CS207606B2 - Turbocompressor - Google Patents

Description

Vynález se týká turbokompresoru s plynnou turbinou poháněnou výfukovými plyny motoru s vnitřním spalováním pro jeho plnění.

Při provozu motorů s vnitřním spalováním se vyskytuje požadavek vyššího krouticího momentu při nízkých otáčkách motoru, kterého může být dosaženo přeplňováním turbokompresorem, řízením výkonu plynné turbiny tak, že turbokompresor dodává do motoru vzduch o vyšším tlaku, tedy v důsledku většího množství vzduchu.

Tlak vyvíjený turbokompresorem se však mění se čtvercem jeho otáček, takže zvýšení tlaku, dostatečné při dosažení požadovaného zvýšeného momentu při nízkých otáčkách motoru, se při vyšší rychlosti motoru příliš zvýší. Je známo řešení tohoto problému použitím přepouštěcího ventilu připojeného k plynové turbině kompresoru, který umožňuje, aby výfukové plyny motoru obtékaly trysku turbiny a její oběžné kolo podle provozních podmínek. Ventily používané pro řízení obtoku trysky plynové turbiny a jejího oběžného kola jsou mechanické a obvykle jsou tvořeny talířovým ventilem s předpínací pružinou. Talířový ventil je nastaven tak, že se proti předpětí, vyvozovanému pružinou otevře, jestliže tlak výfukových plynů přiváděných k oběžnému kolu plynové turbiny nebo plnicí tlak motoru překročí určitou úroveň. Otevření talířového ventilu umožní, aby část výfukových plynů procházela tímto ventilem a obtékala trysku a oběžné kolo plynové turbiny.

Nevýhodou těchto ventilů je jejich nespolehlivost, protože jsou převážně uzavřeny při nízkých otáčkách motoru, což má za následek sklon k uváznutí v uzavřené poloze, a to může způsobit poškození motoru.

Úkolem vynálezu je navrhnout turbokompresor pro přeplňování motoru s vnitřním spalováním, řízený ventilem, který by jednak odstraňoval nevýhody stávajících mechanických talířových ventilů, jednak by řídil množství hnacího prostředí, to je výfukových plynů přiváděných do plynové turbiny v závislosti na zvolené proměnné hodnotě.

Úkol byl podle vynálezu vyřešen turbokompresorem pro motory s vnitřním spalováním, sestávajícím z motoru plynové turbiny a kompresoru, uložených ve skříních, přičemž skříň plynové turbiny je opatřena obtokovým potrubím, vyznačeným tím, že mezi vstupem plynové turbiny a místem připojení obtokového potrubí k jejímu výstupu, je zařazen alespoň jeden fluidní ventil, jehož přívodní potrubí je připojeno k výfukovému potrubí motoru, připojenému ke

207806 vstupu plynové turbiny a jehož výstupní potrubí je spojeno s obtokovým potrubím plynové turbiny.

Dále podle vynálezu fluidní ventil je proporcionální zvýšení tlaku turbodmychadla nebo jeho vstupnímu tlaku.

Rovněž podle vynálezu fluidní ventil je uspořádán ve skříni plynové turbiny.

Podle dalšího znaku vynálezu fluidní ventil je zařazen do obtokového potrubí plynové turbiny.

Podle ještě dalšího význaku vynálezu fluidní ventil sestává z ventilové komory, opatřené výstupním potrubím a hrdlem přívodního potrubí řídicího prostředí. Dalším znakem vynálezu je, že přívodní potrubí je vůči ventilové komoře uspořádáno radiálně.

Ještě dalším znakem vynálezu je, že v přívodním potrubí je upravena přepážka.

Rovněž podle vynálezu výstupní potrubí ventilové komory je vůči ní ve středu krycího čela ventilové komory.

Dále podle vynálezu hrdlo přívodního potrubí řídicího prostředí je ve ventilové komoře umístěno u jejího přívodního potrubí, kolmo na jeho osu.

Konečně podle vynálezu fluidní ventil je mezi přívodním potrubím řídicího prostředí spojen řídicím spojením přes snímač tlaku s přívodním rozváděcím potrubím motoru.

