Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

I «« ,/ «д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 3/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3219599/25-06 (22) 22.12.80 (46) 30.12.86.Бкл. Ф 48 (71) Центральный научно-исследовательский дизельный институт (72) Б.М.Борецкий, С.С.Соколов и В.P.ÊîìîâñêHé (53) 621.43.052 (088.8) (56) 1. Патент Франции 11« 2253389, кл. F 02 В 37/00, опублик. 1975. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее по меньшей мере один турбокомпрессор, у которого турбина и компрессор связаны между собой при помощи обводной трубы, и дополнительную камеру сгорания, установленную в обводной трубе, соединенную с магистралью выпуска отработавших газов

„,Я0„„! 280!56 А1 дц 4 F 02 В 37 00 Р 02 В 23/00 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и расширения диапазона работы, камера сгорания снабжена подвижной втулкой, охватываемой завихрителем вторичного воздуха и установленной в последнем с возможностью перемещения вдоль оси носка форсунки внутрь пламенной трубы.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что подвижная втулка кинематически связана с . завихрителем вторичного воздуха.

1 128015

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, и, в частности, к устройству двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и с регули- 5 руемыми дополнительными камерами сгорания.

Известны устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один тур- 1О бокомпрессор, 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 s ее головке топливной форсункой, дросселем первичного воздуха.и завихрителем вторичного воздуха с подвижными лопатками, установленными соосно носку форсунки между последней и головкой пламенной трубы (lj .

Однако в таких устройствах, несмотря на закрутку потока. вблизи носка форсунки, в дополнительной камере сгорания траектории движения масс тoILTIHBа и воздуха в основном прямо30 линейны и при некоторых малых значениях расходов топлива и воздуха стенки пламенной трубы практически перестают оказывать влияния на структуру горящего факела и получается как бы истечение в неограниченное пространство.

При дальнейшем уменьшении расхода топлива практически QTсутствует 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 конструк45 ции камеры сгорания также ограничен потерей стабилизации и срывом пламени а

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 мини55 мальный уровень расхода топлива в камере сгорания, обусловленными цир куляпионными течениями указанного 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 эавихрителем 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 iÚèã. 1 представлена схема устройства для наддува; 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 эавихрителем 11 вторичного воздуха. В корпусе 15 камеры 5 сгорания выполнен кольцевой канал 16, подключенный к магистрали 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 у<.тройство 20 с приводом 21.

1280156

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 11 вторичного воздуха, 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 11 вторичного воздуха состоит из подвижной втулки 14 и кор- 15 пуса 33, между которыми установлены под углом подвижные лопатки 12, передвигающиеся вместе с корпусом ЗЗ и втулкой 14 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 уста25 новлен в расточке головки 8 пламенной трубы 7 и с помощью пружины 38 прижат к ограничительной крышке 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 11 выполнен в виде отверстий, а раль подвижных лопаток .12 выполняет торец втулки 35.

Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом, Перед пуском двигателя 17 турбокомпрессор 1 с помощью камеры 5 сгорания и пускового устройства (не показано) выводится в автоматический режим работы. При этом завихритель

ll вторичного 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

12 полностью открыты. При этом камера сгорания 5 работает на расчетном режиме при полной производительности форсунки. Форсунка 9 выступает из подвижной втулки 14, при этом угол раскрытия топливного факела оптимален для данной пламенной трубы 7.

При работе двигателя 17 на холостых ходах и малых нагрузках, а также на режимах с высоким крутящим моментом в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала расход топлива в камере 5 сгорания меньше максимального и изменяется в весьма широких пределах при изменяющихся в десятки 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 зависимости от конкретного режима работы двигателя 17 привод 26 с помощью клапана 28 открывает то или иное сечение в трубопроводе 24, по кбторому 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 11, оставляя в нем определенное проходное сечение для перетекания из компрессора 3 в пла-. менную трубу 7 воздуха в количесТве, необходимом и достаточном для полного сгорания топлива, истекающего из топливного сопла 29 форсунки 9, Незначительная часть первичного воздуха поступает также через воздушное сопло 30 форсунки 9. Остальная часть воздуха, которая должна быть перепущена с компрессора 3 на турбину 2, минуя двигатель 17, дозируется дросселирующим устройством 20 и по патрубку 19 поступает в кольцевой канал 18. Выпускные 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.

При работе двигателя 17 на номинальном и околономинальных режимах в камеру 5 сгорания вспрыскивается минимапьное 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

1280156 топлива из форсунки 9 перепускается на вход топливного насоса 25. Дросселирующее устройство 20 и завихритель 11 вторичного воздуха полностью закрыты, причем с помощью привода

26, рычага 27 втулки 35 с лопатками

36 эавихритель 11, как показано на фиг.3,сдвинут вглубь пламенной трубы 7, а во внутренней полости его втулки 14 утоплена форсунка 9 и образована 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 быстро перемещается под действием рычага 27 и привода 26 навстречу потоку первичного воздуха, а завихритель

11 перемещается под действием сжатых пружин 38 в том же направлении до

25 упора в теле ограничительной крышки

39. Форсунка 9 выступает иэ втулки

14 для 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 З5 может оборудоваться всего одной форсункой с самой высокой кратностью изменения производительности. Такая форсунка может быть одно- или многоконтурной с механическим, нневматическим 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 теплонапряженности сечения огневой зоны 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 эоны 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 иэ известных допустимую краткость изменения топливоподачи (более

100) с весьма устойчивым и полным сгоранием сумматора практически в любом диапазоне изменения суммарного коэффициента избытка воздуха.

Применение предлагаемого устройства. позволит расширить диапазон работы и повысить КПД двигателя.

I 280! 56

Фиг.1

11 Риг.2

1280156

1280156

Составитель В. Козлов

Техред А.Кравчук Корректор А.Ильин

Редактор M.ÒîBòèí

Заказ 7035/31 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, .ул.Проектная, 4