Волновой обменник давления

,О П И С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик о 11 947479(И) М. Кп.зГ 04 Г 11/02 Г 02 В 33/42 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий,052(088,8) Дата опубликования описания 300782 72) из) Заявител им.Н,Е ст ковского ВОЛНО ЕННИК ДАВЛЕНИЯ естных обменник 10 ысоких степеняхые процессы, высой, импульсомротора, снижают м Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к устройствам для сжатия газов путем использования волн давления и может быть использовано в устройствах для наддува двигателя внутреннего сгорания.Известны волновые обменники дав= ления, используемые в системе наддува двигателя внутреннего сгорания для обмена давления надцувочного воздуха И отработавших газов, содержащие ротор, разделенный на ячейки, и торцовые плиты, одна из которых снабжена парой окон для впуска сжимаемого и выпуска сжатого воздуха, а вторая - соответствующей парой окон для впуска сжимаюп 1 их и выпуска расширившихся газов. В ячейках ротора распространяются волны давления, возникающие при впуске газов, и вол-, ны разрежения, возникающие при отсечке газов и воздуха, в результате чего происходит обмен давления между воздухом и газом беэ их смешения 1.Однако при в сжатия диссипативн званные обменом мас и энер гией в ячейках эф фективность иэв ов давления.Известны также волновые обменники давления, в которых для снижения отрицательного влияния диссипативных процессов в торцовых плитах предусмотрены дополнительные окна, примыкающие к впускным или выпускным окнам и позволяющие отделить образующуюся в каждой ячейке зону смешения воздуха и газов 12 .Однако устройство плит и дополнительных окон в этих обменниках не предназначено для. использования волновых явлений в ячейках с целью повы-. шения эффективности обмена давлений.Цель изобретения - повыаение эффективности волнового обменника. давления.Поставленная цель достигается тем, что в каждой плите по обе стороны от окна для впуска выполнены дополнительные окна среднего давления, сообщенные между собой при помощи перепускного канала.На чертеже изображена развертка обменника давления по ячейкам ротора.Обменник давления содержит ротор 1, разделенный на ячейки, границы ежду которыми обозначены линиями, 94747910 параллельными оси ротора, плиту 2с окном 3 впуска "сжимающих газоввысокого Давления, например отработавших газов двигателя внутреннегосгорания, дополнительным окном 4выпуска и дополнительным окном 5 5впуска газов среднего давления, соеди-,ненными между собой перепускным каналом б, и окном 7 выпуска расширившихся газов, торцовую плиту 8с окном 9 выпуска сжатого воэду"ха высокого давления, дополнительным окном 10 выпуска и дополнительным окном 11 выпуска. сжатого воздуха среднего давления, соединенныхпри помощи перепускного канала 12,а также с окном 13 впуска сжимаемого воздуха.Дополнительные окна, соединенные,каналом в каждой плите, расположенЫпо обе стороны окон впуска.Обменник давления работает следующим образом.При вращении .ротора 1 каждаяячейка, заполненная средой, имеющейсреднее давление, соединяется с окном 3 впуска сжимающих газов высокого давления. По ней начинает распространяться со скоростью звука илисверхзвуковой волна сжатия (изображена штирхпунктирной линией). Слева от нее, если смотреть со сторонывпуска воздуха, давление равно среднему, справа-давлению сжимающихгазов в окне 3 впуска. Когда волнасжатия достигнет конца ячейки ротора, ячейка соединяется с окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления. Среда, находящаяся в канале подповышенным давлением за волной сжатия, поступает в окно 9 выпуска.Отразившись от входной кромки окна 4 О9, волна сжатия распространяетсяв виде отраженной волны сжатия вобратном направлении.Скорость движения среды в ячейкезначительно ниже скорости распространения волн. Между воздухом, заполняющим ячейку, и газами существуетзона смешения. На чертеже условноизображена граница раздела (штриховая линия).Отраженная волна сжатия достигнетконца ячейки ротора в тот момент,когда прекращается ее соединениес окном 3. Слева и справа от этойволны давление одинаково, а по величине равно давлению в окне 3 впускасжимающих газов высокого давления.От отсечной кромки окна 3 распространяется волна расширения, достигающая конца ячейки ротора тогда,когда прекращается ее соединение с 60окном 9 выпуска сжатого воздухавысокого давленияСлева от этойволны, если смотреть со стороныподачи воздуха, давление такое жекак в окне 3 впуска сжимающих газов 65 высокого давления, а справа ниже за счет утечек.Когда оба конца .ячейки ротора закрыты на участке движения межцу окном 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления и.дополнительным окном 4 выпуска газов среднего давления, в ней существуют слабые отраженные волны, не оказывающие существенного влияния на газодинамический процесс в роторе обменника давления. Угловая скорость вращения ротора и взаимное расположение окон 3 и 9 выбираются так, чтобы граница раздела чистого воздуха и сжимающих газов не успевала достигнуть конца ячейки ротора, когда она будет отключена от окна 9 выпуска сжатого воздуха высокого давления. При этом не будет поступления выхлопных газов в наддувочный воздух.При дальнейшем повороте ротора 1 ячейка соединяется а окном 4 выпуска сжимающих газов среднего давления. От входной кромки окна 4 распространяется волна расширения. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление приблизительно равно давлению в окне 3 впуска сжимающих газов высокого давления, а справа равно среднему, Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи воздуха в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 4 отключает ячейку слева и справа от отраженной волны давление среды в ячейке равно среднему.