УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01N3/02 B01D45/14 

Изобретение относится к устройствам для очистки газов от твердых и жидких примесей и предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), а также при реостатных испытаниях тепловозов.

Известны устройства для очистки газов от примесей, содержащие корпус с двумя торцевыми стенками, впускной и выпускной патрубки и полый ротор, выполненный в виде тела вращения, размещенный в корпусе и имеющий привод от электродвигателя.

Данные устройства недостаточно эффективны при очистке отработавших газов (ОГ) ДВС, особенно при реостатных испытаниях тепловозов.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее корпус с кольцевым каналом на внутренней поверхности, входной и выходной патрубки, сепарационный ротор и пылесборник, выполненный в виде цилиндрической вставки с кольцевым каналом и соединенными с ним сквозными прорезями, равномерно расположенными по обе стороны и под углом к кольцевому каналу.

Данное устройство не обеспечивает достаточно интенсивного пылеотделения от ОГ ДВС и недостаточно эффективного при реостатных испытаниях тепловозов.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции устройства для очистки ОГ ДВС.

Это достигается тем, что устройство для очистки ОГ ДВС, имеющего выхлопной коллектор, электродвигатель и источник электрической энергии, содержащее корпус с двумя торцевыми стенками, впускным патрубком, закрепленным на одной торцевой стенке и подключенным к выхлопному коллектору двигателя, и выпускным патрубком, полый ротор, выполненный в виде тела вращения, размещенный в корпусе и имеющий привод от электродвигателя, и вставку, закрепленную на внутренней поверхности корпуса, дополнительно содержит сильфон, и по меньшей мере один магнитопровод с магнитофонными обмотками, коаксиально размещенный на корпусе и подключенный через обмотки к источнику электрической энергии, причем корпус выполнен из диэлектрика, ротор - из электропроводящего материала, а вставка выполнена съемной. Выпускной патрубок подключен к выхлопному коллектору через сильфон, а ротор снабжен ребрами жесткости, выполненными на его внутренней поверхности. Впускной патрубок может быть частично размещен в корпусе. В качестве источника электрической энергии может использоваться водяной реостат или сеть переменного тока. Устройство может содержать дренажную трубку, установленную в торцевой стенке со стороны впускного патрубка, а также может быть снабжено отводящим трубопроводом, регулятором расхода воздуха с управляющим механизмом и датчиком давления ОГ, установленным во впускном патрубке, причем регулятор расхода воздуха размещен в отводящем трубопроводе, закрепленном на входном патрубке, а управляющий механизм снабжен с датчиком давления.

Размещение на корпусе сильфона, коаксиальное размещение на корпусе по меньшей мере одного магнитопровода с многофазными обмотками, подключение магнитопровода через обмотки к источнику электрической энергии, выполнение корпуса из диэлектрика, ротора - из электропроводящего материала, выполнение вставки съемной, подключение впускного патрубка к выхлопному коллектору через сильфон, снабжение ротора ребрами жесткости, выполненными на его внутренней поверхности, использование в качестве источника электрической энергии водяного реостата или сети переменного тока, снабжение устройства отводящим трубопроводом, регулятором расхода воздуха с управляющим механизмом и датчиком давления ОГ, установленным во впускном патрубке, размещение регулятора расхода воздуха в отводящем трубопроводе, закрепленном на входном патрубке, сообщение управляющего механизма с датчиком давления, частичное размещение впускного патрубка в корпусе, установка в торцевой стенке со стороны впускного патрубка дренажной трубки - все эти признаки определяют новизну данного технического решения.

Сходных технических решений при патентном поиске не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображено устройство, разрез; на фиг.2 - электрическая схема электропривода устройства с применением электродвигателя; на фиг. 3 - электрическая схема электропривода устройства с применением магнитопроводов с обмотками.

Устройство для очистки ОГ ДВС (см. фиг.1) содержит корпус 1, впускной 2 и выпускной 3 патрубки, ротор 4, установленный на оси 3, вставку 6, размещенную на внутренней поверхности корпуса 1, сильфон 7, установленный на впускном патрубке 2. На внутренней поверхности ротора 4 выполнены ребра жесткости 8. Снаружи на корпусе 1 коаксиально ему размещены магнитопроводы 9 с многофазными обмотками 10. Устройство может быть снабжено датчиком 11 давления ОГ, установленным во впускном патрубке 2, отводящим трубопроводом 12, закрепленным на впускном патрубке 2 и размещенным в отводящем трубопроводе 12 регулятором расхода воздуха 13, управляющий механизм которого сообщен с датчиком 11. Впускной патрубок 2 может быть частично размещен в корпусе 1, а в торцевой стенке со стороны впускного патрубка может быть установлена дренажная трубка 14. Путь газов в устройстве показан стрелками 15, а примесей - стрелками 16.

