PL182202B1

PL182202B1 - Sposób i urzadzenie do mokrego oczyszczania pierscienia dyszowego turbiny turbosprezarki doladowujacej napedzanej spalinami PL PL PL

Info

Publication number: PL182202B1
Application number: PL96317600A
Authority: PL
Inventors: Andre Beck; Dieter Haeberle; Johann Kronthaler; Gavin J Menzies; Dirk Telschow; Jonas Zumbrunn
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2001-11-30
Also published as: CN1079895C; EP0781897A3; DE19549142A1; CZ373996A3; RU2178531C2; NO965423L; ATE201481T1; ES2159349T3; NO965423D0; CZ290308B6; KR100354689B1; DE59606953D1; CN1157370A; US5944483A; JP3051352B2; EP0781897A2; PL317600A1; NO312166B1; DK0781897T3; KR970044598A

Abstract

1 . Sposób m okrego oczyszczania pierscienia d yszow ego tur- bm y turbosprezarki doladowujacej napedzanej spalinami, w którym rejestruje sie w ielkosc regulacyjna turbiny na gaz, rozpoznajaca zanie- czyszczenia jak o zm iane stanu spalin i ta zarejestrowana w ielkosc regulacyjna oddzialuje na ustalajacy potrzebe oczyszczania elem ent sterujacy, który przy stwierdzeniu potrzeby oczyszczania w lacza cykl oczyszczania, przebiegajacy niezaleznie od w ielkosci regulacyjnej i sam oczynnie, podczas którego to przebiegu po stronie doplywowej pierscienia d yszow ego, w obszarze przed pierscieniem dyszow ym , wtryskuje sie w ode do strumienia spalin silnika spalinowego, zn am ien - ny tym , ze podczas cyklu oczyszczania w operacji wtryskiwania wtryskuje sie krótkotrwale w ode (37) do strumienia spalin, który bezposrednio potem osiaga pierscien d yszow y, po czym 6 Urzadzenie do m okrego oczyszczania pierscienia dyszow e- go turbiny turbosprezarki doladowujacej napedzanej spalinami, które sklada sie przynajmniej z jednej obudow y turbiny z obudow a wlotu gazu i obudow a wylotu gazu, z kola w irnikow ego turbiny, um ieszczo- nego w jej obudow ie ; osadzonego na w ale, z utworzonego pom iedzy kolem w irnikow ym turbiny i jej obudow a kanalu przeplywow ego na spaliny silnika spalinow ego oraz z pierscienia dyszow ego, um ieszczo- nego po stronie doplyw ow ej kola w irnikow ego turbiny, 1 które zawiera kilka um ieszczonych po stronie doplywow ej pierscienia d yszow ego dysz w tryskowych, zasilanych kazdorazowo w oda za posrednictwem doprowadzenia, które to dysze w tryskow e sa kazdorazowo um ieszczo- ne w jednym z kilku wybran uform owanych w obudow ie wlotu gazu. a ponadto ma um ieszczony w doprowadzeniu czlon nastawczy, który jest polaczony aktywnie z czlonem pom iarowym , rejestrujacym zm iany stanu spalin, oraz um ieszczony pom iedzy czlonem pomiarowym a czlonem nastawczyni elem ent sterujacy, zn am ienn e tym , ze wybra- nia (10) w obudow ie (2) wlotu gazu sa poprowadzone promieniowo, zas kazda dysza w tr y sk o w a ................................... FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami.

Stosowanie turbosprężarek doładowujących napędzanych spalinami do zwiększania mocy silników spalinowych jest dziś szeroko rozpowszechnione. Turbinę na spaliny turbosprężarki doładowującej zasila się przy tym spalinami silnika spalinowego, a jej energię kinetyczną wykorzystuje się do zasysania i sprężania powietrza dla silnika spalinowego. W zależności od konkretnych warunków roboczych oraz od składu paliw, użytych do napędu silnika spalinowego, dochodzi w turbinie napędzanej spalinami wcześniej lub później do zanieczyszczenia łopatek wirnikowych i pierścienia dyszowego, przy czym dotyczy to w znacznie większym stopniu tego ostatniego. Przy pracy z zastosowaniem oleju ciężkiego na pierścieniu dyszowym powstaje twarda warstwa zanieczyszczenia. Takie nagary z zanieczyszczeń przyczyniają się do zmniejszenia sprawności turbiny i wskutek tego do spadku mocy silnika spalinowego. Ponadto w komorze spalania następuje podwyższenie temperatur spalin oraz ciśnień, wskutek czego silnik spalinowy, a zwłaszcza jego zawory mogą ulec uszkodzeniu, a nawet zniszczeniu. Z tego powodu pierścienie dyszowe należy regularnie uwalniać od przywartych zanieczyszczeń.

