SU732567A2

SU732567A2 - Cooling system

Info

Publication number: SU732567A2
Application number: SU782676808A
Authority: SU
Inventors: Александр Борисович Азбель; Анна Соломоновна Дроздова
Original assignee: Предприятие П/Я А-1697
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1980-05-05

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению, а именно к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to engine building, and in particular to cooling systems for internal combustion engines with gas turbine supercharging.

По основному авт. св. № 603759 из- ⁵вестна система охлаждения наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания с турбокомпрессором наддува, содержащая промежуточный воздуховоздуш- _fQный холодильник с просасывающим вентилятором; воздушную турбину, установленную во впускном трубопроводе двигателя и кинематически связанную с вентилятором, и байпасный трубопровод с регупи— ₁₅руемым запорным органом, подключенный к впускному трубопроводу между входом и выходом воздушной турбины, причем воздушная турбина размещена в воздухозаборном участке впускного трубопрово- jq да перед турбокомпрессором [1] .According to the main author. St. № iz ⁵ 603 759 is known charge air cooling system for internal combustion engines with a turbocharger supercharging containing intermediate vozduhovozdush- _fQ ny sucked refrigerator with a fan; an air turbine mounted in the engine intake conduit and are kinematically connected with a fan, and a bypass line ₁₅ with regupi- Rui locking body connected to the intake conduit between the inlet and outlet of the air turbine, the air turbine arranged in the air intake portion of the inlet pipework before the turbocharger and jq [1] .

При таком размещении воздушной турбины на ее привод расходуется определенная часть мощности двигателя. Это объясняется тем, что перед турбиной турбокомпрессора необходимо повышать давление газов для подвода дополнительной работы с компрессору агрегата наддува и эта работа расходуется на просасывание воздуха через воздушную турбину. При этом давление на выходе из компрессора остается неизменным и наблюдается некоторое снижение мощности поршневой части двигателя и ухудшение экономических показателей всей комбинированной установки.With this arrangement of an air turbine, a certain part of the engine power is spent on its drive. This is because in front of the turbocharger turbine it is necessary to increase the gas pressure to supply additional work with the compressor of the boost unit and this work is spent on air suction through the air turbine. At the same time, the pressure at the compressor outlet remains unchanged and there is a slight decrease in the power of the piston part of the engine and a deterioration in the economic indicators of the entire combined installation.

Целью изобретения является повышение эффективности системы длч охлаждения воздушного заряда путем уменьшения затрат мощности на привод воздушной турбины.The aim of the invention is to increase the efficiency of the system for cooling the air charge by reducing the power consumption for driving an air turbine.

Указанная цель достигается тем, что турбокомпрессор и воздушная турбина выполнены с осерадиальными крыльчатками, лопатки которых ориентированы в противоположных направлениях, и отношение расстояния от торна крыльчатки воздушной турбины до торца крыльчатки турбокомп рессора к. шагу лопаток последней лежит в пределах (1,0-3,0).This goal is achieved by the fact that the turbocompressor and the air turbine are made with axial radial impellers, the blades of which are oriented in opposite directions, and the ratio of the distance from the air turbine impeller thorn to the end face of the turbocompressor impeller to the pitch of the latter blades lies in the range (1.0-3, 0).

При таком исполнении системы охлаждения воздушная турбина создает на входе в компрессор перед рабочим колесом _sзакрутку потока по направлению вращения колеса. При этом имеется возможность снизить затраты мощности на привод компрессора и требуемую мощность турбины в результате снижается давление на вхо- ю де в турбину и уменьшаются потери на насосные хода поршневой части двигателя.With this design of the cooling system, the air turbine creates a flow swirl in front of the impeller _s in front of the impeller _s in the direction of rotation of the wheel. At the same time, it is possible to reduce the power consumption for the compressor drive and the required turbine power; as a result, the pressure on the turbine inlet decreases and the losses on the pumping stroke of the piston part of the engine are reduced.

На фиг. 1 изображен вариант системы для охлаждения заряда воздуха; на фиг. 2' '5 взаимное расположение торцов крыльчаток воздушной турбины и компрессора.In FIG. 1 shows an embodiment of a system for cooling an air charge; in FIG. 2 '' 5 relative position of the ends of the impellers of the air turbine and the compressor.

