RU166577U1

RU166577U1 - SWIRLING COOLER COOLER WITH EJECTOR FOR COMBINED ENGINE

Info

Publication number: RU166577U1
Application number: RU2015153404/06U
Authority: RU
Inventors: Денис Викторович Шабалин; Владимир Самойлович Кукис; Евгений Сергеевич Терещенко; Дмитрий Владимирович Нефедов; Дмитрий Юрьевич Фадеев; Александр Петрович Дудь; Максим Евгеньевич Лапшаков; Дмитрий Сергеевич Завирохин; Андрей Александрович Козлов; Петр Александрович Сенькин; Виталий Петрович Власов
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-12-10

Abstract

Вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя, содержащий поршневой двигатель внутреннего сгорания с расположенными в нем впускным и выпускным коллекторами, выпускной коллектор соединен с газовой турбиной, приводящей в действие компрессор, компрессор соединен с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом, а с вихревым модулем - патрубком сжатого воздуха, выход из вихревого модуля сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода «холодного» воздуха, температурный датчик, расположенный на впускном коллекторе перед воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха, соединен с вихревым модулем через регулирующее устройство, отличающийся тем, что содержит эжектор, соединенный с вихревым модулем через трубопровод «горячего» воздуха, а с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха через патрубок, при этом вихревой модуль содержит несколько труб Ранка с блоком дроссельных вентилей.A charge air vortex cooler with an ejector for a combined engine, comprising a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds located therein, an exhaust manifold connected to a gas turbine driving a compressor, a compressor connected to an air-to-air charge air cooler via a pipeline, and to a vortex module - compressed air pipe, the outlet of the vortex module communicates with the air-to-air charge air cooler through the “хо one ”of air, a temperature sensor located on the intake manifold in front of the air-to-air charge air cooler is connected to the vortex module through a regulating device, characterized in that it contains an ejector connected to the vortex module through a“ hot ”air pipeline, and with the air-air charge air cooler through the pipe, while the vortex module contains several Rank pipes with a throttle valve block.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения топливно-экономических, мощностных показателей комбинированных двигателей и их надежности при работе в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов за счет обеспечения глубокого охлаждения наддувочного воздуха.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to increase fuel and economic, power indicators of combined engines and their reliability when working in a wide range of speed and load conditions due to the provision of deep cooling of charge air.

Известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (RU 119809, опубл. 27.08.2012), содержащая поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор. Компрессор соединен с 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.A known cooling system for charge air in combined engines (RU 119809, publ. 08.27.2012), containing a reciprocating 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 to the air-to-air charge air cooler by 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 by means of 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 является ее малая эффективность, обусловленная, низкой эффективностью происходящего в вихревой трубе Ранка энергетического разделения потока сжатого воздуха, поступающего в нее из компрессора, на холодный и горячий [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969. 182 с].The disadvantage of this system is its low efficiency, due to the low efficiency of the energy separation of the compressed air flow coming into it from the compressor into cold and hot that occurs in the Rank vortex tube [A. Merkulov Vortex effect and its application in technology [Text] / A.P. Merkulov. M.: Mechanical Engineering, 1969. 182 s].

Отсутствие возможности глубокого охлаждения наддувочного воздуха приводит к снижению топливной экономичности двигателя, мощностных показателей и показателей надежности [Гольтраф С.Н. Охлаждение наддувочного воздуха [Текст] / С.Н. Гольтраф. Л.: Судостроение 1975. - 60 с.].The lack of the possibility of deep cooling of the charge air leads to a decrease in the fuel economy of the engine, power indicators and reliability indicators [Goltraf S.N. Charging of charge air [Text] / S.N. Goltraf. L .: Shipbuilding 1975. - 60 p.].