182 202

Oczyszczanie pierścieni dyszowych w stanie zdemontowania wymaga odłączenia turbosprężarki doładowującej na dłuższy okres i jest dlatego niepożądane. W związku z tym uznanie zyskały takie sposoby oczyszczania, w których turbosprężarka doładowująca może pozostawać w eksploatacji i nie musi być demontowana. Jako przydatne znane sątakie sposoby usuwania zanieczyszczeń pierścienia dyszowego, jak oczyszczanie mokre wodą oraz oczyszczanie suche granulatem. Zasilanie środkiem oczyszczającym w każdym przypadku następuje w turbinie napędzanej spalinami w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu, w obszarze przewodu spalinowego łączącego ją z silnikiem spalinowym.

W przypadku oczyszczania mokrego duża część użytej wody odparowuje ze względu na wysokie temperatury spalin silnika spalinowego. Do oczyszczania można zatem wykorzystać jedynie część wody. Temperatury elementów konstrukcyjnych, znajdujących się przy wlocie turbiny, są przy pełnym obciążeniu czterosuwowego silnika spalinowego wyższe od dopuszczalnej dla oczyszczania mokrego wartości maksymalnej. Aby uniknąć uszkodzeń cieplnych pierścienia dyszowego, łopatek wirnikowych, pierścienia pokrywającego oraz obudowy turbiny, należy ograniczyć moc silnika spalinowego przed doprowadzeniem wody do turbiny.

Wskutek różnego rozszerzania się obudowy i koła wirnikowego turbiny może dojść przy większych wahaniach temperatury również do obcierania koła wirnikowego turbiny o jej pierścień pokrywający. Z jednej strony wiążą się z tym spadki sprawności, z drugiej zaś strony mogą powstawać stany niewy ważenia. Prócz tego od spalin odbierana jest energia wskutek odparowywania wody, tak że zmniejsza się prędkość obrotowa turbiny na spaliny, a tym samym moc sprężarki. Towarzyszy temu dodatkowy spadek mocy silnika spalinowego.

Przy oczyszczaniu suchym wady te nie występują. Jednakże zastosowanie granulatu może wywołać problemy związane z erozją w obudowie turbiny, na pierścieniu dyszowym i na łopatkach wirnikowych turbiny na spaliny.

Największą wadą obu powyższych sposobów jest nierównomierny rozkład środka oczyszczającego, tak że stykają się z nim tylko określone obszary nieruchomego pierścienia dyszowego. Wskutek tego zanieczyszczenia usuwa się jedynie częściowo, co sprawia, iż skuteczność oczyszczania za pomocą obu tych sposobów, w których wykorzystuje się mechaniczne oddziaływanie środka oczyszczającego, jest gorsza niż w przypadku oczyszczania w stanie zdemontowania. Dlatego przy zastosowaniu tych rozwiązań można wprawdzie zwiększyć odstępy czasowe pomiędzy kolejnymi gruntownymi czyszczeniami pierścienia dyszowego, jednak nadal pozostaje konieczny demontaż turbosprężarki doładowującej w celu przeprowadzenia oczyszczania.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad poprzez opracowanie sposobu i urządzenia do mokrego oczyszczania pierścieni dyszowych turbin turbosprężarek doładowujących napędzanych spalinami, za pomocą których pomimo użycia mniejszych ilości wody uzyskuje się lepszą skuteczność oczyszczania. Celem wynalazku jest ponadto zapewnienie mniejszego niż dotychczas ograniczania mocy silnika spalinowego przed początkiem operacji oczyszczania oraz zwiększenie niezawodności działania turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami.

Sposób mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, w którym rejestruje się wielkość regulacyjną turbiny na gaz, rozpoznającą zanieczyszczenia jako zmianę stanu spalin i ta zarejestrowana wielkość regulacyjna oddziałuje na ustalający potrzebę oczyszczania element sterujący, który przy stwierdzeniu potrzeby oczyszczania włącza cykl oczyszczania, przebiegający niezależnie od wielkości regulacyjnej i samoczynnie, podczas którego to przebiegu po stronie dopływowej pierścienia dyszowego, w obszarze przed pierścieniem dyszowym, wtryskuje się wodę do strumienia spalin silnika spalinowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas cyklu oczyszczania w operacji wtryskiwania wtryskuje się krótkotrwale wodę do strumienia spalin, który bezpośrednio potem osiąga pierścień dyszowy, po czym przerywa się operację wtryskiwania i pozwala się gorącym spalinom przepływać tak długo przez pierścień dyszowy aż się on ponownie nagrzeje, a po ponownym nagrzaniu się pierścienia dyszowego powtarza się operację wtryskiwania, po czym powtarza się co najmniej raz wymienione powyżej etapy cyklu oczyszczania.

