Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее по меньшей мере один турбокомпрессор, у которого турбина и компрессор связаны между собой при помощи обводной трубы, и дополнительную камеру сгорания, установленную в обводной трубе, соединенную с магистралью выпуска отработавших газов,ЯО 280 56 А 1 бц 4 Р 02 В 37 00 Р 02 В 23/00 и снабженную пламенной трубой с установленной в ее головке топливной форсункой, дросселем первичного воздуха и завихрителем вторичного воздуха с подвижными лопатками, установленными соосно носку форсунки между последней и головкой пламенной трубы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и расширения диапазона работы, камера сгорания снабжена подвижной втулкой, охватываемой завихрителем вторичного воздуха и установленной в последнем с возможностью перемещения вдоль оси носка форсунки внутрь пламенной трубы.2. Устройство по п,1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что подвижная втулка кинематически связана с . завихрителем вторичного воздуха.1 12805Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, и, в частности, к устройству двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и с регули руемыми дополнительными камерами сгорания.Известны устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один тур бокомпрессор, у которого турбина и компрессор связаны между собой при помощи обводной трубы, и дополнительную камеру сгорания, установленную в обводной трубке, соединенную с магистралью выпуска отработавших газов и снабженную пламенной трубой с установленной в ее головке топливной форсункой, дросселем первичного воздуха.и завихрителем вторичного воздуха с подвижными лопатками, установленными соосно носку форсунки между последней и головкой пламенной трубы Ц .25Однако в таких устройствах, несмотря на закрутку потока вблизи носка Форсунки, в дополнительной камере сгорания траектории движения масс топлива и воздуха в основном прямо 30 линейны и при некоторых малых значениях расходов топлива и воздуха стенки пламенной трубы практически перестают оказывать влияния на структуру горящего Факела и получается как бы истечение в неограниченное пространство.При дальнейшем уменьшении расхода топлива практически отсутствует аэродинамическая и термическая стабилизация пламени, его Фронт все более приближается к носку Форсунки, что в конечном итоге приводит к срыву пламени, Поэтому уровень минимального расхода топлива в данной конструк 45 ции камеры сгорания также ограничен потерей стабилизации и срывом пламеКроме того, наличие потока первичного воздуха через завихритель вторичного воздуха при работе камеры сгорания в режиме готовности с минимальным расходом топлива ухудшает эФФективность двигателя на номинальном и околономинальных режимах.Это объясняется ограничениями на мини 55 мальный уровень расхода топлива в камере сгорания, обусловленными циркуляпионными течениями указанного первичного воздуха и связанной с этим опасностью переохлаждения и срыва пламени.Цель изобретения - повышение эфФективнасти и расширение диапазона работы устройства с дополнительной камерой сгорания.Цель достигается тем, что камера сгорания снабжена подвижной втулкой, охватываемой эавихрителем вторичного воздуха и установленной в последнем с возможностью перемещения вдоль оси носка Форсунки внутрь пламенной трубы, а подвижная втулка кинематически связана с завихрителем вторичного воздуха.На Фиг. 1 представлена схема устройства для наддува; на Фиг,2 дополнительная камера сгорания при работе ее с полной производительностью Форсунки; на Фиг, 3 - камера сгорания при работе ее с минимальной производительностью Форсунки; на Фиг, 4 - вариант камеры сгорания (пунктиром обозначено состояние элементов Форсунки при работе ее с минимальным расходом топлива, сплошными линиями - с полной нагрузкой); на Фиг. 5 - вариант камеры сгорания.Устройство содержит турбокомпрессор 1, состоящий из турбины 2 и компрессора 3, обводную трубу 4, дополнительную камеру 5 сгорания и магистраль 6 выпуска отработавших газов, Дополнительная камера 5 сгорания содержит пламенную трубу 7 с головкой 8, топливную Форсунку 9, дроссель 10 первичного воздуха, завихритель 11 вторичного воздуха с подвижными лопатками 12, установленными соосно носку 13 Форсунки 9, и подвижную втулку 14. Втулка 14 охватывает завихритель 11 вторичного воздуха и она установлена в нем с возможностью перемещения вдоль оси носка 13 Форсунки 9 и кинематически связана с эавихрителем 11 вторичного воздуха. В корпусе 15 камеры 5 сгорания выполнен кольцевой канал 16, подключенный к магистрали 6 выпуска отработавших газов из двигателя 17 внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия и кольцевой канал 18, подклю-, ченный через патрубок 19 к обводной трубе 4, В патрубке 19 установлено дросселирующее устройство 20 с приводом 21.Топливная форсунка 9 с помощьюдвух трубок 22 и трубопроводов 23 и24 связана с топливным насосом 25.Привод 26 с помощью рычага 27 связан с завихрителем 1 вторичного воздуха, а также с клапаном 28, установленным в трубопроводе 24. Форсунка 9 содержит топливное сопло 29,воздушное сопло 30 с тангенциальнымиканалами, сообщенное с дросселем 10 1 Опервичного воздуха, выполненным в накидной гайке 31, которая навернутана корпус 32 форсунки 9.Завихритель 11 вторичного воздухасостоит из подвижной втулки 14 и корпуса 33, между которыми установленыпод углом подвижные лопатки 12, передвигающиеся вместе с корпусом 33 ивтулкой 14. Между лопатками 12 образованы каналы 34. Втулка 35 вместес лопатками 36 образует дросселирующее устройство. Втулка 35 снабженапроушиной 37, с помощью которой дросселирующее устройство присоединенок рычагу 27, Корпус 33 подвижно уста 25новлен в расточке головки 8 пламенной трубы 7 и с помощью пружины 38прижат к ограничительной крышке 39,Втулка 35 подвижно установлена в корпусе 33 и в ограничительной крышке39, которая неподвижно соединена сголовкой 8 пламенной трубы 7.