Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11693
.pdf
холодного состояния. Там, где в качестве вспомогательных воспламенителей используются управляемые
электрические свечи зажигания, они предпочтительно управляются таким образом, чтобы они срабатывали
после момента, когда должно произойти зажигание, при нормальной работе камеры, за счет удерживаемых в
ней воспламеняющих газов. Такие управляемые вспомогательные воспламенители не могут нарушить
нормальное зажигание за счет удерживаемых воспламеняющих газов, но они обеспечивают зажигание смеси
в случае, если нормальное зажигание за счет воспламеняющих газов не происходит. по любой причине.
Однако использование вспомогательных воспламенителей не всегда достаточно для обеспечения
бесперебойного запуска двигателя при использовании трудновоспламеняющегося топлива. В таком случае
состояние смеси в момент воспламенения должно во время запуска двигателя максимально приближаться к
состоянию во время нормальной работы. Этот результат может быть достигнут с помощью процесса и
средств, предусмотренных в настоящем изобретении D5, при которых выходной конец камеры искусственно
предварительно нагревается, и таким образом температура заключенного в ней газового тела (воздуха и/или
остаточных газов) повышается за счет излучения, или же за счет нагрева продувочного и загрузочного
воздуха перед его поступлением в камеру взрыва.
В дальнейшем развитии изобретательской идеи усовершенствованный процесс может быть реализован
путем регулирования по желанию временного интервала, в течение которого топливная смесь продвигается
от входного конца камеры к выходному концу, то есть к поверхности воспламенения, таким образом, чтобы
момент воспламенения смеси мог быть точно предопределен. Таким образом, воспламенение смеси
предотвращается до завершения заполнения камеры горючей смесью надлежащего количества и состава.
Если воспламенение смеси произойдет до закрытия входных отверстий камеры, образующиеся при взрыве
газы будут вытеснены в каналы до входных отверстий и вытеснят содержащуюся в них рабочую среду
(например, топливо и воздух). В этом случае в камеру в течение следующего цикла, по крайней мере сначала,
будут закачиваться негорючие компоненты, образующиеся из продуктов сгорания, или воздух,
поддерживающий горение, смешанный с продуктами сгорания, так что в камере образуется неполная и
неудовлетворительная смесь. и надлежащее функционирование камеры станет невозможным.
Более того, когда продукты сгорания часто попадают обратно во впускные клапаны и подающие
трубопроводы, входной конец камеры сгорания сильно нагревается, так что новая топливно-воздушная смесь,
образующаяся в начале загрузки, воспламеняется именно на этом входном конце, в результате чего горение
начинается еще более преждевременно, чем раньше, и весь процесс полностью нарушается.
Эти трудности могут быть преодолены в ходе дальнейшего развития настоящего изобретения 85 в случае
взрывных камер, в которых смесь образуется посредством распределения топлива с помощью поступающего
воздуха путем регулирования момента воспламенения путем введения топлива в воздух, имеющий 90
различных скоростей. Если, а именно, изменяется количество воздуха в взрывной камере, находящееся в
начале введения топлива, то изменяется перепад давления между давлением подачи сжатого воздуха и
давлением заряда, точно соответствующим заряду в данный момент времени, так что изменяются скорости
воздуха, возникающие в результате преобразования этого перепада давления. 100 Запуск открытия
топливного входного элемента в соответствии с открытием воздушного входного элемента может быть
осуществлен тем позже, чем больше необходимо отложить момент 10 с воспламенения во времени; Топливо
сталкивается со скоростью воздуха, которая постоянно уменьшается по мере увеличения указанной задержки,
так что интервал времени, необходимый для перемещения топлива к месту воспламенения, становится все
больше и больше. Чем дольше топливо перемещается таким образом, тем позже воспламеняющаяся смесь
вступает в контакт с местом воспламенения, так что момент воспламенения соответственно задерживается во
времени.
Увеличение временного интервала между началом впрыска топлива и воспламенением путем задержки
начала впрыска, однако, позволяет начать впрыск только после того, как заполнение камеры взрыва воздухом
зашло слишком далеко, 5 так что скорость воздуха, из-за увеличения противодавления по мере заполнения
камеры, падает до значения, при котором надлежащее распыление топлива становится невозможным. В
результате частицы топлива, сначала попадающие в камеру, переносятся к месту воспламенения потоком
воздуха с наибольшей скоростью, который, согласно опыту, наиболее благоприятен для 70 образования
полной и однородной смеси, при этом топливо фактически уносится таким потоком воздуха.
Наконец, конечно же, в установках взрывного действия, где задержка воспламенения 75 соответствует, по
крайней мере приблизительно, правильным условиям эксплуатации, крайне важно использовать один из
указанных методов регулировки задержки воспламенения (послерегулирование). Несколько вариантов
осуществления устройств, пригодных для осуществления моего усовершенствованного процесса
воспламенения, проиллюстрированы в качестве примера на прилагаемых чертежах.
