Труба двигателя


Впускная труба двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области автомобилестроения, к двигателям внутреннего сгорания, в частности к однорядным четырехцилиндровым четырехтактным двигателям карбюраторного типа. Впускная труба четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет распределительную полость с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя и подводящий патрубок. Подводящий патрубок подводит топливовоздушную смесь от карбюратора и расположен в середине трубы. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, которая разделяет распределительную полость на переднюю и заднюю полости, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров. Изобретение позволяет повысить мощность двигателя и снизить токсичность выхлопа. 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а конкретно к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к однорядным четырехцилиндровым, четырехтактным двигателям карбюраторного типа.

Известны впускные трубы двигателей автомобилей "Волга", "Москвич", "Жигули" и др., которые по форме и технической сущности сходны с предлагаемой впускной трубой и которые содержат горизонтальную распределительную полость с вертикальным подводящим патрубком в середине.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и принятой за прототип является впускная труба двигателя автомобиля "Волга" (см. Автомобиль "Волга" ГАЗ-24. - М.: Машиностроение, 1975 г.), содержащая распределительную полость с патрубками, распределяющими топливо в передние цилиндры и в задние цилиндры. Подводящий патрубок расположен в середине трубы. Поток в подводящем патрубке втекает в распределительную полость, в которой происходит колебательный процесс. Колебательный процесс происходит вследствие чередования впуска горючей смеси в передние и задние цилиндры. Во время впуска в передние цилиндры понижается давление смеси в задней полости, а во время впуска смеси в задние цилиндры понижается давление в передней полости. Пониженное давление впуска уменьшает наполнение цилиндров горючей смесью, что ведет к снижению мощности двигателя. Колебательный процесс в распределительной полости сопровождается сепарацией горючей смеси. У богатой и бедной смесей, по сравнению с оптимальной смесью, скорость горения меньше, поэтому топливо не успевает сгорать до верхней мертвой точки, догорание его происходит вне цилиндра. Такой процесс сгорания топлива сопровождается с одной стороны уменьшением мощности двигателя, а с другой - повышенной токсичностью выхлопа при сгорании богатой смеси.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в устранении указанных недостатков, т.е. повышении мощности двигателя и снижении токсичности выхлопа.

Впускная труба двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние цилиндры и в задние цилиндры и вертикальный подводящий патрубок, расположенный в середине. Новым является то, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала.

Вертикальная поперечная пластина - разделитель, разделяющая распределительную полость и подводящий патрубок, обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров, при этом потоки в передней и задней полостях движутся без колебаний в одном направлении. Это исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска смеси в цилиндры. Наполнение цилиндров однородной горючей смесью, повышенное давление впуска ее в цилиндры увеличивают мощность двигателя.

На фиг. 1 представлен продольный разрез впускной трубы.

На фиг. 2 - поперечный разрез впускной трубы.

На фиг. 3 - вид сверху.

На фиг. 4 представлен график зависимости изменения скорости движения автомобиля от времени пути на ограниченном участке.

На фиг. 5 представлен график зависимости мощности двигателя по частоте вращения коленвала с предлагаемой и штатной системами впуска топливовоздушной смеси в цилиндры.

В таблице 1 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя со штатной системой впуска.

В таблице 2 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя с предлагаемой системой впуска.

Впускная труба 1 четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость, с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Два патрубка подводят топливовоздушную смесь в передние цилиндры двигателя, и два патрубка подводят топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя (на фиг. не показаны). В середине впускной трубы 1, между патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в передние цилиндры, и патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя, расположен вертикальный подводящий патрубок 2, который подводит топливовоздушную смесь от карбюратора через распределительную полость одновременно в передние и задние цилиндры двигателя. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка 2 установлена вертикальная поперечная пластина 3, выполняющая функцию разделителя потока. Пластина 3 разделяет распределительную полость на переднюю 4 и заднюю 5 полости, а подводящий патрубок 2 на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров.

Работает впускная труба 1 следующим образом. Топливовоздушная смесь от карбюратора подается в подводящий патрубок 2. Вертикальная разделительная пластина 3 разделяет поток топливовоздушной смеси на два равновеликих потока. Часть потока поступает в переднюю полость 4 и через нее в первые два цилиндра двигателя. Вторая часть потока поступает в заднюю полость 5 и через нее в два других цилиндра двигателя. При этом потоки в полостях 4 и 5 движутся без колебаний в одном направлении, так как потоки движутся по равновеликим каналам, что исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска ее в цилиндры, что приводит к повышению мощности двигателя. Исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы 1 приводит к снижению токсичности выхлопа двигателя.

Сравнительная оценка мощности двигателя автомобиля ГАЗ-24 "Волга" со штатной впускной трубой и заявляемой впускной трубой с разделителем потока производилась в дорожных условиях путем разгона автомобиля на прямой передаче при полном открытии дроссельных заслонок на асфальтовой дороге с небольшим углом подъема. Атмосферные условия при испытании: температура 20oC, давление 755 мм рт. ст. Диапазон изменения скорости движения от 30 до 110 км/час. При испытании фиксировалось время секундомером через каждые 10 км/час по секундомеру. Результаты испытаний показаны на фиг. 4 - зависимость изменения скорости движения автомобиля от времени на ограниченном участке пути и на фиг. 5 - зависимость изменения мощности двигателя по частоте вращения коленвала.

Расчет мощности двигателя производился по методике расчета тягово-скоростных свойств автомобиля (см. "Краткий автомобильный справочник НИИАТ". - М. : Транспорт, 1984 г.) По рекомендации этого источника были выбраны постоянные значения коэффициентов, необходимые для расчета.

В расчетах принято: 1. Вес автомобиля в снаряженном состоянии с 4-мя пассажирами - Ga = 1700 кгс.

2. Лобовая площадь автомобиля - F = 2 м2.

3. Радиус качения колес - гх = 0,31 м.

4. Передаточное число главной передачи - io = 4.1.

5. Механический КПД трансмиссии - t= 0,87. 6. Коэффициент сопротивления качению колес f = 0.020.

7. Коэффициент обтекания автомобиля k = 0,025 кгс с2/м4.

8. Средний угол продольного подъема дороги при l = 2200 м, h = 66 м = arc sin 0,03 = 1,72o; cos 1,72 = 0,9995 Тяговый баланс автомобиля - распределение силы тяги Pк на ведущих колесах по отдельным видам сопротивления движения автомобиля определяется по формуле Pк= Pf+P+Pv+Pj. Сила сопротивления качению колес: Pf = f Ga Cos = 0,020 х 1700 х 0,9995 = 33,98 кгс.

Сила сопротивления подъему: P= Gasin = 1700 х 0,03 = 51,00 кгс.

