RU159055U1

RU159055U1 - DEVICE FOR REGULATING THE TURNING AIR CHARGE IN COMBINED ENGINES

Info

Publication number: RU159055U1
Application number: RU2015130924/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Самойлович Кукис; Денис Викторович Шабалин
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-01-27

Abstract

Устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях, содержащее поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, газовую турбину, компрессор, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, трубопровод, вихревую трубу Ранка, патрубок, температурный датчик, регулирующее устройство и управляющий дроссельный вентиль, отличающееся тем, что содержит дополнительно трубопровод теплого воздуха, а на трубопроводах холодного и теплого воздуха установлены клапаны регулирования количества холодного воздуха и теплого воздуха.A device for controlling the temperature of charge air in combined engines, comprising a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds, an exhaust pipe, a gas turbine, a compressor, an air-to-air charge air cooler, a pipe, a Rank vortex tube, a pipe, a temperature sensor, a control device, and control throttle valve, characterized in that it additionally contains a pipeline of warm air, and on pipelines of cold and warm air Valves for regulating the amount of cold air and warm air.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения экономических, мощностных показателей комбинированных двигателей и их надежности при работе на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода за счет оптимизации температуры наддувочного воздуха.The utility model relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to increase the economic, power indicators of combined engines and their reliability when working at all load conditions, as well as at idle due to optimization of the charge air temperature.

Из уровня техники известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (патент РФ №119809, «Система охлаждения надувочного воздуха в комбинированных двигателях», МПК F02B 29/04, опубл. 27.08.2012), принятая за прототип и содержащая поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор. Компрессор соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом и с вихревой трубой Ранка патрубком, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода холодного воздуха. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха установлен температурный датчик, связанный с регулирующим устройством, управляющим дроссельным вентилем.The prior art known cooling system for charge air in combined engines (RF patent No. 119809, "Cooling system for charge air in combined engines", IPC F02B 29/04, publ. 08/27/2012), adopted as a prototype and containing a piston internal combustion engine with intake and exhaust manifolds, an exhaust pipe on which a gas turbine is installed, driving the compressor. The compressor is connected by an air-to-air charge air cooler to a pipe and to the Rank vortex tube by a pipe, the outlet of which is connected to the air-to-air charge air cooler through a cold air pipe. At the outlet of the air-to-air charge air cooler, a temperature sensor is installed connected with a control device controlling the throttle valve.

