Способ распределения рабочих тел волнового обменника давления и устройство для его осуществления

 

Использование: в энергомашиностроении при проектировании ВОД и/или в различных ДВС. Сущность изобретения: сжимающее рабочее тело одновременно с волнами сжатия подают из канала подвода сжимающего рабочего тела одновременно в каналы обменника и в канал отвода сжимающего рабочего тела через постоянно поддерживаемое сообщение каналов обменника с каналами подвода и отвода сжимающего рабочего тела, волну сжатия одновременно со сжимаемым рабочим телом пропускают из канала обменника в канал отвода сжимаемого рабочего тела и эжектируют сжимаемое рабочее тело из канала подвода сжимаемого рабочего тела в каналы обменника через постоянно поддерживаемое сообщение каналов обменника с каналами подвода и отвода сжимаемого рабочего тела. ВОД содержит канал подвода сжимающего рабочего тела, напорообменный канал, одним концом соединений с каналом отвода сжимаемого рабочего тела с зазором 4, напорообменный канал другим концом пристыкован к боковой поверхности канала подвода сжимающего рабочего тела, участок канала подвода сжимающего рабочего тела, расположенный за местом пристыковки напорообменного канала выполняет функции канала отвода сжимающего рабочего тела. 2 с. п., 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к волновым обменникам давления (ВОД) и может быть использовано совместно и/или в пульсирующих воздушно-реактивных, роторно-поршневых, поршневых двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и в других областях.

Известен способ распределения рабочих тел (РТ) ВОД типа "Comprex", в котором в качестве сжимающего РТ используются отработавшие газы, выходящие из цилиндра, а сжимаемого РТ атмосферный воздух, и, заключающийся в том, что подают волну сжатия одновременно со сжимающим РТ из канала подвода сжимающего РТ в каналы обменника, пропускают волну сжатия одновременно со сжимаемым РТ из каналов обменника в канал отвода сжимаемого РТ, эжектируют сжимающее РТ из каналов обменника в канал отвода сжимающего РТ, затем сжимаемое РТ из канала подвода сжимаемого РТ в каналы обменника, используя обратную волну разрежения, возникающую в канале отвода сжимающего РТ. (Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль. (Пер. с чешск. под ред. А. Р. Бенедиктова, М. Машиностроение, 1987, с. 175-177).

Недостатками известного способа является сложность системы распределения РТ, недостаточная надежность ВОД, потери мощности на вращение ротора, возникающие вследствие попеременного сообщения каналов обменника на одних концах с каналами подвода и отвода сжимающего РТ и разнесение во времени операций подачи сжимающего РТ в каналы обменника и в канал отвода сжимающего РТ, а также попеременного сообщения каналов обменника на других концах с каналами подвода и отвода сжимаемого РТ и разнесение во времени операций пропускания волны сжатия и эжектирования сжимаемого РТ. Кроме того, имеет место недостаточно эффективная продувка цилиндра вследствие постоянного наличия в выпускном коллекторе (канале) подвода сжимающего РТ повышенного давления. Таким образом, эффективность ВОД недостаточна для его широкого применения в технических системах.

Известен волновой обменник давления, содержащий окно подвода и канал отвода сжимающего РТ и напорообменный канал, одним концом соединенный с окнами подвода и отвода сжимаемого РТ (SU, авторское свидетельство N 1430570, кл. 6 F 02 B 27/00 1988).

Недостатками известного обменника является: наличие в конструкции ВОД подвижных элементов, турбокомпрессора и подвижной перегородки, которые вносят дополнительные потери при обмене энергией, усложняют конструкцию, понижают надежность, увеличивают массу и стоимость ВОД; выполнение зазора между каналом отвода сжимаемого рабочего тела и напорообменным каналом, что понижает давление в канале отвода сжимаемого рабочего тела в период прохождения по нему волны сжатия, т. к. часть волны сжатия выходит в ресивер; недостаточная эффективность использования волны сжатия прошедшей к двигателю, особенно на частотах вращения выше рассчитанных на настройку, т. к. волна возвращается к зазору и гасится без использования.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности ВОД и способа распределения рабочих тел в нем.