На указанных чертежах, фиг. 1 схематически иллюстрирует разрез установки, построенной в соответствии с
настоящим изобретением, работающей по принципу взрыва постоянного объема; фиг. 2 представляет собой
горизонтальное поперечное сечение распределительного устройства управления турбинной установки,
выполненное по линии II-II на фиг. 1; фиг. 3 представляет собой аналогичное сечение распределительного
устройства управления по линии III-III на фиг. 1; фиг. 4 и 5 иллюстрируют некоторые клапаны фиг. 1 в
различном положении регулировки; фиг. 6 представляет собой диаграмму давления, отображающую
нормальный ход кривой давления камеры взрыва постоянного объема, по оси абсцисс указано время
процессов управления в камере взрыва, выраженное как угловая скорость гидравлического управляющего
устройства в градусах и в секундах, а по оси ординат указано давление, преобладающее в камере в любой
момент времени; На рис. 7 показана диаграмма, выполненная в большем масштабе, чем на рис. 6, и
иллюстрируется только тот участок кривой зависимости давления от времени, который относится к
настоящему изобретению; на рис. 8 показана модификация взрывной турбинной установки, частично в
проекции, частично в разрезе; на рис. 9, 10 и 11 показаны детали установки, изображенной на рис. 8, в
различных положениях регулировки; рис. 12 — диаграмма, иллюстрирующая зависимость давления от
времени в камере взрыва, которая учитывается при смещении начала впрыска топлива относительно
момента открытия клапана очистки воздуха; На рис. 13 в качестве примера показан 130-й случай, когда в
соответствии с изобретением можно выбрать другой простой способ правильного определения интервала от
начала впрыска топлива до момента воспламенения смеси. В дальнейшем описании этот временной
интервал для краткости будет называться «задержкой воспламенения» — путем изменения, то есть
увеличения или уменьшения, количества рабочих циклов Q взрывной камеры в единицу времени, благодаря
чему топливо может быть впрыскено в момент, когда скорость воздуха наиболее благоприятна,
предпочтительно при открытии воздушного клапана. Таким образом, продолжительность отдельных фаз
управления полного рабочего цикла, таких как продувка, зарядка и выброс газов сгорания высокого давления
из камеры, может быть увеличена или уменьшена. Абсолютная продолжительность задержки воспламенения
может оставаться постоянной при всех частотах цикла путем определения условий управления таким
образом, чтобы момент начала подачи топлива не изменялся относительно момента начала подачи воздуха.
В таком случае частицы топлива, впервые попадающие в камеру, В момент попадания смеси в камеру всегда
возникает поток воздуха с одинаковой благоприятной скоростью на всех частотах цикла, так что время
доставки смеси к месту воспламенения всегда одинаково.
Следует понимать, что оптимальные условия работы для любой конкретной камеры взрыва или ее размера
легко могут быть определены предварительными испытаниями, в которых переменные факторы
корректируются до получения оптимальных результатов. Таким образом, необходимая скорость потока
топлива и воздуха может быть достигнута путем правильного расчета поперечного сечения прохода во
входных элементах. Кроме того, давление рабочей среды также может быть соответствующим образом
выбрано с целью достижения благоприятной задержки воспламенения. Путь, который топливо должно пройти
в камере от места его поступления до места воспламенения, должен быть достаточно длинным, насколько это
возможно в пределах практических ограничений, путем соответствующей формы камеры таким образом,
чтобы топливо проходило это расстояние с заданной скоростью потока только после полного заполнения
камеры и полного или почти полного закрытия входных элементов для рабочей среды. Благодаря
адекватному расчету длины этого пути можно также обеспечить подачу топлива с воздухом при... примерно в
то же время, и, таким образом, при определенных обстоятельствах, с небольшим смещением 6 Н между их
соответствующими 405 Дж 15 Вт, предназначенными для изменения периодов управления гидравлическим
устройством управления, которое предназначено для зарядки камеры взрыва, в зависимости от двигателя,
приводящего в движение это устройство управления, конструкция которого в основном показана в разрезе; и
на рис. 14 показан разрез устройства управления вдоль линии XIY-XIY на рис. 13.
Цифра 1 на рисунке 1 обозначает удлиненную цилиндрическую камеру взрыва постоянного объема, в которой
периодически генерируются взрывные газы высокого давления, которые затем направляются на ротор 2
турбины Кертиса Т, показанной с двумя кольцами лопаток.
Взрывная камера снабжена обычным клапаном 3 для продувки воздухом на коническом входном конце
камеры, причем клапан 3 расположен соосно с камерой, а продувочный воздух с давлением выше
атмосферного подается к клапану 4 через трубопровод 4. Клапан 5, который подает воздух еще более
высокого давления, также расположен на коническом входном конце камеры, как и топливный входной
элемент 6 в виде инжекционной форсунки. Воздух подается к клапану 5 под давлением через трубопровод 7, в
то время как топливо подается в инжекционное устройство 6 по трубопроводу 8, идущему от нагнетательной
стороны поршневого топливного насоса B, который гидравлически управляется известным способом. Насос B
соединен с взрывной турбиной T через регулятор R, который регулирует количество подаваемого топлива.
Газы, образующиеся при взрыве в камере 1, проходят через выходной или сопловой клапан 9, расположенный
на выходном конце камеры, который, как и входной конец, имеет коническую конфигурацию, и подаются на
ротор 2. Взрывная или импульсная турбина Т. В цилиндрической части камеры взрыва 1 предусмотрено
воспламеняющее устройство 10, которое служит в основном только для запуска; такое устройство выполнено
в виде свечи зажигания. Камера взрыва по всей своей длине окружена двумя охлаждающими камерами 11 и
12, которые независимы друг от друга.
Охлаждающая камера 12 меньше по размеру и служит во время процесса промывки для охлаждения
конического выходного конца камеры 1, на котором расположен сопловой клапан 9; во время охлаждения.