На фиг. 2 изображена электрическая схема электропривода устройства, включающая источник электроэнергии 17 (например, главный генератор тепловоза), водяной реостат 18, электродвигатель постоянного тока 19 с обмоткой возбуждения 20, добавочные резисторы 21 и 22, последовательно соединенные с электродвигателем 19 и обмоткой возбуждения 20, выпрямитель 23, трансформатор 24, а также диоды 25 и 26.

На фиг. 3 изображена электрическая схема электропривода устройства, включающая источник электроэнергии 17 (например, главный генератор тепловоза), водяной реостат 18, управляемый выпрямительно-инверторный преобразователь (УВИП) 27, многофазную обмотку 10 магнитопровода 9 и сетевой выключатель 28.

Устройство для очистки ОГ ДВС (см. фиг.1) работает следующим образом. Ротору 4, установленному на оси 5, придается вращательное движение. Вращение ротора 4 за счет сил аэродинамического трения сообщает газу в корпусе 1 вращательно-поступательное движение, направленное в сторону вращения ротора 4 и от впускного патрубка 2 к выпускному 3. Таким образом, внутри корпуса 1 формируется достаточно устойчивый газовый поток, который засасывает ОГ из выхлопного коллектора ДВС в нижнюю часть корпуса 1, а затем - в зазор между ротором 4 и вставкой 6, установленной внутри корпуса 1. Направление вертикального движения газов показано стрелками 15. В зазоре под действием центробежных сил, обусловленных вращательной составляющей общего движения газов, содержащиеся в ОГ твердые и жидкие частицы перемещаются к вставке 6 и оседают на ней, что показано стрелками 16. Очищенные таким образом ОГ через выпускной патрубок 3 уходят в атмосферу. Вставка 6 выполнена съемной и по достижении определенной степени загрязнений заменяется на новую. В качестве материала для вставки 6 рекомендуется использовать непроклеенный картон, войлок, многослойные материалы хорошо удавливающие сажу, масла и прочие примеси, содержащиеся в ОГ ДВС. Сильфон 7 служит для сопряжения устройства с выхлопными коллекторами ДВС различных типов. Известно, что ОГ ДВС содержит загрязнения в мелкодисперсном состоянии, поэтому для эффективного их осаждения необходимы достаточно большие центробежные силы. Кроме того, для обеспечения достаточно большой пропускной способности устройства требуется высокая вертикальная скорость газов внутри корпуса 1. Для выполнения этих условий необходима высокая частота вращения ротора 4, а чтобы обеспечивать механическую прочность и жесткость ротора 4 при такой частоте вращения внутри него выполнены ребра 8 жесткости.

Установленные на впускном патрубке 2 отвод 12, регулятор расхода воздуха 13, управляющий механизм которого связан с датчиком 11 давления ОГ, размещенным во впускном патрубке 2, служит для компенсации снижения противодавления выхлопа ДВС, которое возникает по причине подсоса ОГ из выхлопного коллектора ДВС в устройство и изменяет технико-экономические показатели работы ДВС. Датчик 11 настроен таким образом, чтобы поступающий в устройство через отвод 12 и регулятор 12 атмосферный воздух компенсировал снижение противодавления выхлопа ДВС на всех режимах работы ДВС. Кроме того, подсос воздуха в устройство через отвод 12 снижает температуру очищаемой воздушно-газовой смеси. Чтобы не допустить попадания во впускной патрубок 2 и выхлопной коллектор ДВС жидких загрязнений, стекающих со вставки 6 в нижнюю часть корпуса 1, выпускной патрубок 2 частично размещен в корпусе 1, а в торцевой стенке корпуса 1 со стороны впускного патрубка 2 размещена дренажная трубка 14, через которую жидкие загрязнения удаляются из устройства. Ротор 4 может иметь привод от электродвигателя любого типа, при этом в качестве источника электроэнергии любого типа, при этом в качестве источника электроэнергии для питания электродвигателя может использоваться сеть переменного тока, либо водяной реостат 18.

