ГАЗОВЫПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к тепловым двигателям, в частности, к системам отвода выпускных газов двигателей.
Известно газовыпускное устройство двигателя, содержащее осерадиальный диффузор, имеющий в поперечном сечении омегообразный профиль, причем диффузор сообщен с выхлопной трубой, ось которой перпендикулярна направлению выхода отработанных газов. (RU, патент №2226610 C2, МПК F01D 25/30, 2003 г.).
Недостатками устройства являются отсутствие конструктивных элементов, осуществляющих снижение температуры выпускных газов и деталей газовыпускного устройства, уровня шума выпуска, а также повышенное газодинамическое сопротивление.
Известно выпускное устройство, содержащее профилированный газоотводной канал в виде колена, имеющего входное и выходное сечения круглой формы, с поворотом потока на 90 градусов с вытеснителем, выполненным в виде сопряжения двух частей: цилиндрической и конической. Выпускное устройство может осуществлять выхлоп в вертикальной или горизонтальной плоскостях. (RU, патент на полезную модель №109218 U1, МПК F01D 25/30. F01D 13/18, 2011 г.).
Недостатками конструкции устройства являются повышенное газодинамическое сопротивление выхлопного тракта, отсутствие конструктивных решений, обеспечивающих снижение температуры выпускных газов и акустического шума выпуска,
Известна выпускная система газовой турбины, содержащая осерадиальный диффузор, улитку и выходную шахту, а также воздухозаборник, установленный между улиткой и выходной шахтой, в корпусе которого со стороны передней стенки улитки выполнена щель. (RU патент №2141037 C1, МПК F01D 25/30, 1999 г.).
Недостатком выпускной системы газовой турбины является то, что ее конструкцией не предусмотрены решения для понижения уровня шума выпуска и температуры выпускных газов.
Известно средство для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, принятое за прототип, оптимизирующее его работу, в передней части корпуса которого размещен стакан с тангенциально ориентированными прорезями в стенках. Внутри стакана центрально расположено коническое сопло, сужающееся в направлении движения газового потока. Вытекающая из сопла газовая струя эжектирует центральную часть потока выпускных газов. (RU, патент №2440498, МПК F02B 27/04, 2008 г.).
Недостатком средства для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания является применение в газовом потоке перегородки, перпендикулярной направлению движения газа, и двукратный поворот основной части газового потока в канале корпуса, чем увеличено газодинамическое сопротивление движению газа. Конструкция не содержит решений, обеспечивающих понижение температуры выпускных газов и элементов, образующих газовый канал, а также уменьшение шума выпуска.
Техническим результатом полезной модели является понижение температуры элементов, образующих газовыпускное устройство, для увеличения срока их службы, уменьшение теплового воздействия выпускных газов двигателя на окружающую среду, снижение газодинамического сопротивления газового канала для улучшения экономичности двигателя, уменьшение шума выпуска.
Указанный технический результат достигается тем, что газовый канал газовыпускного устройства двигателя образован не менее чем двумя или большим числом соосно расположенных и зафиксированных друг относительно друга выпускных патрубков, причем каждый из последующих по направлению газового потока выпускных патрубков выполнен с внутренним размером поперечного сечения, превышающим соответствующий наружный размер предшествующего патрубка на величину, равную от 0,5% до 5% размера предшествующего патрубка, а каждый предшествующий по направлению газового потока патрубок введен во внутреннюю полость каждого последующего выпускного патрубка на глубину, превышающую радиальный зазор между выпускными патрубками не менее чем в 2 раза. Выпускные патрубки, образующие газовый канал газовыпускного устройства двигателя могут быть помещены внутрь наружного кожуха с днищем, в отверстие которого вставлен и жестко закреплен в нем первый по ходу выпускных газов выпускной патрубок газовыпускного устройства, причем внутренняя поверхность наружного кожуха и внешние поверхности выпускных патрубков образуют полость, окружающую выпускные патрубки, торец полости открыт в атмосферу на уровне последнего по направлению газового потока выпускного патрубка. Выпускные патрубки, образующие газовый канал газовыпускного устройства двигателя и наружный кожух устройства могут быть выполнены с различной формой поперечного сечения (круговой, прямоугольной, овальной и др.), а в продольном сечении могут быть выполнены цилиндрическими или коническими.
На чертеже схематично представлено газовыпускное устройство:
Фиг.1. Газовыпускное устройство двигателя, продольный разрез;
Фиг.2. Газовыпускное устройство двигателя, снабженное наружным кожухом, продольный разрез.