Камера 11 окружает оставшуюся и значительно большую часть, включая входной конец камеры. В
нормальном режиме работы установки охлаждающая жидкость подается в охлаждающую камеру 12
напорным насосом 13 по трубопроводу 14 и выходит из этой камеры по трубе 15, ведущей в теплообменник
16, из которого напорный насос 13 забирает охлаждающую жидкость после того, как последняя отдала
определенную часть тепла, поглощенного в охлаждающей камере 32, и снова подает эту охлаждающую
жидкость в охлаждающую камеру 12. Охлаждающая жидкость подается в охлаждающую камеру 11 по
трубопроводу 1s и отводится из этой камеры по трубопроводу 1875. Впускные и выпускные клапаны камеры
взрыва и топливного насоса B управляются гидравлически механизмом известного типа. Для этого два
воздухозаборных клапана 3, 5, сопловой клапан 809 и поршень топливного насоса 19 снабжены
подпружиненными поршнями, в которые они вдавливаются. В цилиндре открывается напорный трубопровод
20, 21, 22 или 2'. Эти трубопроводы соединены с распределителем напорной среды 24, общая конструкция и
принцип работы которого известны. Такой распределитель имеет вращающийся диск или цилиндр 25,
который вращается двигателем 27 через привод 26. Трубопроводы 20-23 управляются вращающимся
цилиндром в соответствии с определенным рабочим циклом таким образом, что каждый трубопровод
временно заполняется средой под давлением, а затем снова сбрасывается. Для этой цели вращающийся
диск снабжен по окружности рядом блоков 28 (см. рис. 2 и 3), каждый из которых, по два блока, служит для
управления одним из присоединенных трубопроводов 20, 21, 22 и 2'. Каждый из двух блоков, расположенных
в одной плоскости, вместе с двухсекционной втулкой 29, окружающей вращающийся цилиндр, образует две
отдельные кольцевые камеры 30, 31, Камера 31 постоянно находится в связи с полой внутренней частью 32
цилиндра через поперечное отверстие в диске. Эта полая внутренняя часть, которая может быть соединена с
воздушной камерой 33, заполнена сжатой средой, такой как масло под давлением, подаваемое по
трубопроводу 34.
Другая камера 30 соединена с пространством пониженного давления или с атмосферой. В зависимости от
положения вращающегося цилиндра, трубопровод 20, 21, 115, 22 или 23 соединен либо с пространством
повышенного давления 11, так что соответствующий элемент 3, 5, 9 или 19 приводится в действие, либо с
пространством 30, в котором оно находится под пониженным или нулевым давлением 12G. На фиг. 2
показано состояние, в котором трубопровод 23 закрыт одним из блоков управления 28, так что при
дальнейшем вращении цилиндра 25 в направлении, указанном стрелкой, он располагается в положении 125.
В соответствии с пространством давления 1, где начинается такт давления топливного насоса, на рис. 3
показан вид через секцию управления распределителя 24 для клапана подачи заправочного воздуха 405,157
405,157 5, при этом соответствующий трубопровод 21 аналогично закрыт одним из блоков управления. Таким
образом, если блоки 28 для топливного насоса, а также блоки для клапана подачи заправочного воздуха
отрегулированы относительно друг друга таким образом, что два соответствующих маслопровода
одновременно находятся под давлением и снова сбрасываются, топливо будет впрыскиваться в камеру
сгорания одновременно или, по крайней мере, почти одновременно с началом такта подачи заправочного
воздуха в камеру 1 K.
Моменты подачи сжатого воздуха и топлива могут быть смещены относительно друг друга. С этой целью
верхняя часть втулки 29, которая полностью прилегает к вращающемуся цилиндру распределителя,
спроектирована таким образом, чтобы вращаться относительно нижней неподвижной секции.
Вращение осуществляется с помощью зубчатого сегмента 35, прикрепленного к верхней части втулки, и
привода 36 (см. рис. 2), который, в свою очередь, приводится в действие сегментом 37. Последний сегмент
соединен соответствующими соединительными средствами с регулятором скорости R.
Регулятор также регулирует количество подаваемого топлива известным способом; такое регулирование
осуществляется путем вертикальной регулировки точки опоры 38 рычага 39, который на другом конце
соединен с поршнем топливного насоса 19, посредством перемещения регулирующей втулки 40 регулятора.
Таким образом, в зависимости от положения точки опоры 38, подпружиненный перепускной или обратный
клапан 41 открывается раньше или позже роликом 42, действующим через тягу 421, или, когда необходимо
подать максимальное количество топлива (при работе на полной нагрузке), такой клапан вообще не
открывается. Открытие обратного клапана в большей или меньшей степени прерывает эффективный ход
подачи насоса, при этом топливо, подаваемое во время дальнейшего хода поршня 19, выталкивается обратно
в топливозаборный трубопровод 44 трубой 43. Соединение между вращающейся верхней частью втулки 29 и
регулятором скорости R может быть выгодно выполнено таким образом, что в определенных случаях,
например, при регулировке момента начала подачи топлива, когда аппарат находится на испытании, эта часть
может перемещаться вручную независимо от регулятора.
На рисунке 45 показан второй теплообменник, который может быть сконструирован аналогично
теплообменнику 16. Теплообменник служит во время нормальной работы для охлаждения сжатого воздуха,
подаваемого компрессором 46.
