Гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1 @Вйн@

KkP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 00

1 О

4 00

1) (21) 4914504/29 (22) 27.02.91 (46) 23.01.93. Бюл. № 3 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) Р,M.Ñòàðoáèícêèé, А,В.Васильев, В.Н,Крохин, В.И.Волченков и А.M.Äåñÿòêèí (54) ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ

СИСТЕМЫ ВСАСЫВАНИЯ ПОРШНЕВОЙ

МАШИНЫ (57) Использование: в машиностроении.

Сущность изобретения: емкость переменного объема снабжена жесткими стенками, на одной из к-рых смонтирован подводящий патрубок, связывающий полость емкости с атмосферой, на другой — отводящий патрубок, связывающий полость емкости с цилинИзобретение относится к машиностроению, в частности к устройству систем воздухоподачи в поршневую машину, например, компрессор, двигатель внутреннего сгорания и пр.

Известен глушитель звука в компрессоре, патент ФРГ ¹2106359, МКИ F01 N1/10, выложен 24.08.72, корпус которого по крайней мере частично заключен внутри кожуха, отстоящего от этого корпуса на некотором расстоянии, при этом в образованном между корпусом и кожухом промежутке может быть расположен звукогасящий материал.

Известный глушитель, как это показывает анализ патента, отличается сложностью,, ЯЛ,, 1789748 А1 (я)л F 04 В 39/12, F 02 М 25/12 дром. Емкость образована пространственным каркасом, закрепленным на жестких стенках, обтянутым оболочкой из мягкого неупругого материала с возможностью привисания материала между элементами каркаса. Величина изменения объема емкости превышает величину рабочего объема цилиндра. Оболочка выполнена из ткани и связана с каркасом резиновым жгутом. Оси патрубков смещены относительно друг друга. Емкость снабжена ограничителями хода оболочки, закрепленными на каркасе и имеющими форму оболочки при ее макс,прогибе. Ограничители хода выполнены в виде жесткой сетки. Массу единицы площади ткани выбирают из заданного выражения. 6 з.п, ф-лы, 6 ил. конструкции и высокой стоимостью изготовления, В качестве прототипа выбран гаситель колебаний впускного коллектора двигателя внутреннего сгорания, заявка на полезную модель Франции N 2579677, МКИ F02

М 35/02, публ. 03.10.86, содержащий емкость, имеющую форму паралелепипеда с жесткими боковыми стенками из металла, к которой закреплены соосные подводящий и отводящий патрубки. Первый сообщает емкость с воздухоочистителем, а второй — с цилиндрами двигателя. Дно и крышка емкости выполнены из упругодеформируемого материала, в частности из резины, Из резины может быть выполнено только дно, или

1789748 только крышка. Для двигателя рабочим объемом 2000 смз, четырехтактного, толщина резиновых стенок составляет 1 — 2 мм. При работе двигателя в результате колебательныхх процессов, возникающих в тракте апуска, резиновые стенки емкости упруго деформируются, При этом энергия колебаний волн повышенного давления частично рассеивается в емкости, Поскольку подвижные стенки емкости выполнены упругими, "0 из резины, они подвергаются воздействию как статического давления, так и динамического. Для эффективного гашения колебаний подвижные стенки должны иметь очень

Fm

m

20 маленькую упругость, но в этом случае при большом статическом давлении стенки будут схлопывать. С другой стороны, имея значительный вес и толщину, резиновые стенки обладают значительной инерцией, что снижает эффективность гашения колебаний при динамических нагрузках.

Цель изобретения — повышение эффективности подавления колебаний втрактесистемы всасывания поршневой машины, Сущность изобретения заключается в том, что в известном гасителе колебаний давления системы всасывания поршневой машины, содержащем емкость переменного объема, снабженную жесткими стенками, на одной из которых смонтирован по крайней мере один подводящий патрубок, связывающий полость емкости с атмосферой, а на другой — по крайней мере один отводящий патрубок, связывающий полость емкости с цилиндром поршневой машины, названная емкость образована пространственным каркасом, закрепленным на названных жестких стенках, обтянутым оболочкой из мягкого неупругого материала, например ткани, с возможностью провисания ее между элементами каркаса, при этом величина изменения объема емкости превышает величину рабочего объема цилиндра поршневой машины. При таком конструктивном исполнении, за счет исключения упругих свойств оболочки, происходит эффективная компенсация импульсов давления в системе всасывания. При этом незначительная масса оболочки (в сравнении с резиновой) обуславливает малую инерционность гасителя, а это повышает чувствительность камеры к отслеживанию импульсов давления в системе, что в конечном итоге повышает эффективность гашения колебаний при динамических нагрузках, Оболочка с каркасом, при необходимости, может быть связана посредством упругих элементов, например, резиновых жгутов, которые обеспечивают возврат обо25

55 лочки в исходное состояние при отсутствии в камере разрежения.

Для исключения прямой передачи импульса давления из подводящего патрубка в отводящий патрубок, оси названных патрубков друг относительно друга смещены.