Во время соединения ячейки ротора с окном 4 газы выходят из ячейки и по перепускному каналу б поступают к окну 5 впуска газов среднего давления. От входной кромки окна 5 впуска распространяется волна сжатия. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно давлению в окне 11 впуска сжатого воздуха среднего давления, а справа равно давлению среднему давлению газов. Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи воздуха в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 5 впуска газов среднего давления отключает его. Слева и справа от отраженной волны давление среды в ячейке равно среднему. При движении ячейки ротора на участке между окном 5 впуска газов среднего давления и окном 3 впуска сжимающих газов высокого давления, когда оба конца его закрыты, в ней существуют слабые отраженные волны. Таким образом осуществляется сжатие воздуха в ячейке ротора от низкого до среднего давления, чем существенно снижается интенсивность диссипативных процесВолновой обменник давления,преимущественно обменник давлениянаддувочного воздуха и отработавшихгазов двигателя внутреннего сгора,ния, содержащий ротор, разделенныйна ячейки, и торцовые плиты, однаиз которых снабжена парой окрн длявпуска сжимаемого и выпуска сжатого воздуха, а другая - соответствующей парой окон для впуска сжимающихи выпуска расширившихся газов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности, вкаждой плите по обе .стороны от окнадля впуска выполнены дополнительные окна среднего давления, сообщенные междусобой при помощи - перепускного канала.Источники йнформации,принятые вр внимание при экспертизе1.Патент Швейцарии Р 378 595,кл, 468/04, опублик, 1964.2. Патент США Р 3 082 934,кл, 417-64, опублик, 1963,сов при последующеМ сжатии до высо- . кого давления.После отключения я-ейки ротора от окна 4 выпуска газов среднего давления среда в ней имеет среднее давление. Когда ячейка перемещается 5 на участке между окном 4 выпуска газов среднего давления и окном 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления, оба конца его закрыты, в ней существуют слабые отраженные 10 волны, не влияющие на газодинамический процесс в ячейки ротора обменни. - ка давления. В следующий момент времени ячейка ротора подключается к окну 10 выпуска сжатого воздуха 15 среднего давления воздуха. От входной кромки окна 10 распространяется волна расширения. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление равно среднему давлению воздуха, а справа - низкому.Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи выхлопных газов в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления отключает ячейку. Слева и справа от отраженной волны давление среды в канале равно среднему давлению воздуха.На учаетке движения между окном 10 выпуска сжатого воздуха среднего давления и окном 7 выпуска расширившихся газов, когда оба конца ячейки закрыты, в ней имеются слабые 5 отраженные волны. Во время соединения ячейки ротора с окном 10 выпуска сжатый воздух среднего давления выходит по каналу 12 и поступает к окну 11 впуска сжатого воздуха сред него давления.От входной кромки окна 11 впуска распространяется волна сжатия. Слева от нее, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление Равно ат мосферному, а справа - среднему давлению воздуха.Отразившись от торцовой плиты на стороне подачи выхлопных газов в виде волны сжатия, она достигает конца ячейки ротора, когда отсечная кромка окна 11 впуска сжатого воздуха ,среднего давления отключает его.Слева и справа от отраженной волны давление равно среднему давлению 55 воздуха. Слабые отраженные волны, Существукпдие в ячейке, при движении на участке от окна 11. впуска сжатого воздуха среднего давлений до окна 5 впуска газов среднего давления, когдаб 0 концы ячейки закрыты, не влияют на газодинамический процесс. Таким образом осуществляется сжатие воздуха в канале ротора от атмосферного до среднего давления, благодаря чему, 65 снижается интенсивность диссипативныхпроцессов при последующем сжатии досреднего давления среды в ячейке.Затем ячейка соединяется с окном7 выпуска расширившихся газов. Отвходной кромки окна 7 распространяется волна расширения. Слева от нее,если смотреть со стороны подачивоздуха, давление равно среднему,справа ниже атмосферного. Выхлопныегазы выходят в атмосферу из каналаротора и, когда волна расширениядостигает входной кромки окна 13впуска атмосферного воздуха,. в ячейку поступает атмосферный воздух.При соединении ячейки с окнами 7и 13 одновременно в нем имеются сла"бые отраженные волны.После полного удаления расширив,шихся газов из ячейки ротора отсечная кромка окна 12 впуска-атмосФерного воздуха отключает ячейку. Отнее распространяется слабая волнасжатия, достигающая отсечной кромки окна 7 выпуска расширившихсягазов, когда прекращается подключение ячейки к этому окну. Слева отволны сжатия, если смотреть со стороны подачи воздуха, давление нижеатмосферного, справа - приблизительноатмосферное.На участке перемещения между окном 7 выпуска расширившихсй газови окном 12 впуска сжатого воздухасреднего давления в.канале существуют слабые отраженные волны. Каналротора заполнен чистым воздухом,давление в нем приблизительно атмосферное,Таким образом, процесс сжатияв ячейке осуществляется как бы в двеступени, потери от диссипации снижаются и эффективность обменникадавления повышается.Формула изобретения947479 Составитель М. Файн .И. Тыкей Техред Л. Пекарь Корректорн, Корл дак Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 586/54 Тираж 678 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, 3-35, Рауш