RU83953U1

RU83953U1 - PULSE BURNING CAMERA

Info

Publication number: RU83953U1
Application number: RU2008116174/22U
Authority: RU
Inventors: Салих Анварович Боташев; Анвар Юсуфович Боташев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Технология"
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-06-27

Abstract

Данная полезная модель относится к области обработки материалов давлением, она может быть использована также в энергетике для получения продуктов горения высокого давления. Камера содержит корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, сообщенных каналами, в которых установлены обратные клапаны. Отличительной особенностью данной камеры является то, что диаметр последней полости в 40...100 раз превышает ее высоту.This utility model relates to the field of pressure processing of materials; it can also be used in the energy sector to produce high pressure combustion products. The camera contains a housing divided along the length of the partitions into several closed cavities communicated by channels in which the check valves are installed. A distinctive feature of this chamber is that the diameter of the last cavity is 40 ... 100 times its height.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением. Она может быть использована и в энергетике для получения продуктов сгорания высокого давления.The proposed utility model relates to the field of pressure material processing. It can also be used in the energy sector to produce high pressure combustion products.

Известны камеры сгорания, использующиеся в устройствах для обработки материалов давлением, в частности для листовой штамповки. В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - с.59-69). В этих устройствах давление во всем объеме камеры сгорания одинаковое, и это существенно снижает импульс давления на штампуемую заготовку.Known combustion chambers used in devices for processing materials by pressure, in particular for sheet stamping. In these devices, the stamping process is carried out under the action of the gas pressure generated during the combustion of the fuel mixture in the combustion chamber (Stepanov V.G., Shavrov I.A. High-energy pulsed metal processing methods. - L .: Mashinostroenie, 1975. - p. 59- 69). In these devices, the pressure in the entire volume of the combustion chamber is the same, and this significantly reduces the pressure pulse on the stamped workpiece.

К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является камера пульсирующего горения, содержащая корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, сообщенных каналами, в которых установлены обратные клапаны (авт. свид. СССР №1570435 МКл. F23C 11/04).The closest analogue to the claimed object is a pulsating combustion chamber containing a housing divided by the length of the partitions into several closed cavities communicated by channels in which check valves are installed (ed. Certificate of the USSR No. 1570435 MKl. F23C 11/04).

Недостаток известной камеры сгорания заключается в следующем. При использовании этой камеры для листовой штамповки не обеспечивается максимально возможное повышение давления, действующего на поверхность деформируемой заготовки.A disadvantage of the known combustion chamber is as follows. When using this chamber for sheet stamping, the maximum possible increase in pressure acting on the surface of the deformable workpiece is not provided.

В процессе горения топливной смеси в полостях камеры сгорания часть топливной смеси перетекает в последнюю полость, примыкающую к штампуемой заготовке, и давление в ней непрерывно повышается. При этом повышается и температура топливной смеси. При достижении определенной температуры топливная смесь может самовоспламениться. Это ограничивает максимальную величину давления топливной смеси в последней полости камеры. Поэтому топливную смесь целесообразно охлаждать. Однако это в During the combustion of the fuel mixture in the cavities of the combustion chamber, part of the fuel mixture flows into the last cavity adjacent to the workpiece being stamped, and the pressure in it continuously increases. At the same time, the temperature of the fuel mixture rises. When a certain temperature is reached, the fuel mixture may self-ignite. This limits the maximum pressure of the fuel mixture in the last chamber cavity. Therefore, it is advisable to cool the fuel mixture. However it is in

известной камере сгорания не обеспечивается из-за нерационального соотношения размеров последней полости камеры.a known combustion chamber is not provided due to the irrational aspect ratio of the last chamber cavity.

Целью изобретения является повышение давления продуктов сгорания.The aim of the invention is to increase the pressure of the combustion products.

Указанная цель достигается тем, что последняя полость камеры сгорания выполнена такой, что ее диаметр в 40...100 раз превышает ее высоту, а выпускной клапан, служащий для удаления продуктов сгорания из этой полости, установлен в стенке предыдущей полости камеры. При этом отношение площади поверхности последней полости камеры к ее объему приближается к максимальной возможной величине. Благодаря увеличению поверхности этой полости происходит интенсивная теплоотдача от топливной смеси к стенкам полости. Это снижает температуру топливной смеси.This goal is achieved in that the last cavity of the combustion chamber is made such that its diameter is 40 ... 100 times its height, and the exhaust valve, which serves to remove combustion products from this cavity, is installed in the wall of the previous cavity of the chamber. In this case, the ratio of the surface area of the last chamber cavity to its volume approaches the maximum possible value. Due to the increase in the surface of this cavity, intense heat transfer from the fuel mixture to the walls of the cavity occurs. This reduces the temperature of the fuel mixture.

