Искрогаситель-глушитель выхлопных газов

 

Изобретение может быть использовано в выпускных системах, преимущественно ДВС. Технический результат: повышение эффективности искрогашения и шумоглушения. Искрогаситель-глушитель содержит корпус, сообщенные с ним впускной и выпускной патрубки, торцовые входную и выходную стенки, установленный во входной части корпуса завихритель, сопряженный с центральным обтекателем, круговую осадочную камеру, образованную оболочкой, размещенной вокруг корпуса, соединенную с полостью корпуса через кольцевой зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой, и перепускные отверстия, расположенные в стенке корпуса, причем круговая осадочная камера выполнена в виде акустического резонатора, горловина которого образована поверхностью торцовой выходной стенки и поверхностью диска, установленного в кольцевом зазоре на выходной кромке стенки корпуса, а перепускные отверстия расположены за завихрителем по направлению осевого движения выхлопных газов и выполнены в виде перепускных каналов, которые ориентированы в корпусе тангенциально относительно его стенки и обращены своими выходными сечениями в полость корпуса по ходу кругового движения газового потока. Диск горловины акустического резонатора может быть выполнен и установлен на выходной кромке стенки корпуса в виде отсекающего дефлектора, образующего между выходной кромкой стенки корпуса и своей поверхностью отсекающий канал, и отсекающий дефлектор может быть выполнен в виде кольцевого желоба. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Искрогаситель-глушитель выхлопных газов относится к устройствам, снижающим интенсивность выбросов искр и выделения шума из выпускных систем, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известен искрогаситель-глушитель выхлопных газов, содержащий корпус с входной и выходной торцовыми стенками, впускной и выпускной патрубки, обтекатель, установленный в корпусе между впускными и выпускным патрубками соосно выпускному патрубку, выполненный в виде цилиндрическо-конической резонансной камеры с горловиной, соединенной с полостью выпускного патрубка, и образующий с внутренней поверхностью корпуса кольцевой проточный канал, и завихритель, размещенный во входной части корпуса, выполненный в виде тангенциального впускного патрубка (авторское свидетельство SU 1643747, кл. F 01 N 1/02, 3/06, опубл. 1991 г.).

В этом искрогасителе-глушителе обтекатель служит для повышения эффекта очистки выхлопных газов от искр и одновременно для снижения интенсивности шума, выделяемого выпускным трактом двигателя.

Недостатками известного искрогасителя-глушителя являются: отсутствие устройства для отвода пожароопасных твердых и жидких продуктов неполного сгорания топлива и масла из зоны, находящейся вблизи выходной торцовой стенки и выпускного патрубка, где эти продукты удерживаются центробежными силами при движении газового протока по круговой траектории. Непосредственная близость указанной зоны к выпускному патрубку может явиться причиной периодических выносов части легких искр и жидких продуктов газовым потоком в выпускной патрубок и далее - в окружающую среду; возможность возгораний удерживаемых пожароопасных продуктов, находящихся в условиях высоких температур, что сопровождается выбросами пламени и крупных искр из выпускного тракта в атмосферу; недостаточная величина акустической эффективности одиночной резонансной камеры малого объема, ограниченного размерами обтекателя, которую содержит искрогаситель-глушитель.

Известен искрогаситель выхлопных газов, принятый за прототип, содержащий корпус, сообщенные с ним впускной и выпускной патрубки, торцовые входную и выходную стенки, установленный во входной части корпуса завихритель, сопряженный с центральным обтекателем, круговую осадочную камеру, образованную оболочкой, размещенной вокруг корпуса, соединенную с полостью корпуса через кольцевой зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой, и перепускные отверстия, расположенные в стенке корпуса перед завихрителем по направлению осевого движения выхлопных газов. Выходная часть стенки корпуса может быть снабжена захватывающими окнами, принудительно направляющими тяжелые фракции газового потока из корпуса в круговую камеру.