Сила сопротивления воздуха движению автомобиля: Pv = kF V2a/3,62 = 0,025x2xV2a/3,62=3,85810-3V2a кгс.

Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2.

Сила инерции автомобиля: Pji = GaIi/g кгс.

Здесь коэффициент учитывает влияние инерции вращающихся деталей автомобиля и находится по формуле = 1,04 + 0,041io = 1,04 + 0,04 х 4,1 = 1,204.

g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2.

На ускорение автомобиля 1 м/с2 оказывают влияние крутящий момент двигателя и угол продольного подъема дороги , которые во время испытания имели переменные значения, поэтому Ii определяют в диапазоне изменения скорости Va = 10 км/час по уравнению: Величины ti берутся из таблиц.

Для автомобиля со штатной системой впуска:Для автомобиля с предлагаемой системой впуска,Результаты расчетов Ii приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Подставляя в формулу силы инерции автомобиля известные значения Ii, находим:Pji = 1,204x1700 Ii/9,81 = 208,64 Ii кгс.

По известным величинам Ii для автомобиля с обеими системами впуска определяем Pj, которые также приведены в соответствующих таблицах 1 и 2.

Суммируя в таблицах найденные значения Pfi, Pvi и Pji каждого режима, определим величину силы тяги на ведущих колесах автомобиля Pki.

Мощность двигателя, затрачиваемая на преодоление всех сопротивлений, определяется по формуле:Ne = PkVa 3,6x75 Для нулевого режима, когда Va = 30 км/час = constNe = 88,45х30/3,6х75х0,87 = 11,30 л.с.

Для остальных позиций Va = 10 км/час прирост мощности Nei = Pkx10/3,6x75x0,87 = 0,04257 Pki л.с.

Результат расчетов представлен в таблицах 1 и 2.

Мощность двигателя каждого режима:Nei = Neo + Nei л.с.

Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2.

В таблице 2 приведена абсолютная разность мощностей с предлагаемой и штатной системами впуска Neiпредл. - Neiшт., а также относительная в %.

Частота вращения коленвала двигателя связана со скоростью движения автомобиля следующим соотношением:где Va имеет размерность км/час.

В последнем столбце таблицы 2 приведены частоты вращения коленвала двигателя, рассчитанные по приведенной выше формуле.

Таким образом, из приведенного расчета и из графиков (фиг. 3 и фиг. 4) видно, что предлагаемая система впуска топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания обеспечивает более высокую мощность двигателя и, следовательно, повышенную скорость автомобиля, по сравнению с известными аналогами, что достигается за счет исключения колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы путем установки разделительной пластины. Кроме того, исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы приводит к снижению токсичности выхлопа и, следовательно, повышению экологичности двигателя, что имеет большое значение при его эксплуатации.

Впускная труба двигателя внутреннего сгорания, имеющая горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние и задние цилиндры двигателя и с вертикальным подводящим патрубком, расположенным в середине, отличающаяся тем, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая распределительную полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

www.findpatent.ru

Выхлопная труба - двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Выхлопная труба - двигатель

Cтраница 3

На раме шасси автомобиля установлены две дополнительные рамы агрегата, на которых смонтированы: цементировочный насос, центробежный насос, дополнительный верхний двигатель, мерный бак, трубы и шарнирные колена разборного трубопровода, защитный кожух насоса 9Т ( НЦ-320) и выхлопная труба двигателя автомобиля, выведенная вверх и снабженная кожухом для защиты обслуживающего персонала от ожогов и искрогасителем.  [31]

Топливная емкость для двигателей внутреннего сгорания располагается не ближе 20 м от помещения, в котором они установлены. Выхлопные трубы двигателей оборудуются искрогасителями, а выхлопные газы отводятся на.  [32]

При работе агрегата на буровой курение и пользование открытым огнем категорически запрещается. Выхлопные трубы двигателей агрегатов должны быть оборудованы искрогасителями.  [33]

При работе агрегатов на буровой курение и пользование открытым огнем категорически запрещается. Выхлопные трубы двигателей агрегатов при работе пх в загазованной среде должны быть оборудованы искрогасителями.  [34]

Насосный агрегат во время промывки нефтяной скважины устанавливают с наветренной стороны на расстоянии 20 - 25 м от устья, такое же расстояние должно быть выдержано и от нефтесборного оборудования - трапа и мерников. Выхлопная труба двигателя агрегата закрывается искрогасителем.  [35]

ОДзельный двигатель подъемного агрегата в условиях загазованности воздушной среды может быть быстро остановлен. Для этого выхлопную трубу двигателя соединяют через шланг со всасывающей трубой.  [36]

На раме шасси автомобиля и на двух дополнительных рамах смонтировано оборудование агрегата: двухпоршневой насос 9Т, трехплунжерный вертикальный водоподающий насос 1В с двигателем ГАЗ-51А мощностью 52 кВт с коробкой передач, мерный бак, защитный кожух насоса К. М-9 Т, выхлопная труба двигателя автомобиля, выведенная вверх и снабженная кожухом для защиты обслуживающего персонала от ожогов. Кроме того, на платформе агрегата находится сборно-разборный манифольд высокого давления. Поршневой насос 9Т приводится в действие от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности, смонтированную на фланце раздаточной коробки автомобиля. Насос 9Т соединен с коробкой отбора мощности карданным валом.  [37]

Необходимо следить за исправностью прокладок между коллектором и головкой цилиндров. Нагар на стенках выхлопной трубы двигателя необходимо периодически удалять.  [38]

Искра будет причиной вспышки или взрыва паров нефтепродуктов в том случае, если она обладает достаточной энергией. И подобным источником искр может быть выхлопная труба двигателя или машины, удар стальных инструментов или падение стальных предметов, электрическая машина или аппарат, электропроводка.  [39]

Установка АСДП-500 / СО 2 смонтирована на базе сварочного агрегата АСДП-500Г с дополнительно установленным оборудованием для производства углекислого газа из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Установку комплектуют переходными патрубками, которые подключают к выхлопным трубам двигателей. Производительность установки составляет 90 - 110 л / мин, что позволяет обеспечить работу двух сварочных постов. Электропитание установки осуществляется трехфазным током.  [40]

ГАН-8 состоит из двух баков общей емкостью 560 л, шестеренчатого насоса производительностью 100 л / мин, вакуумной системы заправки, распыливающего устройства. Заправка резервуаров производится при помощи вакуумного устройства, которое закрепляется во время работы на выхлопной трубе двигателя. На штанге устанавливают стандартные наконечники с диаметром выходных отверстий 1 5 и 2 5 мм.  [41]