Výraz fluidní ventil, užívaný v popisu a definici předmětu vynálezu, znamená ventil, u kterého může být tok proudu hnacího prostředí měněn přímým působením proudu řídicího prostředí.

Výhodou uspořádání fluidního ventilu podle vynálezu je skutečnost, že nemá mechanických pohyblivých částí, a v důsledku svého dynamického působení překonává všechny nevýhody stávajícího stavu techniky.

Fluidní ventil podle vynálezu použitý v turbokompresoru může být monostabilní, takže jeden stav průtoku hnacího prostředí je stabilní, nebo bistabilní tak, že průtok hnacího prostředí je v nepřítomnosti proudu řídicího prostředí stabilní v jednom ze dvou stavů, přičemž přechod z jednoho stavu do druhého nastává pouze v důsledku signálu proudu řídicího prostředí nebo proporcionálně v závislosti na hodnotě průtoku hnacího prostředí a na změně proudu řídicího prostředí.

Fluidní ventil je upraven tak, že v klidovém stavu zůstává obtok otevřen, tj. průtok zůstává otevřen v případě výpadku nebo přerušení přívodu řídicího prostředí.

V případě potřeby může být použito více fluidních ventilů, které mohou být zařazeny za sebou, nebo mohou být připojeny v různých místech přívodu výfukových plynů к plynové turbině. V jiné provedení může být použito zcela nezávislých fluidních ventilů. Například u osmiválcového motoru s válci uspořádanými do V a se dvěma turbokompresory, může být každý turbokompre sor opatřen jedním nebo více fluidními ventily.

Fluidní ventil může být upraven tak, že množství hnacího prostředí přiváděného к oběžnému kolu turbiny, může být měněno ví závislosti na několika zvolených proměnných hodnotách. Výhodné je však použití jediné proměnné hodnoty.

Příklady vhodně zvolené proměnné hodnoty jsou zvýšení tlaku turbokompresoru, tlak výfukových plynů motoru nebo jiná proměnná provozní hodnota motoru nebo turbokompresoru.

Řídicím prostředím ventilu může být stlačený vzduch, výfukové plyny, vzduch z brzdové soustavy nebo prostředí z jiného zdroje. V případě, že proměnnou hodnotou je přívodní tlak, bylo jej použito přímo, bez přídavného řízení.

Podstata vynálezu bude v dalším popsána na příkladu provedení ve vztahu к výkresu, na němž značí obr. 1 nárysný pohled zezadu na fluidní ventil podle vynálezu, připojený к výfukovému potrubí motoru s vnitřním spalováním, obr. 2 bokorysný pohled na uspořádání z obr. 1 ve směru šipky A z obr. 1, obr. 3 část zařízení z obr. 1 a obr. 2 ve zvětšeném měřítku, a obr. 4 schematické znázornění spojení motoru s turbokompresorem včetně fluidního ventilu podle vynálezu.

Na obr. 1 až 3 je к výfukovému potrubí 12 motoru s vnitřním spalováním (neznázorněno) připojen fluidní ventil 10. Fluidní ventil 10 sestává ze čtyř hlavních částí: přívodního potrubí 14, ventilového tělesa 16, výstupního potrubí 18 a hrdla 20 pro přívod řídicí látky. Ventilové těleso 16 je tvořeno rámem 22 a krycími čely 24, 26 upev. něnými к rámu 22. V rámu 22 je vytvořeno průchozí válcové vrtání, tvořící ventilovou komoru 28 a přívodní kanál 30, spojený s ventilovou komorou 28. . Krycí čela 24, 26 jsou opatřena nákružky 25, 29, které zapadají dq ventilové komory 28. V krycím' čele 26 je vytvořen střední výstupní otvor 27 ústící do ventilové komory 28. Rám 22 je u přívodního otvoru 30 opatřen vrtáním 32 pro uložení části hrdla 20 pro přivoď řídicí látky. Jeden konec přívodního potrubí 14 je upevněn к ventilovému tělesu 16, takže přívodní kanál 34 spolu s přívodním otvorem 30 ústí do komory 28 v rámu 22. Druhý konec přívodního potrubí 14 je spojen s výfukovým potrubím 12, takže přívodní kanál 34 ústí do otvoru 36 ve výfukovém potrubí 12. V přívodním kanálu 34 je upravena přepážka 35, která jej rozděluje na dvě části. Výstupní potrubí -18, v němž je vytvořeno kuželové vrtání 38, je připevněno к ventilovému tělesu 16 tak, že jeho konec o menším průměru ústí do středního výstupního otvoru 27. Hrdlo 20 pro přívod řídicí látky (znázorněné ve zvětšeném měřítku na obr. 3) sestává z vybíhající trubky 40, která je vložena do vrtání 32 rámu 22 a dále z příruby 42, pro upevnění hrdla 20 к rámu 22.