182 202

Korzystnie, kolejno przeprowadza się do pięciu operacji wtrysku, przy czym utrzymuje się czas wtrysku poniżej dziesięciu sekund na jedną operację wtrysku, a także przerwę między wtryskową równą co najmniej dwudziestokrotności czasu wtrysku.

Korzystnie, wodę wtryskuje się prostopadle do kierunku przepływu spalin.

Korzystnie, wodę wtryskuje się w kierunku przepływu spalin.

Korzystnie, do wody przed wtryśnięciem dodaje się dodatki zwiększające efektywność oczyszczania.

Urządzenie do mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, które składa się przynajmniej z jednej obudowy turbiny z obudową wlotu gazu i obudowę wylotu gazu, z koła wirnikowego turbiny, umieszczonego w jej obudowie i osadzonego na wale, z utworzonego pomiędzy kołem wirnikowym turbiny i jej obudową kanału przepływowego na spaliny silnika spalinowego oraz z pierścienia dyszowego, umieszczonego po stronie dopływowej koła wirnikowego turbiny, i które zawiera kilka umieszczonych po stronie dopływowej pierścienia dyszowego dysz wtryskowych, zasilanych każdorazowo wodą za pośrednictwem doprowadzenia, które to dysze wtryskowe są każdorazowo umieszczone w jednym z kilku wybrań uformowanych w obudowie wlotu gazu, a ponadto ma umieszczony w doprowadzeniu człon nastawczy, który jest połączony aktywnie z członem pomiarowym, rejestrującym zmiany stanu spalin, oraz umieszczony pomiędzy członem pomiarowym a członem nastawczym element sterujący, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wybrania w obudowie wlotu gazu są poprowadzone promieniowo, zaś każda dysza wtryskowa ma miejsce dławienia, z którym łączą się po stronie odpływowej dwa kanały rozdzielcze o średnicy sumarycznej większej od średnicy miejsca dławienia, z których każdy ma ujście boczne do kanału przepływowego, skierowane prostopadle do kierunku przepływu spalin, przy czym każda dysza wtryskowa jest zagłębiona w kanale przepływowym tylko do swego ujścia włącznie.

Korzystnie, każda dysza wtryskowa ma oś symetrii, a kanały rozdzielcze mają oś środkową, przy czym pomiędzy osią symetrii a osiami środkowymi utworzony jest każdorazowo kąt wtrysku, wynoszący w przybliżeniu 60°.

Korzystnie, doprowadzenie, zasilające wodą dysze wtryskowe, rozgałęzione jest po stronie dopływowej na przewód wodny i przewód powietrzny, przy czym w przewodzie powietrznym umieszczony jest drugi człon nastawczy, który jest również połączony z elementem sterującym.

Korzystnie, w przewodzie wodnym i w przewodzie powietrznym umieszczony jest każdorazowo zawór zwrotny.

Korzystnie, w obudowie wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy, który łączy przewody prowadzące do dysz wtryskowych z doprowadzeniem.

Korzystnie, na obudowie wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy, który łączy przewody prowadzące do dysz wtryskowych z doprowadzeniem.

Według drugiej odmiany urządzenie do mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, które składa się przynajmniej z jednej obudowy turbiny z obudową wlotu gazu i obudową wylotu gazu, z koła wirnikowego turbiny, umieszczonego w jej obudowie i osadzonego na wale, z utworzonego pomiędzy kołem wirnikowym turbiny i jej obudową kanału przepływowego na spaliny silnika spalinowego oraz z pierścienia dyszowego, umieszczonego po stronie dopływowej koła wirnikowego turbiny, i które zawiera kilka umieszczonych po stronie dopływowej pierścienia dyszowego dysz wtryskowych, zasilanych każdorazowo wodą za pośrednictwem doprowadzenia, które to dysze wtryskowe są każdorazowo umieszczone w jednym z kilku wybrań uformowanych w obudowie wlotu gazu, a ponadto ma umieszczony w doprowadzeniu człon nastawczy, który jest połączony aktywnie z członem pomiarowym, rejestrującym zmiany stanu spalin, oraz umieszczony pomiędzy członem pomiarowym a członem nastawczym element sterujący, według wynalazku charakteryzuje się również tym, że wybrania w obudowie wlotu gazu są poprowadzone promieniowo, zaś ujścia dysz wtryskowych są zwrócone w kierunku przepływu spalin, przy czym każda dysza wtryskowa jest zagłębiona w kanale przepływowym tylko do swego ujścia włącznie.

182 202

Urządzenie według tej odmiany wynalazku ma korzystne cechy które zostały już wymienione w odniesieniu do poprzedniej odmiany.

I tak, korzystnie, doprowadzenie, zasilające wodą dysze wtryskowe, rozgałęzione jest po stronie dopływowej na przewód wodny i przewód powietrzny, przy czym w przewodzie powietrznym umieszczony jest drugi człon nastawczy, który jest również połączony z elementem sterującym.

