система газодинамического наддува компрессора

Формула изобретения

Система газодинамического наддува компрессора, содержащая впускной трубопровод, выполненный в виде корпуса, разделенного на две камеры, изменяющие свой объем с помощью перемещающейся перегородки, и включающего входное устройство, представляющее собой суживающееся сопло с температурным датчиком газового потока и соединенное с первой по ходу движения всасывающего воздуха камерой, пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на подпоршневую и надпоршневую полости, привод поршня в виде источника давления, снабженного датчиком давления и соединенного с блоком управления, а перемещающаяся перегородка соединена посредством тяги с подпружиненным поршнем, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности суживающегося сопла расположены криволинейные канавки, продольно направленные от большего отверстия к меньшему, а перемещающаяся перегородка выполнена из биметаллического материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам, повышающим производительность компрессоров, и касается железнодорожного транспорта, а именно тормозной магистрали с переменным расходом сжатого воздуха.

Известна система газодинамического наддува компрессора (см. а. с. 1536172, Мкл. F 24 F 13/02, F 04 В 39/00, бюл. 2. 1990), содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на надпоршневую и подпоршневую полости, привод поршня в виде источника давления и блок управления с клапанами, соединяющими надпоршневую полость с источником давления и атмосферой.

Недостатком данной системы является значительная длина впускного трубопровода, достигающая в оптимальном режиме 4,5 м, что трудно осуществимо для стационарных компрессорных станций и практически неприемлемо для передвижных, а особенно на железнодорожном транспортном средстве, где габарит размещения оборудования играет первостепенную роль.

Известна система газодинамического наддува компрессора (см. патент 2137986, МПК F 24 F 13/02, F 04 В 39/00, бюл. 26, 1999), содержащая впускной трубопровод, выполненный в виде корпуса, разделенного на две камеры, изменяющие свой объем с помощью перемещающейся перегородки и включающего входное устройство, представляющее собой суживающееся сопло с температурным датчиком газового потока и соединенное с первой по ходу движения всасываемого воздуха камерой, пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на подпоршневую и надпоршневую полости, привод поршня в виде источника давления, снабженного датчиком давления и соединенного с блоком управления, а перемещающаяся перегородка соединена посредством тяги с подпружиненным поршнем.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности компрессора за счет завихрения всасываемого воздуха и поддержания надежности резонансного наддува в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации путем расположения на внутренней поверхности суживающегося сопла криволинейных канавок и выполнения перемещающейся перегородки из биметаллического материала.

Технический результат достигается тем, что система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод, выполненный в виде корпуса, разделенного на две камеры, изменяющие свой объем с помощью перемещающейся перегородки и включающего входное устройство, представляющее собой суживающееся сопло с температурным датчиком газового потока и соединенное с первой по ходу движения всасываемого воздуха камерой. В суживающемся сопле на внутренней поверхности расположены криволинейные канавки, продольно направленные от большего отверстия к меньшему. Пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на подпоршневую и надпоршневую полости, имеет привод поршня в виде источника давления, снабженного датчиком давления и соединенного с блоком управления. Перемещающаяся перегородка соединена посредством тяги с подпружиненным поршнем и выполнена из биметаллического материала.

На фиг. 1 изображена схема газодинамического наддува компрессора; на фиг. 2 - развертка внутренней поверхности суживающегося сопла фиг. 1.

Система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод в виде корпуса 1, состоящего из камеры 2, соединенной с входным устройством, представляющим суживающееся сопло 3 и камеры 4, внутри которой находится пневмоцилиндр 5 с подпружиненным поршнем 6, разделяющим пневмоцилиндр 5 на подпоршневую 7 и надпоршневую 8 полости. Перемещающаяся перегородка 9, выполненная из биметаллического материала, подвижно укреплена на направляющих 10 и соединена тягой 11 с подпружиненным поршнем 6. Блок управления 12 соединен датчиком температуры 13 с суживающимся соплом 3 и датчиком давления 14 с источником давления 15, а также с клапанами 16 и 17. Корпус 1 впускного трубопровода входным патрубком 18 соединен с клапанной коробкой компрессора (не показано). На внутренней поверхности суживающегося сопла 3 расположены криволинейные канавки 19, продольно направленные от большего входного отверстия 20 к меньшему выходному 21.

При установившемся режиме работы компрессора в конкретных погодно-климатических условиях, регистрируемых датчиком температуры, находящемся на входе в суживающееся сопло 3, всасываемый атмосферный воздух, начиная от входного отверстия 20 перемещается по продольно направленным криволинейным канавкам 19 и, закручиваясь в виде вихреобразного потока, выбрасывается из выходного отверстия 21 в камеру 2. Вихреобразное движение по суживающемуся соплу 3 всасываемого воздуха приводит к его термодинамическому расслоению на условно горячий-периферийный и условно холодный-осевой потоки (см. например, "Некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленного использования". - Куйбышев, 1974, 276 с. ). Осевой горячий поток интенсифицирует теплообмен с внутренней поверхностью суживающегося сопла, отдавая тепло в окружающую среду, и частично охлажденный, смешиваясь с холодным осевым снижает общую температуру воздуха, поступающего в корпус 1. Более низкая температура всасываемого воздуха приводит к увеличение массовой производительности компрессора (см. , например, Курчавин В. М. , Мезенцев Л. И. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. Л. : -Энергоатомиздат, 1985, 80 с. ).