Газовыпускное устройство двигателя (фиг.1) содержит газоподводящий патрубок 1 из жаростойкого материала, соединенный с первым по направлению движения выпускных газов двигателя выпускным патрубком 2, верхняя часть которого входит внутрь следующего по направлению движения выпускных газов выпускного патрубка 3, расположенного соосно с выпускным патрубком 2 и скрепленного с ним (детали взаимного крепления выпускных патрубков не показаны). Верхняя часть выпускного патрубка 3 входит внутрь следующего по направлению движения выпускных газов выпускного патрубка 4, расположенного соосно с выпускным патрубком 3 и скрепленного с ним (детали взаимного крепления выпускных патрубков не показаны). Каждый из последующих по направлению движения газового потока выпускных патрубков выполнен с внутренним размером поперечного сечения, превышающим соответствующий наружный размер предшествующего патрубка на величину 2А, равную от 0,5% до 5% соответствующего размера предшествующего патрубка, а каждый предшествующий по направлению газового потока патрубок введен во внутреннюю полость каждого последующего выпускного патрубка на глубину Б, превышающую радиальный зазор между выпускными патрубками не менее чем в 2 раза: Б>2А. Внутренние полости выпускных патрубков образуют газовый канал 5, число выпускных патрубков не ограничено. Зазоры А между наружными поверхностями выпускных патрубков, предшествующих по направлению движения выпускных газов и внутренними поверхностями выпускных патрубков, последующих по направлению движения выпускных газов, открыты в атмосферу. Внутренняя полость последнего по направлению движения выпускных газов выпускного патрубка (например, патрубка 4) также открыта в атмосферу.
Газовыпускное устройство двигателя (фиг.2) содержит все элементы устройства согласно фиг.1, при этом выпускные патрубки 2, 3, 4, и т.д. помещены внутрь наружного кожуха 6 с днищем 7, имеющим отверстие, в которое вставлен и в котором жестко зафиксирован креплением 8 первый по ходу выпускных газов выпускной патрубок 2. Внутренняя поверхность наружного кожуха 6 и внешние поверхности выпускных патрубков 2, 3, 4 образуют полость 9, торец которой открыт в атмосферу на уровне последнего по направлению газового потока выпускного патрубка (например, патрубка 4).
Выпускные патрубки газовыпускного устройства двигателя 2, 3, 4 и т.д., наружный кожух 6 могут быть выполнены с различной формой поперечного сечения (круговой, прямоугольной, овальной и др.), а в продольном сечении могут быть выполнены цилиндрическими или коническими (на чертеже не показано).
Газовыпускное устройство двигателя (фиг.1) работает следующим образом.
Выпускной газ двигателя подводят к устройству для отвода выпускных газов двигателя газоподводящим патрубком 1, из которого газ поступает в газовый канал 5, образованный входящими в состав устройства выпускными патрубками 2, 3, 4 и т.д. В местах выхода газа из каждого предшествующего выпускного патрубка осуществляется эжекционный подсос воздуха из атмосферы в газовый канал 5 устройства через зазор между наружной поверхностью предшествующего выпускного патрубка (например, патрубка 2) и внутренней поверхностью последующего выпускного патрубка (например, патрубка 3).
Атмосферный воздух входит в газовый канал 5 устройства через зазор между выпускными патрубками в виде пристеночного слоя, образует газовоздушную смесь, контактирующую со стенками выпускных патрубков и имеющую температуру, пониженную в сравнении с температурой выпускного газа, поступающего в канал 5 по патрубку 1, благодаря чему снижается температура стенок выпускных патрубков, увеличивается срок их службы и снижаются требования к жаростойкости металла выпускных патрубков.
Эжекционный подсос атмосферного воздуха в газовыпускной канал устройства понижает среднюю температуру потока выпускных газов двигателя на выходе из последнего выпускного патрубка (например, патрубка 4) и уменьшает тепловое воздействие выпускных газов двигателя на окружающую среду.
Отсутствие в газовом канале 5 каких-либо элементов, загромождающих проходное сечение, поворотов газового потока минимизирует газодинамическое сопротивление газовыпускного устройства, что улучшает экономичность двигателя.
Газовыпускное устройство двигателя, снабженное наружным кожухом 6, (фиг.2) работает следующим образом.
Выпускной газ двигателя подводят к устройству газоподводящим патрубком 1, из которого газ поступает в газовый канал 5, образованный входящими в состав устройства выпускными патрубками 2, 3, 4 и т.д. Через торец полости 9, расположенный на уровне последнего по направлению газового потока выпускного патрубка (например, патрубка 4) в полость 9 поступает атмосферный воздух. Из полости 9 осуществляется эжекционный подсос воздуха газовым потоком в газовый канал 5 газовыпускного устройства через зазоры А между наружной поверхностью предшествующих по направлению газового потока выпускных патрубков (например, патрубка 2) и внутренней поверхностью последующих выпускных патрубков (например, патрубка 3).
Атмосферный воздух входит в газовый канал 5 газовыпускного устройства через зазоры А в виде пристеночного слоя, снижает температуру газовоздушной смеси, контактирующей со стенками выпускных патрубков, благодаря чему снижается температура стенок выпускных патрубков, увеличивается срок их службы и снижаются требования к жаростойкости металла выпускных патрубков.
Эжекционный подсос атмосферного воздуха в газовыпускной тракт устройства понижает среднюю температуру потока выпускных газов двигателя на выходе из последнего выпускного патрубка (например, патрубка 4) и уменьшает тепловое воздействие выпускных газов двигателя на окружающую среду.
Отсутствие в газовом канале 5 каких-либо элементов, загромождающих проходное сечение, поворотов газового потока минимизирует газодинамическое сопротивление газовыпускного устройства, что улучшает экономичность двигателя.
Наличие вокруг выпускных патрубков 2, 3, 4 полости 9, содержащей атмосферный воздух, и наружного кожуха 6 уменьшает шум выпуска газов.