Водолазы и рабочие, дышащие сжатым воздухом, должны быть проинформированы о ранних симптомах отравления угарным газом, которые включают в себя головную боль, тошноту, головокружение и слабость. Важно добиться того, чтобы впускное устройство компрессора всегда находилось против ветра по отношению к выхлопной трубе двигателя. Это положение должно постоянно проверяться по мере изменения направления ветра или смены положения судна.  [42]

Предпусковой обогрев масла коробки передач, отбора мощности, цепного редуктора и приводной части насоса, а также обогрев и продувка гидравлической части насоса и манифольда осуществляются выхлопными газами тягового двигателя трактора при работе на холостом режиме. Выхлопные газы подаются по трубопроводу, который проходит через кабину трактора, дополнительно обогревая ее, и связывает выхлопную трубу двигателя трактора с рубашкой клапанной коробки через коллектор выхлопа.  [43]

Кроме общеобменной вентиляции помещения гаражи должны оборудоваться газоотводами для удаления наружу выхлопных газов двигателей пожарных автомобилей. Газоотводы в пределах гаража должны быть выполнены скрытой прокладкой, а их стояки для присоединения гибких шлангов к выхлопным трубам двигателей не должны выступать за габариты автомобилей.  [44]

В средней части рамы располагается приемник с рулевыми машинками и батареями электропитания. Вся аппаратура имеет защитные футляры, предохраняющие ее от брызг горючего и масла. Выхлопная труба двигателя направлена в сторону земли. Таким образом, земля является дополнительным глушителем.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания

 

Полезная модель относится к устройствам и приспособлениям силовых установок, связанным с выпуском отработавших газов, и может быть использована в автомобилестроении. Приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания содержит два расположенных рядом вдоль друг друга выпускных трубопровода с фланцами для подсоединения к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания на одном конце и соединенными друг с другом с образованием общего выходного отверстия на другом конце, причем последним выпускные трубопроводы подсоединены к общему выпускному коллектору, при этом выпускные трубопроводы и выпускной коллектор соединены между собой посредством сварки, выходные участки выпускных трубопроводов плавно и симметрично изогнуты навстречу друг другу в месте их соединения между собой, причем выходные участки выпускных трубопроводов срезаны с образованием стыка, лежащего в плоскости симметрии, проходящей между плавно изогнутыми выходными участками через точку пересечения продольных осей выпускных трубопроводов с образованием общего овалообразного выходного отверстия, лежащего в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии, расположенной между изогнутыми выходными участками выпускных трубопроводов, а наибольший диаметр овалообразного выходного отверстия не превышает диаметр входного отверстия выпускного коллектора в месте его сварного соединения с общим выходным отверстием выпускных трубопроводов. В результате достигается упрощение конструкции приемной трубы, снижение материалоемкости и уменьшение номенклатуры деталей для сборки приемной трубы двигателя внутреннего сгорания.

Полезная модель относится к устройствам и приспособлениям силовых установок, связанным с выпуском отработавших газов, и может быть использована в автомобилестроении.

Известны системы выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), предназначенные для выброса в атмосферу отработавших газов, снижения уровня акустического шума выпуска, а также частичного отвода тепла от двигателя, содержащие системы выпуска отработавших газов, которые имеют в своем составе приемные трубы с фланцами и прокладками для крепления к выпускным коллекторам двигателя (см. патент RU №2166435, кл. В60К 13/04, 10.05.2001).

Однако высокие тепловые нагрузки, приходящиеся на элементы системы выпуска газов, выполняемые как правило из обычных низкоуглеродистых марок сталей, и неравномерность их распределения в основном определяют ограниченный ресурс службы указанных элементов и необходимость последующей из замены на новые, причем для обеспечения необходимых ресурса службы и одновременно жесткости в поперечном сечении труб системы выпуска приходится увеличивать их толщину.

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания, содержащая два расположенных рядом вдоль друг друга выпускных трубопровода с фланцами для подсоединения к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания на одном конце и соединенными друг с другом с образованием общего выходного отверстия на другом конце, причем последним выпускные трубопроводы подсоединены к общему выпускному коллектору (см. опубликованную заявку US №2006/0032694, кл. В60К 13/04, 16.02.2006

Однако указанная приемная труба снабжена для соединения между собой выпускных трубопроводов и выпускного коллектора промежуточной деталью - газораспределителем, что приводит к усложнению конструкции приемной трубы и усложнению технологии сборки приемной трубы.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является упрощение конструкции приемной трубы, снижение материалоемкости и уменьшение номенклатуры деталей для сборки приемной трубы двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение надежности приемной трубы, увеличение ресурса ее работы и снижение материалоемкости приемной трубы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания содержит два расположенных рядом вдоль друг друга выпускных трубопровода с фланцами для подсоединения к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания на одном конце и соединенными друг с другом с образованием общего выходного отверстия на другом конце, причем последним выпускные трубопроводы подсоединены к общему выпускному коллектору, при этом выпускные трубопроводы и выпускной коллектор соединены между собой посредством сварки, выходные участки выпускных трубопроводов плавно и симметрично изогнуты навстречу друг другу в месте их соединения между собой, причем выходные участки выпускных трубопроводов срезаны с образованием стыка, лежащего в плоскости симметрии, проходящей между плавно изогнутыми выходными участками через точку пересечения продольных осей выпускных трубопроводов с образованием общего овалообразного выходного отверстия, лежащего в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии, расположенной между изогнутыми выходными участками выпускных трубопроводов, а наибольший диаметр овалообразного выходного отверстия не превышает диаметр

входного отверстия выпускного коллектора в месте его сварного соединения с сваркой с общим выходным отверстием выпускных трубопроводов.

В ходе проведенных исследований было выявлено, что представляется возможность упростить технологию изготовления приемной трубы глушителя двигателя внутреннего сгорания при повышении надежности ее работы, за счет того, что из конструкции приемной трубы исключается промежуточная деталь - газораспределитель и, при этом сокращается число сварных швов с трех до двух. Кроме того, в конструкции приемной трубы увеличивается количество полностью однотипных деталей. Это достигнуто за счет того, что выпускные трубопроводы выполнены из однотипных симметрично изогнутых трубопроводов вначале сваренных между собой одним сварных швом с образованием общего выходного отверстия, а затем вторым сварным швом соединенные между собой выпускные трубопроводы приварены к выпускному коллектору. Не менее важно, что наибольший диаметр овалообразного выходного отверстия не превышает диаметр входного отверстия выпускного коллектора в месте его сварного соединения с сваркой с общим выходным отверстием выпускных трубопроводов. Именно такое выполнение приемной трубы позволяет избежать образования зон завихрения в приемной трубе с образованием в этом месте мест отложения различных примесей выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, а, следовательно, позволяет повысить надежность работы приемной трубы.