В вариантах камеры сгорания,приведенных на фиг. 4 и 5, завихрительвторичного воздуха 11 выполнен в виде отверстий, а роль подвижных лопаток .12 выполняет торец втулки 35.Устройство для наддува двигателявнутреннего сгорания работает следующим образом,Перед пуском двигателя 17 турбокомпрессор 1 с помощью камеры 5 сгорания и пускового устройства (не показано) выводится в автоматическийрежим работы. При этом завихритель11 вторичного воздуха и дросселирующее устройство 20 полностью открыты.Топливный насос 25, приводимый отпускового устройства, по трубопроводу 23 и одной из трубок 22 нагнетаеттопливо к топливному соплу 29 форсунки 9. Клапан 28 в трубопроводе 24полностью закрыт с помощью привода26, который одновременно посредствомрычага 27, отводит втулку 35 с лопатками 36 в крайнее положение, при котором каналы 34 подвижных лопаток12 полностью открыты. При этом камера сгорания 5 работает на расчетном режиме при полной производительности форсунки. Форсунка 9 выступает из подвижной втулки 14, при этом угол раскрытия топливного факела оптимален для данной пламенной трубы 7.При работе двигателя 17 на холостых ходах и малых нагрузках, а также на режимах с высоким крутящим моментом в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала расход топлива в камере 5 сгорания меньше максимального и изменяется в весьма широких пределах при изменяющихся в десятки и даже сотни раз значения суммарного коэффициента избытка воздуха, перепускаемого через камеру 5 сгорания с компрессора 3 на турбину 2 через обводную трубу 4. В зависимости от конкретного режима работы двигателя 17 привод 26 с помощью клапана 28 открывает то или иное сечение в трубопроводе 24, по кбторому часть топлива из форсунки 9 пере- пускается на вход топливного насоса 25. Одновременно тот же привод 26 с помощью рычага 27 перемещает втулку 35 с лопатками 36 относительно завихрителя 11, оставляя в нем определенное проходное сечение для перетекания из компрессора 3 в пла-. менную трубу 7 воздуха в количесТве, необходимом и достаточном для полного сгорания топлива, истекающего из топливного сопла 29 форсунки 9, Незначительная часть первичного воздуха поступает также через воздушное сопло 30 форсунки 9. Остальная часть воздуха, которая должна быть перепущена с компрессора 3 на турбину 2, минуя двигатель 17, дозируется дросселирующим устройством 20 и по патрубку 19 поступает в кольцевой канал 18, Выпускные газы двигателя 17 по магистрали 6 поступают в кольцевой канал 6 и далее, смешиваясь с продуктами сгорания пламенной трубы 7 и воздухом из кольцевого канала 18, поступают на вход турбины 2.1При работе двигателя 17 на номинальном и околономинальных режимах в камеру 5 сгорания вспрыскивается минимальное количество топлива, необходимого только для поддержания ее в состоянии готовности. При этом с помощью привода 26 и клапана 28 полностью открыт топливный трубопровод 24, по которому большая частьтоплива из Форсунки 9 перепускаетсяна вход топливного насоса 25. Дросселирующее устройство 20 и завихритель 11 вторичного воздуха полностьюзакрыты, причем с помощью привода26, рычага 27 втулки 35 с лопатками36 эавихритель 11, как показано наФиг.3,сдвинут вглубь пламенной трубы 7, а во внутренней полости еговтулки 14 утоплена форсунка 9 и образована микрокамера сгорания.Практически весь первичный воздух поступает из компрессора 3 в микрокамерусгорания по дросселю 10 и далее через воздушное сопло 30.При изменении режима работы двигателя 17 и введении камеры 5 сгорания в работу, т.е. при увеличении вней расхода топлива, втулка 35 быстро перемещается под действием рычага 27 и привода 26 навстречу потокупервичного воздуха, азавихритель11 перемещается под действием сжатыхпружин 38 в том же направлении до25упора в теле ограничительной крышки39. форсунка 9 выступает иэ втулки14 для осуществления рабочих процессов в объеме пламенной трубы 7,Таким образом, камера сгоранияв предлагаемом устройстве отличается изменяемой геометрией огневогопространства в пламенной трубе, которая на отдельных режимах работыдополняется микрокамерой,Вследствие этого камера сгорания 35может оборудоваться всего одной форсункой с самой высокой кратностьюизменения производительности. Такая Форсунка может быть одно- или многоконтурной с механическим, нневматическим или любым другим принципомраспыливания, но должна содержатьили иметь в непосредственной близости воздушное сопло предпочтительнос тангенциальными каналами, к которому первичный воздух подводится отисточника сжатого воздуха. Исходя из допустимой теплонапряженности сечения огневой зоны для камер сгорания с диаметром форсунки меньшим 0,2 диаметра плазменной трубы, микрокамеру следует вводить в работу при уменьшении производительности форсунки более, чем в 25 раз по отношению к полной, но учитывая, что объем огневой эоны не ограничивается размерами микрокамеры, возможно ее использование и при большей производительности Форсунки, Дооборудование камеры сгорания подвижной втулки, связанное с весьма незначительнымиконструктивными изменениями, не требующими увеличения габаритных размеров, позволяет при наличии соответствующей форсунки реализовать в сравнительно простой камере сгорания наибольшую иэ известных допустимую краткость изменения топливоподачи (более 100) с весьма устойчивым и полным сгоранием сумматора практически в любом диапазоне изменения суммарного коэффициента избытка воздуха.Применение предлагаемого устройства. позволит расширить диапазон работы и повысить КПД двигателя.1280156 Составитель В. КозловРедактор М.Товтин Техред А.Кравчук Коррек Ильин каз 7035/31 Тираж 523 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская