной давления из буферной части газогенератора 4, в некоторый средний момент процесса сжатия распределительным устройством, действующим от вала турбины 17 и синхронизированным с колебательными процессами, происходящими в газогенераторе 4, открывается клапан 22.Поэтому, соответствующая часть избыточного воздуха успевает пройти через клапан 22 по трубе 24 в буферный сборник 15 под некоторым высшим давлением против давления воздуха, поступившего из сборника 16 низкого давления.После закрытия клапана 22 давление в камере 1 горения продолжает понижаться до полного истощения обратной волны.К этому моменту наинизшей компрессии воздуха в камере горения приурочивается работа форсунки 9 и свечи 10, управляемых тем же синхронизированным устройством, что и клапан 22.бины с вышеописанным газогенератором может быть, примерно, 45.При применении же вышеописанного газогенератора, как реактивного двигателя, путем присоединения обычного сопла получается реактивный движитель, обладающий следующими преимуществами против обычно мыслимых для высотной авиации реактивных движителей на жидком кислороде.Отпадает весьма существенный нетранспортабельный груз на борту самолета в виде жидкого кислорода, заменяемого атмосферным кислородом.Вследствие засоса газогнератором кроме кислорода необходимого для горения горючего, еще больших балластных масс газов, азота воздуха горения и избыточного воздуха, требуемого условиями горения в газогенераторе, скорость истечения газов в данном реактивном движителе будет много меньше, чем в питаемых жидким кислородом,Поэтому данный реактивный движитель применим и эффективен на практически достижимых летных скоростях.Требования старта и высотного летного режима успешно разрешимы путем использования одного и того же газогенератора для питания, как реак. тивного движителя, так и турбины, вращающей пропеллер, путем простого переключения газов,Турбина с пропеллером в данном случае работает от газогенератора при взлете самолета и наборе возможной для пропеллера высоты и скорости, а реактивный движитель, находясь уже в благоприятных для себя условиях, осуществляет дальнейшее повышение высоты и летной скорости самолета.В камере 1 горения имеются электрическая свеча 10 и топливная форсунка 9, взаимосвязанные при соответствующих моментах запаздывания с закрытием легкого автоматического клапана 25, предназначенного для пропуска из вакуум-баллона 26 воздуха, засасываемого в камеру 1 и каналы 2 трубы 4, после истечения газов из ка. меры 1 горения.Автоматический клайан 25 уравновешен так, что закрывается малой раз 59637постыл давлений в сторону вакуумбаллона 26 и при равенстве давленийоткрыт. С другой стороны вакуум-баллон 26 непосредственно соединен своздушной турбиной 27, пропускающейв него отработавший в ней воздух, полученный из атмосферы через клапан28 и воронку 29. Клапан 28 являетсярегулятором давления воздуха в вакуум-баллоне 26 и начинает пропускать в него через турбину 27 наружный воздух только при наличии в баллоне 26 определенной величины вакуума, Величина возможного вакуумав баллоне 26 зависит от теплотворнойспособности горючего и избытка воз-духа, отсасываемого генератором из,баллона 26, сверх количества, потреб-,ного для горения топлива в камере 1,,горения. Избыток воздуха необходимдля образования воздушной прослойкимежду газами предыдущей вспышки ивоздухом для горючего последующейвспышки, поскольку ряд каналов 2компрессионной части генератора неможет устранить полностью перемеши-вание газов с засасываемым воздухом.Поэтому количество необходимогоизбыточного воздуха определяется величиной зоны перемешивания газов своздухом, так как недопустимая про-центная примесь газов должна ограничиваться объемом избыточного воздуха.В пусковой период все части генератора и турбина заполнены чистымвоздухом наружного атмосферного да-,вления.Для пуска устройства первичное закрытие клапана 25, с коим взаимосвязана работа форсунки 9 и свечи 10,вызывается принудительно, после чегодействуют форсунка 9 и свеча 10.Газы первой вспышки, истекшие изкамеры 1 горения через каналы 2, со.здают в камере и каналах понижениедавления, вследствие чего сюда поступает воздух из баллона 26 черезклапан 25. Вслед за понижением давления наступает некоторое его повышение, несколько сжимающее засосанный воздух, отчего клапан 25 закроется уже автоматически,Закрытие клапана 25 происходит вначальный момент повышения давле.ния, поэтому соответственно запазды-,вающие действия форсунки 9 и свечи 10 совпадают с моментом наивысщей компрессии воздуха в камерегорения.