Система охлаждения надувочного воздуха в комбинированных двигателях
Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения мощности комбинированных двигателей и эффективности промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Задачей предложения является частичное исключение затрат мощности для привода вентилятора, и, как следствие, снижение расхода топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем, а также снижение температуры воздуха используемого для охлаждения жидкости в радиаторе, что позволит уменьшить размеры воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха, а следовательно его габариты, массу и стоимость. Решение поставленной задачи достигается тем, что часть сжатого в компрессоре комбинированного двигателя воздуха подает в трубу Ранка из которой охлажденный воздух направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха. Предлагаемая система охлаждения наддувочного воздуха содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускными 2 и выпускным коллекторами 3, выхлопной трубой 4, на которой установлена газовая турбина 5, приводящая в действие компрессор 6. Компрессор 6 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 трубопроводом 8 и с трубой Ранка 9 патрубком 10, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 посредством трубопровода 11 На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 7 установлен температурный датчик 12. связанный с регулирующим устройством 13 управляющим дроссельным вентилем 14. 1 с.п. ф-лы, 1 фиг.
Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения мощности комбинированных двигателей и эффективности промежуточного охлаждения наддувочного воздуха.
Известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов / В.Н.Луканин и др. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк.., 2005. - 479 с. Рис.6.4,а с.276), содержащая: воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха и вентилятор.
Недостатками этой системы являются затраты мощности на привод вентилятора (затрачиваемая на обдув воздухом воздушного охладителя), который приводится в действие от коленчатого вала двигателя, что уменьшает мощность, получаемую потребителям, а также большие размеры и масса воздухо-воздущного охладителя.
Сказанное обусловливает повышенный расход топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем и значительный расход цветных металлов, из которых изготавливается воздухо-воздущный охладитель.
Данная система охлаждения наддувочного воздуха является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является частичное исключение затрат мощности для привода вентилятора, и, как следствие, снижение расхода топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем, а также снижение температуры воздуха, используемого для охлаждения жидкости в радиаторе, что позволит уменьшить размеры воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха, а следовательно его габариты, массу и стоимость.
Решение поставленной задачи достигается тем, что часть сжатого в компрессоре комбинированного двигателя воздуха подает в трубу Ранка (Гупол А.Ф.. Эффект Ранка / А.Ф.Гупол // Успехи физических наук. - Т.167. - 
8. - С.665-687), где его температура понижается (принципиально возможно понижение температуры до 200 К) и охлажденный воздух направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство предлагаемой системы жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Предлагаемая система охлаждения наддувочного воздуха содержит: поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускными 2 и выпускным коллекторами 3, выхлопной трубой 4, на которой установлена газовая турбина 5, приводящая в действие компрессор 6. Компрессор 6 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 трубопроводом 8 и с трубой Ранка 9 патрубком 10, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 посредством трубопровода 11. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 7 установлен температурный датчик 12, связанный с регулирующим устройством 13, управляющим дроссельным вентилем 14.
Предлагаемая система охлаждения наддувочного воздуха работает следующим образом.
Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 по выхлопной трубе 4 поступают в газовую турбину 5, которая приводит в действие компрессор 6. Компрессор 6 сжимает атмосферный воздух и по трубопроводу 8 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 7, откуда после охлаждения воздух попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускные коллекторы 2. Часть сжатого в компрессоре воздуха по трубопроводу 10 подает в трубу Ранка 8 (принцип действия которой описан в статье Гупол А.Ф.. Эффект Ранка / А.Ф.Гупол // Успехи физических наук. - Т.167. - 8. - С.665-687). Охлажденный в трубе Ранка 9 воздух по трубопроводу 11 поступает в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 7. Поскольку перепад температур наддувочного воздуха, находящегося в воздухо-воздушный охладителе 7 и воздуха, поступающего из трубы Ранка 9 существенно больше, чем при использовании для охлаждения атмосферного воздуха, поверхность воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 7 может быть существенно уменьшена при сохранении прежнего теплосъема (см. формулу (1))
где Q - количество теплоты, отводимой от наддувочного воздуха (теплосъем); k - коэффициент теплопередачи от наддувочного воздуха к охлаждающему воздуху; F - поверхность охлаждения воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха; Тн.в.. - средняя температура наддувочного воздуха в охладителе; Тохл.в. - средняя температура воздуха, поступающего в охладитель из трубы Ранка.
Использование Трубы Ранка повышает и коэффициент эффективности охладителя наддувочного воздуха за счет понижения температуры воздуха, поступающего в охладитель из трубы Ранка
где Еохл - коэффициент эффективности охладителя наддувочного воздуха; Т'н.в., Т" н.в. - соответственно температуры наддувочного воздуха на входе в охладитель наддувочного воздуха и на выходе из наго; Тохл.в. - температура воздуха, поступающего из трубы Ранка.
Установленный на выходе из охладителя наддувочного воздуха 7 датчик температуры 12 передает информацию на управляющее устройство 13, которое воздействуя на управляющий дроссельный вентиль 14 обеспечивает такой режим работы трубы Ранка, который обеспечивает требуемую температуру наддувочного воздух на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего cгорания 1
По сравнению с прототипом в предлагаемой системе охлаждения наддувочного воздуха частично исключаются затраты мощности для привода вентилятора, и, как следствие, снижается расход топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем, а также снижается температуры воздуха, используемого для охлаждения наддувочного воздуха в охладителе, что позволяет уменьшить размеры воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха, а следовательно его габариты, массу и стоимость.
Система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях, содержащая воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, отличающаяся тем, что она оборудована трубой Ранка, сообщающейся посредством трубопроводов с компрессором и воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха.