Korzystnie, w przewodzie wodnym i w przewodzie powietrznym umieszczony jest zawór zwrotny.

Wykonanie obudowy wlotu gazu według wynalazku umożliwia wtryskiwanie wody do obszaru tuż przed pierścieniem dyszowym. Element sterujący reguluje opisany powyżej cykl oczyszczania. Po wtryśnięciu do strumienia spalin silnika spalinowego stosunkowo chłodną wodę prowadzi się przy tym wraz z nimi do pierścienia dyszowego. Tam trafia ona na nagary zanieczyszczeń pierścienia dyszowego, które wskutek odparowania wody na powierzchni ulegają nagle bardzo silnemu ochłodzeniu. Woda wywołuje szok termiczny i zanieczyszczenia odpadają. Za pomocą tej obróbki z zastosowaniem szoku termicznego uzyskuje się, przy wielokrotnym zastosowaniu, czysty pierścień dyszowy. Dodatkowo, oprócz zamierzonego efektu, działanie oczyszczające występuje również na łopatkach koła wirnikowego turbiny. Dzięki krótkotrwałemu wtryskiwaniu zużywa się jedynie stosunkowo małe ilości wody. Równomierne zasilanie wodą przyczynia się do zmniejszenia obciążenia cieplnego części składowych turbiny, co znacznie ogranicza ich uszkodzenia cieplne. Z tego powodu wymagane obniżenie temperatury spalin, tj. mocy silnika spalinowego, przed rozpoczęciem operacji oczyszczania jest znacznie mniejsze, niż to było konieczne dotychczas. W związku z tym silnik spalinowy można eksploatować podczas oczyszczania pierścienia dyszowego przy większym obciążeniu.

W przypadku stosunkowo miękkich nagarów na pierścieniu dyszowym urządzenie to można stosować również korzystnie przy tradycyjnych sposobach oczyszczania mokrego, tj. przy sposobach oczyszczania z zastosowaniem mechanicznego oddziaływania oczyszczającego wody. Dalsza zaleta, wynikająca z wyraźnego zmniejszenia ilości wtryskiwanej wody polega na tym, że obudowa i koło wirnikowe turbiny napędzanej spalinami doznają podczas operacji oczyszczania mniejszego rozszerzenia cieplnego. Dzięki temu można wyeliminować niebezpieczeństwo stykania się koła wirnikowego turbiny z pierścieniem pokrywającym oraz związane z tym niedogodności. Prócz tego przez gorące spaliny silnika spalinowego zostaje odparowana znacznie mniejsza ilość wody. Dzięki temu spaliny doznają mniejszej utraty energii w porównaniu ze znanymi sposobami oczyszczania mokrego według stanu techniki, tak iż prędkość obrotowa turbiny na spaliny, a tym samym moc sprężarki, pozostaje w zasadzie stała. W ten sposób można znacznie zmniejszyć spadek mocy silnika spalinowego podczas oczyszczania mokrego.

Dzięki temu, że wykonuje się kolejno do pięciu wtrysków, a przy tym zachowuje się czas trwania wtrysku poniżej dziesięciu sekund oraz przerwę międzywtryskową równą co najmniej dwudziestokrotności czasu trwania wtrysku zapewnione jest zarówno optymalne oczyszczanie pierścienia dyszowego, jak i minimalne obciążanie części składowych turbiny.

Ponadto dzięki temu, że dysze wtryskowe zagłębione są w kanale przepływowym jedynie do swych ujść, niewielki jest ujemny wpływ wywierany na strumień spalin, a związane z tym zmniejszenie sprawności turbosprężarki doładowującej staje się pomijalne.

Szczególnie korzystne jest to, że wodę wtryskuje się do kanału przepływowego prostopadle do kierunku przepływu spalin, gdyż, chociaż dysze wtryskowe są umieszczone tuż przed pierścieniem dyszowym, można w ten sposób utrzymywać ich liczbę na stosunkowo niskim poziomie.

Wskutek istnienia w każdej dyszy wtryskowej skoku średnicy od miejsca dławienia do obu kanałów rozdzielczych, te ostatnie nie są całkowicie napełnione wodą. Dzięki temu wodę

182 202 wtryskuje się do kanału przepływowego każdorazowo w postaci płaskiej strugi. Wskutek oddziaływania strumienia spalin na wtryśnięte prostopadle płaskie strugi powstaje kurtyna wodna, padająca na pierścień dyszowy szerokim frontem. Pomimo znacznie zmniejszonego zużycia wody zrasza się w ten sposób równomiernie szereg łopatek pierścienia dyszowego. Uzyskuje się dzięki temu wyraźnie lepsze oczyszczanie pierścięnia dyszowego.

