Двигатель внутреннего сгорания с 2-ступенчатым газотурбинным нагнетателем и охлаждением наддувочного воздуха между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с двухступенчатым газотурбинным нагнетателем и с охладителем наддувочного воздуха. Изобретение позволяет достичь достаточно эффективного охлаждения воздуха при уменьшении габаритов охладителя. Двигатель внутреннего сгорания содержит 2-ступенчатый газотурбинный нагнетатель и охладитель наддувочного воздуха в соединительном канале между компрессором ступени низкого давления и компрессором ступени высокого давления. Охладитель наддувочного воздуха образован пропускающей охлаждающую среду охлаждающей вставкой в проводящем наддувочный воздух соединительном канале между компрессором ступени низкого давления газотурбинного нагнетателя и компрессором ступени высокого давления газотурбинного нагнетателя, а также участком (16) соединительного канала. Соединительный канал на этом участке своей стенкой образует внешнюю стенку охладителя наддувочного воздуха. Этим он ограничивает объем расхода воздуха, достаточный для эффективного охлаждения наддувочного воздуха, обтекающего встроенную охлаждающую вставку, за счет прохождения через охлаждающую вставку охлаждающей среды. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с двухступенчатым газотурбинным нагнетателем и с охладителем наддувочного воздуха в соединительном канале между компрессором ступени низкого давления и компрессором ступени высокого давления.
Двигатель внутреннего сгорания с такими признаками известен, например, из DE 19961610 А1. При этом, хотя в соединительном канале между компрессором ступени низкого давления и компрессором ступени высокого давления предусмотрен охладитель наддувочного воздуха, однако остается открытым вопрос о том, каким образом выполнен этот охладитель наддувочного воздуха.
Поэтому задачей изобретения является создание охладителя наддувочного воздуха, который принимает в расчет пространственно уплотненные пропорции в двигателе внутреннего сгорания между компрессорами низкого и высокого давления.
Эта задача в двигателе внутреннего сгорания соответствующего родовому понятию типа в соответствии с изобретением решается с помощью охладителя наддувочного воздуха, охарактеризованного в отличительной части п.1 формулы изобретения типа.
Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению технического решения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующий изобретению охладитель наддувочного воздуха отличаетсякрайнемалой,но,несмотрянаэто,эффективной конструкцией.Благодарятому,чтоохлаждающаявставкаможет вставлятьсявспециальнообразованный участоксоединительного каналамеждукомпрессоромнизкогодавлениягазотурбинного нагнетателяикомпрессоромвысокогодавлениягазотурбинного нагнетателя, и этот участок соединительного канала своей стенкой образует внешнюю стенку охладителя наддувочного воздуха, с одной стороны,возможнопростоеизготовлениеэтихконструктивных элементов, а с другой стороны, также возможно осуществление их простогомонтажамеждуобеимиступенямигазотурбинного нагнетателя. Достаточно сильное охлаждающее действие достигается поэтому благодаря тому, что охлаждающие трубки снаружи снабжены большимколичествомреберохлаждения,которыеобеспечивают соответствующий теплообмен.
Далее соответствующий изобретению охладитель наддувочного воздуха поясняется еще более подробно посредством варианта осуществления, представленного в чертежах, которые показывают:
фиг.1 - принципиальное представление двигателя внутреннего сгорания с 2-ступенчатым нагнетанием и охлаждением наддувочного воздуха между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления,
фиг.2 - вариант осуществления соответствующей изобретению охлаждающей вставки в разрезе,
фиг.3 - крышка, относящаяся к варианту осуществления по фиг.2,
фиг.4 - вариант осуществления участка соединительного канала между компрессорами обеих ступеней газотурбинного нагнетателя в виде части соответствующего изобретению охладителя наддувочного воздуха,
фиг.5 - вариант осуществления соответствующего изобретению охладителя наддувочного воздуха при использовании охлаждающей вставки по фиг.2, крышки по фиг.3 и участка соединительного канала по фиг.4,
фиг.6 - поперечное сечение изображения по фиг.5 вдоль имеющейся там линии VI-VI.