С момента первой вспышки с каждой новой вспышкой вакуум в баллоне 26 будет повышаться за счет отсоса воздуха генератором, пока не достигнет предельного рабочего уровня,После этого через клапан 28 и турбину 27 в баллон 26 начнет поступатьнаружный воздух, предварительно отработавший в турбине 2, в количестве, равном отсасываемому из негогенератором. Величина вакуума причетырехкратном количестве воздуха,против необходимого для горения топлива, будет примерно 0,1 атм., предварительная компрессия воздуха в камере горения - 25 атм., а температура выходящей из генератора газовоздушной смеси - 200,Из вышеизложенного ясно, что источником работы турбины в конечномитоге является энергия газов горения,непосредственно в турбине не работающих, а компрессия воздуха выполняется также на основе энергии газовобратной волной давления.На фиг. 5 показан другой возможный вариант использования принципа,положенното в основу вышеописанного генератора.Как видно из фиг, 5, в данном варианте аналогично работающая труба 4 генератора питается воздухом наружного давления посредством воронки 29 через клапан 30, а отвод сжатого воздуха, пропускаемого клапаном 31 на место потребления (в турбину или для обычных целей) осуществляется через посредство буферногобаллона 32, запираемого регуляторомдавления - клапаном 33 на трубе 34.Работа клапанов 30 и 31, а такжефорсунки 9 и свечи 10 осуществляетсяраспределительным устройством, синхронизированным с колебательнымипроцессами, происходящими в генераторной трубе.Воздух в данном случае засасывает.ся также с избытком, а именно на количество, равное проталкиваемому вбаллон 32.В период пуска в трубе 4 и баллоне32 находится воздух наружного давления.После распыления горючего форсункой 9 и воспламенения свечей 10 происходит первая вспышка горючей смеси наружного давления.Вслед за давлением горения в камере 1 горения происходит понижение его вследствие истечения газов. Когда давление газов в камере 1 горения сравняется с наружным, открывается клапан 30 на время, достаточное только для засоса потребного количества воздуха. После закрытия клапана 30 происходит дальнейшее понижение давления до полного расходования кинетической энергии истечения на вытес. кение воздуха из сопла под атмосферным давлением. По окончании понижения давления засосанный и разреженный воздух будет находиться в камере 1 горения и прилегающих к ней каналах 2. Вследствие образовавшейся разности давлений разреженный в трубе генератора воздух станет сжиматься наружным давлением. Посколь. ку клапан 31 открывается до окончания сжатия воздуха на определенный промежуток времени, то в баллон 32 проталкивается соответствующая часть избыточного воздуха.После закрытия клапана 31 происходит дальнейшее сжатие оставшейся части воздуха, а в конце распыляется горючее форсункой 9 и воспламеняет-, ся свечей 10, Происходит новая вспыш-ка и процесс повторяется.С каждой новой вспышкой амплитуда колебаний в трубе и давление воздуха в баллоне 32 повышаются, пока, не достигнут предельного значения,определяемого целым рядом условий,После достижения предельно-допустимого давления воздуха в баллоне 32; регулятор давления - клапан 33начинает пропускать из баллона сжа- , тый воздух на место потребления по, трубе 34 в количестве, равном г;осту-, лающему из генератора. Колебательные процессы в генераторе, в данном случае будут более мощными, чем в предыдущем, поскольку генератор в данном случае питается воздухом атмосферной плотности, а не разреженным, как в предыдущем варианте.Посредством данного устройства может быть получен сжатый воздух давления до 20 атм. и выше.Предмет изобретения.1, Генератор газовоздушной смеси под давлением для турбин, ракет и других устройств, сжатие и всасывание воздуха в котором производится газовым столбом, создаваемым в генераторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что между камерой 1 горения и буферной камерой 3 расположен ряд параллельных каналов с целью предотвращения перемешивания газового столба с засасываемым воздухом.2. При генераторе по и. 1 применение сборника 5 газовоздушной смеси,3. При генераторе по и. 1 и 2 применение сборников 15 и 16 (фиг. 3) сжатого воздуха, из коих в сборник 16 сжатый воздух низкого давления подается компрессором 18, и воздух из него засасывается в генератор, а в соорник 15 подается часть сжатого в генераторе воздуха высокого давления.4. При генераторе по пп. 1 - 3 применение воздушной турбины 27 (фиг. 4), работающей разрежением воздуха, со. здаваемым при всасывании его в генератор,5, При генераторе по пп, 1 - 3 при. менение между воздушной турбиной и генератором баллона 26 для выравнивания колебаний вакуума.6, При генераторе по пп, 1 и 2 при. менение буферного баллона 32 (фиг. 5)., предназначенного для приема сжатогс в генераторе воздуха,