Dzięki temu, że doprowadzenie rozgałęzia się po stronie dopływowej na przewód wodny i przewód powietrzny, a w tym ostatnim umieszczony jest drugi człon nastawczy, połączony także z elementem sterującym, przy czym zarówno w przewodzie wodnym, jak i w przewodzie powietrznym umieszczony jest zawór zwrotny, można zarówno w przerwach międzywtryskowych danego cyklu oczyszczania, jak i w okresie pomiędzy cyklami oczyszczania doprowadzać powietrze blokujące za pośrednictwem dysz wtryskowych, tak że te ostatnie nie ulegają zatykaniu. Zawory zwrotne przeciwdziałają przenikaniu gorących spalin do doprowadzenia, a tym samym możliwemu zniszczeniu umieszczonych pod prąd członów nastawczych.

Ponadto, na skutek tego, że w obudowie wlotu gazu lub na niej umieszczony jest przewód pierścieniowy, który łączy przewody prowadzące do dysz wtryskowych z doprowadzeniem, osiąga się oszczędzający miejsce układ w obszarze obudowy wlotu gazu, ponieważ przewód pierścieniowy musi być połączony z doprowadzeniem tylko w jednym miejscu i dalsze rozdzielanie wody aż do dysz wtryskowych może następować wewnętrznie.

Stosowane przy odpowiednim rozwiązaniu geometrii obudowy wlotu gazu dysze wtryskowe, których ujścia są zwrócone w kierunku przepływu spalin zapewniają wtryskiwanie wody do kanału przepływowego w kierunku przepływu spalin.

Dzięki dodawaniu do wody przed jej wtryśnięciem do kanału przepływowego dodatków zwiększających efektywność oczyszczania, zwiększa się dodatkowo skuteczność oczyszczania.

Zasadę szoku termicznego można stosować nie tylko do oczyszczania pierścieni dyszowych i łopatek wirnikowych turbin spalinowych turbosprężarek doładowujących, lecz również do innych elementów konstrukcyjnych, umieszczonych na drodze przepływu spalin maszyn przepływowych i silników spalinowych, np. do łopatek turbiny gazowej lub w kotle na ciepło odpadowe. Podobnie można takie maszyny najpierw zdemontować, a zanieczyszczone elementy konstrukcyjne oddzielnie nagrzać i bezpośrednio potem krótkotrwale silnie ochłodzić.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia turbinę osiową turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, w częściowym przekroju podłużnym, fig. 2 - urządzenie do oczyszczania wraz z układem regulacji, w przekroju poprzecznym wzdłuż linii II-II na fig. 1, fig. 3 - jedną z uwidocznionych na fig. 2 dysz wtryskowych, w przekroju i powiększeniu, a fig. 4 - drugi przykład wykonania dyszy wtryskowej, ukazanej analogicznie jak na fig. 3 w przekroju i powiększeniu.

Na rysunku uwidoczniono jedynie te elementy, które są istotne dla zrozumienia wynalazku. Nie przedstawiono np. silnika spalinowego ani strony sprężania turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami.

Turbina napędzana spalinami turbosprężarki doładowującej zawiera obudowę 1 turbiny, która jest utworzona przez obudowę 2 wlotu gazu oraz obudowę 3 wylotu gazu. W obudowie 1 turbiny umieszczone jest osadzone na wale.4 koło wirnikowe 5 turbiny z łopatkami wirnikowymi 6, a po jego stronie dopływowej pierścień dyszowy 7 (fig. 1). Pomiędzy kołem wirnikowym 5 turbiny a jej obudową 1 wykonany jest kanał przepływowy 8, który odbiera spaliny nie uwidocznionego silnika wysokoprężnego, połączonego z turbosprężarką doładowującą, oraz prowadzi dalej do koła wirnikowego 5 turbiny. Od zewnątrz koło wirnikowe 5 turbiny jest ograniczone przez pierścień pokrywający 9.

W obszarze położonym w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu względem pierścienia dyszowego 7 umieszczonych jest w obudowie 2 wlotu gazu dziesięć wybrań promieniowych 10, rozmieszczonych równomiernie na jej obwodzie (fig. 2). W każdym wybraniu 10 umieszczona jest jedna dysza wtryskowa 11. Każda dysza wtryskowa 11 jest połączona przewodem 12 z przewodem pierścieniowym 13, zamocowanym na zewnątrz obudowy 2 wlotu gazu. Przewód pierścieniowy 13 można oczywiście umieścić również w obudowie 2 wlotu gazu. Dla uproszczenia montażu przewód pierścieniowy 13 składa się z oddzielnych