Přírubou 42 a vybíhající trubkou 40 hrdla 20 prochází vrtání 44. Konec 46 vybíhající trubky 40 hrdla 20 je tvarován tak, že tvoří pokračování vnitřního zakřiveného povrchu ventilové komory 28 a konec vrtání 44 odvrácený od komory 28 je rozšířen a opatřen vnitřním závitem 48 pro připojení ke zdroji tlakového prostředí (neznázorněno). Vrtání 44 sestává z části 47 vrtání o středním průměru a části 49 vrtání o malém průměru.

Pří činnosti motoru procházejí výfukovým potrubím 12 к plynové turbině turbokompresoru výfukové plyny. Množství plynů, které prochází přívodním kanálem 34 ventilem, komorou 28 a výstupním potrubím 18 se bude měnit v závislosti na množství prostředí přiváděného do ventilové komory 23 vrtáním 40. Při nízkých otáčkách motoru, kdy plynová turbina potřebuje maximální množství výfukových plynů, je množství prostředí přiváděné do komory 28 vrtáním 44 zvýšeno na takovou hodnotu, že jen málo nebo žádné výfukové plyny plynovou turbinu obcházejí. Jakmile se otáčky motoru zvýší a plynová turbina vyžaduje menší podíl výfukových plynů, je množství prostředí procházející vrtáním 44 do komory 28 postupně v jednom nebo více stupních sníženo, protože je třeba, aby fluidním ventilem 10 mohlo procházet větší množství výfukových plynů, které obcházejí plynovou turbinu. Zdrojem prostředí přiváděného do vrtání 44 může být jakýkoliv vhodný zdroj, například zásobník tlakového vzduchu brzdové soustavy. Množství přiváděného vzduchu je řízeno v závislosti na kterékoliv požadované hodnotě, například na tlaku plynů ve výfukovém potrubí 12. Fluidní ventil znázorněný na obr. 1 až 3 je proporcionální, protože jeho průtok se mění v závislosti na průtoku řídicího prostředí.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno spojení motoru s vnitřním spalováním, turbokompresoru a fluidního ventilu 10. Motor 50 je opatřen přívodním rozváděcím potrubím 52 a sběrným výfukovým potrubím 54. Turbokompresor 56 je zapojen tak, že z

Claims (10)