Воздух, поступающий в теплообменник 45 Вт, проходит через трубопровод 47 и, пройдя через этот
теплообменник, подается к клапану подачи воздуха 5 через выходное отверстие 48 и трубопровод 7.
Охлаждающая среда для воздуха наддува, предпочтительно вода, поступает в теплообменник 45 через
регулируемый клапан 49 и трубопровод 50 и отводится в точке 51. Компрессор наддува 46 приводится в
движение турбиной 52 или любым другим подходящим приводным двигателем, который одновременно
приводит в движение компрессор продувочного воздуха 5, из которого сжатый воздух частично поступает по
трубе 4 к клапану продувочного воздуха 3, а частично к компрессору наддува 46 через ответвление 54. Оба
компрессора 80 могут быть снабжены по меньшей мере одной промежуточной ступенью охлаждения 46a или
53a, которая при необходимости может быть отключена. Охлаждающий агент поступает в теплообменник 1.6
в точке 65 и выходит из него в точке 55 через трубопровод -6 и регулируемый клапан 57, такой теплообменник
85 в нормальном режиме работы служит в качестве охладителя для охлаждающей жидкости выходного
участка камеры взрыва.
Согласно настоящему изобретению, предусмотрены различные возможности подачи хладагента в два
теплообменника 16, 45, которые будут подробно описаны ниже в связи с новым и улучшенным режимом
работы всей взрывной турбинной установки. Трубопровод подачи хладагента 50 соединен с входом
теплообменника 16 через соединительный трубопровод 59, а трубопровод отвода хладагента 56 соединен с
выходом 51 теплообменника 5 подвески 45 через ответвление трубопровода 60. Два ответвления
трубопровода 59 и 60 имеют каждый клапан 61 или 62, с помощью которого они могут быть закрыты. Кроме
того, предусмотрено 10.
Между двумя ответвлениями трубопровода расположена соединительная труба 62, которая также содержит
клапан 64. Перевернув два регулируемых клапана 57, 49 в положение, показанное на рисунках 4 и 5, можно
подавать в теплообменники горячую среду вместо охлаждающей жидкости. Цель такого переворота будет
описана ниже.
Описанная выше взрывная установка работает в соответствии с изобретением 115 следующим образом:
Для облегчения понимания изобретательской идеи, принцип работы взрывной установки будет объяснен с
помощью двух диаграмм на рис. 6 и 7, на которых по ординатам показан ход давления в камере взрыва в
течение полного рабочего цикла, а по абсциссам — угловая скорость вращающегося цилиндра 25
маслораспределительного патрубка 24 в градусах, полный оборот такого цилиндра соответствует рабочему
циклу и равен 360 градусам. На рис. 6, представляющем собой нормальную диаграмму зависимости времени
от давления известной взрывной установки постоянного объема, для сравнения также указана временная
шкала в секундах для полного рабочего цикла.
Предполагается, что цикл вращения двигателя произвольно расположен между двумя последовательными
осями ординат, в течение которого, как указано, цилиндр двигателя совершает полный оборот на 360
градусов. В положении 00 1 o открывается сопловой клапан 9, при этом масляный трубопровод 22, ведущий к
нему, непосредственно перед этим был подвергнут давлению распределителем масла под давлением 24.
Образующиеся в камере 1 газы поступают к ротору 2 турбины при открытии клапана 9. После того, как
давление газов приблизительно снизится до противодавления или давления выхлопных газов, в точке а
начинает открываться продувочный воздушный клапан 3, при этом его маслопровод 20 соединен с
пространством маслонагнетателя в цилиндре 23.
Свежий воздух, подаваемый по трубопроводу 4 от компрессора 53 при определенном сверхвысоком
атмосферном давлении, затем подается в камеру взрыва 1 через открытый клапан продувки 3. Остаточные
продукты сгорания в камере вытесняются через все еще открытый клапан 3 p 9 поступающим воздухом,
который, отчасти из-за особой формы камеры, принимает форму поршня, поскольку отсутствуют вихри и
завихрения, и, следовательно, нет существенного смешивания остаточных газов и воздуха. Когда камера
достаточно продувается, клапан продувки закрывается, и его маслопровод 20 соединяется с пространством
низкого давления в маслораспределителе 24. Клапан 9 g закрывается в точке b, поскольку его маслопровод
22 отсоединяется от внутренней части цилиндра 25. После закрытия клапана 9 g в точке b начинают
открываться клапан подачи воздуха 5 и топливный входной элемент 6, маслопроводы 21 и 23. Под
давлением. При открытии клапана подачи воздуха, сжатый воздух, подаваемый компрессором 46, после
прохождения через теплообменник 45, от которого отводится тепло, подается в камеру 1 через трубопровод 7,
в то время как топливо впрыскивается в камеру насосом B через трубопровод 8 и топливный клапан 6. Подача
воздуха и топлива в камеру происходит на диаграмме на рис. 6 на интервале c от точки b до точки dj.
В точке d смесь воспламеняется, а взрыв заканчивается в точке e, в точке 60, где расположена следующая
ось ординат.
Расширение газов взрыва высокого давления через сопло 9 и отдельные фазы рабочего цикла затем
повторяются в описанной выше последовательности. Следует понимать, что газы могут выходить из турбины
Т под давлением или только при атмосферном давлении, и что давление продувочного воздуха, по крайней
мере, немного выше такого давления выхлопа. 70 Воспламенение заряда в камере происходит при
нормальной работе установки, согласно изобретению, на сильно нагретой поверхности F, показанной на рис.
