Волновой обменник давления

Волновой обменник давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и1947479 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 201180 (2i ) 3228740/25-06 (И) М. Кл.

F 04 F 11/02

F 02 В 33/42 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано.3007.82. Бюллетень ¹ 28 (531 УДК 621. 4 3. .052(088.8) Дата опубликования описания 300782 (72) - из (71) Заявитель институт им.Н.Е.Жуковского (54) ВОЛНОВОЙ ОВИВННИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к устройствам для сжатия газов путем использования волн давления и может быть использовано в устройствах для наддува двигателя внутреннего сгорания.

Известны волновые обменники дав= ления, используемые в системе наддува двигателя внутреннего сгорания для обмена давления наддувочного воздуха И отработавших газов, содержащие ротор, разделенный на ячейки, и торцовые плиты, одна из которых снабжена парой окон для впуска сжимаемого и выпуска сжатого воздуха, а вторая — соответствующей парой окон для впуска сжима-он их и выпуска расширившихся газов. В ячейках ротора распространяются волны давления, возникающие при впуске газов, и вол-, ны разрежения, возникающие при отсечке газов и воздуха, в результате чего происходит обмен давления между воздухом и газом без их смешения (1).

Однако при вЫсоких степенях сжатия диссипативные процессы, вызванные обменом массой, импульсом и энергией в ячейках ротора, снижают эфЪ фективность известных обменников давления.

Известны также волновые обменники давления, в которых для снижения отрицательного влияния диссипативных процессов в торцовых плитах предусмотрены дополнительные окна, примыкающие к впускным или выпускным

)0 окнам и позволяющие отделить образующуюся в каждой ячейке зону смешения воздуха и газов E2) .

Однако устройство плит и дополнительных окон в этих обменниках не предназначено для. использования волновых явлений в ячейках с целью повышения эффективности обмена давлений.

Цель изобретения — повыаение эффективности волнового обменника. давле20 иЯ

Поставленная цель достигается тем, что в каждой плите по обе стороны от окна для впуска выполнены дополнительные окна среднего давления, сообщенные между собой при помощи перепускного канала.

На чертеже изображена развертка обменника давления по ячейкам ротора.

Обменник давления содержит ротор

1, разделенный на ячейки, границы между которыми обозначены линиями, 947479

10 параллельными оси ротора, плиту 2 с окном 3 впуска "сжимающих газов высокого давления, например отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, дополнительным окном 4 выпуска и дополнительным окном 5 5 впуска газов среднего давления, соеди-, ненными между собой перепускным каналом б, и окном 7 выпуска расширившихся газов, торцовую плиту 8 с окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления, дополнительным окном 10 выпуска и дополнительным окном 11 выпуска. сжатого воздуха среднего давления, соединенных при помощи перепускного канала 12, а также с окном 13 впуска сжимаемого воздуха.

Дополнительные окна, соединенные ,каналом в каждой плите, расположенЫ по обе стороны окон впуска.

Обменник давления работает следующим образом.

При вращении ротора,1 каждая ячейка, заполненная средой, имеющей среднее давление, соединяется с окном 3 впуска сжимающих газов высокого давления. По ней начинает распространяться со скоростью звука или сверхзвуковой волна сжатия (изображена штирхпунктирной линией). Слева от нее, если смотреть со стороны впуска воздуха, давление равно среднему, справа-давлению сжимающих газов в окне 3 впуска. Когда волна сжатия достигнет конца ячейки рото,ра, ячейка соединяется с окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления. Среда, находящаяся в канале под повышенным давлением за волной сжатия, поступает в окно 9 выпуска.

Отразившись от входной кромки окна 4Q

9, волна сжатия распространяется в виде отраженной волны сжатия в обратном направлении.

Скорость движения среды в ячейке значительно ниже скорости распрост- 45 ранения волн. Между воздухом, запол« няющим ячейку, и газами существует зона смешения. На чертеже условно изображена граница раздела (штриховая линия).

Отраженная волна сжатия достигнет конца ячейки ротора в тот момент, когда прекращается .ее соединение с окном 3. Слева и справа от этой волны давление одинаково, а по величине равно давлению в окне 3 впуска сжимающих газов высокого давления.

От отсечной кромки окна 3 распространяется волна расширения, достигающая конца ячейки ротора тогда, когда прекращается ее соединение с 60 окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления ° Слева от этой волны, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление такое же как в окне 3 впуска сжимающих газов g5 высокого давления, а справа ниже за счет утечек.

Когда оба конца .ячейки ротора закрыты на участке движения межцу окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления и.дополнительным окном 4 выпуска газов среднего давления, в ней существуют слабые отраженные волны, не оказывающие существенного влияния на газодинамический процесс в роторе обменника давления. Угловая скорость вращения ротора и взаимное расположение окон 3 и 9 выбираются так, чтобы граница раздела чистого воздуха и сжимающих газов не успевала достигнуть конца ячейки ротора, когда она будет отключена от окна 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления. При этом не будет поступления выхлопных газов в наддувочный воздух.

При дальнейшем повороте ротора 1 ячейка соединяется с окном 4 выпуска сжимающих газов среднего давления.