182 202 odcinków 14 przewodu, które są połączone ze sobą za pośrednictwem trójników 15. Każdy z przewodów 12 jest zamocowany za pomocą przyłącza armaturowego 16 na sięgającym do wewnątrz końcu odpowiedniego trójnika 15. W przewodzie pierścieniowym 13 umieszczony jest, zamiast jednego z trójników 15, czwómik 17. Oprócz odpowiedniego przewodu 12 z czwómikiem 17 współpracuje doprowadzenie 18, które rozgałęzia się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu na przewód wodny 19 i przewód powietrzny 20. W przewodzie wodnym 19 i w przewodzie powietrznym 20 umieszczony jest każdorazowo zawór zwrotny 21, 22. Po stronie dopływowej każdego zaworu zwrotnego 21, 22 umieszczony jest w przewodzie wodnym 19 lub w przewodzie powietrznym 20 człon nastawczy 23, 24, w postaci zaworów dwudrogowych. Człony nastawcze 23, 24 w postaci zaworów dwudrogowych są funkcjonalnie połączone za pośrednictwem oddzielnego układu uruchamiania elektromagnetycznego 25, 26 ze wspólnym elementem sterującym 27, który ze swej strony współpracuje z członem pomiarowym, w postaci czujnika cieplnego 28. Czujnik cieplny 28 jest umieszczony w nie uwidocznionym przewodzie spalinowym silnika spalinowego, połączonym z turbiną na spaliny. Możliwe jest również umieszczenie czujnika cieplnego 28 w kanale przepływowym 8. Przewód wodny 19 jest połączony z nie uwidocznionym zbiornikiem na wodę, a przewód powietrzny 20 - z również nie uwidocznioną sprężarką turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami. Można ze zrozumiałych względów doprowadzić także zewnętrzne sprężone powietrze.

Każda dysza wtryskowa 11 zawiera miejsce dławienia 29, do którego przyłączone są po stronie odpływowej dwa kanały rozdzielcze 30, których sumaryczna średnica jest większa od średnicy miejsca dławienia 29 (fig. 3). Obydwa kanały rozdzielcze 30 mają boczne ujście 32 do kanału przepływowego 8, skierowane prostopadle do kierunku 31 przepływu spalin. Ustalenie ujść 31 w żądanym kierunku następuje za pomocą śruby regulacyjnej 33, zamocowanej w obudowie 2 wlotu gazu. Dysze wtryskowe 11 są zamocowane w wybraniach 10, tak, iż jedynie ich ujścia 32 wchodzą do kanału przepływowego 8 (fig. 2). Każda dysza wtryskowa 11 ma oś symetrii 34, a każdy kanał rozdzielczy 30 ma oś środkową 35. Pomiędzy osiami symetrii 34 a każdą z osi środkowych 35 utworzony jest kąt wtrysku 36, równy ok. 50° (fig. 3). W zależności od wykonania obudowy wybiera się inny kąt wtrysku 36.

Podczas pracy turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami mierzy się stale za pomocą czujnika cieplnego 28 temperaturę spalin silnika spalinowego. Przy odpowiednim wzroście temperatury spalin, spowodowanym zanieczyszczeniem pierścienia dyszowego 7, doregulowuje się człon nastawczy 23 w postaci zaworu dwudrogowego za pośrednictwem układu uruchamiania elektromagnetycznego 25 lub elementu sterującego 27, tak, iż za pomocą dyszy wtryskowej 11 wtryskuje się wodę 37 do kanału przepływowego 8 turbiny na spaliny. Ze zrozumiałych względów można rejestrować również inną wielkość regulacyjną, np. ciśnienie spalin lub prędkość obrotową turbosprężarki doładowującej, oraz umieścić dostosowany do niej człon pomiarowy.

Po stwierdzeniu potrzeby oczyszczania włącza się ręcznie za pośrednictwem przycisku guzikowego 38, połączonego z elementem sterującym 27, przebiegający samoczynnie cykl oczyszczania. Wodę 37 wtryskuje się do kanału przepływowego 8 kolejno pięciokrotnie. Czas wtryskiwania wynosi każdorazowo cztery sekundy, przy czym pomiędzy poszczególnymi operacjami wtrysku zachowuje się przerwę międzywtryskową, wynoszącą każdorazowo pięć minut. W tym czasie nagrzewają się ponownie pierścień dyszowy 7 i łopatki wirnikowe 6. Można oczywiście zaproponować także odbiegający od tego przebieg oczyszczania stosownie do konkretnych warunków pracy. Również włączanie cyklu oczyszczania może następować automatycznie.

Wskutek odpowiedniego wykonania dyszy wtryskowej 11 następuje boczne wtryskiwanie wody 37, prostopadle do kierunku 31 przepływu spalin. Dzięki zachodzącemu potem oddziaływaniu strumienia spalin na wodę 37 powstaje kurtyna wodna, występująca szerokim frontem na pierścieniu dyszowym 7. Wskutek tego nawilża się równomiernie i w sposób ukierunkowany szereg łopatek pierścienia dyszowego 7 jedną dyszą wtryskową 11, tak, iż poprawia się efekt oczyszczania pomimo wyraźnie zmniejszonego zużycia wody. Kąt wtrysku 36, równy ok. 60°, umożliwia optymalny rozkład wody, tj. trafianie wody w środkowy obszar

182 202 pierścienia dyszowego 7. Niebezpieczeństwo ocierania się łopatek wirnikowych 6 koła wirnikowego 5 turbiny o pierścień pokrywający 9 można zmniejszyć, ponieważ ten ostatni mniej się schładza ze względu na krótkotrwałe wtryskiwanie wody.