Предлагаемое устройство представлено на рисунке. Оно содержит корпус 1 и основание 2, стянутые между собой с помощью фланца 3 и болтов 4 с гайками 5. В корпусе 1 размещена камера сгорания, разделенная по длине перегородками на замкнутые полости 6, 7, 8 и 9, соединенные между собой каналами 10, 11, 12, в которых установлены обратные клапаны 13, 14, 15. Верхняя полость 6 снабжена впускным клапаном 16 и свечей зажигания 17. В нижней части корпуса 1 установлен выпускной клапан 18, соединенный каналом 19 с полостью 9. В основании 2 размещена матрица 20. Штампуемая заготовка 21 зажимается между корпусом 1 и матрицей 21.The proposed device is presented in the figure. It contains a housing 1 and a base 2, pulled together by means of a flange 3 and bolts 4 with nuts 5. In the housing 1 there is a combustion chamber divided along the length of the partitions into closed cavities 6, 7, 8 and 9, interconnected by channels 10, 11, 12, in which check valves 13, 14, 15 are installed. The upper cavity 6 is equipped with an inlet valve 16 and spark plugs 17. An exhaust valve 18 is installed in the lower part of the housing 1, which is connected by a channel 19 to the cavity 9. A matrix 20 is placed in the base 2 The stampable workpiece 21 is clamped between the housing 1 and the die 21.

Диаметр полости 9 примерно равен диаметру или максимальному поперечному размеру внутренней полости матрицы 20. Данное устройство предназначено для штамповки деталей диаметром 200...1000 мм. Поэтому в зависимости от типоразмера устройства диаметр полости 9 находится в пределах 200...1000 мм, а высота этой полости очень мала, она составляет всего 5...10 мм. Таким образом, диаметр этой полости в 40...100 раз больше ее высоты. Это сделано для достижения максимальной теплоотдачи от топливной смеси к штампуемой заготовке. При таком соотношении диаметра The diameter of the cavity 9 is approximately equal to the diameter or the maximum transverse size of the inner cavity of the matrix 20. This device is designed for stamping parts with a diameter of 200 ... 1000 mm. Therefore, depending on the size of the device, the diameter of the cavity 9 is in the range 200 ... 1000 mm, and the height of this cavity is very small, it is only 5 ... 10 mm. Thus, the diameter of this cavity is 40 ... 100 times its height. This is done to achieve maximum heat transfer from the fuel mixture to the stamped workpiece. With this diameter ratio

и высоты полости 9 невозможно разместить в ее боковой стенке выпускной клапан, поэтому этот клапан установлен в стенке полости 8.and the height of the cavity 9 cannot be placed in its side wall of the exhaust valve, therefore, this valve is installed in the wall of the cavity 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В полость 6 через впускной клапан 16 подается топливная смесь. При этом через каналы 10, 11, 12 топливная смесь поступает и в полости 7, 8, 9. Затем топливная смесь в полости 6 с помощью свечи 17 поджигается. В процессе горения смеси давление в полости 6 повышается. Благодаря этому часть топливной смеси из полости 6 перетекает в полость 7, а затем в полости 8 и 9. К моменту достижения фронта пламени канала 10 давление в полостях 7, 8, 9 значительно повышается. При проникновении пламени через канал 10 начинается горение топливной смеси в полости 7. Давление в этой полости повышается. При этом обратный клапан 13 закрывается, предотвращая перетекание продуктов сгорания в полость 6. Часть топливной смеси из полости 7 перетекает в полость 8, затем в полость 9, и давление в этих полостях повышается. Аналогично происходит при проникновении пламени через канал 12 в полость 9.The operation of the device is as follows. The fuel mixture is supplied into the cavity 6 through the inlet valve 16. In this case, through the channels 10, 11, 12, the fuel mixture enters the cavity 7, 8, 9. Then, the fuel mixture in the cavity 6 is ignited using the candle 17. In the process of burning the mixture, the pressure in the cavity 6 rises. Due to this, part of the fuel mixture from the cavity 6 flows into the cavity 7, and then into the cavity 8 and 9. By the time the front of the flame of channel 10 is reached, the pressure in the cavities 7, 8, 9 is significantly increased. When flame penetrates through channel 10, the combustion of the fuel mixture in the cavity 7 begins. The pressure in this cavity rises. When this check valve 13 is closed, preventing the flow of combustion products into the cavity 6. Part of the fuel mixture from the cavity 7 flows into the cavity 8, then into the cavity 9, and the pressure in these cavities rises. Similarly occurs when the flame penetrates through the channel 12 into the cavity 9.

Таким образом, благодаря перетеканию топливной смеси из одной полости в другую, давление топливной смеси в полости 9 непрерывно увеличивается, повышается также ее температура. При этом из-за малости высоты полости 9 происходит интенсивный теплообмен между топливной смесью и заготовкой 21. Благодаря этому температура топливной смеси существенно снижается. Под действием давления в топливной смеси заготовка 21 деформируется, объем полости 9 увеличивается. При проникновении пламени через канал 12 в эту полость происходит сгорание топливной смеси в ней. Давление в полости 9 резко повышается. При этом обратный клапан 15 закрывается. Под действием давления продуктов сгорания заготовка 21 интенсивно деформируется - осуществляется процесс штамповки.Thus, due to the flow of the fuel mixture from one cavity to another, the pressure of the fuel mixture in the cavity 9 continuously increases, its temperature also rises. Moreover, due to the small height of the cavity 9, intense heat exchange occurs between the fuel mixture and the workpiece 21. Due to this, the temperature of the fuel mixture is significantly reduced. Under the influence of pressure in the fuel mixture, the workpiece 21 is deformed, the volume of the cavity 9 increases. When the flame penetrates through the channel 12 into this cavity, combustion of the fuel mixture in it occurs. The pressure in the cavity 9 rises sharply. When this check valve 15 is closed. Under the influence of the pressure of the combustion products, the workpiece 21 is intensively deformed - the stamping process is carried out.

