[发明专利]一种抑制燃气发生器积碳的方法

说明书

本发明涉及燃气发生器技术领域，提供一种抑制燃气发生器积碳的方法，旨在解决燃气发生器工作产生的积碳严重制约了涡轮泵性能和工作寿命的问题，包括以下步骤：S1、针对燃气发生器的设计工作温度和室压，采用化学平衡计算抑制积碳所需补充水量；S2、燃气发生器喷注盘中心区域的氧化剂与碳氢燃料的喷注比例设计在化学反应恰当量比附近，相应地燃气发生器中心区域判定为高温燃烧区域；S3、确定推进剂喷注盘中心区域的氧化剂与碳氢燃料量，以及外围其余燃料和水的量；S4、向上述高温燃烧区域喷注其余碳氢燃料和液态水以抑制积碳的产生。本发明尤其适用于燃气发生器积碳的抑制，增强燃气发生器寿命和重复使用性，具有较高的使用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及燃气发生器技术领域，具体涉及一种抑制燃气发生器积碳的方法。

背景技术

燃气发生器通过燃烧产生高温高压的燃烧气体，产生的燃气可以作为驱动涡轮的工质。燃气发生器广泛应用于航天火箭发动机中。

由于涡轮泵耐受温度有限，因此使用碳氢燃料如煤油或甲烷作为燃料的燃气发生器，燃烧气体温度一般需要限制在1200K以下，必须采用极端富燃或富氧两种工作模式。

当采用富氧工作模式时，过量的氧气浓度容易腐蚀燃烧室，限制涡轮泵系统的使用寿命；

当采用富燃工作模式时，燃气发生器中的煤油燃烧不充分，在发动机工作的不同阶段均存在积碳问题，出现的积碳一方面会堵塞出口涡轮的流道，使得进入涡轮的燃气流量减小，进而影响涡轮效率和发动机的工作特性；另一方面，富燃燃烧积碳也造成了发生器燃烧效率降低，影响了燃气的做功能力，使得涡轮流量增大，影响了燃料消耗量。

积碳问题严重制约了涡轮泵的性能和工作寿命，为此，我们提出了一种抑制燃气发生器积碳的方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种抑制燃气发生器积碳的方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，旨在解决燃气发生器工作产生的积碳严重制约了涡轮泵性能和工作寿命的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种抑制燃气发生器积碳的方法，包括以下步骤：

S1、采用化学平衡计算软件CEA，对燃气发生器设计的工作温度和室压工况下抑制积碳所需补充液态水量进行计算；

S2、燃气发生器推进剂喷注盘中心区域的氧化剂与碳氢燃料的喷注比例设计在化学反应恰当量比附近，相应地燃气发生器中心区域判定为碳氢燃料与氧化剂高温燃烧区域；

S3、根据上述S1和S2计算的碳氢燃料、氧化剂和水的比例，确定推进剂喷注盘上中心区域的氧化剂与碳氢燃料量，以及外围其余燃料和水的量；

S4、向上述高温燃烧区域喷注其余的碳氢燃料以及计算出的液态水以抑制积碳的产生；

其中，步骤S4中，喷注的碳氢燃料以及液态水在空间上分布交错，使碳氢燃料与液态水在空间上均匀分布。

优选的，所述步骤S4中，碳氢燃料和液态水的喷注方式为自上而下喷嘴喷注，且燃料喷嘴和液态水喷嘴在空间上交错分布。

优选的，所述步骤S4中，碳氢燃料和液态水的喷注方式为自上而下喷嘴喷注，且燃料喷嘴和液态水喷嘴射流互击后进入高温燃烧区。

优选的，所述步骤S1中，燃烧室温度为1100-1400K，室压为1-5MPa，所需补充液态水量占碳氢燃料和液态水总量的比例为10-50％。

优选的，所述步骤S3中，抑制积碳所补充的液态水量与燃烧室高温燃烧区域的燃烧温度呈反比，与燃烧室高温燃烧区域的压力呈正比。