540 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
терно и для других жидких однокомпонентных топлив: гидразина
N2H4, изопропилнитрата C3H7ONO2 и др.
Для того чтобы процесс парообразования в реакторе протекал
нормально, необходим соответствующий объем реактора, опти мальная величина которого может быть определена только экспе риментально. Установлено, что в 1 л объема реактора можно с хо рошей полнотой разложить в 1 сек. около 1 кг перекиси водорода
80%-ной концентрации. Приблизительно 65—75% этого объема за полняется твердым катализато ром.
На величину объема реак
тора влияют конструкция и
Фиг. 10. 18. Термодинамические харак |
Фиг. 10. 19. Термодинамические |
|
теристики продуктов |
разложения |
характеристики продуктов раз |
Н2Ог различной весовой концентра |
ложения С2Н4О при различных |
|
ции при твердом и жидком катализа |
давлениях в камере. |
|
торах.
компоновка форсунок для впрыска перекиси водорода, расположе ние катализатора относительно форсунок и другие факторы.
Конструкция реактора, а также расположение пакета катали затора могут существенно влиять как на процесс разложения перекиси водорода, так и на общую производительность ката лизатора.
Длительность работы катализатора может быть увеличена за
счет соответствующего расположения в реакторе стальных сеток, которые защищают катализатор от размывания его перекисью во
дорода при впрыске ее в реактор и предохраняют |
от уноса зерен |
с потоком парогаза. К тому же сетки являются |
дополнительной |
катализационной поверхностью. |
|
Вес потребного пакета твердого катализатора для заданной
продолжительности работы ПГГ можно определить по формуле
Скат = -^-кг, |
(10. 62) |
|
КаТ |
||
|
$ 8. Двухкомпонентные газогенераторы ЖРД |
541 |
где Gnr — количество образуемого парогаза в кг]сек\ |
водорода на |
||||||
Si—допустимая секундная нагрузка |
перекиси |
||||||
. |
|
кг1сек |
, |
|
|
использовании |
|
1 кг твердого катализатора в —■— (при |
|||||||
|
|
|
кг |
|
|
|
|
перекиси водорода 80 %-ной весовой концентрации неко |
|||||||
торые современные катализаторы |
допускают |
5^2,5-4- |
|||||
2 8 кг/сек, |
ПрИ их |
полном ресурсе стабильной работы |
|||||
кг |
|
|
|
|
парогаза 480°С— |
||
в условиях температуры образуемого |
|||||||
около $2 = 600-4-700 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
кг } |
|
|
течение |
установ |
|
Для обеспечения нормальной работы ПГГ в |
|||||||
ленного времени тДв необходимо соблюсти условие |
|
|
|||||
|
Опгтдв<$2ОКаТ- |
|
|
|
|
(Ю.63) |
|
Объем пакета катализатора определяется по формуле |
|||||||
|
^кат = -^. |
|
|
|
|
(Ю.64) |
|
где укат —насыпной удельный |
Ткат |
|
катализатора в кг!л\ |
||||
вес твердого |
|||||||
для некоторых существующих катализаторов |
|
||||||
Ткат« 1’3-4-1,4 кг/л.
Геометрические размеры пакета катализатора определяют из условия, чтобы отношение его длины /кат к диаметру dK3T было рав но 0,7—1. Толщина слоя твердого катализатора в ПГГ должна быть не меньше 70 мм. Остальные размеры реактора определяют по конструктивным соображениям.
Объем общего запаса перекиси водорода определяют по фор муле
Г„р = —, |
(10.65) |
Тпер |
зависит от температу |
где упер удельный вес перекиси водорода, |
|
ры; при расчетах значение его |
может быть взято из |
графика или таблицы. |
|
По значениям расходуемых компонентов в ПГГ можно вычис лить для них потребные объемы баков.
Зная давление парогаза на входе в турбину, можно определить
необходимое давление подачи рабочих компонентов в реактор ПГГ и рассчитать агрегаты (газовый баллон и редуктор давления в слу
чае газобаллонной подачи или насос в случае насосной подачи пере киси водорода).
§ 8. Двухкомпонентные газогенераторы ЖРД
Первый весьма оригинальный надежно работающий двухком понентный газогенератор был создан в 1937 г. в СССР. Этот газо генератор вырабатывал газ при давлении 20—25 ата в результате
|
§ 8. Двухкомпонентные газогенераторы ЖРД |
|
543 |
||
Отличительной особенностью двухкомпонентного ГГ |
является |
||||
то, что он |
работает при |
весьма малых |
коэффициентах |
избытка |
|
окислителя |
в топливе с |
целью получения газа с безопасно |
допу |
||
стимой температурой для лопаток турбины. |
|
стали „ |
|||
Для лопаток турбины, изготовляемых |
из легированной |
||||
допустимой рабочей температурой газа можно считать ~800° С. При ближенные расчеты показывают, что эта температура газа прак тически может быть получена при коэффициентах состава топлива
порядка х«=;0,74-1,0. При этих условиях газ представляет собой
смесь продуктов сгорания топлива и разложения избыточного го рючего.
Кинетика процесса в двухкомпонентных ГГ в литературе пока еще мало освещена. Процесс генерации газа в двухкомпонентном газогенераторе можно грубо разделить на два основных процесса, протекающих одновременно и поэтому как-то влияющих друг на друга: процесс горения топлива и процесс крекинга углеводо
родов.
При организации рабочего процесса в этом ГГ нужно стре миться к тому, чтобы время химической реакции в камере позволи ло компонентам топлива испариться и разложиться на более лег
кие углеводороды без выделения в газе большого количества сажи и кокса. Полнота реакции взаимодействия горючего с окислителем зависит в основном от температуры и времени протекания химиче
ской реакции. Поэтому вопрос о времени протекания рабочего про цесса в газогенераторе имеет существенное значение.
Весьма важным является производство в ГГ газа заданной или выбранной температуры с возможно высокой газовой постоянной (удельной работоспособностью 7?к7'к). Естественно, что газовая постоянная образуемого газа RK будет иметь максимальное значе ние только при вполне определенном времени пребывания топлива в камере газогенератора. При малом времени пребывания капли топлива в камере она не успеет полностью испариться, а при чрезмерно большом времени — из паров горючего образуются сажа, тяжелые смолы и кокс, что снизит газовую постоянную обра зуемого газа. Кроме того, в газе .может содержаться значительное количество углеводородов, жидких при нормальных условиях, тог да как по обычному термодинамическому расчету никаких углево дородов газа, кроме метана, не наблюдается.
Это указывает на то, что в двухкомпонентном газогенераторе химическое равновесие в продуктах горения не успевает устанав
ливаться. Температура газа по поперечному сечению камеры газо генератора также неодинакова.
При разработке конструкции ГГ нужно стремиться к тому, что бы по поперечному сечению камеры создать возможно равномер
ное поле температур, особенно в зонах с большим избытком горю чего, так как в этих зонах местные очаги высоких температур будут способствовать более быстрому выпадению сажи. При выравнива-