Камера пульсирующего горения

 

Данная полезная модель относится к области обработки материалов давлением, она может быть использована также в энергетике для получения продуктов горения высокого давления. Камера содержит корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, сообщенных каналами, в которых установлены обратные клапаны. Отличительной особенностью данной камеры является то, что диаметр последней полости в 40...100 раз превышает ее высоту.

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением. Она может быть использована и в энергетике для получения продуктов сгорания высокого давления.

Известны камеры сгорания, использующиеся в устройствах для обработки материалов давлением, в частности для листовой штамповки. В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - с.59-69). В этих устройствах давление во всем объеме камеры сгорания одинаковое, и это существенно снижает импульс давления на штампуемую заготовку.

К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является камера пульсирующего горения, содержащая корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, сообщенных каналами, в которых установлены обратные клапаны (авт. свид. СССР 1570435 МКл. F23C 11/04).

Недостаток известной камеры сгорания заключается в следующем. При использовании этой камеры для листовой штамповки не обеспечивается максимально возможное повышение давления, действующего на поверхность деформируемой заготовки.

В процессе горения топливной смеси в полостях камеры сгорания часть топливной смеси перетекает в последнюю полость, примыкающую к штампуемой заготовке, и давление в ней непрерывно повышается. При этом повышается и температура топливной смеси. При достижении определенной температуры топливная смесь может самовоспламениться. Это ограничивает максимальную величину давления топливной смеси в последней полости камеры. Поэтому топливную смесь целесообразно охлаждать. Однако это в

известной камере сгорания не обеспечивается из-за нерационального соотношения размеров последней полости камеры.

Целью изобретения является повышение давления продуктов сгорания.

Указанная цель достигается тем, что последняя полость камеры сгорания выполнена такой, что ее диаметр в 40...100 раз превышает ее высоту, а выпускной клапан, служащий для удаления продуктов сгорания из этой полости, установлен в стенке предыдущей полости камеры. При этом отношение площади поверхности последней полости камеры к ее объему приближается к максимальной возможной величине. Благодаря увеличению поверхности этой полости происходит интенсивная теплоотдача от топливной смеси к стенкам полости. Это снижает температуру топливной смеси.

Предлагаемое устройство представлено на рисунке. Оно содержит корпус 1 и основание 2, стянутые между собой с помощью фланца 3 и болтов 4 с гайками 5. В корпусе 1 размещена камера сгорания, разделенная по длине перегородками на замкнутые полости 6, 7, 8 и 9, соединенные между собой каналами 10, 11, 12, в которых установлены обратные клапаны 13, 14, 15. Верхняя полость 6 снабжена впускным клапаном 16 и свечей зажигания 17. В нижней части корпуса 1 установлен выпускной клапан 18, соединенный каналом 19 с полостью 9. В основании 2 размещена матрица 20. Штампуемая заготовка 21 зажимается между корпусом 1 и матрицей 21.

Диаметр полости 9 примерно равен диаметру или максимальному поперечному размеру внутренней полости матрицы 20. Данное устройство предназначено для штамповки деталей диаметром 200...1000 мм. Поэтому в зависимости от типоразмера устройства диаметр полости 9 находится в пределах 200...1000 мм, а высота этой полости очень мала, она составляет всего 5...10 мм. Таким образом, диаметр этой полости в 40...100 раз больше ее высоты. Это сделано для достижения максимальной теплоотдачи от топливной смеси к штампуемой заготовке. При таком соотношении диаметра

и высоты полости 9 невозможно разместить в ее боковой стенке выпускной клапан, поэтому этот клапан установлен в стенке полости 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В полость 6 через впускной клапан 16 подается топливная смесь. При этом через каналы 10, 11, 12 топливная смесь поступает и в полости 7, 8, 9. Затем топливная смесь в полости 6 с помощью свечи 17 поджигается. В процессе горения смеси давление в полости 6 повышается. Благодаря этому часть топливной смеси из полости 6 перетекает в полость 7, а затем в полости 8 и 9. К моменту достижения фронта пламени канала 10 давление в полостях 7, 8, 9 значительно повышается. При проникновении пламени через канал 10 начинается горение топливной смеси в полости 7. Давление в этой полости повышается. При этом обратный клапан 13 закрывается, предотвращая перетекание продуктов сгорания в полость 6. Часть топливной смеси из полости 7 перетекает в полость 8, затем в полость 9, и давление в этих полостях повышается. Аналогично происходит при проникновении пламени через канал 12 в полость 9.