Низкая эффективность вихревой трубы Ранка в системе охлаждения наддувочного воздуха связана с тем, что для охлаждения используется лишь небольшая (меньшая) часть, поступающего в вихревую трубу Ранка воздуха - «холодный» поток, основной же поток воздуха - «горячий» (не используемый), выводится из вихревой трубы Ранка в атмосферу при повышенном, по сравнению с «холодным» потоком, давлении и более высокой температурой. В результате наибольшие значения адиабатного КПД вихревых труб Ранка не превышают 0,29 [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969.182 с.].The low efficiency of the Rank vortex tube in the charge air cooling system is due to the fact that only a small (smaller) part of the air entering the vortex tube is used for cooling — the “cold” stream, the main air stream is “hot” (not used), It is removed from the Rank vortex tube into the atmosphere at an increased, compared with the “cold” flow, pressure and a higher temperature. As a result, the highest values of the adiabatic efficiency of Rank vortex tubes do not exceed 0.29 [A. Merkulov Vortex effect and its application in technology [Text] / A.P. Merkulov. M .: Engineering, 1969.182 p.].

Система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях по патенту RU 119809 является наиболее близкой к предлагаемому в заявке устройству по технической сущности и принята за прототип.The charge air cooling system in combined engines according to patent RU 119809 is the closest to the device proposed in the application by technical essence and is taken as a prototype.

Полезная модель решает задачу повышения эффективности охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях и, как следствие, повышение их топливной экономичности, мощностных показателей и показателей надежности.The utility model solves the problem of increasing the efficiency of cooling the charge air in combined engines and, as a result, increasing their fuel economy, power indicators and reliability indicators.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя, содержащий поршневой двигатель внутреннего сгорания с расположенными в нем впускным и выпускным коллекторами, выпускной коллектор, соединенный с газовой турбиной, приводящей в действие компрессор, компрессор, соединенный с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом, а с вихревым модулем - патрубком сжатого воздуха, выход из вихревого модуля сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода «холодного» воздуха, температурный датчик, расположенный на впускном коллекторе перед воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха, а вместо вихревой трубы Ранка установлен вихревой модуль, соединенный с температурным датчиком через регулирующее устройством и состоящий из нескольких вихревых труб Ранка, обеспечивающий увеличение расхода охлаждающего воздуха, а так же за счет установки за воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха эжектора, использующего «горячий» поток выходящих из вихревой трубы Ранка газов в качестве эжектирующей среды, а «холодный» поток, поступающий из охладителя наддувочного воздуха, в качестве эжектируемой [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969. 182 с.]. Эжектор снижает давление «холодного» потока на выходе из охладителя наддувочного воздуха, увеличивая тем самым степень расширения воздуха в вихревых трубах Ранка и, соответственно, эффект охлаждения.The solution to this problem is achieved due to the fact that the charge air vortex cooler with an ejector for a combined engine, containing a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds located therein, an exhaust manifold connected to a gas turbine driving a compressor, a compressor connected to air-to-air charge air cooler by a pipeline, and with a vortex module - a pipe of compressed air, the exit from the vortex module is communicated with air-to-air with a charge air cooler through a cold air pipe, a temperature sensor located on the intake manifold in front of the charge air cooler, and instead of the Rank vortex tube, a vortex module is installed, connected to the temperature sensor through a control device and consisting of several Rank vortex tubes, providing an increase in the consumption of cooling air, as well as due to the installation of an ejector using charge air behind the air-air cooler “hot” flow of gases leaving the Rank vortex tube as an ejection medium, and a “cold” flow coming from a charge air cooler as an ejected one [Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology [Text] / A.P. Merkulov. M.: Mechanical Engineering, 1969. 182 p.]. The ejector reduces the pressure of the “cold” stream at the outlet of the charge air cooler, thereby increasing the degree of expansion of air in the Rank vortex tubes and, accordingly, the cooling effect.

Предложение поясняется рисунком (Фиг.), где изображена принципиальная схема вихревого охладителя наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя.The proposal is illustrated by the figure (Fig.), Which shows a schematic diagram of a vortex charge air cooler with an ejector for a combined engine.

Предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускным 2 и выпускным коллекторами 3, компрессор 4, газовую турбину 5. Компрессор 4 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 6 трубопроводом 7 и с вихревым модулем 8, состоящим из нескольких вихревых труб Ранка 9 и блока дроссельных вентилей 14, патрубком сжатого воздуха 10. Выход из вихревого модуля 8 сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 6 посредством трубопровода «холодного» воздуха 11. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 6 во впускном коллекторе 2 установлен температурный датчик 12, связанный с регулирующим устройством 13 и блоком дроссельных вентилей 14 вихревого модуля 8. Эжектор 15 соединен с охладителем наддувочного воздуха 6 патрубком 16 и вихревым модулем 8 трубопроводом «горячего» воздуха 17.The proposed swirl charge air cooler with an ejector for a combined engine comprises a reciprocating internal combustion engine 1 with an intake 2 and exhaust manifolds 3, a compressor 4, a gas turbine 5. The compressor 4 is connected by an air-to-air charge air cooler 6 with a pipe 7 and with a vortex module 8, consisting from several vortex tubes of Rank 9 and a block of throttle valves 14, a pipe of compressed air 10. The exit from the vortex module 8 is in communication with the air-to-air charge air cooler 6 in the middle a cold air pipeline 11. At the outlet of the charge air cooler 6 in the intake manifold 2, a temperature sensor 12 is connected to the control device 13 and the throttle valve unit 14 of the vortex module 8. The ejector 15 is connected to the charge air cooler 6 by a pipe 16 and vortex module 8 by the pipeline of "hot" air 17.

Предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя работает следующим образом. Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 по выпускному коллектору 3 поступают в газовую турбину 5, которая приводит в действие компрессор 4. Компрессор 4 сжимает атмосферный воздух и по трубопроводу 7 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 6, откуда воздух попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускной коллектор 2. Часть сжатого в компрессоре 4 воздуха по патрубку сжатого воздуха 10 подается в вихревой модуль 6, разделяется в нем на два потока (холодный и горячий) и по трубопроводу «холодного» воздуха 11 направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 8, а по трубопроводу «горячего» воздуха 17 направляется в эжектор 15. Здесь за счет эжекции обеспечивается понижение давления «холодного» потока в патрубке 16.The proposed swirl cooler charge air with an ejector for a combined engine operates as follows. The exhaust gases of a reciprocating internal combustion engine 1 through an exhaust manifold 3 enter a gas turbine 5, which drives a compressor 4. Compressor 4 compresses the atmospheric air and supplies it through a pipe 7 to the air-to-air charge air cooler 6, from where the air enters the piston cylinders internal combustion engine 1 through the intake manifold 2. Part of the compressed air in the compressor 4 through the nozzle of compressed air 10 is supplied to the vortex module 6, is divided into two streams (cold and hot) and the cold air pipe 11 is sent to the charge air cooler 8, and the hot air pipe 17 is sent to the ejector 15. Here, due to ejection, the pressure of the cold stream in the pipe 16 is reduced.

Установленный во впускном коллекторе 2 температурный датчик 12 передает информацию на регулирующее устройство 13, которое, воздействуя на блок дроссельных вентилей 14, обеспечивает такой режим работы вихревого модуля 8, который обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздух на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1.The temperature sensor 12 installed in the intake manifold 2 transmits information to the control device 13, which, acting on the throttle valve block 14, provides such a mode of operation of the vortex module 8, which ensures the optimum temperature of the charge air at the inlet to the cylinders of the reciprocating internal combustion engine 1.

По сравнению с прототипом предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя обеспечивает более эффективное охлаждение наддувочного воздуха в комбинированном двигателе и, как следствие, повышение топливно-экономических, мощностных показателей и надежности при его работе в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.Compared with the prototype, the proposed charge air vortex cooler with an ejector for the combined engine provides more efficient cooling of the charge air in the combined engine and, as a result, increases fuel and economic, power indicators and reliability during its operation in a wide range of speed and load conditions.

Claims

A charge air vortex cooler with an ejector for a combined engine, comprising a reciprocating internal combustion engine with intake and exhaust manifolds located therein, an exhaust manifold connected to a gas turbine driving a compressor, a compressor connected to an air-to-air charge air cooler via a pipeline, and to a vortex module - compressed air pipe, the outlet of the vortex module communicates with the air-to-air charge air cooler through the “хо one ”of air, a temperature sensor located on the intake manifold in front of the air-to-air charge air cooler is connected to the vortex module through a regulating device, characterized in that it contains an ejector connected to the vortex module through a“ hot ”air pipeline, and with the air-air charge air cooler through the pipe, while the vortex module contains several Rank pipes with a throttle valve block.