На фиг.1 представлен общий вид приемной трубы глушителя двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.2 представлена фотография места сварки выпускных трубопроводов с выпускным коллектором, общий вид приемной трубы глушителя двигателя внутреннего сгорания.

Приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания содержит два расположенных рядом вдоль друг друга выпускных трубопровода 1 с

фланцами 2 для подсоединения к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания 3 на одном конце и соединенными друг с другом с образованием общего выходного отверстия на другом конце, причем последним выпускные трубопроводы 1 подсоединены к общей выпускному коллектору 4. Выпускные трубопроводы 1 и выпускной коллектор 4 соединены между собой посредством сварки. Выходные участки выпускных трубопроводов 1 плавно и симметрично изогнуты навстречу друг другу в месте их соединения между собой, причем выходные участки выпускных трубопроводов 1 срезаны с образованием стыка, лежащего в плоскости симметрии 5, проходящей между плавно изогнутыми выходными участками через точку пересечения продольных осей выпускных трубопроводов 1 с образованием общего овалообразного выходного отверстия, лежащего в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии 5, расположенной между изогнутыми выходными участками выпускных трубопроводов 1, а наибольший диаметр овалообразного выходного отверстия не превышает диаметр входного отверстия выпускного коллектора 4 в месте его сварного соединения с сваркой с общим выходным отверстием выпускных трубопроводов 1.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания 3 выхлопные газы из его цилиндров в виде горячей газовоздушной смеси под давлением циклически поступают через выпускные трубопроводы 1 в выпускной коллектор 4 и далее в виде общего потока газов поступают в глушитель (не показан на чертеже), где происходит акустическая фильтрация звука и снижение его уровня, поглощение части кинетической энергии газов с преобразованием ее в тепловую, после чего газы через выпускную трубу (не показана на чертеже) выбрасываются в атмосферу.

Данная полезная модель может быть реализована в автомобилестроении и других отраслях промышленности, где используются двигатели внутреннего сгорания.

Приемная труба глушителя двигателя внутреннего сгорания, содержащая два расположенных рядом вдоль друг друга выпускных трубопровода с фланцами для подсоединения к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания на одном конце и соединенными друг с другом с образованием общего выходного отверстия на другом конце, причем последним выпускные трубопроводы подсоединены к общему выпускному коллектору, отличающаяся тем, что выпускные трубопроводы и выпускной коллектор соединены между собой посредством сварки, при этом выходные участки выпускных трубопроводов плавно и симметрично изогнуты навстречу друг другу в месте их соединения между собой, причем выходные участки выпускных трубопроводов срезаны с образованием стыка, лежащего в плоскости симметрии, проходящей между плавно изогнутыми выходными участками через точку пересечения продольных осей выпускных трубопроводов с образованием общего овалообразного выходного отверстия, лежащего в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии, расположенной между изогнутыми выходными участками выпускных трубопроводов, а наибольший диаметр овалообразного выходного отверстия не превышает диаметр входного отверстия выпускного коллектора в месте его сварного соединения с общим выходным отверстием выпускных трубопроводов.

poleznayamodel.ru

ТРУБА — ДЕЛО ТОНКОЕ | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Теперь рассмотрим газодинамику трубы двигателя «Росси-1Fi» при фазах выпус-на/перепуска, равных 186/130 град, и длине трубы 0,25 м. Быстроходность, рассчитанная по методике (3), оказывается равна примерно 30 000 об/мин. При этом время поворота ко-ленвала на 1 ° составляет 5,66-10-6 с. Указывается, что заталнивание свежей смеси происходит за 50° — 60° поворота коленвала, то есть примерно с (f=1360, считая с начала выхлопа. Тогда с учетом приведенной скорости волны сжатия 560 м/с получим расстояние, пройденное волной за f=1360, равное 0,43 м. Таким образом, заталкивание свежей смеси происходит с начала цилиндрической части трубы и заканчивается при f= 157o. Задержка же выхода свежей смеси из цилиндра составляет 29o (при уравнивании давления).

Возможен и иной вариант расчета, при котором скорость волны сжатия отличается от указанной. Отметим, что коленвал поворачивается на f=186° за время 1,05-10-3 с. В этом случае скорость волны будет равна 474 м/с (при температуре около 290° С). В приведенном варианте расчета волна сжатия будет заталкивать свежую смесь до конца выхлопа, и формула, предложенная в (1), становится более правдоподобной.

Если внимательно разобраться в процессах, происходящих в работающей выхлопной резонансной трубе, то станет ясно — при выхлопе образуется компактная газовая пробка, которая имеет начальную скорость порядка 623 м/с, уменьшающуюся потом за счет охлаждения и потерь, связанных с газодинамикой. При выходе пробни в диффузор за ней образуется интенсивная волна разрежения. Последняя, достигнув выхлопного окна, отражается от него либо как волна давления, либо разрежения, в зависимости от степени его раскрытия. Следует также отметить, что распространяющаяся по трубе волна разрежения может встретиться со стенкой трубы и при определенных углах встречи будет не отражаться, а гаситься. Поэтому разрежение при некоторых условиях затухает не до окончания процесса перепуска, а раньше (6).

Газовая пробка отражается от конфузора как волна давления или, частично, разрежения, в зависимости от диаметра концевого патрубка (7). Труба является реальной системой, и поэтому при движении и отражении волн сжатия или разрежения происходит потеря энергии, и амплитуда волны давления, заталкивающей свежую смесь в двигатель, оказывается меньше амплитуды выхлопной волны — колебание затухает под действием однократного импульса выхлопа, но при его повторении возобновляется (8).

Также отмечается, что геометрия диффузора влияет на формирование волны разрежения и коэффициент восстановления статического давления. Геометрия центральной вставки и конфузора оказывает влияние на фронт и амплитуду волны давления, коэффициент затухания волны разрежения и коэффициент восстановления статического давления волны сжатия (9, 6).

Вышесказанное дает возможность понять, что различия в подходе к расчету геометрии трубы вызывают необходимость в сравнительном анализе и выборе оптимального варианта нан самой трубы, тан и метода ее расчета.

С целью определения наилучшей трубы исследована возможность экспериментального метода выбора по ее звуковым характеристикам — АЧХ. Проведены испытания шести типов труб: «Росси-.15», «Росси-. 15 Fi», ЦСТКАМ-2,5, самодельная труба с тупым конфузором, самодельная труба с центральной вставной и самодельная труба типа «пузырь». Геометрические параметры приведенных труб даны в таблице.