В конструкции этого искрогасителя имеется устройство, отводящее пожароопасные твердые и жидкие фракции газового потока из зоны, находящейся вблизи выходной торцовой стенки и входного сечения выпускного патрубка, что снижает вероятность выброса в атмосферу искр и пламени.

Отвод пожароопасных продуктов осуществляется в круговую осадочную камеру через кольцевой зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой корпуса за счет центробежных сил, действующих на тяжелые фракции при спиральном движении газового потока в корпусе после прохождения газов через завихритель. Очищенные таким образом выхлопные газы выходят через выпускной патрубок в атмосферу (US, патент 3009539, кл. F 01 N 3/06, 1961 г.).

Недостатками известного искрогасителя являются: низкая величина заглушения шума выхлопных газов, особенно на низких частотах, из-за отсутствия в искрогасителе эффективных акустических средств защиты, что не может обеспечить достаточного снижения шума выпускной системы двигателя внутреннего сгорания, обладающей, как правило, повышенным уровнем шума; недостаточная величина эффективности искрогашсния, что связано с причинами, рассматриваемыми ниже; расположение перепускных отверстий во входной части стенки корпуса перед завихрителем, где действует наибольшая в искрогасителе величина аэродинамического сопротивления выпуску отработавших газов, может привести к интенсивному перетеканию газов через эти отверстия из корпуса в круговую осадочную камеру, а из круговой камеры через зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой - обратно в корпус и далее через выпускной патрубок - в атмосферу. Такое течение газов препятствует осаждению частиц в круговой камере и снижает эффективность искрогашения. Перетекание части газов из нижней части корпуса в круговую осадочную камеру уменьшает их количество, проходящее через завихритель, и снижает круговую составляющую скорости газов при движении их по спиральной траектории в корпусе, что уменьшает величину центробежных сил, действующих на тяжелые фракции газового потока, и, следовательно, ухудшает процесс искроулавливания; вынос искр в атмосферу из искрогасителя, чему может способствовать наличие захватывающих окон в выходной части стенки корпуса, которые нарушают стабильность кругового течения газового потока в указанной части корпуса и в осадочной камере из-за завихрения потока в этих окнах и возникновения пульсаций давления в зоне входного сечения выпускного патрубка.

Техническим результатом изобретения является создание искрогасителя-глушителя выхлопных газов с повышенным эффектом шумогпушения и искрогашения.

Указанный технический результат достигается тем, что в искрогасителе-глушителе выхлопных газов, содержащем корпус, сообщенные с ним впускной и выпускной патрубки, торцовые входную и выходную стенки, установленный во входной части корпуса завихритель, сопряженный с центральным обтекателем, круговую осадочную камеру, образованную оболочкой, размещенной вокруг корпуса, соединенную с полостью корпуса через кольцевой зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой, и перепускные отверстия, расположенные в стенке корпуса, круговая осадочная камера выполнена в виде акустического резонатора, горловина которого образована поверхностью торцовой выходной стенки и поверхностью диска, установленного в кольцевом зазоре на выходной кромке стенки корпуса, а перепускные отверстия расположены за завихрителем по направлению осевого движения выхлопных газов и выполнены в виде перепускных каналов, которые ориентированы в корпусе тангенциально относительно его стенки и обращены своими выходными сечениями в полость корпуса по ходу кругового движения газового потока.

Кроме того, в искрогасителе-глушителе выхлопных газов диск горловины акустического резонатора выполнен и установлен на выходной кроме стенки корпуса в виде отсекающего дефлектора, образующего между выходной кромкой стенки корпуса и своей поверхностью отсекающий канал, и отсекающий дефлектор может быть выполнен в виде кольцевого желоба.

На фиг.1 изображен продольный разрез искрогасителя-глушителя.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1 искрогасителя-глушителя.

На фиг. 3 - диск горловины акустического резонатора, установленный на выходной кромке стенки корпуса в виде отсекающего дефлектора.

На фиг.4 - отсекающий дефлектор, выполненный в виде кольцевого желоба.