Podczas procesów łączenia zawory zwrotne 21, 22 przeciwdziałają wprowadzaniu gorących spalin do przewodu wodnego 19 lub powietrznego 20. Zarówno w przerwach między wtryskowych danego cyklu oczyszczania, jak i w okresie pomiędzy cyklami oczyszczania przewodem powietrznym 20 wprowadza się stale powietrze blokujące poprzez dysze wtryskowe 11. W tym celu zawór dwudrogowy 24, umieszczony w przewodzie powietrznym 20, jest otwierany przez elektromagnetyczny układ uruchamiający 26 lub element sterujący 27 zawsze wówczas, gdy zostaje zamknięty stanowiący człon nastawczy 23 zawór dwudrogowy przewodu wodnego 19. Za pomocą powietrza blokującego dysze wtryskowe 11 są utrzymywane stale w stanie otwarcia. Dzięki odgałęzieniu użytego sprężonego powietrza ze sprężarki turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami ciśnienie powietrza, wymagane do utrzymywania przepustowości dysz wtryskowych 11, reguluje się korzystnie samoczynnie.

W drugim przykładzie wykonania każda dysza wtryskowa 11 jest zaopatrzona w jedno tylko ujście 32 (fig. 4). Ujścia 32 są zwrócone w kierunku 31 przepływu spalin. Można oczywiście umieścić również po kilka wykonanych tak ujść 32 na jedną dyszę wtryskową 11. Za pomocą tych ujść 32 wodę 37 wtryskuje się do kanału przepływowego 8 w kierunku 31 przepływu spalin.

Ze zrozumiałych względów zasada udaru cieplnego nie ogranicza się do oczyszczania pierścieni dyszowych 7 i łopatek wirnikowych 6 turbin na spaliny turbosprężarek doładowujących, lecz może być stosowana także do innych elementów konstrukcyjnych umieszczonych na drodze przepływu spalin maszyn przepływowych i silników spalinowych. Mogą to być np. łopatki turbiny gazowej lub elementy konstrukcyjne umieszczone w kotle na ciepło odpadowe. Aby uzyskać opisany efekt oczyszczania, zanieczyszczone elementy konstrukcyjne takich maszyn można również najpierw zdemontować, oddzielnie nagrzać oraz bezpośrednio potem krótkotrwale silnie ochłodzić.

