Газодинамический обменник давления

 

Вйтен б, б:,ио н-:" а ." А

Союз Советск их

Социалистические

Республик (iii742615

Ж

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (5! )М. Кл.

Г 02 В 33/42 (22)Занвлено 11.01.78 (21) 2570171/25-06 с присоединением заявки J% (28 ) Г1 риори тет.Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.06.80 Бюллетень М

Дата опубликования описания 25.06.80 (53 ) УД К621.43. .05 2 (088.8) (72) Автор изобретения

С. И. Ломов (7l) Заявитель (54) ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности дизелестроения, а именно к устройству газодинамических обменников давления, используемых в системе наддува дизеля.

Известны газодинамические обменники давления, содержащий ротор с прямолинейными ячейками, вращающийся в статоре между торцовыми плитами, одна из которых снабжена окнами для впуска и выпуска сжимаемого воздуха, а другая — окнами для подвода и отвода сжимающего газа (1).

Обмен давления между газом и воздухом основан на распространении волн давления в ячейках ротора. Поэтому необходимо, чтобы момент сообщения торца ячейки с соответствующим окном совпадал с моментом приближения к этому торцу волны давления. Периодичность открытия окон зависит от частоты вращения ротора, а скорость распространения волн в ячейках — от параметров рабочей среды. В случае рассогласования скоростей распространения волн с частотой вращения эффективность обмена давления снижается и возможно перемешивание сред.

Известен обменник в котором между окнами для впуска и выпуска сжимающего воздуха (по ходу вращения ротора) в торцовой плите выполняют утлубление и между окном для отвода газа и окном для подвода газа (также по ходу вращения ротора), в другой плите размещают дополнительную полость и сообщают ее с боковой поверхностью последнего при помощи канала в перемычке (2).

Углубление снижает вредное влияние, оказываемое на процесс обмена отраженными волнами, в случае рассогласования скорости распространения волн с частотой вращения ротора, а дополнительная полость повышает положительное действие кармана, Однако в известных обменниках дополнительная полость и канал выполнены постоянного сечения, что не позволяет регулировать их влияние на,рабочий процесс и сужает диапазон рабочих режимов обменника давления.

7426 I 5

Целью изобретения является повышение эффективности и расширение диапазона рабоч1гх режимов обменника давления.

Для этого в предлагаемом обменнике канал выполнен в виде группы отверстш, размещенных в леремычке с наклоном от торцовой поверхности ротора к дну полости, и снабжен дросселем переменного сечения. Лроссель может быть выполнен в виде заслонки, установленной с возможностью ее перемещения вдоль перемычки, На фиг. 1 схематически изображен описываемый обменник давлений, разрез, на фиг.2— плита с окнами для впуска и выпуска сжимаемого воздуха, вид с торца; на фиг. 3 — плита с окнами для подвода и отвода сжимающего газа, вид с торца; на фиг. 4 — развертка по ячейкам ротора с нанесенными на нее волнами давления; на фиг. 5 — сечение А — А на фиг, 4.

Обменник давления состоит из ротора 1 с прямолинейными каналами 2, расположенными по окружности D вдоль оси ротора. Статор

3 снабжен торцовой плитой 4, в которой по ходу вращения ротора расположены. дополнительная полость 5 с ведущей "а" и ведомой

"в" кромками, окно б подвода газов высокого давления с ведущей "с" и ведомой "d" кромками и окно 7 отвода газов низкого давления с ведущей е и ведомой Х" кромками. В торцовой плите 8 по ходу вращения ротора расположены углубление 9 с ведущей "ц" и ведомой "h" кромками, окно 10 выпуска воздуха под высоким давлением с ведущей ) и ведомой "k" кромками и окно 11 выпуска воздуха низкого давления с ведущей кромкой "6" и ведомой кромкой "m".ÇàñJ1îíêà 12 с перепускны ми отверстиями 13 (фиг. 4, 5) установлена с воэможностью перемещения вдоль перемычки 14 между дополнительной полостью 5 и впускным окном 6 с приводом от регулирующего устройства 15. В перемычке расположена группа отверстий 16, наклоненных от торца ротора к дну полости 5. Регулирующее устройство 15 может быть выполнено любымизвестным образом. В частности, рабочая полость регулирующего устройства может быть соединена с окнами обменника давления, с выпускной или впускной системами двигателя внутреннего сгорания, с гидравлическим приводом от рейки топливного насоса или от системы дистанционного управления двигателем. Эффективное проходное сечение Еотв. перепускных отверстий 13 изменяется в зависимости от режима работы двигателя при перемещении заслонки.

