ВИХРЕВОЙ ОХЛАДИТЕЛЬ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА С ЭЖЕКТОРОМ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения топливно-экономических, мощностных показателей комбинированных двигателей и их надежности при работе в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов за счет обеспечения глубокого охлаждения наддувочного воздуха.
Известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (RU 119809, опубл. 27.08.2012), содержащая поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор. Компрессор соединен с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом и с вихревой трубой Ранка патрубком, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода холодного воздуха. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха установлен температурный датчик, связанный с регулирующим устройством, управляющим дроссельным вентилем.
Недостатком этой системы является ее малая эффективность, обусловленная, низкой эффективностью происходящего в вихревой трубе Ранка энергетического разделения потока сжатого воздуха, поступающего в нее из компрессора, на холодный и горячий [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969. 182 с].
Отсутствие возможности глубокого охлаждения наддувочного воздуха приводит к снижению топливной экономичности двигателя, мощностных показателей и показателей надежности [Гольтраф С.Н. Охлаждение наддувочного воздуха [Текст] / С.Н. Гольтраф. Л.: Судостроение 1975. - 60 с.].
Низкая эффективность вихревой трубы Ранка в системе охлаждения наддувочного воздуха связана с тем, что для охлаждения используется лишь небольшая (меньшая) часть, поступающего в вихревую трубу Ранка воздуха - «холодный» поток, основной же поток воздуха - «горячий» (не используемый), выводится из вихревой трубы Ранка в атмосферу при повышенном, по сравнению с «холодным» потоком, давлении и более высокой температурой. В результате наибольшие значения адиабатного КПД вихревых труб Ранка не превышают 0,29 [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969.182 с.].
Система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях по патенту RU 119809 является наиболее близкой к предлагаемому в заявке устройству по технической сущности и принята за прототип.
Полезная модель решает задачу повышения эффективности охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях и, как следствие, повышение их топливной экономичности, мощностных показателей и показателей надежности.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя, содержащий поршневой двигатель внутреннего сгорания с расположенными в нем впускным и выпускным коллекторами, выпускной коллектор, соединенный с газовой турбиной, приводящей в действие компрессор, компрессор, соединенный с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом, а с вихревым модулем - патрубком сжатого воздуха, выход из вихревого модуля сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода «холодного» воздуха, температурный датчик, расположенный на впускном коллекторе перед воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха, а вместо вихревой трубы Ранка установлен вихревой модуль, соединенный с температурным датчиком через регулирующее устройством и состоящий из нескольких вихревых труб Ранка, обеспечивающий увеличение расхода охлаждающего воздуха, а так же за счет установки за воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха эжектора, использующего «горячий» поток выходящих из вихревой трубы Ранка газов в качестве эжектирующей среды, а «холодный» поток, поступающий из охладителя наддувочного воздуха, в качестве эжектируемой [Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969. 182 с.]. Эжектор снижает давление «холодного» потока на выходе из охладителя наддувочного воздуха, увеличивая тем самым степень расширения воздуха в вихревых трубах Ранка и, соответственно, эффект охлаждения.
Предложение поясняется рисунком (Фиг.), где изображена принципиальная схема вихревого охладителя наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя.
Предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускным 2 и выпускным коллекторами 3, компрессор 4, газовую турбину 5. Компрессор 4 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 6 трубопроводом 7 и с вихревым модулем 8, состоящим из нескольких вихревых труб Ранка 9 и блока дроссельных вентилей 14, патрубком сжатого воздуха 10. Выход из вихревого модуля 8 сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 6 посредством трубопровода «холодного» воздуха 11. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 6 во впускном коллекторе 2 установлен температурный датчик 12, связанный с регулирующим устройством 13 и блоком дроссельных вентилей 14 вихревого модуля 8. Эжектор 15 соединен с охладителем наддувочного воздуха 6 патрубком 16 и вихревым модулем 8 трубопроводом «горячего» воздуха 17.
Предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя работает следующим образом. Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 по выпускному коллектору 3 поступают в газовую турбину 5, которая приводит в действие компрессор 4. Компрессор 4 сжимает атмосферный воздух и по трубопроводу 7 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 6, откуда воздух попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускной коллектор 2. Часть сжатого в компрессоре 4 воздуха по патрубку сжатого воздуха 10 подается в вихревой модуль 6, разделяется в нем на два потока (холодный и горячий) и по трубопроводу «холодного» воздуха 11 направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 8, а по трубопроводу «горячего» воздуха 17 направляется в эжектор 15. Здесь за счет эжекции обеспечивается понижение давления «холодного» потока в патрубке 16.
Установленный во впускном коллекторе 2 температурный датчик 12 передает информацию на регулирующее устройство 13, которое, воздействуя на блок дроссельных вентилей 14, обеспечивает такой режим работы вихревого модуля 8, который обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздух на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1.
По сравнению с прототипом предлагаемый вихревой охладитель наддувочного воздуха с эжектором для комбинированного двигателя обеспечивает более эффективное охлаждение наддувочного воздуха в комбинированном двигателе и, как следствие, повышение топливно-экономических, мощностных показателей и надежности при его работе в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.