Газодинамический обменник давления

Союз Советск ихСоцкалксткческииРеспублик и 742615 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22)Занвлено 11.01.78 (2) 2570171/25-06с присоединением заявки Лепо делам изобретений и открытийОпубликовано 25,06.80. Бюллетень ЛЪДата опубликования описания 25.06.80(54) ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к области машиностроения, в частности дизелестроения, а именно к устройству газодинамических обменников давления, используемых в системе наддува дизеля.Известны газодинамические обменники давления, содержащий ротор с прямолинейными ячейками, вращающийся в статоре между торцовыми плитами, одна из которых снабжена окнами для впуска и выпуска сжимаемого воздуха, а другая - окнами для подвода и от. вода сжимающего газа 11. Обмен давления между газом и воздухом основан на распространении волн давления в ячейках ротора. Поэтому необходимо, чтобы момент сообщения торца ячейки с соответствую. щим окном совпадал с моментом приближения к этому торцу волны давления. Периодич. ность открытия окон зависит от частоты вращения ротора, а скорость распространения волн в ячейках - от параметров рабочей сре. ды. В случае рассогласования скоростей распространения волн с частотой вращения эффективность обмена давления снижается и воз.можно перемешнвание сред. Известен обменник в котором между окна. ми для впуска и выпуска сжимающего воздуха (по ходу вращения ротора) в торцовой плите выполняют утлубление и между окном для отвода газа н окном для подвода газа (также по ходу вращения ротора), в другой плите размещают дополнительную полость и сообщают ее с боковой поверхностью послед. него при помощи канала в перемычке 2),Углубление снижает вредное влияние, оказываемое на процесс обмена отраженными волнами, в случае рассогласования скорости распространения волн с частотой вращения ротора, а дополнительная полость повышает по. ложительное действие кармана,Однако в известных обменниках дополни. тельная полость и канал выполнены постоянного сечения, что не позволяет регулировать их влияние на,рабочий процесс и сужает диапазон рабочих режимов обменника давления.45 50 55 Целью изобретения является повышение эффективности и расширение диапазона рабочгх режимов обменника давления.Для этого в предлагаемом обменнике канал выполнен в виде группы отверстп, размещен. ных в леремычке с наклоном от торцовой по. верхности ротора к дну полости, и снабжен дросселем переменного сечения, Дроссель может быть выполнен в виде заслонки, установленной с возможностью ее перемещения вдоль перемычки,На фиг. 1 схематически изображен описы. ваемый обменник давлений, разрез; на фиг.2 - плита с окнами для впуска и выпуска сжимаемого воздуха, вид с торца; на фиг. 3 - плита с окнами для подвода и отвода сжимаю. щего газа, вид с торца; на фиг, 4 - развертка по ячейкам ротора с нанесенными на нее вол. нами давления; на фиг. 5 - сечение А - А на фиг, 4. Обменник давления состоит из ротора 1 с прямолинейными каналами 2, расположенными по окружности О вдоль оси ротора. Статор 3 снабжен торцовой плитой 4, в которой по ходу вращения ротора расположены. дополнительная полость 5 с ведущей "а" и ведомой "в" кромками, окно 6 подвода газов высокого давления с ведущей "с" и ведомой "д" кром. ками и окно 7 отвода газов низкого давления с ведущей "е" и ведомой У кромками. В торцовой плите 8 по ходу вращения ротора расположены углубление 9 с ведущей "ц" и ведо. мой "Ь" кромками, окно 10 выпуска воздуха под высоким давлением с ведущей 1" и ведомой "1 с" кромками и окно 11 выпуска воздуха низкого давления с ведущей кромкой "6" и ведомой кромкой "в".Зас 1 онка 12 с перепускны ми отверстиями 13 (фиг. 4, 5) установлена с воэможностью перемещения вдоль перемычки 14 между дополнительной полостью 5 и впускным окном 6 с приводом от регулирующего устройства 15. В перемычке расположена группа отверстий 16, наклоненных от торца ротора к дну полости 5. Регулирующее устройство 15 может быть выполнено любымизвестным образом. В частности, рабочая полость регулирующего устройства может быть соединена с окнами обменника давления, с выпускной или впускной системами двигателя внутреннего сгорания, с гидравлическим приводом от рейки топливного насоса или от системы дистанционного управления двигателем. Эффек. тивное проходное сечение Еотв. перепускных отверстий 13 изменяется в зависимости от режима работы двигателя при перемещении заслонки.