Недостатком этой системы являются то, что она позволяет только понижать температуру наддувочного воздуха (что приводит к увеличению коэффициента избытка воздуха несоответственно, повышению экономических и мощностных показателей), что необходимо при работе комбинированного двигателя на режимах больших нагрузок. При работе же комбинированных двигателей на режимах малых нагрузок и холостого хода существенно изменяются условия организации и протекания рабочего процесса: появляется нестабильность топливоподачи в последовательно протекающих циклах, ухудшается распыл топлива, снижается температура рабочего тела в цилиндре и поверхностей деталей, образующих внутрицилиндровое пространство. Так при работе двигателя ЯМЗ-238 на холостом ходу по сравнению с работой на полной нагрузке почти в два раза (на 45,8%) падает давление впрыскивания топлива [Арсентьев Е.С. Обеспечение работы дизельного двигателя на холостом ходу методом выключения цилиндров / Е.С. Арсентьев и др. // Науч. - техн. сб. НИИИ МО - №4. - Бронницы, 1980. - С.22-29.], что приводит к уменьшению цикловой подачи топлива, на 32,5% снижается температура среды, в которую подается топливо. В результате увеличивается неполнота его сгорания, растет продолжительность периода задержки воспламенения, что приводит к повышению «жесткости» работы двигателя, процесс сгорания в целом удлиняется, что ухудшает эффективность теплоиспользования и приводит к заметному повышению удельного эффективного расхода топлива. Со снижением температуры рабочего тела, понижается температура носка распылителя форсунки и деталей, образующих внутрицилиндровое пространство. В этих условиях происходит интенсивное накопление «низкотемпературных» отложений, в основе своей представляющих вторичные нефтяные смолы. Продукты уплотнения смол - асфальтены, набухая в масле, формируют на металлических поверхностях лаковые пленки. Последние задерживают на себе любые твердые частички. Особенно подвержены накоплению смолистых отложений канавки поршня. Отложения, образующиеся на выпускных клапанах, могут привести к их неправильной посадке на седло и в результате этого - к утечке рабочего тела. В условиях низкой температуры окружающего воздуха указанные выше проблемы работы двигателей на частичных нагрузках и холостом ходу особенно обостряются. Суммируя сказанное, можно тезисно констатировать, что недостатком прототипа являются: снижение экономических и мощностных показателей комбинированных двигателей, а также их надежности при работе на режимах малых нагрузок, а также на режиме холостого ходаThe disadvantage of this system is that it only allows lowering the temperature of charge air (which leads to an increase in the coefficient of excess air inappropriately, increasing economic and power indicators), which is necessary when operating a combined engine at high load conditions. When combined engines operate under low load and idle conditions, the conditions for the organization and flow of the working process change significantly: fuel supply instability appears in successive cycles, fuel atomization is deteriorating, the temperature of the working fluid in the cylinder and the surfaces of parts forming an in-cylinder space are reduced. So when the YaMZ-238 engine is idling, compared with full-load operation, the fuel injection pressure drops almost twice (by 45.8%) [ES Arsentyev Ensuring the operation of a diesel engine idling by turning off the cylinders / E.S. Arsentiev et al. // Scientific. - tech. Sat NIIII MO - №4. - Bronnitsy, 1980. - P.22-29.], Which leads to a decrease in the cyclic supply of fuel, the temperature of the medium into which the fuel is supplied decreases by 32.5%. As a result, the incompleteness of its combustion increases, the duration of the ignition delay period increases, which leads to an increase in the "rigidity" of the engine, the combustion process generally lengthens, which affects the efficiency of heat use and leads to a noticeable increase in the specific effective fuel consumption. With a decrease in the temperature of the working fluid, the temperature of the tip of the nozzle of the nozzle and the parts forming the inner cylinder space decreases. Under these conditions, an intensive accumulation of "low-temperature" deposits occurs, basically representing secondary petroleum resins. Resin compaction products - asphaltenes, swelling in oil, form lacquer films on metal surfaces. The latter retain any solid particles on themselves. Particularly susceptible to the accumulation of resinous deposits of the piston grooves. Deposits formed on the exhaust valves can lead to improper seating on the seat and, as a result, leakage of the working fluid. In conditions of low ambient temperature, the above-mentioned problems of engine operation at partial loads and idling are especially aggravated. Summarizing the above, it can be stated thesis that the disadvantage of the prototype are: a decrease in economic and power indicators of combined engines, as well as their reliability when operating at low loads, as well as at idle

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечения оптимальной температуры наддувочного воздуха при работе комбинированных двигателей на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода и, как следствие, повышение надежности на всех указанных выше режимах, мощностных и экономических показателей.The technical result of the claimed utility model is to ensure the optimum temperature of charge air during operation of the combined engines at all load conditions, as well as at idle speed and, as a result, increase reliability in all the above modes, power and economic indicators.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях, содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, газовую турбину, компрессор, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, трубопровод, вихревую трубу Ранка, патрубок, температурный датчик, регулирующее устройство и управляющий дроссельный вентиль, причем дополнительно содержит трубопровод теплого воздуха, а на трубопроводах холодного и теплого воздуха установлены клапаны регулирования количества холодного воздуха и теплого воздуха.The specified technical result is achieved in that the device for controlling the temperature of charge air in combined engines contains a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds, an exhaust pipe, a gas turbine, a compressor, an air-to-air charge air cooler, a pipeline, a Rank vortex tube, a pipe , a temperature sensor, a regulating device and a control throttle valve, and further comprises a warm air pipe, and on pipelines x Fresh and warm air valves are installed to control the amount of cold air and warm air.