1. PŘEDMĚT

   1. Turbokompresor pro motory s vnitřním spalováním sestávající z motoru plynové turbiny a kompresoru, uložených ve skříních, přičemž skříň plynové turbiny je opatřena obtokovým potrubím, vyznačený tím, že mezi vstupem plynové turbiny (6) a místem připojení obtokového potrubí (70) к jejímu výstupu, je zařazen alespoň jeden fluidní ventil (10), jehož přívodní potrubí (14) je připojeno к výfukovému potrubí (12) motoru (50), připojenému ke vstupu plynové turbiny (60), a jehož výstupní potrubí (18) je spojeno s obtokovým potrubím (70) plynové turbiny (60).
2. 2. Turbokompresor podle bodu 1 vyzna kompresoru 58 dodává tlakový vzduch do přívodního rozváděcího potrubí 52. Kompresor 58 je poháněn plynovou turbinou 60, do které jsou sběrným výfukovým potrubím 54 přiváděny výfukové plyny 50 z motoru. Ve sběrném výfukovém potrubí 54 je uspořádán fluidní ventil 10, druhu znázorněného na obr. 1 až 3. Přívodní potrubí 64 řídicího vzduchu spojuje ústí hrdla 20 řídicího prostředí (obr. 1 až 3) fluidního ventilu 10, například se zásobníkem tlakového vzduchu brzdové soustavy (není znázorněno). Množství vzduchu přiváděného do fluidního ventilu 10 se řídí řídicím spojením 66, vedoucím ze snímače 68 tlaku, který je umístěn v přívodním rozváděcím potrubí 52 a přívodním potrubím 64 řídicího vzduchu. Při činnosti motoru procházejí výfukové plyny motoru 50 výfukovým sběrným potrubím 54 do plynové turbiny 69 turbokompresoru 58 a vyvolávají otáčení jejího rotoru. V důsledku toho se otáčí rotor turbokompres-oru 58 a dodává přívodním rozváděcím potrubím 52 tlakový vzduch do motoru 50. Při nízkých otáčkách motoru 50 je třeba, aby byl do turbiny přiváděn maximální tlak, aby se dosáhlo vyššího kroutícího momentu motoru 59. Při vzrůstajících otáčkách motoru 50 však již není třeba, aby tlak vzduchu dále stoupal. Snímač 68 tlaku potrubím 66 snižuje množství tlakového vzduchu přiváděného do fluidního ventilu 10, v důsledku čehož se snižuje, jak je popsáno v souvislosti s obr. 1 až 3, množství výfukových plynů přiváděných do plynové turbiny 69. Plyny, které neprocházejí plynovou turbinou 60, procházejí fluidním ventilem 10 a obtékají turbinu 60 obtokovým potrubím 70. Potom se výfukové plyny připojují к výfukovým plynům opouštějícím plynovou urbinu 60. Jestliže otáčky motoru 50 klesnou, takže klesne tlak v přívodním rozváděcím potrubí 52, zvýší snímač 58 tlaku potrubím 66 množství tlakového vzduchu přiváděného do fluidního ventilu 10, například ze zásobníku brzdové soustavy, čímž se zvýší množství výfukových plynů přiváděných do plynové turbiny 60.

   VYNÁLEZU čený tím, že fluidní ventil (10) je proporcionální zvýšení tlaku turbodmychadla nebo jeho vstupnímu tlaku.
3. 3. Turbokompresor podle bodu 1 nebo 2 vyznačený tím, že fluidní ventil (10) je uspořádán ve skříni plynové turbiny (60).
4. 4. Turbokompresor podle kteréhokoliv z bodů 1 až 3 vyznačený tím, že fluidní ventil (10) je zařazen do obtokového potrubí (70) turbiny (60).
5. 5. Turbokompresor podle kteréhokoliv z předchozích bodů vyznačený tím, že fluidní ventil (10) sestává z ventilové komory (28) opatřené výstupním potrubím (18) a hrd207606 lem (20) přívodního potrubí (64) řídicího prostředí.
6. 6. Turbokompresor podle bodů 1 a 5 vyznačený tím, že přívodní potrubí (14) je vůči ventilové komoře (28) uspořádáno radiálně.
7. 7. Turbokompresor podle bodu 5 nebo 6 vyznačený tím, že v přívodním potrubí (14) je upravena přepážka (35).
8. 8. Turbokompresor podle kteréhokoliv z bodů 5 až 7 vyznačený tím, že výstupní potrubí (18) ventilové komory je vůči ní ve středu krycího čela (26) ventilové komory (28).
9. 9. Turbokompresor podle kteréhokoliv z bodů 5 až 8 vyznačený tím, že hrdlo (20) přívodního potrubí (64) řídicího prostředí je ve ventilové komoře (28), umístěné u jejího přívodního potrubí (14), kolmo na jeho osu.
10. 10. Turbokompresor podle bodů 1 až 9 vyznačený tím, že fluidní ventil (10) je mezi přívodním potrubím (64) řídicího prostředí spojen řídicím spojením (66) přes snímač tlaku (68) s přívodním rozváděcím potrubím (52) motoru (50).