Устройство отвода и охлаждения выхлопных газов железнодорожного транспортного средства Российский патент 2024 года по МПК B60K13/04 F01N1/14 

Устройство предназначено для отвода и охлаждения выхлопных газов из двигателя железнодорожного транспортного средства и может быть применено в конструкциях железнодорожных транспортных средств, использующих двигатели внутреннего сгорания.

Известно устройство нейтрализации отработавших газов (патент РФ на изобретение №2175073, приоритет от 15.11.1999, опубликован 20.10.2001 Бюл. №29), содержащий корпус с впускными и выпускными патрубками, конусообразный эжектор, рассеиватель, выполненный в виде конуса. Устройство позволяет засасывать воздух из атмосферы за счет разрежения создаваемого высокоскоростным потоком отработавших газов дизельного двигателя, которые выходя из него проходят конусный эжектор. Смешанный поток направляется через рассеиватель на конусный электромагнитный улавливатель.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, которая предусматривает подвод электрического тока, что снижает надежность выхлопной системы в случае неисправности систем подачи тока. Устройство также не позволяет снижать уровень вибраций, передаваемых потоком отработанных газов, выходящих из двигателя. Указанные недостатки в целом снижают надежность устройства, не позволяя эффективно применять его на современных железнодорожных средствах, использующих двигатели внутреннего сгорания большой мощности.

Известно устройство охлаждения выхлопных газов (патент США на изобретение №8272210, приоритет от 19.11.2009, опубликован 25.09.2012), которое представляет собой трубчатый корпус, имеющий входную часть и выходную часть, при этом входная часть имеет секцию, сужающуюся в направлении потока движения выхлопных газов, и множество отверстий, образованных в суженной секции, позволяющих потоку окружающего воздуха поступать снаружи корпуса внутрь. Устройство дополнительно включает в себя сопло, закрепленное в сужающейся секции для направления потока выхлопных газов в трубчатый корпус.

Устройство не позволяет снижать уровень вибраций, передаваемых потоком выхлопных газов. Устройство выполнено неразъемным, что снижает его ремонтопригодность, при этом устройство также не позволяет защитить выпускные системы двигателя от попадания в них осадков.

Известно устройство выпускной системы двигателя внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №2033535, приоритет от 22.11.1991, опубликован 20.04.1991). Указанное устройство представляет собой глушитель с корпусом, снабженным впускным и выпускным патрубками, эжектор, расположенный в корпусе и имеющий газовое сопло, соединенное с впускным патрубком, смесительную камеру, диффузор. Смесительная камера соединена с корпусом со стороны впускного патрубка перегородками, образуя при этом входную камеру, в торцовой стенке которой имеются отверстия, а через диффузор сообщена с выходной камерой и выпускным патрубком. Данное устройство было выбрано за прототип.

Недостатком известного устройства является повышенное сопротивление потоку проходящего через устройство воздуха, что снижает эффективность охлаждения отработавших газов.

Общие требования пожарной безопасности, регламентирующие требования к безопасности двигателей внутреннего сгорания железнодорожных транспортных средств устанавливают, что температура выхлопных газов на выходе из глушителя должна быть не более 400°С, а также на выходе из глушителя не допускаются раскаленные частицы, видимые невооруженным глазом на расстоянии не более 10 м.

Технической задачей предлагаемого решения является разработка устройства, лишенного недостатков аналогов, которое позволило бы упростить конструкцию без снижения надежности и эффективности выхлопной системы, при этом такое устройство позволяло бы достигать требуемых параметров выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу.

Технический эффект, достигаемый при реализации устройства заключается в повышении надежности и эффективности работы выхлопной системы, позволяющей достигать заданных параметров выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу.

Эффект достигается при помощи устройства отвода и охлаждения отработанных газов железнодорожного транспортного средства, которое состоит из входного патрубка, сопла, камеры смешения, размещенной внутри внешней камеры, и выходного отвода. Входной патрубок и внешняя камера последовательно соединены через сильфонный компенсатор, при этом сопло установлено после компенсатора, а в камере смешения выполнены отверстия треугольной формы, расположенные радиально.

Устройство обеспечивает эффективную работу системы охлаждения во всем диапазоне работы двигателя от режима холостого хода до режима номинальной работы.

Работа устройства основана на принципе, в котором избыточное давление потока высоконапорных газов используется на сжатие газов низкого давления, при этом газ низкого давления попадает в камеру смешения за счет того, что в ней создана область разряжения. Высоконапорным потоком, в данном случае, являются отработавшие газы на выходе из турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, газом низкого давления является атмосферный воздух с температурой окружающей среды.

Устройство поясняется с помощью следующих рисунков.

На Фиг. 1 изображен общий вид устройства.

На Фиг. 2 изображен общий вид камеры смешения.

На Фиг. 3 изображено размещение камеры смешения внутри внешней камеры.

Входной патрубок 1 герметично соединяет устройство с выхлопной системой двигателя, направляя поток выхлопных газов. Входной патрубок 1 соединяется с сильфонным компенсатором 2, который соединяется с соплом 3. Сопло 3 соединено с внешней камерой 5. Внутри внешней камеры 5 размещена камера смешения 4. В камере смешения 4 выполнены отверстия 7 треугольной формы, расположенные радиально относительно центральной оси камеры смешения. Треугольные отверстия 7 выполнены так, что расширяются по направлению потока газов вдоль поверхности камеры смешения 4.

Камера смешения 4 снабжена пирамидальными перегородками, расположенными концентрично относительно оси сопла и камеры смешения (Фиг. 2), основаниями которых являются треугольные отверстия 7, выполненные в камере смешения 4, при этом две боковые грани перегородки ориентированы так, что рассекают поток газов, а грань противоположная потоку газов отсутствует. Пирамидальные перегородки 11 и треугольные отверстия 7 камеры смешения 4, образуют эжекционные каналы.

