RU1800083C

RU1800083C - Двигатель внутреннего сгорани с регулируемым турбонаддувом

Info

Publication number: RU1800083C
Application number: SU904851229A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Викторович Жлобич; Евгений Савельевич Санкович
Original assignee: Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1993-03-07

Abstract

Использование: изобретение относитс к двигател м внутреннего сгорани с регулируемым газотурбинным наддувом и системой очистки отработавших газов. Сущность изобретени : используетс вихрева труба 11. создающа гор чие и холодные потоки, гор чий 12 патрубок вихревой трубы 11 своим выходным концом установлен внутри выхлопной трубы 13 перед саже- вым фильтром 15 и ориентирован по потоку газов. Выходной конец гор чего 12 патрубка вихревой трубы 11, а также участок выхлопной трубы 13, содержащий саже- вый фильтр 15, покрытый слоем теплоизрл -. ций Холодный 16 патрубок вихревой трубы с жидкостным охлаждением 17 сообщен с всасывающим патрубком 10 компрессора и снабжен регул тором 19 циркул ции отработавших газов с клапаном 22 управлени . 2 ил.

Description

W

CD

фиг/

О 00 СА)

Изобретение относитс к машиностроению , конкретно к двигател м внутреннего сгорани с регулируемым турбонаддувом и системой нейтрализации отработавших газов .

Целью изобретени вл етс снижение токсичности отработавших газов.

На фиг.1 схематически представлен общий вид системы газотурбинного наддува с установкой вихревой трубы и рециркул цией отработавших газов; на фиг.2 - соеди- нение гор чего патрубка с выхлопной трубой.

Система газотурбинного наддува содержит турбокомпрессор .1, состо щий из газовой турбины 2 и центробежного компрессора 3, соединенных с двигателем внутреннего сгорани (не показан) выпускным . трубопроводом 4 и нагнетательным трубопроводом 5, причем с целью регулировани газова турбины 2 снабжена обводным каналом 6 и перепускным клапаном 7 с мембранной камерой, имеющей дл своего управлени воздушный канал 8. На входе компрессора 3 установлены воздухоочиститель 9 и всасывающий патрубок 10.

Выпускной трубопровод А с помощью обводного канала б соединен с вихревой трубой 11, имеющей тангенциальный или. .спиральный сопловой вв од, переход щий в рабочую часть с закрепленными на выходе конусом и гор чим патрубком 12, соединенным с выхлопной трубой 13.Патрубок 12 (фиг.2) и часть гор чей поверхности вихревой трубы 11 покрыты слоем тепловой изол ции 14, а выходной участок патрубка 12 выполнен изогнутым и размещен в полости выхлопной трубы 13 перед сажевым фильтром 15 на рассто нии не более одного диаметра этой трубы.

Второй холодный выпускной патрубок вихревой трубы 11 выполнен в виде центральной трубки 16 с диафрагмой на входе и змеевиком 17, охлаждаемым жидкостью, например водой из рубашки корпуса газовой турбины 2 или блока двигател . В свою очередь змеевик 17 соединен трубопроводом 18 с всасывающим патрубком 10 компрессора 3 напр мую или через фильтр тонкой очистки в корпусе воздухоочистител 9.

На трубопроводе 18 установлен регул тор 19 циркул ции газов мембранного типа, у которого одна рабоча полость (верхн ) сообщена газовым каналом 20 с выпускным трубопроводом 4, друга полость (нижн ) воздушным каналом 21, содержащим клапан 22 управлени электромагнитного типа, с нагнетательным трубопроводом 5.

Двигатель работает следующим образом .

При пуске двигател на режиме холостого хода с низкой частотой вращени вала , а также в момент разгона отработавшие газы полностью движутс по выпускному трубопроводу 4 в газовую турбину 2 и вихрева труба 11 не действует, так как закрыт перепускной клапан 7, а регул тор 19 циркул ции газов перекрывает трубопровод 18. В этот начальный период клапан 22 управлени сообщает рабочую полость (нижнюю ) мембранной камеры регул тора 19 с нагнетательным трубопроводом 5, в кото5 ром давление воздуха, сжатого компрессором 3, ниже, чем давление отработавших газов на выпуске двигател , передаваемое из выпускного трубопровода 4 по соединительному каналу 20 во вторую (верхнюю)

0 рабочую полость камеры регул тора 19,С увеличением нагрузки двигател давление сжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе 5 возрастает и становитс выше давлени отработавших газов в выпуск5 ном трубопроводе 4. Теперь перепад давлени в рабочих полост х мембранной камеры регул тора 19 циркул ции газов действует в обратном (верхнем) направлении и мембрана, перемеща сь, открывает

0 клапан регул тора 19, который сообщает полости выхлопной трубы 13 и вихревой трубы 11 с всасывающим патрубком 10. Отработавшие газы под действием избыточного давлени в выхлопной трубе 13 движутс в

5 ограниченном количестве в гор чий выпускной патрубок 12, заполн ет вихревую трубу 11, охлаждаютс в змеевике 17 и по соединительному трубопроводу 18 рецирку- лируют во всасывающий патрубок 10, в ко0 тором поток воздуха находитс под небольшим разр жением благодар гидросопротивлению воздухоочистител 9.

