Неохлаждаемый выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом Советский патент 1985 года по МПК F02B37/02 

I1

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройству выпускных коллекторов двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

Цель изобретения - уменьшение напряжений от термических деформаций.

На фиг. 1 изображен предлагаемый неохлаждаемый коллектор; на фиг, 2 вид А на фиг. 1.

Выпускной коллектор содержит выпускной трубопровод, состоящий из секций 1 и 2, подключенных одна к другой через компенсатор 3, и газоподзодящий патрубок 4 турбокомпенсатора 5, снабженный компенсатором 6. Секции t и 2 подключены к охлаждаемой корпусной детали 7 (крьппке цилиндра) через привалочные поверхности 8 и 9 фланцев 10 и 11 выпускных патрубков 12 и 13. Газоподводящий патрубок А турбокомпрессора 5 подключен к крайней секции 1 выпускного трубопровода и к неохлаждаемому корпусу турбины 14, подсоединенному к охлаждаемому корпусу 15 турбокомпрессора через привалочную поверхность 16 его фланца 17 крепления.

Ось 18 компенсатора 6 газопОдводящего патрубка 4 расположена параллельно линии 10 (УУ), проходящей через центр 20 (0) привалочной поверхности 8 фланца 10 выпускного патрубка 12 крайней секции 1 и через центр 21 (OL) привалочной поверхности 1 6 фланца 17 крепления турбины 14 к охлаждаемому корпусу 15 турбокомпрессора 5.

Неохлаждаемый выпускной коллектор работает следующим образом.

При работе двигателя выпускной коллектор и корпус турбины 14 нагреваются значительно больше (в 7 раз), чем охлаждаемые корпусные детали, и поэтому деформация компенсаторов 3 и 6 осуществляется, в основном, линейньми расширениями зтих неохлаждаемых деталей выпускной системы.

Так как оси секций 1 и 2 имеют одинакойое расположение относительно центров привалочных поверхностей 8 и 9 фланцев 10 и 11 крепления их к крьш1ке 7 цилиндра, то направление и величины перемещений обоих торцов компенсатора 3 в плоскостях, перпен102

дикулярных оси компенсатора, также одинаковы. При этом компенсатор 3 перемещается параллельно своему первоначальному положению и сжимается осеными перемещениями секций 1 и 2. При расположении оси 18 компрессора 6 газоподводящего патрубка 4 параллельно линии 19 (УУ) он также работает только на сжатие и растяжение.

Известно, что результирующая тепловых перемещений твердого тела, в частности коллектора и корпуса турбины, всегда направлена по линии, проходящей через точку крепления

этого тела и точку, перемещение которой определяется.

Таким образом, на фиг. 1 найдены направления перемещений и , центральных точек торцов компенсатора 6. Величина этих перемещений определяется следующим образом

А,Б OiA, ; .02.Аз.-о(ДГг-. где oL i коэффициенты линейного расщирения коллектора

и корпуса турбины; At, иЛ1. - температура нагрева коллектора и корпуса турбины.

Результирующие тепловых перемещений А-1 В и Aj Ej. можно разложить на составляющие перемещения по оси компенсатора .А С и А 2. С j. и в перпендикулярном направлении С Б и Сг, В.

Известно, что составляющие перемещения прямо пропорциональны проекциям отрезков А , 0 и Aj Oj на соответствующие оси, т.е. Ai С 0,,A,,At ; A3,.A2.

Ci BI ; .. При параллельном расположении оси компенсатора 6 относительно оси УУ:

А А.,.

Неохлаждаемые корпус турбины 14 и выпускной коллектор нагреваются выпускным газом до одинаковых температур, что подтверждается результатами экспериментальных исследований, т.е. . Обеспечить равенство 0./, 2 несложно, так как для изготовления выпускных коллекторов и корпусов турбин применяются, как правило,.одинаковые марки чугунов.

Учитывая изложенное, можно сделать вывод:

С В Z. 2

3

А ЭТО значит, что ось 18 компенсатора 6 перемещается параллельно своему первоначальному положению без смещения одного торца компенсатора относительно другого в направлении, перпендикулярном оси компенсатора, и компенсатор 6 нагружается только осевыми перемещениями и . Иногда турбокомпенсатор 5 крепят. к двигателю непосредственно за корпус турбины 14. В этом случае ось компенсатора 6 располагается параллельно линии, проходящей через центр 20 привалочной поверхности 8 фланца 10 выпускного патрубка 12 крайней секции и через центр 21

658104

привалочной поверхности фланца крепления корпуса турбины к охлаждаемым деталям двигателя.

Таким образом, в предлагаемом 5 коллекторе благодаря определенному расположению оси компенсатора газоподводящего патрубка исключаются неосевые тепловые перемещения одного торца компенсатора относительно 10 другого, а осевые пере)4ещения полностью воспринимаются компенсаторами, работающими на сжатие и растяжение. Это приводит к уменьшению напряжения от термических деформаций и. к повьппению надежности работы выпускного коллектора.

НЕОХЛАДЦАЕМЫЙ ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГАЗОТУРБИННЫМ НАДДУВОМ, содержащий, выпускной трубопровод, снабженный секциями, каждая из которых подключена через компенсатор к соседней секции и через привалочную поверхность фланца выпускного патрубка - к охлаждаемой корпусной детали, и газоподводящий .патрубок турбокомпрессора, снабженный компенсатором и подключенный к крайней секции трубопровода и к неохлаждаемому корпусу турбины, подсоединенному через привалочную поверхность его фланца крепления к охлаждаемому корпусу турбокомпрессора, отличающийся- тем, что, с целью уменьшения напряжений от термических деформаций, ось компенсатора газоподводящего патрубка расположена параллельно линии, проходящей через центры привалочных поверхностей фланцев крепления корпуса турбины и выпускного патрубка крайней секции. (Л