ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОРШНЕВЫХ МАШИН

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к воздушным системам охлаждения блока цилиндра, и может быть использована при конструировании и разработке поршневых тепловых машин с воздушным охлаждением.
Известна воздушная система охлаждения блока цилиндров. Данная воздушная система охлаждения содержит крышку, закрывающую полностью его верхнюю часть и имеющую юбочную часть, выступающую вниз от периферии крышки двигателя. К выходному валу двигателя под корпусом прикреплен охлаждающий вентилятор с маховиком. На стенке корпуса двигателя образован, составляющий с ней одно целое, выступающий кожух, полностью перекрывающий кольцевой зазор между стенкой корпуса и юбочной частью крышки двигателя. В выступающем кожухе выполнено большое количество отверстий, образующих вход для охлаждающего воздуха. (патент Японии №62-201334, опубл. 02.06.90 г.)
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности является воздушная система охлаждения, которая содержит, по меньшей мере, один цилиндр и вентилятор с кожухом, выходное отверстие кожуха вентилятора обращено к цилиндру. С противоположных сторон цилиндра, параллельно коленчатому валу двигателя, установлены дефлекторы, ограничивающие полость вокруг цилиндра. Один конец каждого дефлектора находится вблизи выходного отверстия кожуха, а второй конец образует кромку выхода охлаждающего воздуха из полости. Кожух ремня закрывает ремень и шкивы распределительного механизма, передающего вращение от коленчатого вала к распределительному валу. Часть кромки выхода из полости образована кромкой кожуха ремня. (патент Российской Федерации RU, 2133839, опубл. 23.08.99 г.)
Недостатком этих воздушных систем охлаждения является то, что при такте сжатия они имеют низкий КПД и малый отвод тепла от наиболее теплонапряженной зоны блока цилиндра, в связи с этим имеет место большой перепад температур рабочей среды на входе в цилиндр и на выходе из него из-за нагрева в процессе такта сжатия, что вызывает снижение коэффициента полезного действия и увеличение габаритно-массовых размеров компрессора.
Целью, полезной модели является, приближение процесса адиабатического сжатия к изотермическому в цилиндрах тепловых поршневых машин, повышение их КПД, путем пропорционального отвода тепла от наиболее теплонапряженной зоны тепловой поршневой машины.
Поставленная цель достигается тем, что воздушная система охлаждения тепловых поршневых машин, содержащая, по меньшей мере один блок цилиндра и головку блока цилиндра с ребрами охлаждения, центробежный вентилятор с направляющим кожухом и дефлектор, расположенный соосно с рабочей камерой двигателя вокруг цилиндра и головки блока, содержит ребра охлаждения выполнены в виде суженных пластин, спирально закрученных от головки блока до нижней его части, а дефлектор выполнен цилиндрическим, суженным на конус.
На фиг.1 - протекание воздуха по межреберным каналам, на фиг.2 - вид компрессора справа, на фиг.3 - вид сверху на ребра охлаждения, на фиг.4 - разрез рабочей камеры, ребер охлаждения и дефлектора компрессора, на фиг.5 - идеальный цикл одноступенчатого поршневого компрессора.
Воздушная система охлаждения тепловых поршневых машин содержит блок цилиндра 1 соединенный с головкой блока 2, с расположенными на ней охлаждающими ребрами 3 и межреберными каналами 4, центробежный вентилятор 5, установленный на коленчатом валу 6, закрытый направляющим кожухом 7, закрепленным на цилиндроконическом дефлекторе 8, расположенным соосно с блоком цилиндра 1.
Ребра охлаждения 3 в дефлекторе 8 выполнены вертикальными сужающимися от головки блока к нижней части цилиндра и представляют собой спирально закрученные вдоль блока цилиндра 1 пластины. Подача охлаждающего воздуха осуществляется от вентилятора 5 по направляющему кожуху 7 к верхней части цилиндроконического дефлектора 8. Вследствие дросселирования межреберных каналов 4 из-за сужающейся формы ребер 3, интенсивный отвод тепла происходит больше от верхней части блока цилиндра 1 и головки блока 2, где наиболее теплонапряженная зона. Отвод тепла вдоль стенок цилиндра 1 происходит прямо пропорционально ее прогреву вследствие такта сжатия, благодаря уменьшению площади поверхности ребра вдоль цилиндра. Отвод охлаждающего воздуха производится из нижней части дефлектора 8 в стороны через отверстия.
Компрессор работает следующим образом. При вращении коленчатого вала 6 рабочее колесо центробежного вентилятора 5, через входное отверстие нагнетает воздух в направляющий кожух 7, откуда он поступает в межреберные каналы 4 цилиндра 1 и головки блока 2. Так как межреберные каналы 4, образованы охлаждающими ребрами 3, головки блока 2 и блоком цилиндра 1 и закрыты с боков цилиндроконическим дефлектором 8, охлаждающий воздух протекает по всей длине указанных каналов 4, обеспечивая интенсивное охлаждение головки блока 2 и наиболее теплонапряженной верхней зоны цилиндра. На выходе из межреберных каналов 4 охлаждающий воздух из нижней части дефлектора через отверстия отводится в окружающую среду.
Данный метод дросселирования межреберных каналов 4 сужающихся ребер 3 позволяет обеспечить, во-первых, больший расход охлаждающего воздуха через межреберные каналы 4, и отвод необходимого количества тепла от наиболее теплонапряженной точке цилиндра с целью создания наиболее приближенного к изотермическому процессу сжатия в цилиндре, во-вторых, встречный теплообмен воздушного потока от вентилятора 5 и
горячего потока от стенок рабочей камеры и цилиндроконический дефлектор 8 увеличивают эффективность теплообмена, а также снижает затраты мощности на сжатие.
n
Как видно из описания работы предлагаемого технического решения, процесс сжатия в рабочей камере поршневых тепловых машин, будет максимально приближен к изотермическому. Это видно из зависимости, которая входит в определение суммарной работы агрегата за один цикл pV, где р - давление в рабочей камере, V - давление, n - показатель политропы, она показывает, что при уменьшении n общая величина будет уменьшаться. В предлагаемом техническом решении n - максимально соответствует показателю изотермы (см. фиг.5), что приводит к уменьшению работы затрачиваемой на сжатие и как следствие к увеличению общего КПД.