Использование на выходе из трубы Ранка трубопроводов холодного и теплого воздуха с клапанами регулирования позволяет разделить поток воздуха, поступающего в нее, на теплый и холодный, благодаря чему под воздействием регулирующего устройства (связанного с температурным датчиком) на клапаны регулирования количества холодного воздуха и теплого воздуха в воздухо-воздушном охладителе наддувочного воздуха устанавливается оптимальная для каждого нагрузочного режима работы поршневого двигателя внутреннего сгорания температура наддувочного воздуха.The use of cold and warm air pipelines with control valves at the outlet of the Rank pipe allows you to separate the flow of air entering it into warm and cold, so that under the influence of a control device (associated with a temperature sensor) on the valves regulating the amount of cold air and warm air in air-to-air charge air cooler the optimum charge temperature for each load mode of the piston internal combustion engine is set of air.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. изображена принципиальная схема устройства для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях.A utility model is illustrated in the drawing, where in FIG. shows a schematic diagram of a device for controlling the temperature of charge air in combined engines.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускными 2 и выпускным коллекторами 3, выхлопной трубой 4, на которой установлена газовая турбина 5, приводящая в действие компрессор 6. Компрессор 6 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 трубопроводом 8 и с вихревой трубой Ранка 9 патрубком 10, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 посредством трубопроводов холодного воздуха 11 и теплого воздуха 12, на которых установлены клапаны регулирования количества холодного воздуха 13 и теплого воздуха 14. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 7 установлен температурный датчик 15, связанный с регулирующим устройством 16, управляющим клапаном регулирования количества холодного воздуха 13, клапаном регулирования теплого воздуха 14 и дроссельным вентилем 17.The proposed device for controlling the temperature of charge air in combined engines contains a reciprocating internal combustion engine 1 with intake 2 and exhaust manifolds 3, an exhaust pipe 4 on which a gas turbine 5 is installed, which drives compressor 6. Compressor 6 is connected by an air-to-air charge air cooler 7 by a pipe 8 and with a Rank 9 vortex tube by a pipe 10, the outlet of which communicates with the air-to-air charge air cooler 7 by means of cold pipelines air 11 and warm air 12, on which are installed valves for regulating the amount of cold air 13 and warm air 14. At the outlet of the air-to-air charge air cooler 7, a temperature sensor 15 is connected to the control device 16, the control valve for regulating the amount of cold air 13 , warm air control valve 14 and throttle valve 17.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях работает следующим образом. Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 по выхлопной трубе 4 поступают в газовую турбину 5, которая приводит в действие компрессор 6. Компрессор 6 сжимает атмосферный воздух и по трубопроводу 8 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 17, откуда попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускные коллекторы 2. Часть сжатого в компрессоре воздуха по патрубку 10 подается в вихревую трубу Ранка 9, разделяется в ней на два потока (холодный и теплый) и по трубопроводам холодного воздуха 11 и теплого воздуха 12 направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 7.The proposed device for controlling the temperature of charge air in combined engines works as follows. The exhaust gases of the reciprocating internal combustion engine 1 through the exhaust pipe 4 enter a gas turbine 5, which drives the compressor 6. Compressor 6 compresses the atmospheric air and supplies it through a pipe 8 to the air-to-air charge air cooler 17, from where it enters the piston engine cylinders internal combustion 1 through the intake manifolds 2. Part of the compressed air in the compressor through the pipe 10 is fed into the vortex tube Rank 9, it is divided into two flows (cold and warm) and cold pipelines air 11 and warm air 12 is sent to the air-air cooler charge air 7.

Установленный на выходе из охладителя наддувочного воздуха 7 датчик температуры 15 передает информацию на регулирующее устройство 16, которое воздействуя на клапаны регулирования количества холодного воздуха 13 и теплого воздуха 14, а также на управляющий дроссельный вентиль 17 обеспечивает такой режим работы вихревой трубы Ранка 9, который обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздух на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1.A temperature sensor 15 installed at the outlet of the charge air cooler 7 transmits information to the control device 16, which, acting on the control valves for the amount of cold air 13 and warm air 14, as well as to the control throttle valve 17, provides such a mode of operation of the Rank 9 vortex tube that provides optimal charge air temperature at the inlet to the cylinders of a reciprocating internal combustion engine 1.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздуха при работе комбинированных двигателей на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода и, как следствие, повышение их экономических, мощностных показателей и надежности при работе на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода.Compared with the prototype, the proposed device for controlling the temperature of the charge air ensures the optimum temperature of the charge air when the combined engines operate at all load conditions, as well as at idle speed and, as a result, increase their economic, power indicators and reliability when working at all load modes as well as idle.

Claims

A device for controlling the temperature of charge air in combined engines, comprising a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds, an exhaust pipe, a gas turbine, a compressor, an air-to-air charge air cooler, a pipe, a Rank vortex tube, a pipe, a temperature sensor, a control device, and control throttle valve, characterized in that it additionally contains a pipeline of warm air, and on pipelines of cold and warm air Valves for regulating the amount of cold air and warm air.