Направление вращения ротора 1 указано стрелкой U на фиг. 4. Каналы 2 последователь

50

5

4 но проходят в направлении вращения ротора кромки "а, b, h, c, j, d, k, е, L, m, q, f".

При вращении ротора обменника давления с номинальной скоростью начальная волна сжатия

"ah" распространяется от ведущей кромки "а" полости 5 и достигает противоположного конца канала 2, когда последний откроется ведущей кромкой "j" окна 10. Распространению отраженной волны сжатия в обратном направлении по каналу противодействует новая волна сжатия "jc", возникшая при подходе канала 2 к ведущей кромке "с окна 6. Взаимодействием волн сжатия ah и jc достигается повышение давления наддувочного воздуха.

Ступенчатым поджатием воздуха в каналах ротора одновременно с повышением степени сжатия достигается и другая цель — уменьшение зоны смешения воздуха с газом за счет снижения начальной скорости потока, входящего в каналы.

Отраженная волна сжатия е, возникающая у ведомой кромки "k" окна 10 выпуска воздуха высокого давления распространяется поканалу до подхода последнего к ведущей кромке " " окна 7 отвода газов низкого давления, С этого момента происходит свободное истечение газа из рассматриваемого канала ротора. К моменту открытия канала ведущей кромкой "6" окна 11 впуска воздуха низкого давления волна расширения "е г, создает частичное разрежение в канале, который начинает продуваться воздухом из атсмосферы.

Отраженная от открытого конца канала волна расширения (гп способствует вытеснению из канала отработавших газов. При подходе канала к ведущей кромке "q" углубления 9 слабая волна сжатия "mq™ опрокидывается сжатым воздухом, и вторичная слабая волна сжатия

qf распространяется по каналу до подхода последнего к ведущей кромке а", после чего цикл повторяется.

Если ротор 1 вращается со скоростью ниже номинальной, в обменнике давления происходит нарушение волнового режима и соответственно нарушается продувка каналов ротора. В результате часть отработавших газов остается в каналах 2 .ротора 1 до подхода к ведущей кромке "ц" углубления 9, заполненного продувочным воздухом. При уменьшении числа оборотов ротора 1 возрастает время прохождения каналом участка от кромки "q до кромки

"f" и волна сжатия qf продувочного воздуха достигает противоположного конца канала 2 до подхода его к ведомой кромке У окна 7 отвода газа низкого давления. Следовательно, имеет место допродувка каналов ротора от оставшихся в них продуктов сгорания до начала очередного цикла.

742615

45 давления.

1. Газодинамический обменпик давления, содержащий ротор с прямолинейными ячейками, вращающийся в статоре между торцовыми плитами, одна из которых снабжена окнами для впуска и выпуска сжимаемого воздуха и

Аналогично, волна сжатия ah, возникающая у ведущей кромки "а полости 5, достигает противоположного конца канала 2 до подхода его к ведомой кромке h углубления 9, который пополняется воздухом частично вытесненным из канала.

Таким образом, на неноминальных режимах работы обменника давления воздух из каналов

2 ротора 1 вытесняется в окно 10 взаимодействием вторичной волны сжатия )с не с пер вичной волной ah, а с ее отражением от перемычки 14. При форсировке транспортного двигателя по нагрузочно-скоростной характеристике перепускные каналы 13 частично перекрываются перемещением заслонки вправо.

При снижении нагрузки — проходное сечение перепускных каналов 13 увеличивается за счет перемегцения заслонки 12 влево.

Эффективное проходное сечение Еотв перепускных каналов 13, в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы двигателя, изменяют из условия обеспечения оптимальной скорости потока, входящего в каналы 2 ротора обменника давления из полости 5:

ИФ Ю о,А)6

F =F g1 отв кв

1-Ю где F — эффективное выходное сечение полости;

R — степень расширения газа, перепускаемого в полость;

K — степень расширения газа при входе ф в каналы ротора из полости.