За счет изменения параметров сопла и эжекционных каналов достигается возможность изменения температуры выхлопных газов.

Камера смешения 4 размещена внутри внешней камеры 5 так, что пространство между нижними частями камер образует накопительную полость 10, приспособленную для сбора осадков, попадающих через выходной отвод 6 (Фиг. 3). На выходной отвод 6 устанавливается сетчатый рассеиватель 8, который позволяет обеспечить защиту от попадания посторонних предметов в систему и увеличить интенсивность перемешивания горячих и холодных фаз потока, дополнительно выравнивая поле температур на выходе.

В конкретном исполнении выходной отвод 6 выполнен изогнутым в вертикальном направлении выброса отработанных газов и имеет сегментную конструкцию. Отвод 6 также может быть выполнен в виде прямоугольного или круглого в сечении не сегментного колена, что позволит увеличить эффективность работы системы.

Внешняя камера 5 выполнена с окном 9 для доступа атмосферного охлаждающего воздуха. Через окно 9 внутрь внешней камеры 5 попадает атмосферный воздух и засасывается через отверстия 7 внутрь камеры смешения 4.

Входной патрубок 1, сильфонный компенсатор 2, сопло 3, внешняя камера 5 жестко соединены разъемным образом. В конкретном исполнении жесткое разъемное соединение обеспечивается фланцевым соединением. Сопло 3 жестко соединяется с внешней камерой 5 при этом соединение может быть разъемным, обеспечивающим быстрый демонтаж. Сетчатый рассеиватель 8 соединен с выходным отводом 6 разъемным образом с помощью винтов. Выходной отвод 6 соединен с камерой смешения 4 неразъемным образом, при этом соединение может быть разъемным, обеспечивающим быстрый демонтаж. Камера смешения 4 закреплена внутри внешней камеры 5 жестким образом посредством сварки, при этом соединение может быть и разъёмным для более быстрого доступа к частям устройства для обслуживания.

Устройство работает следующим образом.

Выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания поступают во входной патрубок 1, далее в компенсатор сильфонный 2, который поглощает колебания, возникающие от двигателя. Далее газы проходят через сопло 3, попадая в камеру смешения 4. При этом внутри камеры 4 создается область разряжения при прохождении высоконапорного газа с высокой скоростью и давлением через сопло 3.

Из-за разницы давлений газа внутри камеры 4 и внешнего атмосферного воздуха через окно 9 внутрь внешней камеры 5 засасывается атмосферный воздух и попадает через эжекционные каналы, образованные треугольными отверстиями 7 и пирамидальными перегородками 11, в камеру смешения 4, где, перемешиваясь с горячими выхлопными газами, два потока объединяются и формируется единый смешанный поток газовоздушной охлажденной смеси.

Пройдя камеру смешения 4, поток устремляется в выходной отвод 6, который задает направление выброса потока в атмосферу, сетчатый рассеиватель 8 обеспечивает дополнительное выравнивание поля температур потока на выходе.

В устройстве конструктивно исключена возможность попадания осадков в системы двигателя. Осадки, после прохождения выходного отвода 6 попадают в камеру смешения 4, затем через нижние отверстия 7 в пространство между нижними частями камер смешения 4 и внешней камеры 5, которое образует накопительную полость 10, приспособленную для сбора попадающих осадков.

При работе двигателей предполагается испарение попадающих осадков и их отвод вместе с отработавшими газами за счет высоких температур внутренних поверхностей системы.

Изобретение предназначено для отвода и охлаждения выхлопных газов из двигателя железнодорожного транспортного средства в атмосферу и может быть применено в конструкциях железнодорожных транспортных средств, использующих двигатели внутреннего сгорания. Устройство отвода и охлаждения выхлопных газов железнодорожного транспортного средства состоит из входного патрубка, сопла, камеры смешения, размещенной внутри внешней камеры, и выходного отвода. Входной патрубок и внешняя камера последовательно соединены через сильфонный компенсатор, при этом сопло установлено после компенсатора, а в камере смешения выполнены отверстия треугольной формы, расположенные радиально. Достигается повышение надежности и эффективности работы выхлопной системы, достигаются заданные параметры выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство отвода и охлаждения выхлопных газов железнодорожного транспортного средства, состоящее из входного патрубка, сопла, камеры смешения с отверстиями, размещенной внутри внешней камеры, и выходного отвода, отличающееся тем, что входной патрубок и внешняя камера последовательно соединены через сильфонный компенсатор, при этом сопло установлено после компенсатора, а в камере смешения выполнены отверстия треугольной формы, расположенные радиально.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что треугольные отверстия выполнены так, что расширяются по направлению потока газов вдоль поверхности камеры смешения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера смешения снабжена пирамидальными перегородками.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя камера выполнена с окном для доступа атмосферного воздуха.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера смешения размещена внутри внешней камеры так, что пространство между нижними частями камер образует накопительную полость, приспособленную для сбора попадающих осадков.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходной отвод выполнен изогнутым в вертикальном направлении выброса отработанных газов и снабжен сетчатым рассеивателем.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пирамидальные перегородки расположены концентрично относительно оси сопла и камеры смешения.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что основаниями пирамидальных перегородок являются треугольные отверстия, выполненные в камере смешения, при этом две боковые грани перегородки ориентированы так, что рассекают поток газов, а грань, противоположная потоку газов, отсутствует.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пирамидальные перегородки и треугольные отверстия камеры смешения образуют эжекционные каналы.