1, которая образуется между взрывоопасной смесью в камере, подлежащей воспламенению, и массой газа
или воздуха, расположенной в коническом выпускном конце камеры. Эта поверхность воспламенения
возникает во время процесса продувки, который 80 происходит согласно рис. 6 между точками a и b и равен
интервалу f (во время продувки), в течение которого продувочный воздух вытесняет остаточные конические
газы с одного конца камеры на другой. Кроме того, происходит сильная передача тепла от горячих остаточных
газов к движущемуся поршнеобразному корпусу продувочного воздуха. Чтобы продувочный воздух не
выходил через сопловой клапан 9, последний управляется маслораспределителем 24 таким образом, чтобы
он закрывался в нужный момент, предпочтительно в точке, когда определенное количество остаточных газов
все еще поступает в выходной конец камеры, причем такое количество остаточных газов удерживается между
корпусом продувочного воздуха и закрытым сопловым клапаном. Благодаря этому захваченному количеству
газа температура прилегающего слоя воздуха, который уже поглотил некоторое количество тепла во время
своего движения от входного конца камеры через корпус камеры, значительно повышается. Эта температура
может быть дополнительно значительно повышена в соответствии с изобретением путем подачи
теплоносителя очень низкой температуры (горячее масло, перегретая вода, масло и т. д.) в рубашку 12,
которая окружает конический выход. В камере взрыва эта среда циркулирует с помощью насоса 13, при этом
среда должна быть лишь частично охлаждена в теплообменнике 16, чтобы она могла вернуться в рубашку 12
при определенно высокой температуре. Я обнаружил, что нагрев выходного участка камеры взрыва
благоприятствуется при конической конфигурации, поскольку из-за постепенно уменьшающегося поперечного
сечения этого выходного участка камеры газы, выходящие из камеры в период расширения, достигают очень
высоких скоростей. Благодаря этим высоким скоростям в стенке конического выходного отверстия камеры
происходит очень интенсивный теплообмен, так что в ее стенках аккумулируется большое количество тепла.
Во время зарядки камеры 1 130 а:
405,157 405,15 В 9 большая часть этого накопленного тепла излучается эффективной, большой поверхностью
воспламенения, например, в заднюю часть камеры, а также, по меньшей мере, в уже нагретое газовое тело в
первой части процесса горения.
или воздуха, расположенного на таком конце, как показано стрелками, который чрезвычайно мал по
сравнению с показанным на рис. 1. Это тепловое излучение передается на поверхность F. В соответствии с
изобретением, эта поверхность, вероятно, принимает форму полости, направленную к смеси топлива и
воздуха в камере взрыва. В результате излучения в момент начала воспламенения поверхность F в конечном
итоге достигает очень большой температуры, достаточной для того, чтобы вызвать незначительные
изменения площади от начала воспламенения смеси в камере:
Тот же объект формирования большой площади воспламенения F, на поверхности воспламенения F,
достигается в соответствии с ядром воспламенения согласно изобретению при определенных условиях.
Более того, площадь воспламенения F, на поверхности воспламенения F, достигается в соответствии с ядром
воспламенения при определенной массе (состоящей из газа или воздуха, расположенного на 80 положениях,
даже когда остаточные газы находятся на выходном конце камеры) и полностью выводится из камеры только
при очень малом размере. Несмотря на размер поверхности воспламенения F, количество тепла,
накопленного в стенках камеры, излучается в тело. Однако количество тепла, излучаемого из нее в воздух
(продувочный воздух), необходимо собирать на таком конце точно в том месте, где происходит испарение,
распыление и другие процессы, описанные выше. Количество остаточных газов, составляющих топливо,
будет сравнительно небольшим, то есть малым по сравнению с остаточными газами в качестве
воспламеняющей среды, поскольку такое количество тепла, которое содержится в них, уже имеет высокую
температуру. В начале процесса воспламенения тепло с температурой 90°C, благодаря чему требуется
меньше времени и излучения от этого ядра для развития процесса – распыление топлива всегда происходит
мгновенно. Температура воспламенения на поверхности F до температуры воспламенения быстро
замещается теплом, излучаемым от поверхности F, чем когда чистый воздух расположен в конце сильно
нагретых стенок конической камеры, так что исходная температура воздуха на выходе из камеры значительно
ниже, чем на поверхности F, что практически не изменяет температуру горящих газов. Для более наглядного
представления процесса горения.
Преимущество большой поверхности воспламенения заключается в том, что таким образом достигается
очень быстрое и полное сгорание топлива и воздушной смеси, заключенной внутри камеры сгорания.
На рис. 7, где на увеличенном изображении показаны круги различных размеров, примерно в масштабе,
меньшем, чем на рис. 6, показаны только те фазы искрового зазора воспламеняющего устройства 10, которые
проецируются внутрь камеры взрыва 105 и которые необходимо учитывать в связи с этим. Функция этой свечи
зажигания будет описана ниже. Эти круги показывают, как происходит воспламенение заряда. Сплошная
линия на постепенно увеличивающейся сферической кривой снова показывает поверхность
времени-давления 110 от первоначально очень маленькой кривой нормальной диаграммы взрыва.