Направление вращения ротора 1 указано стрелкой О на фиг. 4. Каналы 2 последователь 5 10 15 20 25 30 35 40 4но проходят в направлении вращения ротора кромки а, Ь, Ь, с, 1, д, 1 с, е, 1, и, ц, 1 .При вращении ротора обменника давленияс номинальной скоростью начальная волна сжатия"аЬ" распространяется от ведущей кромки "а"полости 5 и достигает противоположного конца канала 2, когда последний откроется ведущей кромкой 1 окна 10. Распространениюотраженной волны сжатия в обратном направлении по каналу противодействует новая волнасжатия 1 с, возникшая при подходе канала 2к ведущей кромке "с окна 6. Взаимодейст.вием волн сжатия "аЬ" и "1 с" достигаетсяповышение давления наддувочного воздуха,Ступенчатым поджатием воздуха в каналахротора одновременно с повышением степенисжатия достигается и другая цель - уменьшение зоны смешения воздуха с газом за счетснижения начальной скорости потока, входящего в каналы.Отраженная волна сжатия 1 е, возникающаяу ведомой кромки "1" окна 10 выпуска воздуха высокого давления распространяется поканалу до подхода последнего к ведущейкромке "6 " окна 7 отвода газов низкогодавления, С этого момента происходит свободное истечение газа из рассматриваемого каналаротора, К моменту открытия канала ведущейкромкой "6" окна 11 впуска воздуха низкого давления волна расширения "е г,создаетчастичное разрежение в канале, который начи.нает продуваться воздухом из атсмосферы.Отраженная от открытого конца канала волнарасширения Ггп способствует вытеснению изканала отработавших газов. При подходе канала к ведущей кромке "ц" углубления 9 слабаяволна сжатия "ец" опрокидывается сжатымвоздухом, и вторичная слабая волна сжатияцХ распространяется по каналу до подходапоследнего к ведущей кромке а", после чегоцикл повторяется,Если ротор 1 вращается со скоростью ниженоминальной, в обменнике давления происходитнарушение волнового режима и соответствен.но нарушается продувка каналов ротора, Врезультате часть отработавших газов остаетсяв каналах 2 ротора 1 до подхода к ведущейкромке "ц" углубления 9, заполненного продувочным воздухом. При уменьшении числа обо.ротов ротора 1 возрастает время прохожденияканалом участка от кромки "ц" до кромкиУ и волна сжатия ц 1 продувочного воздухадостигает противоположного конца канала 2до подхода его к ведомой кромке У окна 7отвода газа низкого давления. Следовательно,имеет место допродувка каналов ротора отоставшихся в них продуктов сгорания до начала очередного цикла, 742615Аналогично, волна сжатия аЬ, возникающая у ведущей кромки "а" полости 5, достигает противоположного конца канала 2 до подхода его к ведомой кромке "Ь" углубления 9, который пополняется воздухом частично вытесненным из канала.Таким образом, на неноминальных режимах работы обменника давления воздух из каналов 2 ротора 1 вытесняется в окно 10 взаимодействием вторичной волны сжатия 1 с не с первичной волной аЬ, а с ее отражением от пе. ремычки 14. При форсировке транспортного двигателя по нагрузочно-скоростной характеристике перепускные каналы 13 частично перекрываются перемещением заслонки вправо. При снижении нагрузки - проходное сечение перепускных каналов 13 увеличивается за счет перемегцения заслонки 12 влево.Эффективное проходное сечение Еотв пере. пускных каналов 13, в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы двигателя, изменяют из условия обеспечения оптимальной скорости потока, входящего в каналы 2 ро. тора обменника давления из полости 5: где Г - эффективное выходное сечение полости;Й - степень расширения газа, перепускаемого в полость;- степень расширения газа при входефв каналы ротора из полости.