Волновой обменник давления

Волновой обменник давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и883571

+ г ф с (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.03.80 (21) 2899604/25-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5l) М. Кл з

F 04 F 11 02

F 02 В 33/42

Госудорствеииый комитет

СССР

Опубликовано 23.11.81. Бюллетень № 43 (53) УДК 621,43. .052(088.8) по делан нзобретеннй н открытий

Дата опубликования описания 23.11.81

В. Г. Рябикин, И. И. Тимченко и Н. P. Междобаев ( (72) Авторы изобретения т

Харьковский автомобильно-дорожный институт им, Комсомола Украины (71) Заявитель (54) ВОЛНОВОЛ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству нагнетателей, перекачивающих воздух непосредственным воздействием сжатой среды и предназначенных для наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известны волновые обменннки давления, содержащие неподвижный барабан, разделенный на продольные ячейки, каналы подвода и отвода сжимающего рабочего тела к одному иэ его торцев, каналы подвода и отвода сжимаемого рабочего тела ко второму торцу, вращающиеся торцевые диски, снабженные окнами для поочередного сообщения ячеек с каналами, и соединенный с дисками вал, расположенный в центральной полости барабана и связанный с приводом.

Каждый торцевой диск может быть вы. полнен в виде днища стакана, охватывающего концевой участок барабана, и окна при этом располагаются по образующим цилиндрической части стакана.

При наддуве двигателей внутреннего сгорания при помощи волнового обменника давления сжимающим рабочим телом служат отработавшие газы двигателя, а сжимаемым — воздух. . Взаимное угловое положение торцевых дисков рассчитано на то, чтобы при работе двигателя на расчетном режиме волны давления и расширения, распространяющиеся в ячейках, достигали торцев каждой ячейки в момент, когда она сообщена с соответствующим каналом (1(и (2).

Однако если частота вращения привода обменника давления изменяется, то моменты сообщения торцев ячеек с каналами не совпадают, с моментами подхода волн к этим торцам, и эффективность обменннка да аления падает.

Известны волновые обменники давления,. позволяющие избежать рассогласования волн с фазами газообмена, выполненные в виде вращающегося барабана и неподвижных торцевых дисков. Неподвижность дисков позволяет изменять их взаимное угловое положение (3).

Такие обменники давления обладают серьезным недостатком, существенно затрудняющим их применение для наддува двигателей внутреннего сгорания, поскольку та883571 кне двигатели работают, как правило, в широком диапазоне частоты вращения.

Цель изобретения — повышение эффективности путем регулирования взаим ного углового положения торцевых дисков.

Для достижения поставленной цели обменник давления снабжен центробежным датчиком частоты вращения привода, а расположенный в полости барабана участок вала выполнен составным с соединением двух его частей прн помощи винтовой пары, связанной через исполнительный механизм, с датчиком частоты.

На фиг. 1 изображен волновой обменник давления, разрез; на фиг. 2 — каналы подвода и отвода сжимающего рабочего тела в аксонометрической проекции; на фиг. 3— датчик частоты вращения и винтовая нара; на фиг. 4 — схема идеального газодинамического процесса, происходящего в обменнике давления, представленного схематично на развертке; на фиг. 5 — схема распространения волн при снижении частоты вращения привода; на фиг. 6 — схема, обеспечиваемая предлагаемой системой.

Примечания на чертеже:

ВОД вЂ” волновой обменник давления;

ГВД вЂ” газ (рабочее тело) высокого чавлвния, в данном случае отработавшие газы двигателя;

ГНД вЂ” газ (рабочее тело) низкого давления;

ВВД вЂ” воздух (рабочее тело) высокого давления, в данном случае наддувочный воздух, поступающий в двигатель;

ВНД вЂ” воздух (рабочее тело) низкого, давления, т.е. атмосферный воздух, ноступающий в ВОД.

ВОД содер>кит неподвижный барабан, состоящий из кожуха 1 и полого вала 2, соединенных радиальными перегородками 3 и образующих продольные ячейки. С обоих торцев барабана установлены вращающиеся торцевые диски 4 и 5, предназначенные для поочередного сообщения ячеек с каналами подвода н отвода газа и воздуха (фиг. 1).

Сварная конструкция (фиг. 2) состоит из диска 4, в котором имеются окна, например для подвода ГВД и отвода ГНД, и двух полых конических секторов 6, сообщающихся с полым валом 7, через который поступает ГВД, и образующих каналы для подвода н отвода сжимающего рабочего тела.