Данная задача осуществляется за счет того, что сжимающее РТ одновременно с волнами сжатия подают из канала подвода сжимающего РТ одновременно в напорообменные каналы и в канал отвода сжимающего РТ при постоянно поддеpживаемом сообщении напорообменных каналов с каналами подвода и отвода сжимающего РТ, волну сжатия одновременно со сжимаемым РТ пропускают из каналов обменника в канал отвода сжимаемого РТ и эжектируют сжимаемое РТ из канала подвода сжимаемого РТ в напорообменные каналы при постоянно поддерживаемом сообщении последних с каналами подвода и отвода сжимаемого РТ. Такая одновременная подача сжимающего РТ с волнами сжатия из канала подвода сжимающего РТ в напорообменные каналы и в канал отвода сжимающего РТ позволяет: исключить попеременное сообщение напорообменных каналов с каналами подвода и отвода сжимающего РТ, смещение во времени и в пространстве операций подачи сжимающего РТ в напорообменные каналы и в канал отвода сжимающего РТ, а, следовательно, упростить систему распределения и повысить надежность ВОД; исключить вращение ротора с каналами; эжектировать сжимающее РТ из канала подвода сжимающего РТ в канал отвода сжимающего РТ, используя отраженную волну разрежения, возникающую в канале отвода сжимающего РТ, а, следовательно, при использовании ВОД и ДВС улучшить продувку цилиндра. Таким образом, повышается эффективность ВОД.

Пропускание волны сжатия одновременно со сжимаемым рабочим телом из других концов напорообменных каналов обменника в канал отвода сжимаемого РТ и эжектирование сжимаемого РТ из канала подвода сжимаемого РТ в напорообменные каналы позволяет: исключить попеременное сообщение каналов обменника с каналами подвода и отвода сжимаемого РТ, разнесение в пространстве операций пропускания волны сжатия и эжектирования сжимаемого РТ при сохранении разнесения во времени операций пропускания волны сжатия и эжектирования сжимаемого РТ, а, следовательно, упростить распределение и повысить надежность ВОД; исключить вращение ротора с каналами, что также повышает эффективность ВОД.

Кроме того, эффективность ВОД повышается и за счет того, что напорообменный канал другим концом пристыкован к боковой поверхности канала подвода сжимающего РТ.

При этом, в зазоре между каналом отвода сжимаемого РТ и напорообменным каналом во впускном окне ресивера и в канале отвода сжимаемого РТ установлены обратные клапаны.

Установка обратных клапанов позволяет повысить давление в канале отвода сжимаемого РТ в период прохождения по нему волны сжатия, уменьшить шум, возникающий при прохождении волны сжатия через зазор, причем становится возможным при повышении давления в канале отвода сжимаемого РТ растянуть этот процесс во времени, что особенно важно в многорежимных ВОД. При этом можно увеличивать расход сжимаемого РТ в период перед началом следующего цикла, а, следовательно, повысить эффективность ВОД.

Заявляемый способ может быть осуществлен на волновом обменнике давления типа "Comprex", в котором ротор закреплен в статоре ВОД, канал отвода сжимающего РТ с входного конца соединен только с каналом подвода сжимающего РТ вблизи окна подвода сжимающего РТ к каналам ротора обменника, канал подвода сжимающего РТ с выходного конца соединен только с каналом отвода сжимаемого РТ вблизи окна отвода сжимаемого РТ из каналов ротора обменника, длины каналов подобраны.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема движения волн и рабочих тел и волновой обменник давления для осуществления данного способа (развеpтка разреза); на фиг. 2 схема соединения ВОД с ДВС; на фиг. 3 ВОД с обратным клапаном в зазоре; на фиг. 4 то же с обратным клапаном во впускном окне ресивера; на фиг. 5 то же с обратным клапаном в канале отвода сжимаемого РТ.

ВОД содержит по меньшей мере один канал 1 подвода сжимающего РТ, напорообменный канал 2, одним концом соединенный с концом канала 3 отвода сжимаемого РТ с зазором 4 окном подвода сжимаемого РТ, а другим концом пристыкованный к боковой поверхности канала 1. Участок канала 1, расположенный за местом пристыковки канала 2, выполняет функции канала 5 отвода сжимающего РТ. Длины и площади каналов 1, 2, 3, 5 согласованы с частотой и количеством подачи сжимающего РТ. В качестве источника последнего может использоваться ДВС, при этом рабочие тела обработавшие газы и атмосферный воздух.

Способ реализуется следующим образом.

При работе ВОД периодически подают волну сжатия одновременно со сжимающим РТ в канал 1. Сжимающее РТ одновременно с волнами сжатия проходит из канала 1 в канал 2 и в канале 5 отвода сжимающего РТ соответственно. При выходе сжимающего РТ одновременно с волной сжатия из канала 5 в последнем образуется обратная волна разрежения. Сжимающее РТ эжектируется одновременно из канала 2 и из канала 1 в канал 5 за счет обратной волны разрежения. Волна сжатия одновременно со сжимаемым РТ проходит из канала 2 в канал 3. Сжимаемое РТ выпускают из канала 3 отвода сжимаемого РТ к потребителю. Сжимаемое РТ эжектируется через зазор окно 4 в напорообменные каналы за счет обратной волны разрежения. Таким образом, распределение рабочих тел упрощается, подвижные элементы в конструкции ВОД отсутствуют, значит повышается надежность, уменьшаются габариты, масса и стоимость ВОД, а, следовательно, повышается эффективность ВОД.