В камере 2 поток всасываемого воздуха ударяется о перегородку 9, которая занимает положение, при котором в механической системе (представляющей собой резонатор Гальмгольца с переменной массой и включающей "горло" резонатора в виде суживающегося сопла 3, камеры 2 и 4 с переменной массой - перемещающейся перегородкой 9) обеспечиваются гармонические резонансные колебания всасываемого воздуха.

Перегородка 9 в положении, обеспечивающем резонансный наддув всасываемого воздуха, удерживается тягой 11, соединенной с подпружиненным поршнем 6 пневмоцилиндра 5, когда клапаны 16 и 17 закрыты, а в надпоршневой полости 8 находится сжатый воздух. Достигнув заданного значения давления сжатого воздуха в тормозной магистрали, с которой связан источник давления 15, блок управления 12 подает сигнал на отключение компрессора и процесс поступления всасываемого воздуха в корпус 1 через суживающееся сопло 3 прекращается. Одновременно блок управления 12 осуществляет включение клапана 17 и сжатый воздух из надпоршневой полости 8 сбрасывается в атмосферу, т. е. в камеру 4, из которой, огибая перегородку 9, переходит в камеру 2 и далее через суживающееся сопло 3 в окружающую среду - в атмосферу.

При циклично-кратковременном включении компрессора, что связано со спецификой работы железнодорожного транспортного средства, когда необходимо поддерживать давление в тормозной магистрали в определенном интервале, всасываемый воздух изменяет свою температуру в широком интервале при контакте с поверхностью перегородки 9. Это обусловлено как изменяющимися погодно-климатическими условиями эксплуатации, когда наблюдается изменение температуры всасываемого воздуха во время перемещения транспортного средства, так и после термодинамического расслоения всасываемого воздуха на выходе из суживающегося сопла 3. В этом случае по центру перегородки 9 контактирует осевой - холодный поток, а по периферии перегородки контактирует горячий поток с температурным перепадом в 3 и более градусов. В результате изменяющегося температурного воздействия на различные участки перегородки 9 она начинает изгибаться, вибрируя в поперечном направлении, что резко снижает надежность поддержания резонансного наддува, получаемого следующим образом. Датчик давления 14 подает сигнал на блок управления 12, после чего открывается клапан 16 и сжатый воздух в виде импульса поступает от источника давления 15 в надпоршневую полость 8 пневмоцилиндра 5. Под воздействием импульса давления сжатого воздуха подпружиненный поршень 6 через тягу 11 воздействует также импульсно на перегородку 9, переводя ее в колебательное движение путем перемещения по направляющим 10 в сторону суживающегося сопла 3 и воздействия встречного потока всасываемого воздуха.

Выполнение же перегородки 9 в виде биметаллической пластины устраняет изгиб ее и, соответственно, вибрацию в поперечном направлении, что устраняет причины нарушения резонансного наддува, связанные с изменяющимся температурным воздействием всасываемого атмосферного воздуха, обусловленным как погодно-климатическими, так и технологическими условиями эксплуатации компрессорной установки.

Величина перемещения перегородки 9, т. е. степень изменения объемов, занимаемых всасываемым воздухом в камерах 2 и 4, определяется количеством сжатого воздуха, поступающего в надпоршневую полость 8 пневмоцилиндра 5, что координируется соотношением сигнала, поступающего в блок управления 12 от датчика температуры (регистрирует погодно-климатические условия поступления атмосферного всасываемого воздуха), и сигнала, поступающего от датчика давления 14 (регистрирует эксплуатационные условия работы транспортного средства, т. е. , частоту включения компрессора).

В результате совместной регистрации изменяющейся плотности всасываемого атмосферного воздуха датчиком температуры (известно, что при изменении температуры воздуха меняется его плотность) и момента включения компрессора, т. е. начала процесса движения атмосферного воздуха по суживающемуся соплу 3, обеспечивается поддержание резонансного наддува при кратковременно-цикличном включении компрессора. Это особенно важно для железнодорожного транспортного средства, когда необходимо в кратчайшее время обеспечить тормозную магистраль сжатым воздухом, что связано с безопасностью движения.

Оригинальность предложенного изобретения заключается в том, что термомеханическое расслоение атмосферного воздуха в суживающемся сопле и последующее устранение местной вибрации перемещающейся перегородки, обеспечивают подачу всасываемого воздуха большей плотности в полости цилиндра компрессора и поддержание надежности резонансного наддува, что гарантирует увеличение массовой производительности компрессорной установки транспортного средства в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации.