СПОСОБ ОТВОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ПЛАВСРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DIVERT EXHAUST GASES OF FLOATING CRAFT ENGINE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам отвода и охлаждения выхлопных газов из стационарных двигателей плавсредств.
Известен способ отвода выхлопных газов плавсредства, включающий свод струй выхлопных газов нескольких цилиндров в одну, их охлаждение и выброс в атмосферу (RU 86244, 27.08.2009). Недостатком данного способ является слишком большая шумность выхлопа.
Известен способ отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания плавсредства, включающий свод струй выхлопных газов нескольких цилиндров в одну, подачу ее в камеру глушителя, охлаждение и выброс в атмосферу (В.А. Лазарев «Автомобильные двигатели в судостроении», «Судостроение» в 1961 г. рис.145).
В стационарных водометных двигателях используют забортную воду для охлаждения коллектора, приемной трубы и глушителя, в результате конвективного обмена охлаждаются и выхлопные газы. Выхлопные газы, понижая таким образом свою температуру, уменьшают сопротивление в системе их отвода. Часть охлаждаемой жидкости при этом подают в камеру глушителя. Вода перемешивается с выхлопными газами и снижает шум выхлопа. Поскольку смешивание происходит в глушителе существует возможность попадания оставшейся после остановки двигателя воды, при определенных положениях корпуса плавсредства через выхлопную систему в цилиндры двигателя. Кроме того, в следствие громоздкой и протяженной системы. выхлопа наблюдаются потери мощности, вызванные большим сопротивлением в выпускной системе, а в следствие этого и большой расход топлива, нестабильное поддержание теплового режима, поскольку система выпуска газов охлаждается локально.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий свод струй выхлопных газов нескольких цилиндров в одну в камере глушителя, их охлаждение и вывод в атмосферу (FR 1530674 А, Кл. F01N 1/08, 1968)
Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает жидкостное охлаждение выбрасываемых газов.
Известен выхлопной коллектор судового двигателя, содержащий рубашку охлаждения и выходной патрубок (RU 86244, 27.08.2009). Недостатком данного коллектора является высокий шум и слабое охлаждение коллектора, кроме того, для его применения требуется дополнительная установка глушителя.
Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для вывода выхлопных газов судового двигателя, содержащее коллектор, рубашку охлаждения с впускным и выпускным отверстиями для пропуска забортной воды, расширительную камеру и акустические зеркала, выходной патрубок (В.А. Лазарев «Автомобильные двигатели в судостроении», «Судостроение» в 1961 г. рис.145).
Недостатками данного устройства являются, большие габариты и вес, большое сопротивление в выхлопной системе и потери мощности двигателя, вызванные недостаточным охлаждением отводимых газов, что влечет за собой высокий расход топлива.
Технической сущностью настоящего изобретения является повышение эффективности и компактности устройства.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что в способе отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания плавсредства, включающем свод струй выхлопных газов нескольких цилиндров в одну, их охлаждение и вывод в атмосферу, отличающийся тем, что охлаждение газов ведут на протяжении всего процесса вывода.
В предлагаемом устройстве отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания плавсредства, содержащем коллектор, рубашку охлаждения с впускным и выпускным отверстиями для пропуска забортной воды, расширительную камеру и акустические зеркала, выходной патрубок, акустические зеркала размещены в коллекторе взаимно перпендикулярно, выходной патрубок выполнен в виде колена направленного вверх относительно коллектора, рубашка охлаждения выполнена по всему контуру образующей коллектора и выходного патрубка, при этом конец выходного патрубка выступает за контур рубашки охлаждения, а отверстие для отвода воды из рубашки охлаждения размещено за коленом выходного патрубка в верхней части контура рубашки или его торцевой части.
Изобретательский шаг предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройстве совмещающем две функциональные части решающих разные технические задачи (выхлопной коллектор и глушитель) за счет определенной установки акустических зеркал и размещения рубашки охлаждения по всему его контуру удалось сократить трудоемкость и материалозатраты, значительно уменьшить габариты моторного отсека, уменьшить протяженность выхлопной системы и, как следствие, сопротивление в выхлопной системе, и снизить потери мощности двигателя, добиться экономии топлива. Выхлопные газы, выходящие из патрубков, (в предлагаемом способе и устройстве) сразу же попадают в глушитель, где звук выхлопа частично глушится и затем выбрасываются в атмосферу. В результате этого путь их прохождения по системе выхлопа значительно уменьшается, что позволяет их выводить в атмосферу без значительного сопротивления. Кроме того, снижению сопротивления выхлопных газов в системе выхлопа способствует тот факт, что охлаждение газов осуществляют на протяжении всего процесса отвода, что позволяет уменьшить их температуру, а, следовательно, и объем.