Полость 5 находится в таком положении относительно углубления 9 и окна 10 выпуска воздуха, при котором при номинальной скорости вращения ротора 1 слабая волна сжатия, начинающаяся в каждом канале от ведущей кромки "с" углубления 9, точно достигает ведущей кромки "а" полости 5, усиливается и,после изменения направления достигает противоположного конца канала 2 к моменту подхода последнего к ведущей кромкеокна 10 выпуска воздуха высокого давления,Ведомая кромка "в" полости 5 и ведомая кромка 1 выпускного окна низкого давления 7 перекрываются, соответственно, ведомой кромкой "Ь" и ведущей кромкой "с утлуб. пения 9 из условия обеспечения эффективной продувки каналов ротора от оставшихся в них продуктов сгорания до начала очередного цикла, Наибольшее количество продуктов сгорания остается в каналах 2 ротора 1 при уменьшении нагрузки транспортного двигателя ниже 50% от номинальной. Поэтому ведомая кромка "Ф" окна 7 смещена относительно ве. душей кромки "ц" углубления 9 на такое45 давления. 50 1. Газодинамический обменпик давления, со.держащий ротор с прямолинейными ячейками,вращающийся в статоре между торцовымиплитами, одна из которых снабжена окнамидля впуска и выпуска сжимаемого воздуха и 15 20 25 30 35 40 угловое расстояние, при котором прн указан.ных нагрузках волна сжатия "с 1" от продувочного воздуха достигает противоположного конца канала 2 до подхода его к кромке.Соответственно, ведомая кромкауглубления 9 смещена относительно ведущей кром.ки "а" полости 5 на такое угловое расстояние,при котором сжати аЬ", возникшая укромки "а", при нагрузках менее 50% достигает противоположного конца рассматриваемого канала 2 до подхода его к кромке "1",Ведомая кромка окна 10 расположена относительно ведущей кромки "с окна 6 так, что за время прохождении каналом углового расстояни между этими кромками вторичная волна сжат 1 и высокого давления 1 с проходит расстояние, равное длине канала 2 ротора 1, Аналогично, угловое расстояние между ведомой кромкой "3 с" окна 10 и ведущей кромкой "е" окна 7 определяется из периода прохождения по каналу отраженной волны сжатия 1 е. Ведущая кромка "С" окна 11 расположена относительно ведущей кромки "е" окна 7 на таком угловом расстоянии, при котором давление в канале к моменту открытия его ведущей кромкой "С" всегда немного ниже атмосферного. Ведомая кромка гп окна 11 отстоит от ведущей кромки "с" углубления 9 на таком угловом расстоянии, что слабая волна сжатия "Рс," достигает тор. ца ячейки во всем диапазоне скоростных ре. жимов работы обменника давления.Угловое расстояние между ведомой и веду щей кромками окна 6 определяется из условия обеспечения давления надцувочного воздуха для заданного коэффициента избытка воздуха при сгорании.Наклон группы отверстий 16 в перемычке приводит к тому, что при работе обменника давлении в полости 5 образуется вихревой поток, направление вращения которого в плоскости касания с входными кромками каналов 2 совпацает с направлеппем вращения ротора 1,что снижает скорость и количество газа, поступающего в каналы 2 при частичном открытии их ведущей кромкой "а" углубления. Прп такой организации потока уменьшается зона смешеши газа с воздухом и, следовательно,повышается КПД и спепень сжатия обменника Формула изобретенияоставнтель М ехред М,Петк яин Корректор А. Грнценк Е, Кравцов аз 3432/32 Тираж б 08 Подписи ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по дслам изобретений н открытий 113035, Москва, Л( - 35, Раушская набд. 4/5"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 утлублением, расположенным по ходу вращения ротора между ними, а другая - окнами для подвода и отвода сжимающего газа и дополнительной полостью, расположенной по ходу врашения ротора между окном для от. вода газа и окном для подвода газа, примыкающей к последнему н сообщенной с его боковой поверхностью при помощи канала в перемычке, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения диапазона рабочих режимов, канал выполнен в виде группы отверстий, размещен. ных в перемычке с наклоном от торцовой 742615поверхности ротора к дну полости, н снабжендросселем переменного сечения.2, Обменник по и, 1, о т л и ч а ю .и и й с я тем, что дроссель выполнен в видезаслонки, установленной с возможностью пере.мещения вдоль перемычки. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе16 1, Патент США Юф 2901163, кл. 417 - 64,1959.2. Патент США И 3120920, кл. 417 - б 4,1964.О Р