Таким образом, благодаря перетеканию топливной смеси из одной полости в другую, давление топливной смеси в полости 9 непрерывно увеличивается, повышается также ее температура. При этом из-за малости высоты полости 9 происходит интенсивный теплообмен между топливной смесью и заготовкой 21. Благодаря этому температура топливной смеси существенно снижается. Под действием давления в топливной смеси заготовка 21 деформируется, объем полости 9 увеличивается. При проникновении пламени через канал 12 в эту полость происходит сгорание топливной смеси в ней. Давление в полости 9 резко повышается. При этом обратный клапан 15 закрывается. Под действием давления продуктов сгорания заготовка 21 интенсивно деформируется - осуществляется процесс штамповки.

При открытии выпускного клапана 18 продукты сгорания выпускаются из полостей 9, 8, 7, 6. Затем, отвинтив гайки 5, основание 2 отсоединяют от

корпуса 1. Отштампованную деталь извлекают из полости матрицы 20. Затем на матрицу устанавливают новую заготовку, после чего основание 2 с матрицей 20 снова присоединяют к корпусу. Далее цикл работы камеры повторяется в той же последовательности.

В предложенной камере сгорания, благодаря охлаждению топливной смеси в последней полости, достигается значительно большая степень повышения давления топливной смеси. Температура топливной смеси изменяется по политропическому закону, т.е.

где ТН, ТК - начальное и конечное значения температуры;

РН , РК - начальное и конечное значения давления;

n - показатель политропы.

В газовых двигателях внутреннего сгорания величина n в процессе сжатия топливной смеси составляет 1,37...1,39, а максимально возможная величина температуры топливной смеси составляет 750 К (Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н.Вырубов и др.; под ред. А.С.Орлина; М.Г.Круглова - М: Машиностроение, 1983, с.107). Эти величины приемлемы и для данного случая.

Начальная температура топливной смеси в данном случае составляет 300...320 К. Исходя из этих величин, определим возможную степень повышения давления топливной смеси при отсутствии охлаждения. Из зависимости (1) получим:

Из этой зависимости следует, что при указанных значениях ТН, ТК, n максимальная степень повышения топливной смеси составляет 25...30. Таким образом, в известной камере сгорания давление топливной смеси в последней полости может увеличиться в 25...30 раз. В предлагаемой камере сгорания вся масса топливной смеси, поступающая в последнюю полость камеры сгорания, контактирует с обрабатываемой заготовкой. При этом разность их температур составляет 400...500 К. Благодаря этому, топливная смесь интенсивно охлаждается. Расчеты показывают, что при этом показатель политропы значительно снижается и составляет примерно 1,31...1,33. Тогда согласно зависимости (2) степень повышения давления составляет порядка 40...45, т.е. во столько раз может быть увеличено давление топливной смеси.

Камера пульсирующего горения, содержащая корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, соединенных между каналами, в которых установлены обратные клапаны, и средства для подачи и зажигания топливной смеси, установленные в первой полости, а также выпускной клапан для удаления продуктов горения, соединенный каналом с последней полостью, отличающаяся тем, что диаметр последней полости в 40100 раз превышает ее высоту, а упомянутый выпускной клапан размещен в стенке предпоследней полости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области объемных гидроприводов и предназначено для использования в гидроприводах грузоподвижных машин, а именно в механизмах подъема и телескопирования стрелы крана

Полезная модель относится к области горного дела, а именно к строительству нефтяных и газовых скважин в условиях репрессии и депрессии на пласт

Кабель (провод) электрический, пожаростойкий, негорючий относится к области электротехники, именно к конструкциям электрических кабелей, которые предназначены для передачи и распределения энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 0,66 и 1 кВ.
Наверх