Электрическая искра, производимая свечой зажигания согласно рис. 6, на котором свеча зажигания имеет
увеличивающийся размер, ясно покажет, что в момент начального воспламенения заряд в камере взрыва
осуществляется известным образом. Если заряд в камере имеет очень точечный характер, то он имеет очень
характерные черты a, b, C, d, e. и f для малой поверхности воспламенения. Считается, что различные фазы
процесса имеют то же значение, что и до воспламенения, что и на рис. 6. Заряд должен содержать
определенное количество тепла, что снова указывает на момент, доступный для испарения и, в случае
воспламенения, для расщепления топлива, которое тепло для воспламенения поднимается по линии взрыва
g, начиная с этой точки и заканчивая в точке e, тогда будет очевидно, что при одновременном рассмотрении с
таким воспламенением горение может происходить только медленно и неполностью; горение происходит
сравнительно медленно; 125 В любом случае; Поверхность воспламенения при горении особенно медленно
загорается от свечи зажигания, которая в своем первоначальном состоянии в точке h, в момент, когда
давление на поверхности камеры составляет около 25 атмосфер, может, из-за абсолютного отвода тепла,
медленно развиваться в линию g от точки h до точки e. 130 приводит к выводу, что сгорание смеси еще не
полностью завершено в точке e, так что во время фазы расширения от точки e до точки a происходит сильное
догорание.
Однако, когда камера взрыва работает в соответствии с методом, предложенным в настоящем изобретении,
согласно которому заряд в камере воспламеняется на большой поверхности воспламенения F воздушной или
газовой массы, расположенной на выходном конце камеры, линия давления изменяется, как показано на
диаграмме пунктирной линией i. Заряд воспламеняется в момент времени k. Из крутизны линии i следует, что
горение происходит значительно быстрее, чем в случае известного воспламенения в точке, представленной
линией взрыва g, показанной сплошными линиями.
В моем усовершенствованном процессе воспламенения заряд полностью сгорает в момент времени mn. Это
будет ясно из диаграммы 2 из того факта, что линия i проходит за точку m до точки n, в момент которой
начинается расширение взрывных газов, поскольку сопловой клапан начинает открываться; в течение
интервала no-n происходит определенное падение давления в камере из-за передачи тепла стенкам камеры
взрыва. Если теперь открыть сопловой клапан до точки mn, в момент которой заряд полностью сгорает, то
расширение взрывных газов, начинающееся в этой точке, будет происходить в соответствии с пунктирной
кривой 1.
Давление продуктов сгорания в момент открытия клапана сопла составляет примерно 28,25 атм абсолютного
давления, тогда как в процессе воспламенения, включающем воспламенение в точке, давление в этот момент
составляет всего около 26,15 атм абсолютного давления. Эти значения давления в начале фазы расширения
были установлены в результате тщательного исследования, при условии, что воздух, давление и другие
условия, разумеется, одинаковы, и подтверждают и поддерживают приведенные выше утверждения.
Из обоих этих значений давления следует, что увеличение давления продуктов сгорания, образующихся в
результате применения настоящего изобретения, составляет около 12 % от давления, полученного при
зажигании в точке, при условии, что количество топлива и соотношение топлива и воздуха одинаковы в обоих
случаях. Соответственно этому увеличению давления, конечно же, достигается больший выход энергии из
продуктов сгорания в моем усовершенствованном процессе. В проведенных мною исследованиях улучшение
сгорания, достигнутое в соответствии с изобретением, было очевидно также из того факта, что, в то время как
выхлопные газы во время работы с точечным зажиганием всегда были мутными, что, как известно,
объясняется плохим сгоранием, при сгорании по моему новому процессу выхлопные газы были совершенно
бесцветными и без запаха.
Описанный выше новый процесс воспламенения требует принятия 75 специальных вспомогательных мер для
запуска камеры взрыва 1 из холодного состояния, поскольку в это время воздух, поступающий в камеру
взрыва, не может поглощать тепло ввиду отсутствия 80 остаточных продуктов сгорания, а также ввиду низкой
температуры стенок камеры, которые остаются сравнительно холодными в течение довольно большого
количества циклов и, следовательно, не могут получать достаточного 85 тепла.
Если в камере взрыва используется легковоспламеняющееся топливо, для запуска может быть использовано
воспламеняющее устройство 10 в виде одной или нескольких электрических свечей зажигания 90. Как только
в камере взрыва установится нормальная рабочая обстановка, эти вспомогательные воспламеняющие
устройства могут быть снова отключены, так что в дальнейшем ходе работы камеры 95, то есть после того,
как воздух или остаточные газы, занимающие выходной конец камеры во время зарядки, нагреются до
необходимой температуры воспламенения излучением, воспламенение зарядов 100 происходит на
поверхности воспламенения F. Для обеспечения воспламенения одному или нескольким из вышеупомянутых
воспламеняющих устройств может быть разрешено продолжать работу во время нормальной работы камеры
взрыва 105. Такие предохранительные воспламенители особенно полезны, когда газы, образующиеся в
камере взрыва, используются для работы машины, нагрузка и скорость которой часто и сильно меняются, так
что из-за этих колебаний условия зарядки камеры взрыва изменяются внезапно и очень резко. Если такие
вспомогательные Вспомогательные воспламенители могут работать во время нормального
функционирования камеры сгорания, предпочтительно таким образом, чтобы они активировались после
момента нормального воспламенения поверхности F. Таким образом, вспомогательные воспламенители не
могут нарушить нормальное зажигание, осуществляемое поверхностью воспламенения F, но в случае отказа
надлежащего функционирования такой поверхности они инициируют воспламенение.