На фиг.1 показан наддуваемый двигатель 1 внутреннего сгорания, соединенный с выпускными каналами цилиндра, коллектор отходящих газов которого обозначен цифрой 2, а соединенный с входными каналами цилиндра коллектор наддувочного воздуха - цифрой 3. С двигателем 1 внутреннего сгорания согласован 2-ступенчатый газотурбинный нагнетатель, ступень 4 высокого давления которого имеет приводящую в действие компрессор 5 турбину 6, а ступень 7 низкого давления которого имеет приводящую в действие компрессор 8 турбину 9. Турбина 6 ступени 4 высокого давления посредством трубопровода 10 отходящих газов соединена с коллектором 2 отходящих газов, а посредством соединительного канала 11 - с турбиной 9 ступени 7 низкого давления. Компрессор 5 ступени 4 высокого давления посредством трубопровода 12 наддувочного воздуха соединен с коллектором 3 наддувочного воздуха, а посредством соединительного канала 13 - с компрессором 8 ступени 7 низкого давления. В соединительном канале 13 имеется охладитель 14 наддувочного воздуха. Этот охладитель 14 наддувочного воздуха выполнен в соответствии с изобретением и в соответствии с последующим описанием.
Согласно изобретению охладитель 14 наддувочного воздуха образован пропускающей охлаждающую среду охлаждающей вставкой 15 (см. фиг.2) в соединительном канале 13, через который направляется наддувочный воздух, и имеющим специальную форму участком 16 соединительного канала 13 (см. фиг.3, 4), причем соединительный канал 13 на этом участке 16 своей стенкой 17 образует внешнюю стенку охладителя 14 наддувочного воздуха и благодаря сформированной соответствующим образом конфигурации ограничивает объем расхода воздуха, достаточный для эффективного охлаждения наддувочного воздуха, обтекающего встроенную в него охлаждающую вставку 15 (см. фиг.5), за счет проходящей через охлаждающую вставку 15 охлаждающей среды.
Какхорошовидноизфиг.2,охлаждающаявставка15образована потипупредварительнособранногокартуша.Этаохлаждающаявставка15состоитизмонтажнойплиты18и нескольких,напримертрех,снабженных снаружи большим числом ребер охлаждения (см. фиг.6) охлаждающих трубок 19, 20, 21. При этом каждая охлаждающая трубка 19, 20, 21 на одном своем конце имеетвыполненныйвформекруговогоцилиндрабуртик22,с помощью которого она устанавливается перпендикулярно к монтажной плите 18 в глухое отверстие 23 в ней, например впрессовывается, ввариваетсяиливпаивается.Надругомсвоемконцекаждая охлаждающая трубка 19, 20, 21 несет на имеющем форму кругового цилиндра буртике 24 уплотнительную втулку 25. Внутри охлаждающей вставки 15 каждая охлаждающая трубка 19, 20, 21 сообщается своимвнутреннимотверстием 26сраспределительным каналом 27, выполненным в монтажной плите 18.
Соединительный канал 13 на образующем часть охладителя 14 наддувочного воздуха участке 16 состоит из, в достаточной степени, прямой области участка 16 охлаждающей трубки и двух отходящих в стороны у его соответствующей концевой области перед осевым концом 28, 29 колен 30, 31. При этом выполненная по типу картуша предварительно собранная охлаждающая вставка 15 при ее конечном монтаже имеет возможность вдвигаться через открытый конец 28 прямого участка 16 соединительного канала 13 в его внутреннее пространство, причем она плотно входит уплотнительными втулками 25 на охлаждающих трубках 19, 20, 21 в выполненные на противоположном осевом конце 29 участка 16 крепежные отверстия 32 и в конечном итоге своим фланцем своей монтажной плиты 18 герметично закрепляется несколькими винтами 33 в осевом конце 28. Наконец, прямой участок 16 соединительного канала 13 на своем прилегающем к уплотнительной втулке 25 конце 29 закрывается посредством закрепляемой там крышки 34. Эта крышка 34 имеет внутри снабжаемый извне охлаждающей средой (см. стрелку 35) распределительный канал 36, с которым сообщается часть охлаждающих трубок, здесь охлаждающие трубки 20, 21. Кроме того, крышка 34 имеет внутри соединенный с наружным, отводящим охлаждающую среду, каналом, обозначенным стрелкой 37, отводной канал 38, с которым сообщается (сообщаются) остальная (остальные) охлаждающая трубка (охлаждающие трубки), здесь охлаждающая трубка 19.
В представленном примере соответствующая изобретению охлаждающая вставка 15 имеет три расположенные параллельно в плоскости на малом расстоянии друг от друга, имеющие одинаковую протяженность и аналогично выполненные охлаждающие трубки 19, 20, 21 (см. фиг.6), через две из которых (20, 21) параллельно в одном направлении (см. стрелку 39 на фиг.5) проходит охлаждающая среда, а третья охлаждающая трубка 19 пропускает охлаждающую среду в другом направлении (см. стрелку 40) и образует частично проходящий внутри охлаждающей вставки отводной канал для охлаждающей среды.
Соединительный канал 13 на участке 16 вокруг охлаждающей вставки 15 окружает ее своей стенкой 17 на некотором, не слишком большом расстоянии, которое меньше, чем внешний диаметр охлаждающих трубок 19, 20, 21.
В этом охладителе 14 наддувочного воздуха, несмотря на его относительно небольшие габариты, за счет интенсивного прохождения охлаждающей средой охлаждающих трубок 19, 20, 21 и внутреннего контакта проходящего через охлаждающую вставку 15 на участке 16 соединительного канала наддувочного воздуха с ребрами охлаждения охлаждающих трубок 19, 20, 21 достигается достаточно эффективное охлаждающее действие.
1. Двигатель внутреннего сгорания с 2-ступенчатым газотурбинным нагнетателем и с охладителем (14) наддувочного воздуха в соединительном канале (13) между компрессором (8) ступени (7) низкого давления и компрессором (5) ступени (4) высокого давления, отличающийся тем, что охладитель (14) наддувочного воздуха образован пропускающей охлаждающую среду охлаждающей вставкой (15) в проводящем наддувочный воздух соединительном канале (13) между компрессором (8) ступени (7) низкого давления газотурбинного нагнетателя и компрессором (5) ступени (4) высокого давления газотурбинного нагнетателя, а также участком (16) соединительного канала (13), причем соединительный канал (13) на этом участке (16) своей стенкой (17) образует внешнюю стенку охладителя (14) наддувочного воздуха и ограничивает объем расхода воздуха, достаточный для эффективного охлаждения наддувочного воздуха, обтекающего встроенную охлаждающую вставку (15), имеющую возможность прохождения через охлаждающую вставку (15) охлаждающей среды.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что охлаждающая вставка (15) выполнена по типу картуша и состоит из монтажной плиты (18), а также нескольких, например трех, снабженных снаружи большим числом ребер охлаждения охлаждающих трубок (19, 20, 21), причем каждая охлаждающая трубка (19, 20, 21) на одном своем конце имеет выполненный в форме кругового цилиндра буртик (22), с помощью которого она установлена: впрессована, или вварена, или впаяна - перпендикулярно относительно монтажной плиты (18) в ее глухое отверстие (23), и на своем другом конце, на буртике (24), выполненном в форме кругового цилиндра, несет уплотнительную втулку (25), и при этом каждая охлаждающая трубка (19, 20, 21) своим внутренним отверстием (26) сообщена с выполненным в монтажной плите (18) распределительным каналом (27).
3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что соединительный канал (13) в области охладителя (14) наддувочного воздуха имеет прямой участок (16) и два отходящих в стороны у соответствующей концевой области перед его осевым концом (28, 29) колена (30, 31), причем через один открытый осевой конец (28) выполненная по типу картуша предварительно собранная охлаждающая вставка (15) при ее конечном монтаже имеет возможность вдвигаться во внутреннее пространство участка (16) и при этом уплотнительными втулками (25) на охлаждающих трубках (19, 20, 21) входит в образованные на противоположном осевом конце (29) прямого участка (16) в соединительном канале (13) крепежные отверстия (32) и может герметично прикрепляться фланцем своей монтажной плиты (18) в одном осевом конце (28), причем прямой участок (16) соединительного канала (13) на своем прилежащем к уплотнительным втулкам (25) конце (29) закрыт закрепленной там крышкой (34), которая внутри имеет снабжаемый извне охлаждающей средой распределительный канал (36), с которым сообщается часть (20, 21) охлаждающих трубок (19, 20, 21), а, кроме того, внутри имеет отводной канал (38), соединенный с наружным отводным каналом охлаждающей среды, с которым сообщается (сообщаются) остальная (остальные) охлаждающая трубка (19) (охлаждающие трубки).
4. Двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что выполненная по типу картуша охлаждающая вставка (15) имеет три расположенные параллельно рядом друг с другом, имеющие одинаковую протяженность и аналогично выполненные охлаждающие трубки (19, 20, 21), из которых через две (20, 21) проходит параллельно в одном направлении охлаждающая среда, а третья (19) пропускает охлаждающую среду в другом направлении и образует частично расположенный внутри охлаждающей вставки отводной канал для охлаждающей среды.
5. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что соединительный канал (13) на участке (16) вокруг охлаждающей вставки (15) окружает своей стенкой (17) охлаждающую вставку на расстоянии, которое меньше диаметра охлаждающей трубки (19, 20, 21).