В случае, когда обратный клапан 16 установлен в зазоре 4 между каналом 3 отвода сжимаемого РТ и напорообменными каналами, при работе ВОД обратный клапан 16 перекрывает зазор 4 в период прохождения мимо него волны сжатия. При этом повышается давление в канале 3 и уменьшается шум, вследствие предотвращения выхода сжатого РТ в зазор 4, а, следовательно, повышается эффективность ВОД.

В случае, когда обратный клапан 17 установлен во впускном окне ресивера 18, охватывающего один зазор 4, при работе ВОД обратный клапан 17 перекрывает впускное окно ресивера 18 при повышении давлении в последнем. Это позволяет растянуть период повышенного давления во времени, что особенно важно в многорежимных ВОД, уменьшить шум, а, следовательно, повысить эффективность ВОД.

В случае, когда обратный клапан 19 установлен в канале 3 отвода сжимаемого РТ при работе ВОД обратный клапан 19 перекрывает канал 3 и предотвращает обратное течение РТ, что позволяет увеличивать расход сжимаемого РТ через зазор 4, канал 3 отвода сжимаемого РТ, канал 2 и канал 5 отвода сжимающего РТ, а значит повысить давление в канале 3 отвода сжимаемого РТ в период перед началом следующего цикла и снизить теплонапряженность элементов ВОД, а, следовательно, повысить эффективность ВОД.

Формула изобретения

1. Способ распределения рабочих тел волнового обменника давления, заключающийся в том, что пропускают сжимающее рабочее тело одновременно с волной сжатия через окно подвода сжимающего рабочего тела в напорообменный канал, пропускают волну сжатия одновременно со сжимаемым рабочим телом из напорообменного канала через окна отвода сжимаемого рабочего тела, выпускают сжимающее рабочее тело из напорообменного канала в канал отвода сжимающего рабочего тела, пропускают сжимаемое рабочее тело через окно подвода сжимаемого рабочего тела в напорообменный канал, используя волну разрежения, отличающийся тем, что сжимающее рабочее тело одновременно с волнами сжатия пропускают через окно подвода сжимающего рабочего тела одновременно в напорообменный канал и в канал отвода сжимающего рабочего тела при постоянно поддерживаемом сообщении канала отвода сжимающего рабочего тела с напорообменным каналом, выпускают сжимающее рабочее тело одновременно с волной сжатия из канала отвода сжимающего рабочего тела в окружающую среду, емкость или расширяющийся канал одновременно с формированием обратной волны разрежения, выпуск сжимающего рабочего тела из напорообменного канала в канал отвода сжимающего рабочего тела производят одновременно с и за счет пропускания волны разрежения из канала отвода сжимающего рабочего тела в напорообменный канал, при постоянно поддерживаемом сообщении напорообменного канала с окнами подвода и отвода сжимаемого рабочего тела пропускают волну сжатия одновременно со сжимаемым рабочим телом из напорообменного канала через окно отвода сжимаемого рабочего тела, а затем впускают сжимаемое рабочее тело через окно подвода сжимаемого рабочего тела в напорообменный канал за счет упомянутой волны разрежения, пришедшей из канала отвода сжимающего рабочего тела через напорообменный канал.

2. Волновой обменник давления, содержащий окно подвода и канал отвода сжимающего рабочего тела и напорообменный канал, одним концом соединенный с окнами подвода и отвода сжимаемого рабочего тела, отличающийся тем, что напорообменный канал другим концом пристыкован к окну подвода и каналу отвода сжимающего рабочего тела.

3. Обменник по п.2, отличающийся тем, что в окне подвода сжимаемого рабочего тела установлен обратный клапан.

4. Обменник по п.2, отличающийся тем, что он снабжен ресивером, охватывающим окно подвода сжимаемого рабочего тела, и во впускном окне ресивера установлен обратный клапан.

5. Обменник по п.2, отличающийся тем, что в окне отвода сжимаемого рабочего тела установлен обратный клапан.

6. Обменник по пп. 2 5, отличающийся тем, что за окном отвода сжимаемого рабочего тела установлен канал отвода сжимаемого рабочего тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5