При средней и повышенной нагрузке двигател и увеличенной частоте вращени

5 вала турбокомпрессор 1 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе 5 и цилиндрах двигател , которое по воздушному каналу 8 сообщаетс также перепускному клапану 7, воздействует на под0 пружиненную мембрану клапана и открывает его. В этот период, основной, отработавшие газы движутс паралелльными потоками в газовую турбину 2 и по обводному каналу 6 через перепускной клапан 7 в

5 сопловый ввод вихревой трубы 11.

. Благодар наличию перепада давлени и ускорению газового потока до звуковой или сверхзвуковой скорости 10 в рабочей части вихревой трубы 11 создаетс интенсивное вращательное движение и возникает термическа неравномерность с образованием более нагретого потока (горючего) на периферии рабочей части трубы и охлажденного потока (холодного) на ее оси, движущихс в трубе противоточно.

Кро ме того, в трубе 11 создаетс радиальна неравномерность давлени и эффективно протекает процесс сепарации механических частиц, таких как сажа, зола, капли масла, продукты износа. Выход этих частиц в зону гор чего потока с температурой 850 - 900 К сопровождаетс выгоранием углеводородов и выносом остатка в гор чий выпускной патрубок 12, а из него в полость выхлопной трубы 13 на сажевый фильтр 15. С помощью теплоизол ции 14 поддерживаетс высока температура газовой струи на выходе из патрубка 12, обеспечивающа дожигание горючих компонентов в основном потоке отработавших газов, вы- ход щем из газовой турбины 2, и частично, регенерацию сажевого фильтра 15.

Холодный поток отработавших движетс по оси вихревой трубы 11 через диафрагму центральной трубки 16, допол- нительно охлаждаетс в змеевике 17 до температуры 470 - 520 К и, пройд клапан циркул ции газов 19, направл етс по соединительному трубопроводу 18 в патрубок 10, в котором образуетс газовоздушна смесь. Состав смеси и ее температура завис т от распределени отработавших газов на гор чий и холодный потоки и регламентируютс геометрическими размерами вихревой грубы, ее конуса и диафрагмы, а также положением клапана в регул торе циркул ции газов 19. Сжата в центробежном компрессо ре 3 газовоздушна смесь движетс по нагнетательному трубопроводу 5 в охладитель наддувочного воздуха (не показан) и цилиндры двигател .

При номинальной нагрузке двигател клапан 22 управлени перекрывает воздушный канал 21 и сообщает нижнюю рабочую полость мембранной камеры регул тора 19 с атмосферой. За счет перепада давлени ,

созданного в мембранной камере, клапан регул тора 19 работает на закрытие и прекращает рециркул цию отработавших газов из холодного выпускного патрубка вихревой трубы 11. На этом режиме работы двигател термическое разделение в трубе 11 не происходит и отработавшие газы, поступающие в ее рабочую часть, полностью отвод тс выпускным патрубком 12 в общую выхлопную трубу 13. Отключение рециркул ции отработавших газов ведет к уменьшению недожога в цилиндрах двигател , снижает его теплонапр женность. Качество регулировани рециркул ции клапаном 22 может быть повышено с помощью электронной системы управлени , снабженной датчиками температуры, частоты вращени и др.

Claims

Формула изобретени

Двигатель внутреннего сгорани с регулируемым турбонаддувом, содержащий турбокомпрессор , имеющий газовую турбину и компрессор, установленные на общем валу, соединенный с двигателем при помощи нагнетательного и выпускного трубопроводов и снабженный на входе в компрессор всасывающим патрубком и выхлопную трубу, под- ключенную к выходу турбины, и сообщенную с выпускным трубопроводом обводным каналом, включающим перепускной клапан и вихревую трубу с гор чим и холодным патрубками, отличающий- с тем, что, с целью снижени токсичности отработавших газов, он снабжен сажевым фильтром, установленным в выхлопной трубе , гор чий патрубок вихревой трубы выходным концом расположен перед сажевым фильтром, ориентирован по потоку газов и вместе с участком выхлопной трубы, содержащим сажевый фильтр, покрыт теплоизол цией , а холодный патрубок вихревой трубы сообщен со всасывающим патрубком компрессора и снабжен регул тором циркул ции газов с клапаном управлени .

Фи г. 2