RU2820428C1 - Способ и устройство для производства наноматериалов - Google Patents
Способ и устройство для производства наноматериалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820428C1 RU2820428C1 RU2022134778A RU2022134778A RU2820428C1 RU 2820428 C1 RU2820428 C1 RU 2820428C1 RU 2022134778 A RU2022134778 A RU 2022134778A RU 2022134778 A RU2022134778 A RU 2022134778A RU 2820428 C1 RU2820428 C1 RU 2820428C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- liquid
- combustion chamber
- closed
- propellant
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 43
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dimethyhydrazine Chemical compound CN(C)N RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 125000000740 n-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: для производства наноматериалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ производства наноматериалов включает в себя запуск на стационарном промышленном огневом стенде серийного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), состоящего из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённого дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, введение в этот ЖРД порошкообразного алюминия, при этом введение порошкообразного алюминия осуществляют в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и вводят его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр, где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, а поток продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащий твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3, направляют в замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале. Технический результат: обеспечение возможности улавливания твёрдых частиц оксида алюминия - Al2O3 из потока продуктов сгорания в пространстве за соплом ЖРД. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для получения наноматериалов (нанопорошков, нанотрубок и др. видов) в больших объёмах в виде высокоэффективного крупнотоннажного производства.
Предварительный анализ показывает, что производство наноматериалов востребовано развивающейся промышленностью и может стать высокоприбыльным делом, если оно будет подготовлено и организовано на базе высокотехнологичного предприятия с участием специализированных научных организаций и высокопрофессиональных опытно-конструкторских бюро.
Известен “Способ получения углеродных наноматериалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы и установка для его осуществления” (изобретение RU 2488984 от 27.07.2013; МПК H05H 1/00, B82B 1/00). Способ предусматривает нагрев угля в камере совмещённого плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы (2800 - 4500°C), а также – камеру разделения, скруббер предварительной очистки, к которому подключен компрессор для вытяжки образовавшегося при плазменной обработке угля синтез-газа, с возможностью отделения крупных частиц угля от углеродных наноматериалов. Недостатком данного способа является ограниченность его применения для получения одного вида наноматериалов и сложность технологического процесса, состоящего из большого количества операций.
Известен “Универсальный стендовый модульный газогенератор” (Полезная модель RU 172150 от 29.06.2017; МПК G01M 15/14, F02K 9/96). Газогенератор содержит последовательно установленные модуль первой камеры сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, модуль второй камеры сгорания, обеспечивающий температуру и расход, модуль третьей камеры сгорания, обеспечивающий смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок для создания состава рабочей среды, а также средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи, при этом модули выполнены быстросъемными и толстостенными, средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи выполнены в виде сменных огнеупорных вставок, а модули стянуты между собой шпильками и накидными фланцами. Недостатком данного газогенератора является то, что в нём не предусмотрено введение порошкообразных материалов в камеру сгорания с возможностью сжигания их и получения наноматериалов в промышленных объёмах.
Известен способ получения наноматериалов (порошков), описанный в статье “Получение ультрадисперсных порошков методом сжигания аэровзвесей частиц металлов” (Анциферов В.Н., Малинин В.И., Порозова С.Е., Крюков А.Ю.// Перспективные материалы и технологии: нанокомпозиты - Космический вызов XXI века- том 2 - под ред. Берлина А.А., Ассовского И.Г. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2005 – с.47-58). Недостаток данного способа состоит в том, что в нём не предусмотрен простой способ улавливания наночастиц и не предусмотрено крупномасштабное их производство.
В результате просмотра и научно-технической литературы, и патентных материалов в базе Роспатента (МПК H05H 1/00, B82B 1/00, B82B 3/00, D01F 9/12, B01J 13/02, С01B 31/02, E21B 43/29, E21B 43/24, F02K 9/96, G01L 5/00, G01M 9/00, G01M 15/14 = RU 2488984, 2541012, 2434085, 2415262, 1438305, 2344387, 2011175, ПМ-172150, 2433296, 2428581) за прототип был принят способ и устройство, описанные в статье “Аналитическая оценка возможности организации производства наноматериалов на промышленном предприятии” (Анциферов В.Н., Арбузов И.А., Зубаткин М.Н., Малинин В.И., Цветков Ю.В. – Материалы XII Всероссийской научно-технической конференции “Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации - 2009” – Пермь, 9 -10 октября 2009 года, изд-во Пермского государственного технического университета, 2009, с. 16 – 18).