Запуск камеры взрыва 125 из охлажденного состояния может быть предпочтительным в соответствии с
изобретением в случае трудновоспламеняющегося топлива путем подачи закачиваемого воздуха в камеру в
сильно нагретом состоянии. Для достижения этой цели воздух перед подачей в камеру взрыва проходит через
предварительный нагреватель. Если для нормальной работы установки предусмотрен реохладитель для
повторного охлаждения сжатого закачиваемого воздуха с целью получения большого количества воздуха на
одну загрузку, то такой реохладитель может с успехом использоваться в качестве предварительного
нагревателя воздуха в течение периода запуска путем пропускания через него горячей среды, такой как пар.
Условия запуска взрывной установки особенно благоприятны, когда выходной конец камеры взрыва
искусственно предварительно нагревается, так что температура воздуха, заключенного на этом конце,
повышается.
Предварительный нагрев заряжающего или продувочного воздуха и выходного конца камеры может быть
осуществлен с помощью аппарата, показанного в качестве примера на рис. 1, путем приведения в действие
двух теплообменников 16 и 45, которые в нормальном режиме работы установки функционируют как
реохладители, в качестве предварительных нагревателей в период запуска. Для получения такого результата
два реверсивных клапана 49 и 57 устанавливаются в положение, показанное на рис. 4 и 5. Предполагая, что
два теплообменника должны работать последовательно в качестве предварительных нагревателей, клапаны
61 и 62 закрыты, а клапан 64 в трубе 63 открыт. В положении реверсивного клапана 57, согласно рис. 4,
теплоноситель, например пар, протекает через трубопровод 66 и через трубопровод 56 сначала к
теплообменнику 16, где пар, отдав часть своего тепла теплоносителю, циркулирующему насосом 13,
отводится на выходе 65 в Теплообменник 45 проходит через открытый трубопровод 63. В последнем пар
отдает остаточное тепло воздуху, протекающему через теплообменник от компрессора 46, и, наконец,
проходит через трубопровод 50 и реверсивный клапан 49 в выпускной трубопровод 67.
При необходимости температуру предварительно нагретого воздуха можно повысить, подключив два
теплообменника параллельно.
В таком случае клапан 64 закрыт, а клапаны 61 и 62 открыты. Теплоноситель, подаваемый по трубе 66,
проходит через реверсивный клапан 57, а затем частично протекает по трубопроводу 56 в теплообменник 16,
а частично по трубопроводу 60 в теплообменник 16. Таким образом, оба теплообменника пронизаны
теплоносителем одинаковой температуры. Потоки теплоносителя, выходящие из обоих теплообменников,
встречаются в месте соединения трубопроводов 50 и 59 перед реверсивным клапаном 49, и после
прохождения через этот клапан поток протекает по трубопроводу 67. Наконец, закрыв клапаны 62 и 64,
теплообменник 16 может использоваться в качестве предварительного нагревателя. В таком случае
нагреваются только воздух или газы, находящиеся внутри выходного конца камеры взрыва, если
теплообменник 45 не нагревается каким-либо другим способом. Аналогично, при запуске установки можно
было нагревать только закачиваемый воздух. Предварительный нагрев воздуха можно значительно
увеличить, отключив от работы промежуточные ступени охлаждения 46a и 53a, соответственно, двух
компрессоров 46 и 53, или же можно отключить одну из таких ступеней.
Как только камера взрыва достигнет состояния нормальной работы, два клапана 49 и 57 переводятся в
положения, показанные на рис. 1. Затем в теплообменники поступает охлаждающая жидкость вместо
нагревающей, при этом охлаждающая жидкость протекает по трубопроводу 58 и переключает клапаны 49, а
нагретая охлаждающая жидкость, после теплообмена, отводится через клапан 57 и трубопровод 58 для
повторного охлаждения или сброса. Теплообменники, которые теперь работают как охладители, могут
работать так же, как было описано в связи с их работой в качестве предварительных нагревателей, путем
соответствующей регулировки клапанов 61, 62 и 64. Другими словами, теплообменники могут быть
расположены последовательно или параллельно, или охлаждающая жидкость, подаваемая по трубопроводу
58, может циркулировать только через один или через оба теплообменника. Если теплообменники
расположены последовательно, то охлаждающая жидкость, в отличие от работы аппарата в качестве
Предварительные нагреватели сначала проходят через теплообменники 45 для закачиваемого воздуха, а
затем через теплообменник 16 для повторного охлаждения хладагента на выходе из камеры взрыва. При
таком режиме работы требование о том, что хладагент на выходе из камеры лишь частично охлаждается,
выполняется наиболее удовлетворительным образом, так что в этом хладагенте остается необходимое
лучистое тепло для образования поверхности воспламенения F.
Предварительный нагрев выходного конца камеры и воздуха, подаваемого в камеру взрыва для запуска
установки, может быть осуществлен еще 120 другими способами. На рис. 8 показан один из способов
достижения такого результата, отличающийся от показанного на рис. 1. На рис. 8 цифра 1 снова обозначает
камеру взрыва, T — турбину, 3 — 125.
