Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК F02B37/13 F02D23/00 

11

Изобретение относится к машино- строению, а именно двигателестрое- нию, и, в частности, к устройству двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и с регулируемыми дополнительными камерами сгорания.

Известны устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один турбокомпрессор, 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 1 .

Однако в таких устройствах, несмотря на закрутку потока вблизи носка форсунки, в дополнительной камере сгорания траектории движения мас топлива и воздуха в основном прямолинейны и при некоторых малых значениях расходов топлива и воздуха стеки пламенной трубы практически перетают оказывать влияния на структуру горящего факела и получается как бы

истечение в неограниченное простран ство.

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 конструкции камеры сгорания также ограничен потерей стабилизации и срывом пламени.

Кроме 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- мальньй уровень расхода топлива в камере сгорания, обусловлейными цир- куляционными течениями указанного

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

первичного воздуха и связанной с этим опасностью переохлаждения и срыва пламени.

Цель изобретения - повышение эффективности и расширение диапазона работы устройства с дополнительной камерой сгорания.

Цель достигается тем, что камера сгорания снабжена подвижной втулкой, охватываемой завихрителем 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 на вдува; 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 завихрителем 11 вторичного возду- х.а. В корпусе 15 камеры 5 сгорания выполнен кольцевой канал 16, подключенный к магистр ши 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 помощью двух трубок 22 и трубопроводов 23 и 24 связана с топливным насосом 25, Привод 26 с помощью рычага 27 связан с завихрителем 1I вторичного воз духа, а также с клапаном 28, установленным в трубопроводе 24. Форсунка 9 содержит топливное сопло 29,воздушное сопло 30 с тангенциальными каналами, сообщенное с дросселем 10 первичного воздуха, выполненным в накидной гайке 31, которая навернута на корпус 32 форсунки 9.

Завихритель 1I вторичного воздуха состоит из подвижной втулки 14 и корпуса 33, между которыми установлены под углом подвижные лопатки 12, передвигающиеся вместе с корпусом 33 и втулкой I4. Между лопатками 12 образованы каналы 34. Втулка 35 вместе с лопатками 36 образует дросселирующее устройство. Втулка 35 снабжена проушиной 37, с помощью которой дросселирующее устройство присоединено к рычагу 27. Корпус 33 подвижно установлен в расточке головки 8 пламенной трубы 7 и с помощью пружины 38 прижат к ограничительной крьшке 39. Втулка 35 подвижно установлена в корпусе 33 и в ограничительной крышке 39, которая неподвижно соединена с головкой 8 пламенной трубы 7.

В вариантах камеры сгорания,приведенных на фиг. 4 и 5, завихритель вторичного воздуха 1I выполнен в виде отверстий, а роль подвижных лопаток .12 выполняет торец втулки 35.

Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Перед пуском двигателя 17 турбокомпрессор I с помощью камеры 5 сгорания и пускового устройства (не показано) выводится в автоматический режим работы. При этом завихритель

11вторичного воздуха и дросселирующее устройство 20 полностью открыты. Топливный насос 25, приводимый от пускового устройства, по трубопроводу 23 и одной из трубок 22 нагнетает топливо к топливному соплу 29 форсунки 9. Клапан 28 в трубопроводе 24 полностью закрыт с помощью привода 26, Который одновременно посредством рычага 27, отводит втулку 35 с лопатками 36 в крайнее положение, при котором каналы 34 подвижных лопаток

12полностью открыты. При зтом каме2801564

ра сгорания 5 работает на расчетном режиме при полной производительности форсунки. Форсунка 9 выступает из подвижной втулки 14, при этом 5 угол раскрытия топливного факела оптимален для данной пламенной трубы 7. При работе двигателя 17 на холостых ходах и мапых нагрузках, а тАкже на режимах с высоким крутящим момен- 0 том в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала расход топлива в камере 5 сгорания меньше макси- мального и изменяется в весьма широких пределах при изменяющихся в де- 5 сятки 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 зави20 симости от конкретного режима работы двигателя I7 привод 26 с помощью клапана 28 открывает то или иное сечение в трубопроводе 24, по которому часть топлива из форсунки 9 перепускается на вход топливного насоса 25. Одновременно тот же привод 26 с помощью рычага 27 перемещает втулку 35 с лопатками 36 относительно завихрителя I1, оставляя в нем определенное проходное сечение для перетекания из компрессора 3 в пламенную трубу 7 воздуха в кoличectвe, необходимом и достаточном для полного сгорания топлива, истекающего из

35 топливного сопла 29 форсунки 9. Незначительная часть первичного воздуха поступает также через воздушное сопло 30 форсунки 9. Остальная часть воздуха, которая должна быть перепу 0 щена с компрессора 3 на турбину 2, минуя двигатель 17, дозируется дросселирующим устройством 20 и по патрубку 19 поступает в кольцевой канал 18. Вьшускные газы двигателя

17 по магистрали 6 поступают в кольцевой канал 16 и далее, смешиваясь с продуктами сгорания пламенной трубы 7 и воздухом из кольцевого канала 18, поступают на вход турбины 2.

50

25

30

55

При работе двигателя 17 на номинальном и околономинальных режимах в камеру 5 сгорания вспрыскивается минималь ное 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 часть

51

топлива из форсунки 9 перепускается на вход топливного насоса 25. Дрос- сепирующее устройство 20 и завихри- тель 11 вторичного воздуха полностью закрыты, причем с помощью привода 26, рычага 27 втулки 35 с лопатками 36 завихритель 11, как показано на фиг.3,сдвинут вглубь пламенной тру- бы 7, а во внутренней полости его втулки 14 утоплена форсунка 9 и об- разована микрокамера сгорания.Практически весь первичный воздух поступает из компрессора 3 в микрокамеру сгорания 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 в

ней расхода топлива, втулка 35 быст

ро перемещается под действием рыча-

га 27 и привода 26 навстречу потоку первичного воздуха, а завихритель 11 перемещается под действием сжатых пружин 38 в том же направлении до упора в теле ограничительной крышки 39. Форсунка 9 выступает из втулки 14 дпя осуществления рабочих процессов в объеме пламенной трубы 7.

Таким образом, камера сгорания в предлагаемом устройстве отличается изменяемой геометрией огневого пространства в пламенной трубе, которая на отдельных режимах работы дополняется микрокамерой.

Вследствие этого камера сгорания может оборудоваться всего одной форсункой с самой высокой кратностью изменения производительности. Такая

,

2801

5

п

35

25

30

366

форсунка может быть одно- или многоконтурной с механическим, пневматическим или любым другим принципом распыливания, но должна содержать или иметь в непосредственной близости воздушное сопло предпочтительно с тангенциальными каналами, к которому первичный воздух подводится от источника сжатого воздуха.

Исходя из допустимой теплонапря- женности сечения огневой зо1ш 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 зоны не ограничивается размерами микрокамеры, возможно ее использование и при большей производительности форсунки. Дооборудование камеры сгорания подвижной втулки, связанное с весьма незначительными конструктивными изменениями, не требующими увеличения габаритных размеров , позволяет при наличии соответствующей форсунки реализовать в сравнительно простой камере сгорания наибольшую из известных допустимую краткость изменения топливоподачи (более 100) с весьма устойчивым и полным сгоранием сумматора практичесьси в любом диапазоне изменения суммарного коэффициента избытка воздуха.

Применение предлагаемого устрой- ства. позволит расширить диапазон работы и повысить КПД двигателя.

IS

39 ЗВ

1 (раг.2

29

f

12

/4

74

9LLZ.

S 7 J5

15

35

12

(ри-гЛ

15

Н