Данный способ и устройство включают в себя запуск на стационарном промышленном огневом стенде серийного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), состоящего из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённого дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, введение в этот ЖРД порошкообразного алюминия.
Признаки известного способа и устройства, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в наличии запуска на стационарном промышленном огневом стенде серийного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), состоящего из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённого дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, введение в этот ЖРД порошкообразного алюминия.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, состоит в том, что в нём не предусмотрен способ и устройство для улавливания твёрдых частиц оксида алюминия – Al2O3 из потока продуктов сгорания и не определено место введения порошкообразного алюминия Al в ЖРД, от чего зависит полнота и качество его сгорания и образования частиц с размерами на нано-уровне.
Задача заявляемого изобретения состоит в обеспечении полноты сгорания порошкообразного алюминия и качества образующихся при этом твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3, и в обеспечении улавливания этих частиц в пространстве за срезом сопла ЖРД.
Технический результат направлен на решение задачи изобретения и заключается в обосновании и обеспечении оптимального места введения порошкообразного алюминия в камере сгорания ЖРД и в разработке технических средств для улавливания твёрдых частиц оксида алюминия – Al2O3 из потока продуктов сгорания в пространстве за соплом ЖРД.
Достигается технический результат техническими средствами, которые состоят в том, что в способе производства наноматериалов, включающем в себя запуск на стационарном промышленном огневом стенде серийного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), состоящего из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённого дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, в отличие от известного способа и устройства, во-первых, ведение порошкообразного алюминия осуществляют в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и вводят его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1...0,25) х dкр , где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, а поток продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащий твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 , направляют в замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
Достигается технический результат техническими средствами, которые состоят также и в том, что, во-вторых, всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещают в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещают в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещают в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее осуществляют наращивание количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
Достигается технический результат техническими средствами, которые состоят в том, что в устройстве для производства наноматериалов, содержащем в себе верхнюю и нижнюю силовые конструкции стационарного промышленного огневого стенда, серийный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), состоящий из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённый дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, и содержащем в себе также приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия, в отличие от известного способа и устройства, в-третьих, приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия размещён в камере сгорания с возможностью осуществления введения порошкообразного алюминия в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и с возможностью введения его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр , где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, и что за соплом Лаваля расположено замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, с возможностью направления в него потока продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащего твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 и с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
Достигается технический результат техническими средствами, которые состоят также и в том, что, в-четвёртых, всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещено в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещено в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещено в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее наращены количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что в способе производства наноматериалов введение порошкообразного алюминия осуществляют в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и вводят его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) х dкр, где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, а поток продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащий твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 , направляют в замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
При этом также всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещают в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещают в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещают в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее осуществляют наращивание количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что в устройстве для производства наноматериалов приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия размещён в камере сгорания с возможностью осуществления введения порошкообразного алюминия в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и с возможностью введения его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1...0,25) х dкр , где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, и что за соплом Лаваля расположено замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, с возможностью направления в него потока продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащего твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 и с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
При этом также всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещено в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещено в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещено в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее наращены количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
