ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F04F11/02 

Изобретение относится к дизелестроению и направлено на усовершенствование конструкций обменников давления, преимущественно давления отработавших газов и воздуха для систем наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известен обменник давления, преимущественно давления отработавших газов и воздуха для систем наддува ДВС, содержащий ротор, консольно установленный на валу посредством подшипникового узла и снабженный продольными каналами для обменивающихся давлением рабочих сред, вентилятор и охватывающий ротор статор с торцовыми плитами, в первой из которых выполнены впускные и выпускные окна для сжимаемого воздуха, а во второй впускные и выпускные окна для сжимающего газа [1]
Однако такой обменник давления отличается конструктивной сложностью, обусловленной расположением вентилятора в канале подвода воздуха, наличием перегородки, установленной в канале с элементом перемещения, и системы регулирования производительности вентилятора, включающей блок управления, срабатывающий от датчика температуры, установленного в канале отвода сжимающего газа. Эти недостатки являются основными причинами, ограничивающими широкое использование обменника в дизелестроении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является обменник давления, преимущественно давления отработавших газов и воздуха для систем наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащий ротор, консольно установленный на валу посредством подшипникового узла и снабженный продольными каналами для обменивающихся давлением рабочих сред, приводную газовую турбину с рабочими лопатками по ободу ступицы колеса и охватывающий ротор статор с торцовыми плитами, в первой из которых выполнены впускные и выпускные окна для сжимаемого воздуха, а во второй впускные и выпускные окна для сжимающего газа [2]
Однако отсутствие вентилятора и полости в роторе не позволяет эффективно использовать подобный обменник, так как в нем не обеспечивается надежная и эффективная продувка каналов.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является упрощение конструкции и повышение эффективности продувки каналов ротора во всем диапазоне рабочих режимов обменника.

На фиг. 1 схематично изображен описываемый обменник давления; на фиг.2 схема развертки ротора с газораспределительными окнами.

Обменник давления содержит статор 1, подшипниковый узел 2, первую торцовую плиту 3, выполненную заодно с корпусом подшипникового узла и имеющую впускные и выпускные окна 4, 5 для сжимаемого воздуха, вал 6, на котором консольно относительно подшипникового узла установлен ротор 7 с полостью 10 и размещенными по его окружности продольными каналами 8, образованными лопатками 9, улитку 11 с подводом 12 газов высокого давления, отводом 13 газов низкого давления, вставку 14 с подводящими каналами 15 и выпускными окнами 16, колесо 17 приводной газовой турбины, рабочие лопатки 18 которой жестко закреплены наружными поверхностями 19 в центральной полости 10 ротора 7, в которой оно установлено.

В ступице 20 колеса газовой турбины выполнен центральный отводной канал 21. Вторая торцовая плита 22 имеет впускные и выпускные окна 23, 24 для сжимающего газа. Приводная газовая турбина обменника давления снабжена сопловым аппаратом 25 с сопловыми лопатками 26. Вентилятор 27 установлен на конце вала 6 со стороны подшипникового узла 2, а кожух 28 вентилятора прикреплен к первой торцовой плите 3; при этом отношение проходного сечения соплового аппарата 25 к суммарному проходному сечению впускных окон 23 для сжимающего газа составляет 0,3-0,7.

Работа обменника давления заключается в следующем. Газы из выпускного коллектора двигателя поступают к каналам 8 ротора 7 через подвод 12 по подводящим каналам 15 вставки 14 и впускные окна 23 для сжимающего газа во второй торцовой плите 22. Одновременно газы поступают на рабочие лопатки 18 колеса 17 приводной газовой турбины через сопловой аппарат 25. Учитывая, что колесо 17 газовой турбины жестко связано наружной поверхностью 19 рабочих лопаток 18 с внутренней поверхностью центральной полости 10 ротора 7, последний начинает раскручиваться и его каналы 8 последовательно проходят газораспределительные окна.

Поступая в каналы 8 через впускные окна 23 (фиг.2), газы расширяются и постепенно сжимают находящийся в них воздух до определенного давления (в рассматриваемой системе наддува ДВС, как правило, предусматривается установка байпасного клапана, обеспечивающего поступление воздуха в двигатель непосредственно из атмосферы до подачи сжатого воздуха обменником давления). В момент прохождения каналом 8 выпускных окон 5 сжатый воздух вытесняется во впускной коллектор двигателя. При прохождении каналом 8 ротора 7 выпускных окон 24 и впускных окон 4 происходит сначала предварение выпуска отработавших в канале ротора газов, а затем под воздействием напора воздуха, подаваемого вентилятором 27, происходит продувка каналов 8 свежим воздухом. На этом завершается рабочий цикл конкретного рассматриваемого канала 8 ротора 7. При этом, за счет подпора воздуха, создаваемого работой вентилятора 27, продувка каналов 8 ротора 7 осуществляется независимо от согласованности частоты вращения ротора с волновыми процессами в каналах. Это обстоятельство исключает необходимость регулирования проходного сечения Fс соплового аппарата 25 приводной газовой турбины относительно суммарного проходного сечения F впускных окон 23 сжимающего газа.

Отношение этих проходных сечений Fс к F выбирается равным 0,3-0,7 в зависимости от частоты вращения вентилятора 27, обеспечивающей эффективную продувку каналов ротора в рабочем диапазоне работы обменника давления.

Использование: в дизелестроении при проектировании волновых обменников давления преимущественно в двигателях внутреннего сгорания для систем наддува. Сущность изобретения: обменник снабжен вентилятором с кожухом, последний прикреплен к первой торцевой плите, а его полость сообщена с каналами ротора, вентилятор жестко закреплен на конце вала со стороны подшипникового узла перед первой торцевой плитой, в роторе выполнена центральная полость, турбина снабжена сопловым аппаратом, ее колесо установлено в полости ротора и жестко закреплено в ней наружной поверхностью рабочих лопаток, а в ступице колеса турбины выполнен центральный отводной канал, при этом отношение проходного сечения соплового аппарата турбины к суммарному проходному сечению впускных окон для сжимающего газа составляет 0,3 0,7. 2 ил.

ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ, преимущественно давления отработавших газов и воздуха для систем наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий ротор, консольно установленный на валу посредством подшипникового узла и снабженный продольными каналами для обменивающихся давлением рабочих сред, приводную газовую турбину с рабочими лопатками по ободу ступицы колеса и охватывающий ротор статор с торцовыми плитами, в первой из которых выполнены впускные и выпускные окна для сжимаемого воздуха, а во второй впускные и выпускные окна для сжимающего газа, отличающийся тем, что обменник снабжен вентилятором с кожухом, последний прикреплен к первой торцевой плите, а его полость сообщена с каналами ротора, вентилятор жестко закреплен на конце вала со стороны подшипникового узла перед первой торцевой плитой, в роторе выполнена центральная полость, турбина снабжена сопловым аппаратом, ее колесо установлено в полости ротора и жестко закреплено в ней наружной поверхностью рабочих лопаток, а в ступице колеса турбины выполнен центральный отводной канал, при этом отношение проходного сечения соплового аппарата турбины к суммарному проходному сечению впускных окон для сжимающего газа составляет 0,3 0,7.