Полость 5 находится в таком положении относительно углубления 9 и окна 10 выпуска воздуха, при котором при номинальной скорости вращения ротора 1 слабая волна сжатия, начинаюшаяся в каждом канале от ведушей кромки "q" углубления 9, точно достигает ведущей кромки "а" полости 5, усиливается и,после изменения направления достигает противоположного конца канала 2 к моменту подхода последнего к ведущей кромке "j окна 10 выпуска воздуха высокого давления, Ведомая кромка "в" полости 5 и ведомая кромка f выпускного окна низкого давления 7 перекрываются, соответственно, ведомой кромкой h" и ведущей кромкой "q* утлубления 9 из условия обеспечения эффективной продувки каналов ротора от оставшихся в них продуктов сгорания до начала очередного цикла, Наибольшее количество продуктов сгорания остается в каналах 2 ротора 1 при уменьшении нагрузки транспортного двигателя ниже 50% от номинальной. Поэтому ведомая кромка "f" окна 7 смещена относительно ведушей кромки "q" углубления 9 на такое

40 угловое расстояние, при котором при указанных нагрузках волна сжатия "qf" от продувоч. ного воздуха достигает противоположного КоНца канала 2 до подхода его к кромке "f".

Соответственно, ведомая кромка Ь углубления 9 смещена относительно ведущей кромки "а" полости 5 на такое угловое расстояние, при котором сжат и а1>", возникшая у кромки "а", при нагрузках менее 50% достигает противоположного конца рассматриваемого канала 2 до подхода его к кромке "h".

Ведомая кромка "k" окна 10 расположена относительно ведущей кромки "с окна 6 так, что за время прохождении каналом углового расстоян и между этими кромками вторичная волна сжатия высокого давления jc проходит расстояние, равное длине канала 2 ротора 1.

Аналогично, угловое расстояние между ведомой кромкой "k" окна 10 и ведущей кромкой "е" окна 7 определяется из периода прохождения по каналу отраженной волны сжатия ke. Ведущая кромка " " окна 11 расположена относительно ведущей кромки

"е" окна 7 на таком угловом расстоянии, при котором давление в канале к моменту открытия его ведущей кромкой " E всегда немного ниже атмосферного. Ведомая кромка

"m" окна 11 отстоит от ведушей кромки "q" углубления 9 на таком угловом расстоянии, что слабая волна сжатия " С1," достигает торца ячейки во всем диапазоне скоростных режимов работы обменника давления.

Угловое расстояние между ведомой и веду. щей кромками окна 6 определяется из условия обеспечения давления падцувочного воздуха для заданного коэффициента избытка воздуха при сгорании.

Наклон группы отверстий 16 в перемычке приводит к тому, что при работе обменника давления в полости 5 образуется вихревой поток, направление вращения которого в плоскости касания с входными кромками каналов

2 совпацает с направле пем вращения ротора 1, что снижает скорость и количество газа, поступающего в каналы 2 при частичном открытии их ведущей кромкой а" углубления. Прп такой организации потока уменьшается зона смешеши газа с воздухом и, следовательно, повышается КПД и спепень сжатия обменника

Формула изобретения

tZ авиа 5

Составитель М. Файн

Техред M,Èåòêî

Корректор А.Гриценко

Редактор Е, Кравцова

Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3432/32

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 утлублением, расположенным па ходу врашения ротора между ними, а другая — окнами для подвода и отвода сжимающего газа и дополнительной полостью, расположенной по ходу врашения ротора между окном для отвода газа и окном для подвода газа, примыкающей к последнему н сообшенной с ега боковой поверхностью при помощи канала в перемычке, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения диапазона рабочих режимов, канал выполнен в виде группы отверстий, размещенных в перемычке с наклоном от торцовой

742615 поверхности ротора к дну полости, и снабжен дросселем переменного сечения.

2. Обменник по и. 1, о т л и ч а юи и и - я тем, что дроссель выполнен в виде заслонки, установленной с возможностью перемещения вдаль перемычки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1, Патент США Р 2901163, кл. 417 — 64, 1959.

2. Патент США И 3120920, кл. 417 — 64, 1964.

И Р