Система охлаждения заряда воздуха содержит промежуточный воздухо-воздушный холодильник 1, например трубчато- 20 пластинчатого типа, снабженный защитным кожухом 2 с просасывающим вентилятором 3, кинематически связанным с воздушной турбиной 4, например радиального типа. Холодильник 1 установлен во ²⁵впускном трубопроводе 5 двигателя 6, в котором установлен также компрессор 7 турбокомпрессора 8 наддува двигателя 6. В воз .пухозаборном участке 9 турбокомпрессора 8 установлен воздухоочиститель ³⁰10, за которым установлена воздушная турбина 4 и байпасный трубопровод 11с регулируемым запорным органом 12, например дроссельной заслонкой, при помощи которого регулируется расход воздуха ³через турбину 4. Торец крыльчатки 13 воздушной турбины 4 расположен относительно торца крыльчатки 14 компрессора 7 турбокомпрессора 8 таким образом, что направление вращения крыльчатки компрес-⁴⁰сора 7, показанное стрелкой А, противоположно направлено вращению воздушной турбины 4, показанное стрелкой Б. Закрутка потока'(окружная составляющая скорости) С^ц противоположна направле- ⁴⁵нию вращения крыльчатки компрессора 7 (стрелка А); t-шаг лопаток турбины;The air charge cooling system comprises an intermediate air-air cooler 1, for example, a tube-type 20 plate type, equipped with a protective casing 2 with a suction fan 3, kinematically connected with an air turbine 4, for example, of a radial type. The refrigerator 1 is installed in the intake conduit ²⁵ of engine 5, 6 which is also mounted the compressor of the turbocharger 7 8 supercharged engine 6. WHO .puhozabornom portion 9 of the turbocharger 8 is provided an air cleaner ^{30 October,} which is set for the air turbine 4 and the bypass pipe 11c controllable closing body 12 such as a throttle valve which is adjustable by means of the air flow ³ through the turbine impeller 4. The end 13 of the air turbine 4 is positioned relative to the end face 14 of the impeller 7 of the compressor of the turbocharger 8 mayor manner that the direction of rotation of the impeller compressor ⁴⁰ litter 7, as shown by arrow A, oppositely directed rotation of the air turbine 4, as shown by arrow B. Twisting Stream (circumferential velocity component) S ^ q opposite direction ^45, the rotation of the compressor impeller 7 (arrow A); t-pitch of the turbine blades;

g —расстояние между торцами крыльчаток турбины 4 и компрессора 7; ^С1а — скорость потока на входе, в компрессор 7; 5®g — distance between the ends of the impellers of the turbine 4 and compressor 7; ^C 1a is the flow rate at the inlet to the compressor 7; 5®

Θ - угол закрутки.Θ - twist angle.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Из атмосферы воздух через фильтр 10 поступает в воздушную турбину 4, при помощи которой приводится во вращение вентилятор 3 системы охлаждения наддувочного воздуха. После турбины 4 воздух поступает в компрессор 7 турбокомпрессора 8, где он сжимается до требуемого давления. После компрессора 7 воздух поступает в промежуточный холодильник 1, а затем во впускной трубопровод 5 двигателя 6.From the atmosphere, air through the filter 10 enters the air turbine 4, by means of which the fan 3 of the charge air cooling system is rotated. After the turbine 4, air enters the compressor 7 of the turbocompressor 8, where it is compressed to the required pressure. After the compressor 7, the air enters the intermediate cooler 1, and then into the inlet pipe 5 of the engine 6.

При этом выход из крыльчатки турбины 4 находится непосредственно на входа в компрессор 7, причем отношение расстояния от торца крыльчатки 13 воздушной турбины и до торца крыльчатки 14 компрессора 7 турбокомпрессора 8 к шагу лопаток воздушной турбины 4 лежит в пределах g|i = 1,0-3,0, иначе влияние закрутки сказываться не будет. При этом для уменьшения работы, подводимой от турбины, закрутка имеет направление обратное вращению компрессора 7, указанное стрелкой А. Таким образом за счет подобной установки турбины и при ориентации лопаток 13 турбины 4 в сторону, противоположную лопаткам 14, компрессора 7 турбокомпрессора 8 можно повысить экономичность системы для охлаждения воздушного заряда путем уменьшения затрат мощности на привод воздушной турбины.The exit from the impeller of the turbine 4 is located directly at the entrance to the compressor 7, and the ratio of the distance from the end of the impeller 13 of the air turbine to the end of the impeller 14 of the compressor 7 of the turbocompressor 8 to the pitch of the blades of the air turbine 4 lies in the range g | i = 1,0- 3.0, otherwise the effect of the spin will not affect. Moreover, to reduce the work supplied from the turbine, the spin has a direction opposite to the rotation of the compressor 7, indicated by arrow A. Thus, by installing the turbine in this way and with the blades 13 of the turbine 4 oriented in the opposite direction to the blades 14 of the compressor 7 of the turbocharger 8, it is possible to increase the efficiency systems for cooling the air charge by reducing power costs for driving an air turbine.

Использование изобретения позволит повысить эффективность системы охлаждения наддувочного воздуха форсированного двигателя за счет предварительной закрутки потока на входе в компрессор и снижения модности на его привод.The use of the invention will improve the efficiency of the forced-air cooling system of the forced engine by pre-twisting the flow at the inlet to the compressor and reducing the modality of its drive.