Количество окон зависит от количества циклов работы ВОД за один оборот, в данном случае предполагается выполнение двух цик-лов за 1 оборот HOLI,.

На консольной части вала 7 предусмотрено уплотнение 8 (фиг. 1) для соединения с подводящим патрубком 9 ГВД 7

Одним нз вариантов такого уплотнения может быть так называемое бесконтактное газодинамнческое уплотнение, представляющее собой нарезанные на уплотняющихся поверхностях винтовые канавки, например прямоугольного профиля, отделяющее при относительном вращении области низкого и высокого давления.

Аналогичные уплотнения 10, 11 и 12 имеются в других местах сопряжения вращающихся и неподвижных деталей.

С противоположной стороны диск 5 и каналы для воздуха закрыты кожухом 13, на котором укреплен шкив 14 привода ВОД, например для клиноременной передачи двигателя.

46 Взаимное угловое положение дисков при изменении частоты вращения привода ВОД может быть осуществлено механизмом, установленным на расположенном в полости барабана участке вала 15, соединяющем диски 4 и 5 (фиг. 1), действие которого показано более подробно на схеме, приведенной на фиг. 3. Центробежный датчик 16 вызывает осевое перемещение Ь| части 17 вала 15, соединяющего торцевые диски. На конце этой части 17 имеется выступ 18, вхо2в дящий в зацепление с внутренней винтовой канавкой 19, нарезанной на конце неподвижной части 20 вала 15. Осевое перемещение Ы подвижной части 17 вала относительно неподвижной части вала 20.под действием центробежного датчика с изменением

1 скорости вращения ВОД преобразуется в угловой поворот распределителей Ь !, а следовательно и соответствующих окон относительно друг друга в нужном направлении.

Рычаги 21 и пружина 22 выполняют функзв цин исполнительного механизма.

Газодинамический цикл ВОД на расчетном режиме представлен схематично на развертке барабана (фнг, 4) и осуществляется .следующим образом.

Цикл начинается с того, что ячейка базю рабана заполняется свежим воздухом под действием атмосферного давления. Отработавшие газы из двигателя (ГВД) поступают в выпускной коллектор и через диск 4 под ,постоянным давлением перетекают в ячейки в барабана. Как только, вследствие вращения ,дисков, заполненная ВНД ячейка входит в контакт с каналом ГВД, возникает волна 23 давления, которая распространяется в ячейке со скоростью звука, снимает находящийся в ней воздух и вытесняет его в направле4s нии патрубка ВВД..

Вслед за волной давление в ячейку ротора входит ГВД. Поскольку распределители вращаются в направлении U,.ñîåäèíèòåëüная линия фронта волны в отдельных ячейках проходит под углом к осевому направлению. Волна 23 давления достигает конца ячейки примерно в тот момент, когда открывается выход ВВД. Волна. давленя „: &ражается от торца ячейки и возврай @йя в нее 8 виде волны 24. давления, кот|о д4г"доss жимает свежий воздух. В зоне выйя<аго abaления сжатый воздух вытекает во виуЫной коллектор, а из него поступает в двигатель.

Внезапная отсечка газового потока-:у- кромки, перекрывающей вход газов в ячейку из

8357! ней кромки 31 отверстия ГВД, заканчивается у нее.

Таким образом, происходит полное soeстановление правильной синхронизации глав ных волн ВОД, как показано на фиг. 6, еслй скорость вращения ВОД уменьшается или увеличивается по сравнению с расчетной

При этом ВОД с регулируемыми положением

В зоне 26 давление ниже, чем в зоне дисков работает с оптимальными КПД за. счет восстановления правильной синхронизации главных волн, благодаря чему в отверстии ВВД всегда поддерживается постоянное давление, независимо от скорости вращения

ВОД. Как было отмечено, при помощи предлагаемого ВОД можно . поддерживать не только заданное давление на входе в двигатель, но также можно удовлетворить требование изменяемости массового потока воздуха для поршневого двигателя.