Для исключения "хлопка" в момент максимального прогиба оболочки в емкости установлен ограничитель хода оболочки. Это может быть, например жесткая сетка, закрепленная на каркасе и имеющая форму оболочки при ее максимальном прогибе.

Для обеспечения работоспособности гасителя необходимо, чтобы масса единицы площади ткани (материала оболочки) удовлетворяла следующему математическому выражению: где m — масса единицы площади ткани, кг/м; р- плотность воздуха, кг/м; з.

I naT — длина подводящего патрубка, м;

Fm — площадь оболочки, м; г.

Fear — площадь сечения подводящего патрубка,м .

На фиг,1 показан общий вид системы всасывания поршневой машины; на фиг.2 и

3 — устройство гасителя колебаний; на фиг.4 — возможный вариант установки резиновых жгутов на элементе каркаса; на фиг.5 — скелет гасителя без оболочки, слева показано сечение ограничителя хода по Б — Б; на фиг,6 — возможный вариант исполнения ограничителя хода оболочки, слева показано сечение ограничителя хода по  — В.

На фиг,2 — 4 показан гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины, содержащий емкость E переменного объема, снабженную жесткими стенками 1 и 2. На стенке 1 смонтирован подводящий 3 патрубок, связывающий емкость Е с атмосферой, На стенке 2 смонтирован отводящий патрубок 4, связывающий емкость Е с цилиндром 5, фиг.1, поршневой машины, включающей в частности поршень

6 с шатуном 7, корпус 8 и головку цилиндра

9, в которой смонтирован клапан 10. Емкость Е образована пространственным каркасом 11, закрепленным на стенках 1 и 2.

Каркас 11 обтянут оболочкой 12, фиг.3, 4, из мягкого неупругого материала, в качестве которого может быть использована ткань, и легкий полимерный материал, с возможностью провисания названного материала между элементами каркаса 11. Величина изменения объема емкости Е превышает вели1789748 чину рабочего объема цилиндра 5 поршневой машины.

Оболочка 12 может быть связана с каркасом 11 посредством упругих элементов

13, которые в частности на фиг.3 и 4 выполнены в виде резиновых жгутов, Оси патрубков 1 и 2 смещены относительно друг друга, На фиг.5 и 6 емкость Е снабжена ограничителем хода 14 оболочки 12, который закреплен на каркасе 11 и имеет форму оболочки 12 при ее максимальном прогибе. Ограничитель хода 14 наполнен в виде жесткой, например металлической сетки, форма ячеек которой может быть самой разнообразной.

Для обеспечения работоспособности гасителя, масса единицы площади материала оболочки выбирается определенным образом.

Дополнительно на фиг,1 показан воздухоочиститель 15 с воздухозаборным патрубком 16, На фиг.2 позицией 17 показаны технологические складки.

Работает устройство следующим образом.

При возвратно-поступательном движении поршня 6 в цилиндре 5, в момент открытия и закрытия клапана 10, в системе всасывания поршневой машины (от клапана

10 до выходного среза патрубка 16) возникают колебания давления массы газа (воздуха), заключенного в объемах патрубков 2 и

3, емкости Е гасителя колебаний, воздухоочистителя 15 и патрубка 16. При этом амплитуда пульсаций газа, которая определяет величину гидросопротивлений в системе всасывания, может достигать значительной величины, что ухудшает эффективность работы системы. Наличие гасителя колебаний с емкостью Е переменного объема, установленного в непосредственной близости от клапана 10, позволяет в значительной степени уменьшить амплитуду пульсаций в патрубке 3 за счет преобразования части энергии импульсов давления в камере переменного объема гасителя в тепловую энергию, затрачиваемую на механическую деформацию оболочки 12.

Рассмотрим физические процессы, происходящие в системе всасывания, более подробно, Поршень 6 перемещается в цилиндре 5, что вызывает колебания скорости в подводящем патрубке 3

vn Fn и—

Fnar

Скорость в патрубке 3 является величиной переменной, зависящей от скорости поршня 5, При этом газ (воздух) в патрубке 3 движется неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. Ускорение потока воздуха в патрубке 3 может происходить только при

5 колебании давления в емкости Е гасителя (т.к, нужна сила для раскачки газа в патрубке 3). Эта сила

dv

Р= Мп» (2) (3) Р = рРпат

Мпат = p1патРпат (4) 15 где vn u Fn — соответственно скорость и площадь поршня;

Мпат и Fnax — соответственно масса воздуха в патрубке 3 и площадь его поперечно20 го сечения, Таким образом величина давления в емкости Е гасителя

dv

Р =/о ипат бт (5) Из известного закона движения поршня, см. например А.С.Владиславлев и др., "Т руба п ров оды п о рш не вых ком и pecco p-.