Описанные выше созданные технические средства в составе способа производства наноматериалов с использованием серийного жидкостного ракетного двигателя ЖРД позволяют достичь технического результата, заключающегося в обосновании и обеспечении оптимального места введения порошкообразного алюминия в камере сгорания ЖРД и в разработке технических средств для улавливания твёрдых частиц оксида алюминия – Al2O3 из потока продуктов сгорания в пространстве за соплом ЖРД за счёт того, что:
- во-первых, введение порошкообразного алюминия осуществляют в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и вводят его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр, где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, а поток продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащий твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 , направляют в замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале, а это, в свою очередь,
а) обеспечивает предотвращение слипания и комкования порошкообразного алюминия при введении его в камеру сгорания, поскольку в этой, названной выше , зоне уже произошло полное сгорание основного штатного жидкого ракетного топлива (ЖРТ) и здесь отсутствуют компоненты ЖРТ в жидком и парообразном состоянии и процесс сгорания частиц порошкообразного алюминия происходит при контакте “газ+твёрдая частица” или/и “газ+жидкая (расплавленная) частица”;
б) обеспечивает предохранение поверхностей, формирующих критическое сечение сопла Лаваля от износа вводимыми частицами порошкообразного алюминия и продуктом его горения, то есть, оксидом алюминия Al2O3, так как траектория их пролёта не позволяет им коснуться названных выше поверхностей;
в) обеспечивает улавливание в пространстве за срезом сопла ЖРД частиц оксида алюминия Al2O3, образовавшихся в результате полного сгорания порошкообразного алюминия, т.е. с достижением требуемого качества и по составу этих частиц (без примеси частиц алюминия), и по агрегатному состоянию (без жидких частиц, а только в твёрдом состоянии, т.к. оксид алюминия Al2O3 имеет температуру плавления-затвердевания ~2050°C, то есть, из сопла ЖРД частицы оксида алюминия Al2O3 вылетают уже затвердевшими и поэтому не могут сплавляться при оседании на сетчатый огнестойкий материал, образующий замкнутое засопловое пространство, и не могут слипаться с этим материалом и с другими ранее осевшими частицами, что в дальнейшем позволит отделять эти частицы от этого материала в процессе сбора их после окончания запуска ЖРД);
- во-вторых, всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещают в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещают в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещают в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее осуществляют наращивание количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД. а это, в свою очередь,
а) обеспечивает неограниченный запас (резерв) способа производства наноматериалов по объёму и качеству улавливаемых частиц оксида алюминия - Al2O3.
Описанные выше созданные технические средства в составе устройства производства наноматериалов с использованием серийного жидкостного ракетного двигателя ЖРД позволяют достичь технического результата, заключающегося в в обосновании и обеспечении оптимального места введения порошкообразного алюминия в камере сгорания ЖРД и в разработке технических средств для улавливания твёрдых частиц оксида алюминия – Al2O3 из потока продуктов сгорания в пространстве за соплом ЖРД за счёт того, что:
- в-третьих, приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия размещён в камере сгорания с возможностью осуществления введения порошкообразного алюминия в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и с возможностью введения его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр, где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, и что за соплом Лаваля расположено замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, с возможностью направления в него потока продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащего твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 и с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале, а это, в свою очередь,
а) обеспечивает предотвращение слипания и комкования порошкообразного алюминия при введении его в камеру сгорания, поскольку в этой, названной выше, зоне уже произошло полное сгорание основного штатного жидкого ракетного топлива (ЖРТ) и здесь отсутствуют компоненты ЖРТ в жидком и парообразном состоянии и процесс сгорания частиц порошкообразного алюминия происходит при контакте “газ+твёрдая частица” или/и “газ+жидкая (расплавленная) частица”;
б) обеспечивает предохранение поверхностей, формирующих критическое сечение сопла Лаваля от износа вводимыми частицами порошкообразного алюминия и продуктом его горения, то есть, оксидом алюминия, так как траектория их пролёта не позволяет им коснуться названных выше поверхностей;
в) обеспечивает улавливание в пространстве за срезом сопла ЖРД частиц оксида алюминия Al2O3, образовавшихся в результате полного сгорания порошкообразного алюминия, т.е. с достижением требуемого качества и по составу этих частиц (без примеси частиц алюминия), и по агрегатному состоянию (без жидких частиц, а только в твёрдом состоянии, т.к. оксид алюминия Al2O3 имеет температуру плавления-затвердевания ~2050°C, то есть, из сопла ЖРД частицы оксида алюминия Al2O3 вылетают уже затвердевшими и поэтому не могут сплавляться при оседании на сетчатый огнестойкий материал, образующий замкнутое засопловое пространство, и не могут слипаться с этим материалам и с другими ранее осевшими частицами, что в дальнейшем позволит отделять эти частицы от этого материала в процессе сбора их после окончания запуска ЖРД);
- в- четвёртых, что всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещено в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещено в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещено в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее наращены количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД, а это, в свою очередь,
а) обеспечивает неограниченный запас (резерв) устройства для производства наноматериалов по объёму и качеству улавливаемых частиц оксида алюминия - Al2O3.