Так, например, если скорость вращения поршневого двигателя уменьшается, а значит уменьшается и скорость вращения ВОД, то соответствующее уменьшение требуемой величины массового потока воздуха для поршневого двигателя автоматически производится ВОД, поскольку, благодаря наличию регулируемых дисков, массовый поток воздуха в отборном отверстии уменьшен без уменьшении КПД. При этом, так как регулируемые диски поддерживают практически постоянное давление в отверстии ВВД, то уменьшение скорости, вследствие уменьшения частоты вращения поршневого двигателя, автоматически вызывает уменьшение массовых потоков ВОД в соответствии с уменьшенной потребностью поршневого двигателя.

Таким образом, предлагаемый волновой ячейки барабана и заканчивается на против4т- обменник давления сохраняет требуемую синхронизацию волн для различных скоростей вращения и постоянное давление в от-. верстии ВВД, а также изменяет величину массового потока воздуха, необходимого для поршневого двигателя.

8 канала ГВД создает волну 25 разрежения, которая снижает давление газов и уменьшает до нуля скорость их движения. В тот момент, когда кромка, перекрывающая канал

ВВД, проходит первый конец ячейки, выпускные газы заполняют приблизительно две трети ячейки и отделяются от имеющегося воздуха зоной перемешивания. высокого давления, но выше, чем атмосферное, поэтому газы вытекают из ячейки в выпускное окно диска, как только диск поворачивается в положение, при котором ячейка сообщается с каналом отвода газов ГНД. Волна 27 разрежения, возникающая в ячейке, достигает правого ее конца в тот момент, когда устанавливается сообщение с каналом ВНД. Эта волна разрежения и отраженные волны 28, 29 и 30 создают повышенное давление у газового края ячейки, и газы вытекают в канал ГНД. При этом с воздушнок стороны этой ячейки образуется разрежение, и она заполняется свежим 20 воздухом. Когда выпускные газы и смесь газов с воздухом, естественно образующаяся при их непосредственном контакте, полкостью вытекает из ячеек, цикл может начинаться вновь с заполнения ячейки барабана свежим воздухом.

Если скорость вращения ВОД, например, уменьшается беэ соответствующего изменения углового положения отверстий на правой стороне относительно отверстий на левой стороне ВОД, то наблюдается полная рассинхронизацня главных волн ВОД, как. показано на фиг. 5. Поэтому, например, волна 23 сжатия, возникающая у передней кромки 31 отверстия ГВД, проходит через

Формула изобретения

Волновой обменник давления, преимущественно для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий неподвижный барабан, .разделенный на продольные ячейки. каналы подвода и отвода сжимающего рабочего тела к одному из его торцев, каналы подвода и отвода сжимаемого рабочего тела ко второму торцу, вращающиеся торцевые диски, снабженные окнами для поочередного сообщения ячеек с каналами, и соединенный с дисками вал, расположенный в центральной полости барабана и связанный с приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем регулиро-. вания взаимного углового положения торцевых дисков, обменник давления снабжен центробежным датчиком частоты вращения привода, а расположенный в полости бараположном распределителе перед передней кромкой 32 отверстия ВВД. В результате это приводит к возникновению главной отраженной волны 24, которая снова отражается, когда достигнет отверстия ГВД.

Кроме того, возникает волна 33 ускоренного разрежения у передней кромки 32 отверстия ВВД. Возникновение этих и нежелательных главных волн, вследствие рассинхронизации, приводит к возникновению обратного потока у отверстия ВВД, что вызывает не толькб существенное уменьшение давления в отверстии ВВД, но и уменьшение массового потока до величины, существенно меньшей, чем требуется для поршневого двигателя, для которого ВОД служит нагнетателем.

При помощи регулирования взаимного углового положения торцевых дисков можно скорректировать это состояние. Например, на фиг. 6 показано, как диски поворачиваются друг относительно друга на определенный угол так, что угловое смещение между окном ВВД и окном ГНД уменьшает ся настолько, что передняя кромка 32 отверстия ВВД занимает такое угловое положение, что волна 23, возникающая у перед35

88357I бана участок вала выполнен составным с соединением двух его частей при помощи винтовой .цдри связанной через исполнительный механизм е датчиком частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе е

l. Патент США № 25268)8, кл. 4I7 — 64, опублик. !950.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 6229%, кл. F 02 В 33/42, l974.

3. Патент США № 2836346, кл. 4l7 — 64, опублик. 1958. фиг.

883571 фиг.6

Составитель М. Файн

Редактор В. Данко Техред А. Бойкас Корректор E. Рошко

Заказ 10177/57 Тираж 715 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 36, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4