На фиг. 2 показан один из вариантов схемы подключения электродвигателя 19 постоянного тока, согласно которой для питания электродвигателя 19 используется часть электроэнергии, вырабатываемой генератором 17, например, при реостатных испытаниях тепловозов. При отсутствии напряжения на генераторе 17 питание электродвигателя 19 осуществляется от сети переменного тока через трансформатор 24 и выпрямитель 23, диод 25 и добавочные резисторы 21 и 22, при этом частота вращения электродвигателя 19 (и ротора 4) регулируется изменением сопротивления резисторов 21 и 22. Трансформатор 24 изменяет напряжение сети так, чтобы средневыпрямленное значение его на выходе выпрямителя 23 было равно минимальному рабочему напряжению генератора 17. Диод 26 в данном случае включен встречно току и, следовательно, реостат 18 выключен из цепи электродвигателя 19. В тех режимах работы, когда генератор 17 вырабатывает электроэнергию, диод 26 открывается, а диод 25 запирается, поскольку напряжение генератора 17 больше напряжения выпрямителя 23, таким образом питание электропривода устройства осуществляется путем отбора части мощности генератора 17, рассеиваемой на реостате 18, а мощность, потребляемая от внешней сети, ограничивается потерями холостого хода трансформатора 24 и выпрямителя 23. Известно, что объем ОГ ДВС пропорционален частоте вращения коленчатого вала ДВС, поэтому и пропускная способность устройства, зависящая от частоты вращения ротора 4, должна изменяться пропорционально ей. В схеме (фиг.2) частота вращения вала электродвигателя 19 (а, следовательно, и ротора 4) регулируется автоматически, поскольку напряжение генератора 17 (и, следовательно, частота вращения вала электродвигателя 19) пропорционально частоте коленчатого вала ДВС. Резисторы 22 и 23 могут быть использованы для дополнительных регулировок. Диоды 25 и 26 могут быть заменены реле, переключателями и другими подобными устройствами.

Для вращения ротора 4 могут использоваться магнитопровода 9 с обмотками 10, установленные коаксиально корпусу 1 (см. фиг.1 и 3). Обмотки 10 подключаются к многофазному источнику электроэнергии и создают вращающееся по периметру корпуса 1 магнитное поле. При этом в электропроводящем роторе 4 наводятся вихревые токи, которые, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем магнитоводов 9 с обмотками 10, создают силу, вращающую ротор 4 в сторону вращения поля. Чтобы вращающееся магнитное поле не экранировалось корпусом 1, он выполняется из диэлектрика. В качестве многофазного источника электроэнергии может быть использована сеть переменного тока или водяной реостат. В первом случае выключатель 28 (см. фиг.3) замкнут, а УВИП 27 не проводит тока. Во втором случае, когда генератор 17 вырабатывает электроэнергию, выключатель 28 отключает сеть отключает сеть от схемы (фиг.3), а напряжение на обмотки 10 магнитопроводов 9 подается с выводов водяного реостата 18 через УВИП 27. Регулирование частоты вращения ротора 4 осуществляется изменением скорости вращения магнитного поля, что достигается изменением частоты инвертируемого напряжения на выходе УВИП 27.

По сравнению с прототипом повышена эффективность очистки ОГ ДВС.

Использование: двигателестроение, устройства для очистки газов от твердых и жидких примесей. Сущность изобретения: устройство, содержащее корпус с впускным и выпускным патрубками, полый ротор, выполненный в виде тела вращения с приводом от электродвигателя, дополнительно снабжено сильфоном и по меньшей мере одним магнитопроводом с многофазными обмотками, корпус выполнен из диэлектрика, ротор - из теплопроводящего материала, а вставка, закрепленная на внутренней поверхности корпуса, выполнена объемной, впускной патрубок подключен к выхлопному коллектору через сильфон. Ротор снабжен ребрами жесткости, выполненными на его внутренней поверхности. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, имеющего выхлопной коллектор, электродвигатель и источник электрической энергии, содержащее корпус с двумя торцевыми стенками, впускным патрубком, закрепленным на одной торцевой стенке и подключенным к выхлопному коллектору двигателя, и выпускным патрубком, полый ротор, выполненный в виде тела вращения, размещенный в корпусе и имеющий привод от электродвигателя, и вставку, закрепленную на внутренней поверхности корпуса, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит сильфон и по меньшей мере один магнитопровод с многофазными обмотками, коаксиально размещенный на корпусе и подключенный через обмотки к источнику электрической энергии, причем корпус выполнен из диэлектрика, ротор - из электропроводящего материала, а вставка выполнена съемной, впускной патрубок подключен к выхлопному коллектору через сильфон, а ротор снабжен ребрами жесткости, выполненными на его внутренней поверхности. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника электрической энергии используют водный реостат или сеть переменного тока. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено отводящим трубопроводом, регулятором расхода воздуха с управляющим механизмом и датчиком давления отработавших газов, установленным во впускном патрубке, причем регулятор расхода воздуха размещен в отводящем трубопроводе, закрепленном на входном патрубке, а управляющий механизм сообщен с датчиком давления. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что впускной патрубок частично размещен в корпусе. 5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит дренажную трубку, установленную в торцевой стенке со стороны впускного патрубка.