Для проверки предложенного метода использовались такие приборы, как звуковой генератор (ЗГ) прямоугольных импульсов с плавной регулировкой частоты в диапазоне 800—2500 Гц, осциллограф с масштабной сетной, микрофон и телефон. Сама методика достаточно проста. Телефон подсоединяется к ЗГ, а один вывод — к входу «X» осциллографа; микрофон через электролитический конденсатор — к питанию и входу «У»; телефон с помощью пластилина крепится на начале трубы, а микрофон — на конце выхлопного патрубка.

При изменении частоты генератора на экране осциллографа появляются фигуры Лисажу, что позволяет сравнивать фазы колебаний в начале и конце трубы, а танже отслеживать амплитуду резонансов. Для исследований бралась нечетная фаза колебаний. При появлении на экране фигуры, соответствующей требуемой фазе, осциллограф переводился в обычный режим измерений, что позволяло точно определить амплитуду резонансного колебания. Одновременно с целью фиксации формы резонансной кривой считывалась амплитуда волны в диапазоне 800—2500 Гц. По полученным данным строится графин зависимости A=f(U). На основании этих данных выбирается труба, имеющая максимальную амплитуду нечетной фазы нолебаний; причем наличие третьей полуволны позволяет судить (при частоте ее около 1500 Гц) о стабильности работы трубы.

Предлагаемая методика дает возможность выбрать резонансную трубу для модельного двигателя внутреннего сгорания по наилучшим мощностным характеристикам без трудоемких летных испытаний, на результаты которых — а это очень трудно учесть — практически всегда накладывается влияние посторонних внешних случайных факторов.

В. ФОНКИЧ, мастер спорта Украинв, г. Черкассы.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Рекомендуем почитать

  • ШЕСТЕРЕНКУ ДЕЛАЕТ… ШЕСТЕРЕНКА Легко и быстро можно изготовить зубчатые колеса на токарном станке с помощью модульной накатки. Но вот беда, инструмент этот настолько дефицитен, что даже не все моделисты и слышали-то...
  • КОСТЁР — В БОЧКЕ На дачном или приусадебном участке со временем накапливается мусор, который хозяева обычно сжигают в костре, что небезопасно в противопожарном отношении. Гораздо лучше для этих целей...
Навигация записи

modelist-konstruktor.com

впускная труба двигателя внутреннего сгорания - патент РФ 2138672

Изобретение относится к области автомобилестроения, к двигателям внутреннего сгорания, в частности к однорядным четырехцилиндровым четырехтактным двигателям карбюраторного типа. Впускная труба четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет распределительную полость с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя и подводящий патрубок. Подводящий патрубок подводит топливовоздушную смесь от карбюратора и расположен в середине трубы. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, которая разделяет распределительную полость на переднюю и заднюю полости, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров. Изобретение позволяет повысить мощность двигателя и снизить токсичность выхлопа. 5 ил., 2 табл. Изобретение относится к области автомобилестроения, а конкретно к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к однорядным четырехцилиндровым, четырехтактным двигателям карбюраторного типа. Известны впускные трубы двигателей автомобилей "Волга", "Москвич", "Жигули" и др., которые по форме и технической сущности сходны с предлагаемой впускной трубой и которые содержат горизонтальную распределительную полость с вертикальным подводящим патрубком в середине. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и принятой за прототип является впускная труба двигателя автомобиля "Волга" (см. Автомобиль "Волга" ГАЗ-24. - М.: Машиностроение, 1975 г.), содержащая распределительную полость с патрубками, распределяющими топливо в передние цилиндры и в задние цилиндры. Подводящий патрубок расположен в середине трубы. Поток в подводящем патрубке втекает в распределительную полость, в которой происходит колебательный процесс. Колебательный процесс происходит вследствие чередования впуска горючей смеси в передние и задние цилиндры. Во время впуска в передние цилиндры понижается давление смеси в задней полости, а во время впуска смеси в задние цилиндры понижается давление в передней полости. Пониженное давление впуска уменьшает наполнение цилиндров горючей смесью, что ведет к снижению мощности двигателя. Колебательный процесс в распределительной полости сопровождается сепарацией горючей смеси. У богатой и бедной смесей, по сравнению с оптимальной смесью, скорость горения меньше, поэтому топливо не успевает сгорать до верхней мертвой точки, догорание его происходит вне цилиндра. Такой процесс сгорания топлива сопровождается с одной стороны уменьшением мощности двигателя, а с другой - повышенной токсичностью выхлопа при сгорании богатой смеси. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в устранении указанных недостатков, т.е. повышении мощности двигателя и снижении токсичности выхлопа. Впускная труба двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние цилиндры и в задние цилиндры и вертикальный подводящий патрубок, расположенный в середине. Новым является то, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала. Вертикальная поперечная пластина - разделитель, разделяющая распределительную полость и подводящий патрубок, обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров, при этом потоки в передней и задней полостях движутся без колебаний в одном направлении. Это исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска смеси в цилиндры. Наполнение цилиндров однородной горючей смесью, повышенное давление впуска ее в цилиндры увеличивают мощность двигателя. На фиг. 1 представлен продольный разрез впускной трубы. На фиг. 2 - поперечный разрез впускной трубы. На фиг. 3 - вид сверху. На фиг. 4 представлен график зависимости изменения скорости движения автомобиля от времени пути на ограниченном участке. На фиг. 5 представлен график зависимости мощности двигателя по частоте вращения коленвала с предлагаемой и штатной системами впуска топливовоздушной смеси в цилиндры. В таблице 1 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя со штатной системой впуска. В таблице 2 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя с предлагаемой системой впуска. Впускная труба 1 четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость, с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Два патрубка подводят топливовоздушную смесь в передние цилиндры двигателя, и два патрубка подводят топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя (на фиг. не показаны). В середине впускной трубы 1, между патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в передние цилиндры, и патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя, расположен вертикальный подводящий патрубок 2, который подводит топливовоздушную смесь от карбюратора через распределительную полость одновременно в передние и задние цилиндры двигателя. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка 2 установлена вертикальная поперечная пластина 3, выполняющая функцию разделителя потока. Пластина 3 разделяет распределительную полость на переднюю 4 и заднюю 5 полости, а подводящий патрубок 2 на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров. Работает впускная труба 1 следующим образом. Топливовоздушная смесь от карбюратора подается в подводящий патрубок 2. Вертикальная разделительная пластина 3 разделяет поток топливовоздушной смеси на два равновеликих потока. Часть потока поступает в переднюю полость 4 и через нее в первые два цилиндра двигателя. Вторая часть потока поступает в заднюю полость 5 и через нее в два других цилиндра двигателя. При этом потоки в полостях 4 и 5 движутся без колебаний в одном направлении, так как потоки движутся по равновеликим каналам, что исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска ее в цилиндры, что приводит к повышению мощности двигателя. Исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы 1 приводит к снижению токсичности выхлопа двигателя. Сравнительная оценка мощности двигателя автомобиля ГАЗ-24 "Волга" со штатной впускной трубой и заявляемой впускной трубой с разделителем потока производилась в дорожных условиях путем разгона автомобиля на прямой передаче при полном открытии дроссельных заслонок на асфальтовой дороге с небольшим углом подъема. Атмосферные условия при испытании: температура 20oC, давление 755 мм рт. ст. Диапазон изменения скорости движения от 30 до 110 км/час. При испытании фиксировалось время секундомером через каждые 10 км/час по секундомеру. Результаты испытаний показаны на фиг. 4 - зависимость изменения скорости движения автомобиля от времени на ограниченном участке пути и на фиг. 5 - зависимость изменения мощности двигателя по частоте вращения коленвала. Расчет мощности двигателя производился по методике расчета тягово-скоростных свойств автомобиля (см. "Краткий автомобильный справочник НИИАТ". - М. : Транспорт, 1984 г.) По рекомендации этого источника были выбраны постоянные значения коэффициентов, необходимые для расчета. В расчетах принято: 1. Вес автомобиля в снаряженном состоянии с 4-мя пассажирами - Ga = 1700 кгс. 2. Лобовая площадь автомобиля - F = 2 м2. 3. Радиус качения колес - гх = 0,31 м. 4. Передаточное число главной передачи - io = 4.1. 5. Механический КПД трансмиссии - t= 0,87. 6. Коэффициент сопротивления качению колес f = 0.020. 7. Коэффициент обтекания автомобиля k = 0,025 кгс с2/м4. 8. Средний угол продольного подъема дороги при l = 2200 м, h = 66 м = arc sin 0,03 = 1,72o; cos 1,72 = 0,9995 Тяговый баланс автомобиля - распределение силы тяги Pк на ведущих колесах по отдельным видам сопротивления движения автомобиля определяется по формуле Pк= Pf+P+Pv+Pj. Сила сопротивления качению колес: Pf = f Ga Cos = 0,020 х 1700 х 0,9995 = 33,98 кгс. Сила сопротивления подъему: P= Gasin = 1700 х 0,03 = 51,00 кгс. Сила сопротивления воздуха движению автомобиля: Pv = kF V2a/3,62 = 0,025x2xV2a/3,62=3,85810-3V2a кгс. Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2. Сила инерции автомобиля: Pji = GaIi/g кгс. Здесь коэффициент учитывает влияние инерции вращающихся деталей автомобиля и находится по формуле = 1,04 + 0,041io = 1,04 + 0,04 х 4,1 = 1,204. g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2. На ускорение автомобиля 1 м/с2 оказывают влияние крутящий момент двигателя и угол продольного подъема дороги , которые во время испытания имели переменные значения, поэтому Ii определяют в диапазоне изменения скорости Va = 10 км/час по уравнению: Величины ti берутся из таблиц. Для автомобиля со штатной системой впуска: Для автомобиля с предлагаемой системой впуска, Результаты расчетов Ii приведены соответственно в таблицах 1 и 2. Подставляя в формулу силы инерции автомобиля известные значения Ii, находим: Pji = 1,204x1700 Ii/9,81 = 208,64 Ii кгс. По известным величинам Ii для автомобиля с обеими системами впуска определяем Pj, которые также приведены в соответствующих таблицах 1 и 2. Суммируя в таблицах найденные значения Pfi, Pvi и Pji каждого режима, определим величину силы тяги на ведущих колесах автомобиля Pki. Мощность двигателя, затрачиваемая на преодоление всех сопротивлений, определяется по формуле: Ne = PkVa 3,6x75 Для нулевого режима, когда Va = 30 км/час = const Ne = 88,45х30/3,6х75х0,87 = 11,30 л.с. Для остальных позиций Va = 10 км/час прирост мощности Nei = Pkx10/3,6x75x0,87 = 0,04257 Pki л.с. Результат расчетов представлен в таблицах 1 и 2. Мощность двигателя каждого режима: Nei = Neo + Nei л.с. Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 2 приведена абсолютная разность мощностей с предлагаемой и штатной системами впуска Neiпредл. - Neiшт., а также относительная в %. Частота вращения коленвала двигателя связана со скоростью движения автомобиля следующим соотношением: где Va имеет размерность км/час. В последнем столбце таблицы 2 приведены частоты вращения коленвала двигателя, рассчитанные по приведенной выше формуле. Таким образом, из приведенного расчета и из графиков (фиг. 3 и фиг. 4) видно, что предлагаемая система впуска топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания обеспечивает более высокую мощность двигателя и, следовательно, повышенную скорость автомобиля, по сравнению с известными аналогами, что достигается за счет исключения колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы путем установки разделительной пластины. Кроме того, исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы приводит к снижению токсичности выхлопа и, следовательно, повышению экологичности двигателя, что имеет большое значение при его эксплуатации.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Впускная труба двигателя внутреннего сгорания, имеющая горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние и задние цилиндры двигателя и с вертикальным подводящим патрубком, расположенным в середине, отличающаяся тем, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая распределительную полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала.

www.freepatent.ru

Впускная и выпускная системы двигателей

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Впускная и выпускная системы двигателей

Системы впуска и выпуска служат для подвода свежего заряда (воздуха или горючей смеси) к цилиндрам двигателя и отвода из них выпускных газов. В двигателях с внешним смесеобразованием во впускной системе также происходит смесеобразование, так как процесс испарения жидкого топлива и смешения его паров с воздухом или смешения горючего газа с воздухом не успевает завершиться в карбюраторе или газовом смесителе.

Общим требованием, предъявляемым к системам впуска и выпуска, является по возможности их малое сопротивление и благоприятное протекание газодинамических явлений в них, что необходимо для уменьшения насосных потерь и увеличения наполнения цилиндра, а также более полного использования энергии выпускных газов в газовой турбине.

Впускная система состоит из воздухозаборников с фильтрами и глушителями шума, компрессоров для сжатия воздуха, охладителей воздуха, впускного трубопровода, или ресивера, и впускных органов.

Компоновка и размеры трубопроводов зависят от типа, назначения и мощности двигателя внутреннего сгорания. Впускной трубопровод двигателя с внешним смесеобразованием делают литым из легких сплавов (обычно алюминиевых). На рис. 85 показан впускной трубопровод автомобильного двигателя. Сечение патрубков выбирают таким, чтобы сохранялась определенная скорость потока. Для улучшения испарения жидкого топлива смесь подогревают горячей водой, циркулирующей в полости. Если впускной и выпускной трубопроводы расположены с одной стороны двигателя, то подогрев смеси осуществляется от выпускного трубопровода. Для этого трубопроводы располагают по возможности ближе один к другому. Впускные трубопроводы дизелей выполняют аналогичным образом, только в этом случае не нужно подогревать воздух. В V-образных двигателях впускной трубопровод часто размещают в развале блока.

В двигателях большой мощности (тепловозных, стационарных, судовых) впускной трубопровод обычно представляет собой цилиндрический ресивер с приваренными к нему патрубками. Воздух поступает в него с торца из воздухоочистителя или компрессора.

Рис. 1. Впускной трубопровод карбюраторного автомобильного двигателя: 1 — воздушная полость; 2 — водяная полость

Двухтактные двигатели, как правило, не имеют впускных трубопроводов. Воздух подается компрессором непосредственно в ресивер, размещаемый в полостях блока или выполняемый в виде отдельных литых или сварных конструкций. В двухтактных дизелях с цилиндрами небольших размеров (автотракторного и тепловозного типа) ресивером являются полости блока или полость между блоками при V-образ-ном или более сложном расположении цилиндров. В двухтактных дизелях большой мощности ресиверы размещают в полостях остова и в емкостях коробчатой или цилиндрической формы, которые крепят к остову двигателя.

Рис. 2. Впускной ресивер двухтактного дизеля

Рис. 3. Выпускной трубопровод двигателя с импульсным наддувом

Выпускная система включает выпускные органы, патрубки, выпускной трубопровод, дожигатели, нейтрализаторы выпускных газов, газовые турбины или другие устройства, необходимые для использования энергии выпускных газов для сжатия воздуха (волновые обменники давления), эжекционные устройства для удаления пыли из воздухоочистителей или для просасывания охлаждающего воздуха, утилизационный котел и глушители шума.

Выпускные трубопроводы на двигателях с цилиндрами небольших размеров выполняют в виде общего трубопровода, отлитого из серого или жаростойкого чугуна. Наиболее простой конструкцией выпускного трубопровода отличаются двигатели без наддува или с наддувом при постоянном давлении перед турбиной турбокомпрессора. В последнем случае выпускной трубопровод имеет большой объем или представляет собой устройство, в котором поток с переменными параметрами преобразуется в поток с постоянными параметрами. Такое устройство называется преобразователем импульсов.

Рис. 4. Охлаждаемый выпускной трубопровод тепловозного двигателя: В – отверстие для перетекания воды; 1 и 4 — секции трубопровода; 2—пароотводящие трубки; 3— рукав; 5, 9 и 17 — пробки; 6 — фланец; 7 — компенсатор; 8 — соединительная трубка; 10 — патрубок перетекающей воды; 11 — сливная трубка; 12 — газовая труба; 13 и 14 — трубы; 15 и 20 — болты; 16 и 21 — прокладки; 18 — втулка; 19 — уплотнительное кольцо

Рис. 5. Схема поршневого компенсатора выпускного трубопровода двигателя ДН 23/30

При использовании импульсной системы наддува давление газов перед турбиной переменное. Поперечное сечение и объем выпускного трубопровода выбирают минимально допустимыми по условию обеспечения лучшего использования энергии выпускных газов в газовой турбине. Наилучшие показатели двигателя при такой системе наддува получаются в том случае, если в один трубопровод происходит выпуск не более чем из трех цилиндров.

Для предохранения обслуживающего персонала от ожогов на судовых и тепловозных двигателях выпускной трубопровод охлаждается водой или покрывается теплоизолирующим материалом. Теплоизолированные трубопроводы более предпочтительны для двигателей с газотурбинным наддувом, так как в этом случае уменьшаются потери энергии выпускных газов.

Рис. 6. Секция охлаждаемого выпускного трубопровода: Б — окно для прохода воды; 1 — крышка; 2 — болт; 3 — штуцер; 4 — штуцер под термопару; 5— крышка секции; 6 — секция; 7 — выпускная коробка

При нагревании и остывании длина выпускного трубопровода изменяется. Поэтому перед трубиной устанавливают компенсаторы. На больших двигателях компенсаторами соединяют также отдельные секции выпускных трубопроводов, которые по технологическим соображениям делают составными. Существует несколько типов компенсаторов. Схема поршневого компенсатора показана на рис. 5. Гофрированная труба компенсатора препятствует утечке выпускных газов, прорывающихся через кольца, и в то же время дает возможность перемещаться наружной и внутренней втулкам между собой в продольном направлении.

На рис. 6 показана секция охлаждаемого выпускного трубопровода двухтактного с противоположно движущимися поршнями двигателя большой мощности. Особенностью конструкции является объединение в одной детали выпускной коробки с секцией собственно выпускного трубопровода.

Читать далее: Топливные системы дизелей

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя - патент РФ 2343355

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала. Конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы. Суммарная площадь окон и отверстий не менее чем в 1,2 раза превышает площадь выходного сечения канала. Отношение высоты канала к его длине равно 1/3-1/6. Изобретение интенсифицирует процесс охлаждения обечаек жаровой трубы, исключая их коробление на всех режимах работы камеры сгорания. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2343355

Предложение относится к машиностроению, в частности к авиационному двигателестроению, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Камера сгорания является ответственным элементом газотурбинного двигателя (далее ГТД). Устойчивость ее работы определяет надежность работы двигателя, а эффективность - экономичность ГТД. Конструкция камеры сгорания работает в очень тяжелых условиях высокотемпературной среды химически активных газов. На нее воздействует высокое пульсирующее давление, а материал конструкции подвергается эрозии в результате взаимодействия с газовым потоком.

Работа камеры сгорания обязана удовлетворять ряду требований. Камера сгорания должна устойчиво и эффективно работать в широком диапазоне эксплуатационных режимов ГТД. Она должна быстро, надежно и безопасно выходить на рабочий режим (запускаться) в любых условиях эксплуатации, на земле и в воздухе, в том числе на больших высотах. Поэтому для увеличения срока службы камеры сгорания ряд элементов делают из жаропрочных материалов и принимают меры к охлаждении стенок камеры и ее деталей.

Жаровая труба - это один из основных элементов камеры сгорания газотурбинного авиационного двигателя, в которой происходит горение топлива.

В камерах сгорания стенки жаровых труб, как правило, защищают от нагрева слоем менее нагретого газа или защитной пристеночной пеленой охлаждающего воздуха. Выравнивание температуры стенок жаровой трубы, которые имеют неравномерный нагрев, даже на установившихся режимах работы, не говоря уже о переменных, является актуальной задачей при конструировании камер сгорания, так как неравномерное охлаждение стенки может быть причиной ее коробления, прогара и появления трещин.

Высокие значения температуры воздуха и его скорости на входе в камеру сгорания предъявляют очень жесткие требования к конструкции при разработке новых камер сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок и требуют новых подходов к их проектированию.