Новизна данного технического решения заключается в том, что по имеющейся у нас информации никто не предлагал размещать рубашку охлаждения по всему контуру выхлопной системы.
На фиг.1 дана схема устройства для отвода выхлопных газов.
Устройство содержит коллектор 1, который состоит из внутреннего контура 2 и контура рубашки охлаждения 3, выполненной по всему внешнему контуру образующей коллектора и выходного патрубка 4. Выходной патрубок 4 выполнен в виде колена, направленного в верх относительно коллектора 1. Коллектор 1 имеет впускные окна 5 для газов, а рубашка охлаждения 3 - впускное отверстие 6 и выпускное отверстие 7 для пропуска забортной воды. Внутри коллектора размещена расширительная камера 8 и акустические зеркала 9. Конец 10 выходного патрубка 4 выступает за контуры рубашки охлаждения 3. Выпускное отверстие 7 для отвода воды из рубашки охлаждения 3 размещено за коленом выходного патрубка 4 в верхней части контура рубашки или ее торцевой части. Акустические зеркала 9 размещены взаимноперпендикулярно.
Основное шумопоглощение в предлагаемом коллекторе происходит за счет преобразования энергии шума выхлопных газов в кинетическую энергию движения когерентных вихревых структур потоков газов. Это достигается с помощью неоднократного отражения потока газа от акустических зеркал 9, представляющих собой несколько перегородок, размещенных в коллекторе, позволяющих осуществлять неоднократное изменение направления движения потока выхлопных газов.
В процессе работы двигателя горячая газовоздушная смесь под давлением поступает через впускные окна 5 коллектора 1 в камеру, где происходит акустическая фильтрация звука и снижение его уровня, поглощение части кинетической энергии газов с преобразованием ее в тепловую, затем газы через выходной патрубок 4 выбрасываются в атмосферу.
Способ осуществляется следующим образом. Выхлопные газы из цилиндров из стационарного двигателя (на фиг.1 не показан) через впускные окна 5 коллектора попадают в расширительную камеру 8, меняют направление, ударяясь в акустические зеркала 9, и через выходной патрубок 4 выбрасываются в атмосферу. Во время движения судна забортная вода водометом подается через впускное отверстие 6 в рубашку охлаждения 3 и охлаждает устройство. В результате охлаждения внутреннего контура 2 коллектора 1 охлаждаются и выхлопные газы, происходит частичное их сжатие и снижение давления. Затем нагретая вода выводится через выпускное отверстие 7. Для того, чтобы выводимая вода случайно не попала в цилиндры двигателя выходной патрубок 4 направлен в верх относительно коллектора и выполнен в виде колена, загнутого выпускной горловиной вниз, а конец 10 выходного патрубка 4 выступает за контур рубашки охлаждения 3. При этом чтобы полностью использовать площадь охлаждаемой поверхности коллектора выпускное отверстие 7 размещено за коленом в верхней части образующей контура рубашки охлаждения 3. В этом случае рубашка охлаждения всегда будет заполнена водой полностью.
При прохождении потока нагретых отработавших газов через коллектор и выходной патрубок, в результате конвективной теплоотдачи от газов к их стенкам, происходит постепенный нагрев последних. Далее происходит перенос теплоты за счет теплопроводности металла, из которого изготовлены стенки устройства, с внутренней поверхности на внешнюю (наружную), а затем осуществляется повторная конвективная теплоотдача с внешней поверхности металла в атмосферу.
Собранные в коллекторе в один поток газы характеризуются различной скоростью истечения отдельных его слоев.
Наибольшую скорость истечения будут иметь газы, находящиеся в слое расположенном в центре потока, а наименьшую - в слое граничащем с внутренней поверхностью коллектора и выходного патрубка. В следствие этого, газы, находящиеся в центральной части потока, будут иметь более высокую температуру. Для их перемешивания, в целях выравнивания температуры, акустические зеркала 9 размещены во взаимно перпендикулярном направлении.