При открытии выпускного клапана 18 продукты сгорания выпускаются из полостей 9, 8, 7, 6. Затем, отвинтив гайки 5, основание 2 отсоединяют от When the exhaust valve 18 is opened, the combustion products are discharged from the cavities 9, 8, 7, 6. Then, by unscrewing the nuts 5, the base 2 is disconnected from

корпуса 1. Отштампованную деталь извлекают из полости матрицы 20. Затем на матрицу устанавливают новую заготовку, после чего основание 2 с матрицей 20 снова присоединяют к корпусу. Далее цикл работы камеры повторяется в той же последовательности.cases 1. The stamped part is removed from the cavity of the matrix 20. Then a new blank is installed on the matrix, after which the base 2 with the matrix 20 is again attached to the body. Next, the camera cycle is repeated in the same sequence.

В предложенной камере сгорания, благодаря охлаждению топливной смеси в последней полости, достигается значительно большая степень повышения давления топливной смеси. Температура топливной смеси изменяется по политропическому закону, т.е.In the proposed combustion chamber, due to cooling of the fuel mixture in the last cavity, a significantly greater degree of increase in the pressure of the fuel mixture is achieved. The temperature of the fuel mixture varies according to the polytropic law, i.e.

где Т_Н, Т_К - начальное и конечное значения температуры;where T _N , T _K - the initial and final temperature values;

Р_Н, Р_К - начальное и конечное значения давления;R _N , R _K - the initial and final pressure values;

n - показатель политропы.n is an indicator of polytropy.

В газовых двигателях внутреннего сгорания величина n в процессе сжатия топливной смеси составляет 1,37...1,39, а максимально возможная величина температуры топливной смеси составляет 750 К (Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н.Вырубов и др.; под ред. А.С.Орлина; М.Г.Круглова - М: Машиностроение, 1983, с.107). Эти величины приемлемы и для данного случая.In gas internal combustion engines, the n value during the compression of the fuel mixture is 1.37 ... 1.39, and the maximum possible temperature of the fuel mixture is 750 K (Internal combustion engines: Theory of piston and combined engines / D.N. Vyrubov and dr .; edited by A.S. Orlin; M.G. Kruglova - M: Mechanical Engineering, 1983, p. 107). These values are acceptable for this case.

Начальная температура топливной смеси в данном случае составляет 300...320 К. Исходя из этих величин, определим возможную степень повышения давления топливной смеси при отсутствии охлаждения. Из зависимости (1) получим:The initial temperature of the fuel mixture in this case is 300 ... 320 K. Based on these values, we determine the possible degree of increase in the pressure of the fuel mixture in the absence of cooling. From dependence (1) we get:

Из этой зависимости следует, что при указанных значениях Т_Н, Т_К, n максимальная степень повышения топливной смеси составляет 25...30. Таким образом, в известной камере сгорания давление топливной смеси в последней полости может увеличиться в 25...30 раз. В предлагаемой камере сгорания вся масса топливной смеси, поступающая в последнюю полость камеры сгорания, контактирует с обрабатываемой заготовкой. При этом разность их температур составляет 400...500 К. Благодаря этому, топливная смесь интенсивно охлаждается. Расчеты показывают, что при этом показатель политропы значительно снижается и составляет примерно 1,31...1,33. Тогда согласно зависимости (2) степень повышения давления составляет порядка 40...45, т.е. во столько раз может быть увеличено давление топливной смеси.From this dependence it follows that at the indicated values of T _N , T _K , n, the maximum degree of increase in the fuel mixture is 25 ... 30. Thus, in the known combustion chamber, the pressure of the fuel mixture in the last cavity can increase 25 ... 30 times. In the proposed combustion chamber, the entire mass of the fuel mixture entering the last cavity of the combustion chamber is in contact with the workpiece. Moreover, their temperature difference is 400 ... 500 K. Due to this, the fuel mixture is intensively cooled. Calculations show that at the same time, the polytropic indicator is significantly reduced and amounts to approximately 1.31 ... 1.33. Then, according to dependence (2), the degree of pressure increase is about 40 ... 45, i.e. so many times the pressure of the fuel mixture can be increased.

Claims

A pulsating combustion chamber comprising a housing divided along the length of the partitions into several closed cavities connected between channels in which check valves are installed, and means for supplying and igniting the fuel mixture installed in the first cavity, and also an exhaust valve for removing combustion products, connected channel with the last cavity, characterized in that the diameter of the last cavity is 40 ... 100 times its height, and said exhaust valve is placed in the wall of the penultimate cavity.