Известна жаровая труба кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981, стр.394, рис.9.13а).

В данном устройстве стенки жаровой трубы охлаждаются с наружной стороны воздухом, движущимся по кольцевому пространству между жаровой трубой и наружным кожухом. Для лучшего охлаждения жаровой трубы снаружи путем увеличения внешней поверхности охлаждения на внешней поверхности жаровой трубы выполнены ребра.

Недостатком известного устройства является то, что внешнего охлаждения бывает недостаточно, вследствие чего могут возникнуть местные перегревы, что вызовет прогары стенок или резкое возрастание температурных напряжений, приводящих к образованию короблений и трещин.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки (Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, стр.78, рис.306).

В данном устройстве обечайки жаровой трубы охлаждаются омывающим их снаружи воздухом и воздухом, поступающим внутрь жаровой трубы через ряды мелких отверстий и кольцевые щели, расположенные несколькими поясами по длине жаровой трубы.

Сплошные кольцевые щели между обечайками достаточно эффективно защищают заградительной пеленой воздуха их внутреннюю поверхность, однако расход воздуха через них очень большой, что снижает экономичность ГТД.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки, образующие кольцевой канал с возможностью подачи воздуха через радиальные и осевые отверстия в наружной обечайке (Патент GB №1060097, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком такой конструкции является низкая скорость воздуха в выходном сечении канала, при этом энергии воздуха не достаточно для отбрасывания неиспарившегося топлива от обечаек и оно сгорает непосредственно у стенки, вызывая ее перегрев и коробление. Повышение скорости воздуха в выходном сечении, например за счет увеличения количества отверстий, подводящих воздух, или путем уменьшения высоты выходного сечения, влечет увеличение длины козырька, его коробление и перекрытие канала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающего кольцевого канала и соединены между собой с помощью гофрированной проставки (Патент GB №1060096, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком известного устройства является наличие гофрированной проставки, что приводит к образованию в канале застойных зон и снижает эффективность охлаждения обечаек.

Технический результат заявляемого решения заключается в интенсификации охлаждения стенок жаровой трубы за счет создания условий для истечения высокоскоростной пелены охлаждающего воздуха, однородной в окружном направлении.

Для достижения указанного технического результата в жаровой трубе камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающей, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала, согласно предложению конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы.

Также согласно предложению окна и отверстия имеют суммарную площадь, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6.

Наличие отличительных признаков, а именно выполнение конца обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны с равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки, выполнение каждой выштамповки с наклонной торцевой стенкой с отверстием преимущественно овальной формы, причем суммарная площадь окон и отверстий составляет величину, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6 свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы известно, что в камерах сгорания для высокотемпературных двигателей, в связи с обогащением топливом топливно-воздушной смеси, ростом температуры воздуха и газа, основной проблемой охлаждения оказалось горение у стенок жаровой трубы.

Из анализа вышеуказанных источников информации видно, что из-за технологических, геометрических, прочностных ограничений не удается достичь максимальную скорость пелены воздуха именно в выходном сечении охлаждающей щели, добиваясь при этом, чтобы выходящая пелена была однородной в окружном направлении. Площадь выходного сечения щели в известных конструкциях в несколько раз больше площади подводящих воздух отверстий, а скорость воздуха в ней в несколько раз меньше максимально возможной, что не позволяет создать высокоскоростную равномерную пелену. Кроме того, выполнение обечаек из тонких листовых материалов, что имеет место в подавляющем большинстве выполняемых конструкций, заставляет увеличить шаг между отверстиями из соображений прочности, что также снижает скорость воздуха в выходном сечении.

Следует отметить, что низкоскоростная, даже равномерная пелена или высокоскоростная, но неравномерная пелена воздуха не может отбросить топливо от щели и исключить его горение у стенок жаровой трубы и за щелью.

Заявляемое предложение позволяет получить эффективную площадь подводящих к щели воздух каналов больше ее выходного сечения, вследствие чего возможно создание в выходном сечении щели равномерной воздушной пелены, имеющей максимальную, для данного перепада давлений на жаровой трубе, скорость.

Также при таком техническом решении достигается минимальные затенение потока и аэродинамическое сопротивление внутри щели, так как при выполнении отверстий в выштамповках их задняя часть может быть почти полностью срезана, без ухудшения прочностных свойств. При этом исключено коробление козырька охлаждающей щели, так как его можно сделать очень коротким без ухудшения равномерности пелены охлаждающего воздуха.

Заявляемое предложение позволяет получить высокую прочность охлаждающей щели, так как силовая связь обечаек проходит через боковые стенки выштамповок в наружной обечайке, которые могут быть сделаны достаточно длинными.

Из вышесказанного следует, что технический результат предложения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена камера сгорания с жаровой трубой; на фиг.2 представлен узел I соединения концов обечаек; на фиг.3 показан вид по стрелке А на фиг.2.

Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.

Заявляемое устройство содержит, по меньшей мере, две обечайки 1 и 2, концы которых расположены коаксиально и образуют сужающийся кольцевой канал 3. Конец обечайки 2, ограничивающей канал 3 снаружи, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон 4 выштамповками 5, контактирующими с концом обечайки I и имеющими наклонную торцовую стенку с отверстием 6 овальной формы. На конце обечайки 1 могут быть выполнены прорези 7 для компенсации температурных расширений. Суммарная площадь окон 4 и отверстий 6 не менее чем в 1,2 раза превышает площадь выходного сечения канала 3, а отношение высоты h канала 3 к его длине L равно 1/3-1/6.

Устройство работает следующим образом.

При работе камеры сгорания воздух через окна 4 и отверстия 6 поступает в канал 3, в котором происходит повышение скорости воздуха. Выходя из канала 3, воздух образует сплошную равномерную по скорости пелену, охлаждающую обечайку 2 и конец обечайки 1.

Неиспарившиеся частицы топлива, попадая на внутреннюю поверхность обечайки 1, стекают с нее и отбрасываются пеленой воздуха. Выбранные соотношения проходных площадей окон 4, отверстий 6 и канала 3, а также отношение высоты h выходного сечения канала 3 к его длине L обеспечивают высокую скорость истечения охлаждающего воздуха и эффективное охлаждение элементов конструкции.

Предлагаемое изобретение позволит исключить коробление обечаек жаровой трубы на всех режимах работы камеры сгорания.

Устройство было разработано и изготовлено на заводе имени В.Я.Климова и успешно использовано на предприятии заказчика.

Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающая, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала, отличающаяся тем, что конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы, при этом окна и отверстия имеют суммарную площадь не менее чем 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6.

www.freepatent.ru


Смотрите также