Искрогаситель-глушитель выхлопных газов (фиг.1) содержит корпус 1, сообщенные с ним впускной 2 и выпускной 3 патрубки, торцовые входную 4 и выходную 5 стенки, установленный во входной части корпуса 1 завихритель 6, сопряженный с центральным обтекателем 7, образованную оболочкой 8, размещенной вокруг корпуса 1, круговую осадочную камеру 9, выполненную в виде акустического резонатора, горловина 10 которого соединяет полость круговой осадочной камеры 9 с полостью корпуса 1 и образована поверхностью торцовой выходной стенки 5 и поверхностью диска 11, установленного в кольцевом зазоре 12, на выходной кромке 13 стенки корпуса 1.

Искрогаситель-глушитель содержит (фиг.1 и фиг.2) перепускные отверстия, расположенные за завихрителем 6 по направлению осевого движения выхлопных газов, выполненные в виде перепускных каналов 14, которые ориентированы в корпусе 1 тангенциально относительно его стенки и обращены своими выходными сечениями 15 в полость корпуса 1 по ходу кругового движения газового потока.

Диск 11 горловины 10 акустического резонатора может быть выполнен и установлен на выходной кромке 13 стенки корпуса 1 в виде отсекающего дефлектора 16 (фиг.3), образующего между своей поверхностью и выходной кромкой 13 стенки корпуса 1 отсекающий канал 17.

Отсекающий дефлектор может быть выполнен в виде кольцевого желоба 18 (фиг.4), при установке которого на выходной кромке 13 стенки корпуса 1 образуется криволинейный отсекающий канал 19.

Искрогаситель-глушитель работает следующим образом.

Искрогаситель-глушитель устанавливается в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания и работает в вертикальном положении, при этом впускной патрубок 2 (фиг.1) расположен внизу.

Выхлопные газы через впускной патрубок 2 поступает в корпус 1 и, пройдя через завихритель 6, приобретают круговую составляющую скорости, после чего по спиральной траектории движутся в корпусе 1 вокруг обтекателя 7 в направлении к кольцевому зазору 12, горловине 10 и входному сечению выпускного патрубка 3.

При спиральном движении тяжелые твердые и жидкие фракции выхлопных газов отбрасываются центробежными силами к внутренней стенке корпуса 1 и выбрасываются из корпуса 1 через горловину 10 в круговую осадочную камеру 9, где эти фракции осаждаются под действием силы тяжести, а очищенные газы через выпускной патрубок 3 отводятся из корпуса 1 в атмосферу.

Температура среды в зоне осаждения пожароопасных продуктов в круговой осадочной камере 9 значительно ниже, чем в корпусе 1 искрогасителя-глушителя, поэтому уменьшается вероятность возгорания и выноса в окружающую среду этих продуктов.

Эффект искроулавливания усиливается при соединении круговой осадочной камеры 9 с полостью корпуса 1 перепускными каналами 14, размешенными в стенке корпуса 1 за завихрителем 6 по ходу осевого движения газового потока, где действует пониженная величина аэродинамического сопротивления выпуску отработавших газов в корпусе 1 искрогасителя-глушителя.

При таком соединении круговой осадочной камеры 9 и корпуса 1 часть выхлопных газов перетекает из корпуса 1 через горловину 10 в круговую осадочную камеру 9, а затем через перепускные каналы 14 - обратно в корпус 1. Возникающая при этом циркуляция газов снижает пульсации давления и завихрения газового потока в области входного сечения выпускного патрубка 3 и стабилизирует круговое течение газов в этой области, что предотвращает выброс еще не осажденных тяжелых продуктов из корпуса 1 и круговой осадочной камеры 9 в выпускной патрубок 3.

Тангенциальное расположение перепускных каналов 14 с обращением их выходных сечений 15 в полость корпуса 1 по ходу кругового движения газового потока обеспечивает эффект эжекции этих каналов, что предотвращает выхревой заброс газов из корпуса 1 через перепускные каналы 14 в круговую камеру 9 и способствует вышеописанной циркуляции.