30 ных машин", М,: Машиностроение, 1972. имеем

v =В Sin Сит, Н, 2 (6) 35 где Нп — высота цилиндра, Щ =2ZCf1 (7)

f1 = — — число ходов в секунду (Гц) (8) и

Из выражения (1) находим ч

Fn Hn Slfl C01 l ч В1 2 F здесь FnHn =Чп — рабочий объем цилиндра.

Теперь определяем

P = P1пат g COS И1 1 (11)

1 Vn ипат

Это колебания давления в емкости Е и в зоне подключения к названной емкости патрубка 3.

d v Vn со$ с01 т (10)

50 б т 2 Fnax

Из выражения (5) находим давление

1789748 (22) Я пат Fm

m 1 пат

Кроме колебательных сил на оболочку

5 12 действует статическое разрежение, возникающее на всасывании

„„yЧ2

2 (23) Pm pFm Р

Mm Mm m (13) где v — суммарный коэффициент потерь на всасывании, Обычно величина Л Рст мала по сравнении с динамическими колебаниями давления. Покажем это, для чего из (11) запишем величину амплитуды

Р Я 1паат Vn ипат (24) ,)„=1 р = naT " гЯ cos щ„т Разделим (23) на (24) и с учетом (1) получим (15) Рст U Fnax vn Pn Vn lf

2 2

P (пат (о) ипат п пат ипат 4 ..2 2 (25)

Амплитуда из (6) vm = f (Om Cll о

ЛXm = f vmdt о (16)

30 а Н ЛР

2 Р 4 VnàT (1 7) Изменение объема камеры при перемещении Лх(п 35

AV =h,FÜõ (18) После интегрирования этого выражения получим

40 ч ° — — - - - Qll SIIl QJ t (19) ипат 2

PcT= ЛРст F пат 1 1lп

lAxmI — " савич (20) 1 пат

Максимальное изменение объема (при

cos = 1) равно

ЛЧ = Fm2 Лх = — "- - - V, (21)

1 пат

Для того, чтобы весь газ из цилиндра мог бы заполнить этот объем, нужно чтобы

3а счет создания силы (под воздействием этого давления) материал оболочки (ткань) 12 начинает перемещаться с ускорением.

Сила Pm = pFm (1 2) здесь Fm — площадь оболочки 12, Ускорение оболочки где m = — масса единицы площади обом .Fm лочки (14)

Поскольку есть ускорение, происходит движение с этим ускорением, т.е. появляется скорость и перемещение, Величина ускорения определяется из (13) и (11) Величина скорости vm и перемещения Л

xm получается последовательным интегрированием выражения (15) Эта величина обычно мала (ю 2...4). Но тем не менее, если колебания P снижены до величины Л Рст, то дальнейшего снижения их не удается достигнуть из-за постоянной силы (от разрежения), прижимающей материал оболочки 12 внутрь. Если необходимо снизить, то в конструкцию вводится легкий резиновый жгут 13 (их может быть и несколько), сила натяжения которого компенсирует силу

Для исключения "схлопывания" оболочки 12 в момент принятия ею максимального прогиба предусмотрены ограничители хода (см, фиг.5 и 6), которые могут быть выполнены в виде жестких сетчатых элементов, форма ячеек которых не имеет принципиального значения.

При выборе материала оболочки следует руководствоваться тем, что он должен быть максимально легким и прочным.

1789748

Формула изобретения

1. Гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины, содержащей емкость переменного объема, снабженную жесткими стенками, на одной из которых смонтирован по крайней мере один подводящий патрубок, связывающий полость емкости с атмосферой, а на другой — по крайней мере один отводящий патрубок, связывающий полость емкости с цилиндром поршневой машины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности подавления колебаний в тракте системы всасывания, емкость образована пространственным каркасом, закрепленным на жестких стенках, обтянутым оболочкой из мягкого неупругого материала с возможностью провисания названного материала между элементами каркаса, при этом изменение объема емкости превышает рабочий объем цилиндра поршневой машины.

2. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена из ткани.

3. Гаситель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что оболочка связана с каркасом посредством по крайней мере одного упругого элемента, например резинового жгута, 4. Гаситель по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что оси патрубков смещены относи5 тельно друг друга.

5. Гаситель по пп.1 — 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что емкость снабжена ограничителями хода оболочки, закрепленными на каркасе и имеющими форму оболочки при ее

10 максимальном прогибе.

6. Гаситель по пп.1 — 5, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что ограничители хода выполнены в виде жесткой сетки, 7. Гаситель по пп. 1-6, о т л и ч а ю щ и й15 с я тем, что масса единицы площади ткани выбирается из выражения

Fm

m < P !пат ипат

20 где m — масса единицы площади ткани, кг/м;

p — плотность воздуха, кг/м; з, Impar — длина подводящего патрубка, м;

25 Fm — площадь оболочки (ткани), м;

2, F naz — площадь сечения подводящего патрубка, м .

1789748

1789748

Составитель Р, Старобинский

Техред М.Моргентал Корректор fl. Ли ври н ц

Редактор О, Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 338 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5