Изобретение “Способ и устройство для производства наноматериалов” иллюстрируется схематично рисунком.
1 – верхняя силовая конструкция стационарного промышленного огневого стенда для испытания серийных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
2 – камера сгорания ЖРД.
3 – форсуночная головка ЖРД.
4 – приспособление-патрубок ввода порошкообразного алюминия в ЖРД.
5 – входная (сужающаяся, докритическая) часть сопла Лаваля ЖРД.
6 – выходная (расширяющаяся, закритическая) часть сопла Лаваля ЖРД.
7 – нижняя силовая конструкция стационарного промышленного огневого стенда для испытания серийных ЖРД.
8 – замкнутое засопловое пространство - первое, образованное сетчатым огнестойким материалом (цилиндрическая часть).
9 - замкнутое засопловое пространство - второе, образованное сетчатым огнестойким материалом (цилиндрическая часть).
10 - замкнутое засопловое пространство - третье, образованное сетчатым огнестойким материалом (цилиндрическая часть).
11 - замкнутое засопловое пространство - первое, образованное сетчатым огнестойким материалом (сферическая часть).
12 - замкнутое засопловое пространство - второе, образованное сетчатым огнестойким материалом (сферическая часть).
13 - замкнутое засопловое пространство - третье, образованное сетчатым огнестойким материалом (сферическая часть).
Дополнительные средства защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и высокотемпературного воздействия (при введении в ЖРД порошка, например, алюминия) – здесь не показаны.
dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля ЖРД.
Lдо - расстояние точки ввода порошкообразного материала до критического сечения сопла Лаваля ЖРД (вариант “до”).
Способ и устройство для производства наноматериалов задействуются следующим образом.
На стационарном промышленном огневом стенде устанавливают и фиксируют в силовых конструкциях 1 и 2 серийный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), состоящий из форсуночной головки 3 с вмонтированным в неё патрубком 4 ввода порошкообразного алюминия в ЖРД в сужающуюся (докритическую) часть 5 сопла Лаваля.
Производят запуск ЖРД, для чего подают в камеру сгорания 2 компоненты жидкого ракетного топлива (ЖРТ) – окислитель и горючее, например, азотный тетраоксид (амил) и несимметричный диметилгидразин (гептил). Затем включают подачу порошкообразного алюминия Al через приспособление-патрубок 4. Алюминий, введенный в сужающуюся (докритическую) часть 5 сопла Лаваля сгорает с образованием оксида алюминия Al2O3 . Продукты сгорания ЖРТ вместе с частицами оксида алюминия Al2O3 движутся по расширяющейся (закритической) части 6 сопла Лаваля со снижением давления и температуры и с повышением скорости. На срезе сопла температура потока продуктов сгорания согласно термодинамическим и газодинамическим расчётам достигает значений ~ 1200°С, что значительно ниже температуры плавления оксида алюминия Al2O3 - 2050°С, а это означает, что частицы оксида алюминия Al2O3 на срезе сопла должны обрести твёрдое состояние. Размер частиц согласно проведённым экспериментам на лабораторных установках находится в диапазоне от 30 до 300 нм, где 1нм = 10-9 (данные из статьи – прототипа на стр.2 данного Описания изобретения).