клапан подачи воздуха, 5 клапан подачи воздуха, 6 клапан форсунки, 9 сопловой клапан, 16 теплообменник
для выходного конца камеры сгорания, с соединенным циркуляционным насосом 13, и 45 теплообменник 13 Q
495,157 для воздуха.
Конструкция, показанная на рис. 8, отличается от конструкции на рис. 1 только тем, что для запуска
предусмотрены два отдельных предварительных нагревателя 68, 69, которые соединены последовательно,
например, посредством соединительного трубопровода 70. Таким образом, теплообменники 16, 45 работают
только как охладители, которые отключаются во время запуска. Предварительный нагреватель 68
нагревается горелкой 71, к которой по трубопроводу 72 подается воздух, а по трубопроводу 73 — топливо.
Горячие продукты сгорания отдают часть своего тепла в теплообменнике 68, а затем по трубопроводу 70
поступают в пространство 74 второго предварительного нагревателя 69 для заправочного воздуха, откуда они
текут в направлении, указанном стрелкой, через нагревательную трубу 74а, которая, например, показана в
U-образной форме. Газы, выходящие из нагревательных труб, попадают в взаимосвязанные сборные
пространства 75, которые они покидают через выпускную трубу 76.
Воздух, подаваемый компрессором, в нормальном режиме работы установки проходит через переключающий
клапан 77, трубопровод 78 в охладитель 45, а затем по соединенному с ним трубопроводу 7 к клапану подачи
заправочного воздуха 5. В трубопроводе 7 расположен обратный клапан 78а, который открыт в нормальном
режиме работы. При запуске установки клапан 77 устанавливается в положение, показанное на фиг. 11, так
что проход к трубопроводу 78, ведущему к охладителю, перекрывается. Затем воздух проходит через
воздухонагреватель 69 и по трубопроводу 79 в трубопровод 7 к клапану подачи заправочного воздуха 5.
Трубопровод 79 также снабжен обратным клапаном 80а, который после запуска, то есть в нормальном
режиме работы, закрывается.
Жидкость, используемая для частичного охлаждения выходного конца камеры, циркулирует во время
нормальной работы установки с помощью насоса 13 в контуре, содержащем трубопровод 14, охлаждающее
пространство 12 выходного конца камеры, напорный трубопровод 15, клапан 80, охладитель 16 и клапан 81.
При запуске охладитель 16 отключается путем переключения на переключающие клапаны 80 и 81, как
показано на фиг. 9 и 10. В этом положении клапанов циркулирующая жидкость... Охлаждающая среда,
подаваемая насосом 13, проходит через трубопровод 82, ведущий от переключающего клапана 80, через
нагревательный элемент 83 предварительного нагревателя 68 и, наконец, через трубопровод 84 и
переключающий клапан 81 обратно к насосу 13, откуда она подается в сильно нагретом состоянии к
выходному концу камеры, так что последняя нагревается. Как только камера взрыва достигает своего
завершения в режиме нормальной работы, предварительный нагреватель 68 отключается путем
перемещения переключающих клапанов 81 обратно в положения, показанные на фиг. 8, так что насос 13
циркулирует охлаждающую среду охлаждающей камеры 612 через реохладитель 161. Настоящее
изобретение также предоставляет способ определения момента воспламенения топливно-воздушной смеси
относительно доступного времени зарядки таким образом, чтобы воспламенение всегда происходило.
Процесс начинается после образования однородной горючей смеси топлива и воздуха с предотвращением
преждевременного воспламенения. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1,
регулировка момента воспламенения осуществляется путем смещения момента введения топлива
относительно момента начала подачи воздуха.
С этой целью верхняя часть промежуточной втулки 29 распределителя 24, выполняющая функцию
управления маслопроводом 23 топливного насоса B, поворачивается на соответствующее расстояние
зубчатым сегментом 37 относительно нижней неподвижной части втулки. Эта регулировка производится
вручную при запуске установки взрыва, тогда как во время работы установки такая регулировка может также
производиться автоматически в зависимости от регулятора R, когда регулировочный механизм 35, 36, 37
верхней части втулки соединен с регулятором R посредством соответствующего соединения, как показано на
рис. 1. Интервал времени, необходимый для перемещения топлива от точки ввода в камеру до места
воспламенения, увеличивается по мере того, как топливный насос B начинает свой эффективный ход подачи
105. Способ, которым управление моментом воспламенения влияет на диаграмму времени-давления, показан
на рис. 12.
На этой диаграмме между осями ординат Z показан ход кривой давления 110 в камере взрыва в течение
полного рабочего цикла с отдельными фазами процесса, аналогичными ходу давления, показанному на
диаграмме на рис.
7, где воспламенение топливно-воздушной смеси происходит в момент k, а открытие клапана форсунки — в
момент n. Пунктирная линия o на рис. 12 — это график давления наддувочного воздуха, пунктирная линия lp
— кривая давления продувочного воздуха перед соответствующими клапанами, а пунктирная линия q —
кривая давления противодавления за клапаном форсунки. Все эти кривые построены в масштабе, указанном
слева от оси ординат, в атмосферах абсолютного давления. Точка r представляет давление топлива в
подающем трубопроводе топливного насоса в течение всего времени, пока момент y закрытия клапана
наддувочного воздуха и момент z, в который заканчивается впрыск топлива, происходят раньше точки
воспламенения k, то есть в интервале z (задержка воспламенения). Другими словами, воспламенение
Соседние файлы в папке патенты