От входной кромки окна 4 распространяется волна расширения. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление приблизительно равно давлению в окне 3 впуска сжимающих газов высокого давления, а справа равно среднему. Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи воздуха в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 4 отключает ячейку слева и справа от отраженной волны давление среды в ячейке равно среднему.

Во время соединения ячейки ротора с окном 4 газы выходят из ячейки и по перепускному каналу 6 поступают к окну 5 впуска газов среднего давления. От входной кромки окна 5 впуска распространяется волна сжатия. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно давлению в окне 11 впуска сжатого воздуха среднего давления, а справа равно давлению среднему давлению газов. Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи воздуха в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 5 впуска газов среднего давления отключает его.

Слева и справа от отраженной волны давление среды в ячейке равно среднему. При движении ячейки ротора на участке между окном 5 впуска газов среднего давления и окном 3 впуска сжимающих газов высокого давления, когда оба конца его закрыты, в ней существуют слабые отраженные волны. Таким образом осуществляется сжатие воздуха в ячейке ротора от низкого до среднего давления, чем существенно снижается интенсивность диссипативных процес947479 снижается интенсивность диссипативных процессов при последующем сжатии до среднего давления среды в ячейке.

Затем ячейка соединяется с окном

7 выпуска расширившихся газов. От входной кромки окна 7 распространяется волна расширения. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно-среднему, справа ниже атмосферного. Выхлопные газы выходят в атмосферу из канала ротора и, когда волна расширения достигает входной кромки окна 13 впуска атмосферного воздуха,. в ячейку поступает атмосферный воздух.

При соединении ячейки с окнами 7 и 13 одновременно в нем имеются слабые отраженные волны.

После полного удаления расширив шихся газов из ячейки ротора отсечная кромка окна 12 впуска-атмосферного воздуха отключает ячейку. От нее распространяется слабая волна сжатия, достигающая отсечной кромки окна 7 выпуска расширившихся газов, когда прекращается подключение ячейки к этому окну. Слева от

1 волны сжатия, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление ниже атмосферного, справа — приблизительно атмосферное.

На участке перемещения между окном 7 выпуска расширившихся газов и окном 12 впуска сжатого воздуха среднего давления в.канале существуют слабые отраженные волны. Канал ротора заполнен чистым воздухом, давление в нем приблизительно атмосферное.

Таким образом, процесс сжатия в ячейке осуществляется как бы в две ступени, потери от диссипации снижаются и эффективность обменника давления повышается.

Формула изобретения

Волновой обменник давления, преимущественно обменник давления

,,наддувочного воздуха и отработавших газов двигателя внутреннего ñãîðà, ния, содержащий ротор, разделенный на ячейки, и торцовые плиты, одна из которых снабжена парой окОн для

:впуска сжимаемого и выпуска сжато.го воздуха, а другая - соответствующей.парой окон для впуска сжимающих и выпуска расширившихся газов, о тл и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения эффективности, в каждой плите по обе .стороны от окна для впуска выполнены дополнительные окна среднего давления, сообщенные между собой при помощи - перепускного канала.

Источники йнформации, принятые вр внимание при экспертизе

1.Патент Швейцарии Р 378 595, кл. 46 8/04, опублик. 1964.

2. Патент CIQA Р 3 082 934, кл. 417-64, опублик. 1963. сов при последующеМ сжатии до высо-, кого давления.

После отключения я-ейки ротора от окна 4 выпуска газов среднего давления среда в ней имеет среднее давление. Когда ячейка перемещается на участке между окном 4 выпуска газов среднего давления и окном 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления, оба конца его закрыты, в ней существуют слабые отраженные 10 волны, не влияющие на газодинамический процесс в ячейки ротора обменни.— ка давления. В следующий момент времени ячейка ротора подключается к окну 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления воздуха. От входной кромки окна 10 распространяется волна расширения. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно среднему давлению воздуха, а справа — низкому.

Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи выхлопных газов в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления отключает ячейку. Слева и справа от отраженной волны давление среды в канале равно среднему давлению воздуха.

На учаетке движения между окном

10 выпуска сжатого воздуха среднего давления и окном 7 выпуска расширившихся газов,.когда оба конца ячейки закрыты, в ней имеются слабые отраженные волны. Во время соединения ячейки ротора с окном 10 выпуска сжатый воздух среднего давления выходит по каналу 12 и поступает к окну 11 впуска сжатого воздуха сред- 40 него давления.

От входной кромки окна 11 впуска распространяется волна сжатия. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно ат- 45 мосферному, а справа — среднему дав:лению воздуха.

Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи выхлопных газов в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 11 впуска сжатого воздуха ,среднего давления отключает его.

Слева и справа от отраженной волны давление равно среднему давлению воздуха. Слабые отраженные волны, Существукпдие в ячейке, при движении на участке от окна 11. впуска сжатого воздуха среднего давления до окна 5 впуска газов среднего давления, когдаб0 концы ячейки закрыты, не влияют на газодинамический процесс. Таким образом осуществляется сжатие воздуха в канале ротора от атмосферного до среднего давления, благодаря чему, 65

947479

f2

Составитель М. Файн .

Редактбр И. Тыкей Техред Л. Пекарь Корректорн Король

Заказ 5586/54 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4