182 202

10 12

FBG.2

182 202

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, w którym rejestruje się wielkość regulacyjną turbiny na gaz, rozpoznającą zanieczyszczenia jako zmianę stanu spalin i ta zarejestrowana wielkość regulacyjna oddziałuje na ustalający potrzebę oczyszczania element sterujący, który przy stwierdzeniu potrzeby oczyszczania włącza cykl oczyszczania, przebiegający niezależnie od wielkości regulacyjnej i samoczynnie, podczas którego to przebiegu po stronie dopływowej pierścienia dyszowego, w obszarze przed pierścieniem dyszowym, wtryskuje się wodę do strumienia spalin silnika spalinowego, znamienny tym, że podczas cyklu oczyszczania w operacji wtryskiwania wtryskuje się krótkotrwale wodę (37) do strumienia spalin, który bezpośrednio potem osiąga pierścień dyszowy, po czym przerywa się operację wtryskiwania i pozwala się gorącym spalinom przepływać tak długo przez pierścień dyszowy aż się on ponownie nagrzeje, a po ponownym nagrzaniu się pierścienia dyszowego powtarza się operację wtryskiwania, po czym powtarza się co najmniej raz wymienione powyżej etapy cyklu oczyszczania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kolejno przeprowadza się do pięciu operacji wtrysku, przy czym utrzymuje się czas wtrysku poniżej dziesięciu sekund na jedną operację wtrysku, a także przerwę międzywtryskową, równą co najmniej dwudziestokrotności czasu wtrysku.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wodę (37) wtryskuje się prostopadle do kierunku (31) przepływu spalin.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wodę (37) wtryskuje się w kierunku (31) przepływu spalin.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do wody (37) przed wtryśnięciem dodaje się dodatki zwiększające efektywność oczyszczania.
6. Urządzenie do mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, które składa się przynajmniej z jednej obudowy turbiny z obudową wlotu gazu i obudową wylotu gazu, z koła wirnikowego turbiny, umieszczonego w jej obudowie i osadzonego na wale, z utworzonego pomiędzy kołem wirnikowym turbiny i jej obudową kanału przepływowego na spaliny silnika spalinowego oraz z pierścienia dyszowego, umieszczonego po stronie dopływowej koła wirnikowego turbiny, i które zawiera kilka umieszczonych po stronie dopływowej pierścienia dyszowego dysz wtryskowych, zasilanych każdorazowo wodą za pośrednictwem doprowadzenia, które to dysze wtryskowe są każdorazowo umieszczone w jednym z kilku wybrań uformowanych w obudowie wlotu gazu, a ponadto ma umieszczony w doprowadzeniu człon nastawczy, który jest połączony aktywnie z członem pomiarowym, rejestrującym zmiany stanu spalin, oraz umieszczony pomiędzy członem pomiarowym a członem nastawczym element sterujący, znamienne tym, że wybrania (10) w obudowie (2) wlotu gazu są poprowadzone promieniowo, zaś każda dysza wtryskowa (11) ma miejsce dławienia (29), z którym łączą się po stronie odpływowej dwa kanały rozdzielcze (30) o średnicy sumarycznej większej od średnicy miejsca dławienia (29), z których każdy ma ujście boczne (32) do kanału przepływowego (8), skierowane prostopadle do kierunku (31) przepływu spalin, przy czym każda dysza wtryskowa (11) jest zagłębiona w kanale przepływowym (8) tylko do swego ujścia (32) włącznie.
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że każda dysza wtryskowa (11) ma oś symetrii (34), a kanały rozdzielcze (30) mają oś środkową (35), przy czym pomiędzy osią symetrii (34) a osiami środkowymi (35) utworzony jest każdorazowo kąt wtrysku (36), wynoszący w przybliżeniu 60°.
8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że doprowadzenie (18), zasilające wodą (37) dysze wtryskowe (11), rozgałęzione jest po stronie dopływowej na przewód wodny (19) i przewód powietrzny (20), przy czym w przewodzie powietrznym (20) umieszczony jest drugi człon nastawczy (24), który jest również połączony z elementem sterującym (27).

182 202
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że w przewodzie wodnym (19) i w przewodzie powietrznym (20) umieszczony jest każdorazowo zawór zwrotny (21, 22).
10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w obudowie (2) wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy (13), który łączy przewody (12) prowadzące do dysz wtryskowych (11) z doprowadzeniem (18).
11. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że na obudowie (2) wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy (13), który łączy przewody (12) prowadzące do dysz wtryskowych (11) z doprowadzeniem (18).
12. Urządzenie do mokrego oczyszczania pierścienia dyszowego turbiny turbosprężarki doładowującej napędzanej spalinami, które składa się przynajmniej z jednej obudowy turbiny z obudową wlotu gazu i obudową wylotu gazu, z koła wirnikowego turbiny, umieszczonego w jej obudowie i osadzonego na wale, z utworzonego pomiędzy kołem wirnikowym turbiny i jej obudową kanału przepływowego na spaliny silnika spalinowego oraz z pierścienia dyszowego, umieszczonego po stronie dopływowej koła wirnikowego turbiny, i które zawiera kilka umieszczonych po stronie dopływowej pierścienia dyszowego dysz wtryskowych, zasilanych każdorazowo wodą za pośrednictwem doprowadzenia, które to dysze wtryskowe są każdorazowo umieszczone w jednym z kilku wybrań uformowanych w obudowie wlotu gazu, a ponadto ma umieszczony w doprowadzeniu człon nastawczy, który jest połączony aktywnie z członem pomiarowym, rejestrującym zmiany stanu spalin, oraz umieszczony pomiędzy członem pomiarowym a członem nastawczym element sterujący, znamienne tym, że wybrania (10) w obudowie (2) wlotu gazu są poprowadzone promieniowo, zaś ujścia (32) dysz wtryskowych (11) są zwrócone w kierunku (31) przepływu spalin, przy czym każda dysza wtryskowa (11) jest zagłębiona w kanale przepływowym (8) tylko do swego ujścia (32) włącznie.
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że doprowadzenie (18), zasilające wodą (37) dyszę wtryskową (11) rozgałęzione jest po stronie dopływowej na przewód wodny (19) i przewód powietrzny (20), przy czym w przewodzie powietrznym (20) umieszczony jest drugi człon nastawczy (24), który jest również połączony z elementem sterującym (27).
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że w przewodzie wodnym (19) i w przewodzie powietrznym (20) umieszczony jest każdorazowo zawór zwrotny (21,22).
15. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że w obudowie (2) wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy (13), który łączy przewody (12) prowadzące do dysz wtryskowych (11) z doprowadzeniem (18).
16. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że na obudowie (2) wlotu gazu umieszczony jest przewód pierścieniowy (13), który łączy przewody (12) prowadzące do dysz wtryskowych (11) z doprowadzeniem (18).

* * *