CN1031422C - 气波增压器 - Google Patents
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Abstract
一种用于柴油机排气增压的气波增压器，由外筒、转子、燃气定子、空气定子、主轴等几部分组成，在燃气定子和空气定子的圆周方向，各开有进气阀口及排气阀口两个，全对称安排，燃气定子的进气阀口的排气阀口的开口角度分别为25°-50°和90°-114°，空气定子的排气阀口和进气阀口的开口角度分别为25°-44°和60°-82°，本发明与涡轮增压器相比，具有机械结构简单，加速性能好，对负荷变化反应快，无喘振现象等优点。
Description
本发明涉及一种用于柴油机排气增压的气波增压器。
柴油机和其他热机(如蒸气机、汽轮机、汽油机及燃气轮机等)一样，向外输出的机械功是由燃料燃烧后的热能转化而来，因此，柴油机的功率就决定于单位时间内喷进柴油机的燃油量及其转化效果(热效率)。然而，为了确保燃油能完全燃烧而转变成有效的机械功，必须向气缸送进同燃油相适应的一定量的空气，如果把送入气缸的空气预先进行压缩，增加空气密度，那么在相同气缸容积下，单位时间内就可送入较多的空气，与此相应就能燃烧更多的燃油，从而就可增加柴油机的功率，这就是所谓“增压”。柴油机为实现增压所设置的提高空气压强的部件就称为增压器。柴油机采用增压器是提高柴油机的功率、改善经济性、减少机器单位功率体积和降低单位功率重量的最有效措施之一。目前柴油机实现增压采用的有机械驱动式增压器，废气涡轮增压器以及复合式增压器等几类，而大多数柴油机是采用涡轮增压器。增压所需的功率由柴油机排气能量提供，即柴油机的排气驱动增压器的涡轮，由涡轮带动同轴的压气机来压缩空气，把压缩后的空气经空气冷却器冷却后再送入气罐。这种类型的涡轮增压器其结构比较复杂，零部件较多，同时具有喘振问题。
本发明的目的是为克服现有柴油机增压器存在的缺点，提供一种结构简单的，对负荷变化反应快并能消除喘振的一种新型增压器——气波增压器。
气波增压器的工作原理，完全不同于常用的涡轮增压器，它通过适当组织一系列的压缩波和膨胀波，使柴油机排气与来自大气的空气直接接触，燃气将能量传递给空气，使空气的压强和密度均得到增加，再进入柴油机，从而使柴油机的输出功率增加，达到气波增压的目的。
气波增压器主要由外筒、转子、燃气定子、空气定子、主轴等几部分组成。转子是一个园柱型的零件，由内外筒和叶片组成，叶片将转子分成若干放射状排列的槽道，每一条槽道都与转子轴线相平行。气波增压器工作时燃气和空气就在这些槽道中进行能量交换。转子安装在主轴上，主轴由两个滚动轴承支承悬臂装配在空气定子上，主轴由其它动力源经皮带带动旋转，转子两端分别是空气定子和燃气定子，它们分别是新鲜空气、压缩空气和柴油机排放燃气、气波机排出废气的通道。两个定子之间有一个筒状的外壳，外筒用来连接固定两个定子并保护转子。其工作过程是：柴油机排出的高温、高压燃气，在热端燃气进气阀口处进入转子，与转子内的低压空气直接接触，将能量以压缩波方式传递给空气，使空气的压强和密度升高。燃气损失能量后，其温度及压强均有下降，然后退出转子，在热端的废气排气阀口处，向外排入大气。来自大气的空气，在冷端空气进气阀口处进入转子，与燃气直接接触，并从之获得能量，其压强和密度升高后，在冷端增压空气排气阀口处，自转子退出，向外送入柴油机。设计燃气定子和空气定子进、排气阀口大小的不同，以及它们间的相对位置，是产生一系列的压缩波和膨胀波，以及控制燃气和空气的进气和排气的时间和流量，从而达到增压空气的目的的关键技术。本发明所设计的燃气定子和空气定子，其园周方向，各开有进气阀口及排气阀口两个，呈对称安排。燃气定子的燃气进气阀口(简称GR口)的开口角度为25°～50°，废气排气阀口(简称DR口)的开口角度为90°～114°；增压空气空气定子的排气阀口(简称GK口)的开口角度为25°～44°，空气进气阀口(简称DK口)的开口角度为60°～82°。燃气定子的燃气进气阀口(GR口)与空气定子的增压空气排气阀口(GK口)之间的相位差为12°～18°。