Claims

The invention relates to mechanical engineering, in particular, to engine engineering, namely to cooling systems of gas-turbine supercharged internal combustion engines. According to the main author. St. No. 603759, a known charge air cooling system for internal combustion engines with a turbocharger of a supercharger, comprising an intermediate air-to-air cooler with a suction fan; an air turbine installed in the engine intake pipe and kinematically connected to the fan, and a bypass pipe with an adjustable shut-off element connected to the inlet pipe between the air inlet and the air turbine, and the air turbine is located in the air intake section of the inlet pipe in front of the turbocharger l. With this arrangement of the air turbine, a certain part of the engine power is expended on its drive. This is due to the fact that the first turbine of the turbocompressor needs to increase the gas pressure to supply additional work to the compressor of the pressurization unit and this work is spent on sucking air through the air turbine. At the same time, the pressure at the outlet from the compressor remains unchanged and a slight decrease in the power of the piston part of the engine and a deterioration in the economic performance of the entire combined installation are observed. The aim of the invention is to increase the efficiency of the system for cooling the air charge by reducing the power cost of driving the air turbine. This goal is achieved by the fact that the turbocharger and the air turbine are made with axial radial impellers, the blades of which are oriented in opposite directions, and the ratio of the distance from the end of the air turbine impeller to the end of the turbine compressor impeller to the blade pitch of the latter lies within (1.0-3 , 0). With such a performance of the cooling system of the air turbine at the entrance to the compressor in front of the main wheel, the flow is spin due to the rotation of the wheel. In this case, it is possible to reduce the cost of power per drive of the compressor and the required power of the turbine, as a result, the pressure at the turbine inlet decreases and the pumping stroke losses of the engine piston part are reduced. FIG. I depicts a variant of the system for cooling the charge of air} in FIG. 2-5, the mutual arrangement of the ends of the impellers of the air turbine and the compressor. . The air charge cooling system comprises an intermediate air-to-air cooler 1, for example of a tubular plate type, provided with a protective cover 2 with a suction fan 3, kinematically connected with the air turbine 4, of a non radial type trimer. Refrigerator 1 is installed in the intake manifold 5 of engine 6, which also has a compressor 7 of a turbo-compressor 8 supercharging engine 6. In a hauling area 2 of the turbo-compressor 8 there is an air cleaner Yu, behind which is installed an air turbine 4 and a bypass pipeline 11 with an adjustable stop valve 12, For example, a throttle valve, by means of which the air flow through the turbine 4 is regulated. The impeller end 13 of the air turbine 4 is located relative to the end face of the impeller 14 of the compressor 7 of the turbocharger 8 so In this way, the direction of rotation of the impeller of compressor 7, shown by arrow A, is opposite to the rotation of air turbine 4, shown by arrow B. Spin flow (circumferential component of velocity) opposite to the direction of rotation of impeller of compressor 7 (arrow A); -B-pitch turbine blades; g is the distance between the ends of the impellers of the turbine 4 and the compressor 7; C, is the flow rate at the inlet to the compressor 7; in - the twist angle. The system works as follows From atmospheres. The air enters through the filter $ 1tr 10 into the air turbine 4, with the help of which the rotation of the top 3 of the anstema for cooling the charge air is made to rotate. After turbine 4, air enters the compressor 7 of the turbocharger 8, where it is compressed to the required pressure. After the compressor 7, the air enters the intermediate cooler 1, and then into the intake pipe 5 of the engine 6. The outlet from the impeller of the turbine 4 is directly at the entrance to the compressor 7, and the ratio of the distance from the end of the impeller 13 of the air turbine to the end of the impeller 14 of the compressor 7, the turbocharger 8 to the pitch of the blades of the air turbine 4 lies in the aisle g | i 1.0-3.0, otherwise the twist effect will not be affected. At the same time, in order to reduce the work supplied from the turbine, the twist has a direction opposite to the rotation of the compressor 7 indicated by arrow A. Thus, by installing the turbine in this way and by directing the blades 13 of the turbine 4 in the direction opposite to the blades 14, the compressor 7 of the turbocompressor 8 can increase efficiency systems for cooling air charge by reducing the power cost of driving an air turbine. The use of the invention will improve the efficiency of the forced engine charge air cooling system due to the preliminary swirling of the flow at the inlet to the compressor and the reduction of power to drive it. Claims Cooling system according to ed. St. N 603759 characterized in that, in order to increase efficiency, the turbocharger and air turbine are made with axial radial impellers, the blades of which are oriented in opposite directions, and the ratio of the distance from the end of the air turbine impeller to the end of the turbine impeller limits (1.3-3, O), Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate No. 603759, cl. F01 P 1/06, 1978.