Отвод в круговую осадочную камеру 9 тяжелых фракций, особенно жидкого пожароопасного конденсата, находящегося в круговом движении с газовым потоком в области горловины 10, ускоряется при установке диска 11 на выходной кромке 13 стенки корпуса 1 в виде отсекающего дефлектора 16 с образованием отсекающего канала 17.

Отсекающий дефлектор 16 задерживает тяжелые фракции, движущиеся по стенке или вблизи стенки корпуса 1 и по отсекающему каналу 17 направляет их в круговую осадочную камеру 9, что уменьшает возможность попадания указанных фракций на поверхности торцовой выходной стенки 5 и выпускного патрубка 3 и выноса их в окружающую среду.

Еще больший эффект улавливания и отвода тяжелых фракций в круговую осадочную камеру 9 достигается при выполнении отсекающего дефлектора в виде кольцевого желоба 18, который под действием осевой составляющей скорости спирального движения выхлопных газов в корпусе 1 принудительно направляет тяжелые фракции с частью газов в круговую осадочную камеру 9 по криволинейному отсекающему каналу 19, не нарушая при этом стабильности кругового течения газового потока в области выпускного патрубка 3.

Круговая осадочная камера 9 и горловина 10, выполняя функции отвода и накопления пожароопасных фракций выхлопных газов, служат одновременно для снижения интенсивности шума, излучаемого выпускной системой двигателя внутреннего сгорания, представляя собой акустический резонатор, т.е. акустическую колебательную систему "акустическая масса горловины 10 - акустическая емкость круговой осадочной камеры 9".

Наибольшее заглушение в этом резонаторе достигается в области его собственной частоты, которая определяется геометрическими размерами круговой осадочной камеры 9 и горловины 10. Размеры перепускных каналов 14 и отсекающих каналов 17 и 19 подбираются таким образом, чтобы они не оказывали отрицательного влияния на работу круговой осадочной камеры 9 и горловины 10 как акустического резонатора.

Снижение интенсивности шума выхлопных газов в искрогасителе-глушителе осуществляется при движении и перемешивании газов на завихрителе 6 и за ним в корпусе 1, а также в круговой осадочной камере 9 с горловиной 10, представляющих собой акустический резонатор.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит повысить эффективность искрогашения путем улучшения условий для отвода и осаждения тяжелых фракций из выхлопных газов и увеличить шумоглушение в требуемом диапазоне частот за счет использования круговой осадочной камеры в качестве акустического резонатора.

Формула изобретения

1. Искрогаситель-глушитель выхлопных газов, содержащий корпус, сообщенные с ним впускной и выпускной патрубки, торцовые входную и выходную стенки, установленный во входной части корпуса завихритель, сопряженный с центральным обтекателем, круговую осадочную камеру, образованную оболочкой, размещенной вокруг корпуса, соединенную с полостью корпуса через кольцевой зазор между выходной кромкой стенки корпуса и торцовой выходной стенкой, и перепускные отверстия, расположенные в стенке корпуса, отличающийся тем, что круговая осадочная камера выполнена в виде акустического резонатора, горловина которого образована поверхностью торцовой выходной стенки и поверхностью диска, установленного в кольцевом зазоре на выходной кромке стенки корпуса, а перепускные отверстия расположены за завихрителем по направлению осевого движения выхлопных газов и выполнены в виде перепускных каналов, которые ориентированы в корпусе тангенциально относительно его стенки и обращены своими выходными сечениями в полость корпуса по ходу кругового движения газового потока.

2. Искрогаситель-глушитель по п. 1, отличающийся тем, что диск горловины акустического резонатора выполнен и установлен на выходной кромке стенки корпуса в виде отсекающего дефлектора, образующего между выходной кромкой стенки корпуса и своей поверхностью отсекающий канал.

3. Искрогаситель-глушитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отсекающий дефлектор выполнен в виде кольцевого желоба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава Министерства путей сообщения Российской Федерации

(73) Патентообладатель:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава"

Договор № РД0041905 зарегистрирован 10.10.2008

Извещение опубликовано: 20.11.2008        БИ: 32/2008

---