气波增压器是一项新技术，有其独特的优点。与涡轮增压器相比，本发明具有机械结构简单，易于加工制造，无“喘振”现象，运行范围广，额定转速低，只有7000～12000转/分，平均工作温度低，无须采用特种优质钢等特点，柴油机匹配气波增压器，其加速性能好，对负荷变化反应快，低转速下油耗低和扭矩大(可以采用较少变速的齿箱)。
附图1为气波增压器结构简图；
附图2为燃气定子阀口布置示意图。
附图3为空气定子阀口布置示意图。
以下结合附图详述本发明实施例的结构细节：
本实施例为一台型号为W100的气波增压器如图1所示。包括外筒5，转子4，燃气定子6，空气定子3，主轴2等部件，转子4用一根螺杆拉杆7穿过主轴2中心孔在外侧用螺母固定在主轴2上，主轴2由两个滚动轴承1a和1b支承悬臂装配在空气定子上，主轴2和转子4由其它动力源经安装在主轴4上的带轮15带动旋转，空气定子3和燃气定子6分别位于转子4的两端，两个定子通过若干固定螺钉固定在用于保护转子的筒状外壳5上，在燃气定子6上具有热端阀片8，该阀片把燃气定子分隔形成两个燃气进气阀口9和两个废气排气阀口10，两个燃气进气阀口9和两个废气排气阀口10在圆周方向分别呈对称安排。在空气定子3个具有冷端阀片12，该阀片把空气定子分隔形成两个空气进气阀口14和两个增压空气排气阀口13，两个空气进气阀口14和两个增压空气排气阀口13在圆周方向分别呈称安排。上述各进气阀口和排气阀口的开口最佳角度可在下述角度范围内选择确定：燃气进气阀口(简称GR口)为25°～50°，废气排气阀口(简称DR口)为90°～114°，增压空气排气阀口(简称GK口)为25°～44°，空气进气阀口(简称DK口)为60°～82°，燃气定子的燃气进气阀口(GR口)与空气定子的增压空气排气阀口(GR口)之间的相位差可在12°～18°的范围内选择确定。本实施例选用如下一组参数：GR口的开口角度为34°，DR口的开口角度为110°，GK口的开口角度为30°，OK口的开口角度为81°，GK口与GK口之间的相位差为14°(如图2.图3所示)本实施例外形尺寸长×宽×高为581×230×270毫米，转子直径为168毫米，与一名转速为1500转/分的61352G型柴油机匹配，柴油机增压前的额定输出功率为120马力，增压后达到194马力，瞬时最大功率为210马力，增加了62％以上，空气增压比为1.8。
Claims (2)
1、一种用于柴油机增压的气波增压器，由外筒、转子、燃气定子、空气定子、主轴等几部分组成，转子安装在主轴上，主轴装配在空气定子上，转子两端分别是空气定子和燃气定子，两个定子之间是外筒，该气波增压器其特征在于燃气定子和空气定子的圆周方向，各开有进气阀口及排气阀口两个，呈对称安排，燃气定子的进气阀口(称GR口)的开口角度为25°～50°，排气阀口(称OR口)的开口角度为90°～114°，空气定子的排气阀口(称GK口)的开口角度为25°～44°进气阀口(称OK口)的开口角度为60°～82°。
2、根据权利要求1所述的气波增压器，其特征在于燃气定子的进气阀口(GR口)与空气定子的排气阀口(GK口)之间的相位差为12°～18°。
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