Поток продуктов сгорания на срезе сопла представляет собой, упрощённо говоря, газовзвесь “газ + твёрдые частицы”. Эта газовзвесь заполняет вначале первое замкнутое засопловое пространство 8 и 11, затем второе – 9 и 12, далее третье 10 и 13, при этом частицы оседают на сетчатом огнестойком материале, из которого изготовлены эти пространства-уловители (или гибкая мелкоячеистая металлосетка, или сетка из асбестового шнура, или сетка из углеткани и т.п.), а газ проходит сквозь ячейки сетки в окружающее воздушное пространство. Такой многоступенчатый отбор твёрдых частиц из газовзвеси в сухом виде позволяет сохранить их в первозданном не ”повреждённом” виде (ни водой, ни механическим, ни химическим воздействием).
Возможны несколько методов сбора уловленных частиц с сетчатого огнестойкого материала, но это не является предметом настоящего изобретения, и поэтому здесь они не приводятся.
Итак, техническое решение, составляющее предмет заявляемого изобретения “Способ и устройство для производства наноматериалов” позволяет достичь технического результата, заключающегося в обосновании и обеспечении оптимального места введения порошкообразного алюминия в камере сгорания ЖРД и в разработке технических средств для улавливания твёрдых частиц оксида алюминия – Al2O3 из потока продуктов сгорания в пространстве за соплом ЖРД, что и было необходимо для решения задачи изобретения, а именно, для обеспечения полноты сгорания порошкообразного алюминия и качества образующихся при этом твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 , и для обеспечения улавливания этих частиц в пространстве за срезом сопла ЖРД.
Claims (4)
1. Способ производства наноматериалов, включающий в себя запуск на стационарном промышленном огневом стенде серийного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), состоящего из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённого дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, введение в этот ЖРД порошкообразного алюминия, отличающийся тем, что введение порошкообразного алюминия осуществляют в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и вводят его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр , где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, а поток продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащий твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3, направляют в замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещают в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещают в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещают в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее осуществляют наращивание количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
3. Устройство для производства наноматериалов, содержащее в себе верхнюю и нижнюю силовые конструкции стационарного промышленного огневого стенда, серийный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), состоящий из форсуночной головки, камеры сгорания и сопла Лаваля, и оснащённый дополнительными средствами защиты стенок камеры сгорания и сопла от эрозионного и повышенного высокотемпературного воздействия, и содержащем в себе также приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия, отличающееся тем, что приспособление-патрубок для введения в ЖРД порошкообразного алюминия размещён в камере сгорания с возможностью осуществления введения порошкообразного алюминия в той зоне камеры сгорания ЖРД, которая отдалена от форсуночной головки, и с возможностью введения его в непосредственной близости от критического сечения сопла Лаваля, не доходя до него на расстояние Lдо, равное Lдо = (0,1…0,25) × dкр, где dкр – диаметр критического сечения сопла Лаваля, и что за соплом Лаваля расположено замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, с возможностью направления в него потока продуктов сгорания из сопла этого ЖРД, содержащего твёрдые частицы оксида алюминия Al2O3 и с возможностью оседания названных частиц на сетчатом огнестойком материале.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что всё замкнутое засопловое пространство, образованное сетчатым огнестойким материалом, помещено в другое, второе, замкнутое засопловое пространство, затем это, второе, замкнутое засопловое пространство помещено в третье замкнутое засопловое пространство, затем и это, третье, замкнутое засопловое пространство помещено в четвёртое замкнутое засопловое пространство и так далее наращены количества названных замкнутых засопловых пространств до достижения требуемой процентной доли оседания твёрдых частиц оксида алюминия Al2O3 за время одного запуска ЖРД.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820428C1 true RU2820428C1 (ru) | 2024-06-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059841C1 (ru) * | 1993-08-24 | 1996-05-10 | Малое предприятие "Технология" | Фильтр для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания |
| RU2316471C2 (ru) * | 2001-08-30 | 2008-02-10 | Ти-Ди-Эй РИСЁРЧ, ИНК. | Горелки, аппарат и способ сгорания для производства углеродных наноматериалов |
| RU2353584C2 (ru) * | 2007-02-19 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат", (ОАО "СХК") | Способ получения нанодисперсного порошка оксида алюминия |
| US20160045841A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-02-18 | Transtar Group, Ltd. | New and improved system for processing various chemicals and materials |
| RU2651010C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2018-04-18 | Сименс Акциенгезелльшафт | Безнасосное распыление и сжигание металла посредством создания пониженного давления и соответствующий контроль потока материала |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059841C1 (ru) * | 1993-08-24 | 1996-05-10 | Малое предприятие "Технология" | Фильтр для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания |
| RU2316471C2 (ru) * | 2001-08-30 | 2008-02-10 | Ти-Ди-Эй РИСЁРЧ, ИНК. | Горелки, аппарат и способ сгорания для производства углеродных наноматериалов |
| RU2353584C2 (ru) * | 2007-02-19 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат", (ОАО "СХК") | Способ получения нанодисперсного порошка оксида алюминия |
| US20160045841A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-02-18 | Transtar Group, Ltd. | New and improved system for processing various chemicals and materials |
| RU2651010C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2018-04-18 | Сименс Акциенгезелльшафт | Безнасосное распыление и сжигание металла посредством создания пониженного давления и соответствующий контроль потока материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Miller et al. | A next-generation AUV energy system based on aluminum-seawater combustion | |
| Negri et al. | Combustion of gelled propellants containing microsized and nanosized aluminum particles | |
| CN112851452B (zh) | 一种用于烟火切割装置的烟火药及其制造方法和应用 | |
| Li et al. | Experimental and model investigation on agglomeration of aluminized fuel-rich propellant in solid fuel ramjet | |
| RU2820428C1 (ru) | Способ и устройство для производства наноматериалов | |
| Ciezki et al. | Status of gel propulsion in the year 2010 with a special view on the German activities | |
| Shi et al. | Preparation and properties of HMX/nitrocellulose nanocomposites | |
| Ciezki et al. | Years of Test Complex M11 in Lampoldshausen-Research on Space Propulsion Systems for Tomorrow | |
| Brophy et al. | Detonation of a JP-10 aerosol for pulse detonation applications | |
| Palaszewski et al. | Metallized gelled propellants-oxygen/RP-1/aluminum rocket combustion experiments | |
| Zhao et al. | Atomic perspectives revealing the evolution behavior of aluminum nanoparticles in energetic materials | |
| Shi et al. | Mechanism of influence of water mist in a closed vessel on the explosion overpressure and flame propagation characteristics of magnesium dust | |
| Palaszewski et al. | Metallized gelled propellants-Oxygen/RP-1/aluminum rocket heat transfer and combustion measurements | |
| Werling et al. | Research and Test Activities on Advanced Rocket Propellants at DLR’s Institute of Space Propulsion in Lampoldshausen | |
| Glotov et al. | The Effects of Fluorine-Containing Additives in Composite Propellants with Boron and Aluminum Dodecaboride on the Characteristics of Their Combustion | |
| DeLuca et al. | Burning of metallized composite solid rocket propellants: from micrometric to nanometric aluminum size | |
| Mandal et al. | Experimental investigation of boron laden paraffin wax-based solid fuel for ducted rocket application | |
| US3158992A (en) | Propulsion process using phosphorus and metallic fuel | |
| RU2714165C1 (ru) | Способ расснаряжения боеприпасов | |
| Carlotti et al. | Development of a probe for particle collection in high-temperature, supersonic flow: conceptual and detailed design | |
| CN103386279A (zh) | 一种连续化学反应方法及应用该方法的爆轰反应器 | |
| US3069300A (en) | Boron containing fuel and fuel igniter for ram jet and rocket | |
| RU2055825C1 (ru) | Оксиликвит, способ его получения и устройство для его получения | |
| Ahmad et al. | Static Hot-Fire Testing of a Green Hybrid Rocket Engine | |
| Hashim et al. | Evaluation of Boron Combustion for Ducted Rocket Applications Using Condensed Product Analysis. |