Карбюраторы мотоциклетного типа. Диффузор и дроссельная заслонка
Здравствуйте, уважаемые читатели. Настало время публикации очередной части статьи про карбюраторы малолитражных двигателей.
Сегодня рассмотрим особенности конструкций диффузора и дроссельной заслонки.
Большинство карбюраторов мотоциклетного типа имеют в своей основе диффузор переменного сечения и дозирующую иглу. Управление сечением диффузора осуществляется с помощью дроссельной заслонки цилиндрической или плоской формы. Дроссельная заслонка скомпонована с дозирующей иглой. Получается, что регулирование подачи топлива осуществляется одновременно с изменением сечения диффузора. Подробнее об управлении сечением рассказано в этой публикации.
Пропускная способность диффузора
Диффузор — один из основных элементов карбюратора. К определяющим параметрам диффузора относится его диаметр. Выбор диаметра строго зависит от требований, предъявляемых к двигателю. Численные значения диаметра диффузора и других важных параметров изначально определяют исходя из инженерной практики и опыта проектирования различных мотоциклов и двигателей к ним. Окончательный подбор диаметра осуществляется при испытаниях на двигателе.
К примеру, малокубатурные двухтактные двигатели, применяемые на мопедах и скутерах, оснащаются карбюраторами с диаметром диффузора от 12 до 14 мм. На 125-кубовых спортивных двигателях используются диффузоры с диаметром от 36 до 40 мм. На гоночных двигателях с золотниковым газораспределением можно встретить карбюраторы с еще большим диффузором. Такая тенденция связана с тем, что диаметр диффузора определяет максимальную пропускную способность главного воздушного канала, т.е. — максимальное наполнение цилиндра. Чем бóльшую мощность предполагается развить, тем больше должен быть диффузор, так как он будет оказывать меньшее сопротивление потоку смеси.
Однако большой диаметр диффузора делает двигатель менее приемистым, так как ухудшает распыление топлива в режимах малых и средних нагрузок. Для двигателей, работающих в широком диапазоне оборотов, приемистость важнее максимальной мощности. В таком случае применяются карбюраторы с диффузором небольшого сечения, что позволяет улучшить истечение топлива за счет большего разрежения.
Чтобы увеличить пропускную способность, не меняя диаметр диффузора, применяют специальные вставки для исключения ступенчатого изменения сечения на пути потока воздуха, снижая тем самым паразитные завихрения.
Форма диффузора
После определения площади сечения необходимо определить форму, которой будет ограничена эта площадь.
Для спортивных и других высокопроизводительных двигателей, у которых первостепенен режим максимальной мощности, предпочтительна круглая форма. Круг — это фигура с наименьшим периметром среди прочих фигур одинаковой площади, поэтому стенки диффузора круглой формы оказывают наименьшее сопротивление воздушному потоку.
На двигателях, где важно плавное управление мощностью, применяются карбюраторы с овальным сечением диффузора. Встречаются и более сложные формы, например, форма «щита», как прозвали ее инженеры Dellorto — дальнейшая эволюция овальной формы.
Формы диффузоров: a — овальная форма, b — форма «щита»
Как уже было упомянуто, при малом диаметре диффузора двигатель обладает лучшей приемистостью за счет поддержания высокой скорости воздушного потока в карбюраторе. При небольших подъемах дроссельной заслонки овальный профиль образует меньшее сечение. В этом случае карбюратор работает так, как будто имеет диффузор меньше, чем есть на самом деле. У карбюраторов в форме щита на малых подъемах площадь сечения еще меньше в сравнении с просто овальной. Это делает двигатель еще более отзывчивым на изменение положения ручки газа, что бывает очень важно для некоторых моторов с автоматической трансмиссией.
Сложная форма диффузора позволяет улучшить качество смеси на неустановившихся режимах, не ухудшая наполнение цилиндра при полностью открытом дросселе, так как на полном подъеме площадь увеличивается до рассчитанной на режим максимальной мощности. Помимо этого, сложная форма диффузора позволяет расширить диапазон рабочих оборотов и делает управление мощностью более прогнозируемым для водителя.
Таким образом, можно утверждать, что наполняемость цилиндра в основном определяется диаметром диффузора и формой его сечения (как в поперечной, так и в продольной плоскости). Также на наполняемость влияет форма входного устройства карбюратора и геометрические параметры смесительной камеры.
Дроссельная заслонка
Дроссельная заслонка является регулирующим элементом карбюратора, соединенным с органом управления газом посредством гибкой связи. Она регулирует проходное сечение диффузора, перемещаясь перпендикулярно к оси главного воздушного канала. Во многих моделях карбюраторов дроссельная заслонка представляет из себя цилиндр, перемещающийся на скользящей посадке внутри корпуса карбюратора.
Даже в карбюраторах с постоянным разрежением (в литературе встречается термин — с постоянной скоростью потока), в которых дроссельная заслонка совершает вращательные движения, есть клапан, регулирующий сечение путем перпендикулярного перемещения к оси диффузора. Конструкция и принцип работы подобных карбюраторов будет рассмотрен позже, так как их особенности заслуживают отдельного раздела.
Дроссельные заслонки классифицируются по форме на цилиндрические и плоские (еще их называют шиберные — Термин является уместным, так как в соответствии с ГОСТ 24856-2014 «Арматура трубопроводная. Термины и определения» шиберная задвижка определяется как «параллельная задвижка, у которой запирающий элемент выполнен в виде пластины»). На рисунке ниже представлено сравнение размеров круглой и плоской заслонок. Плоская дроссельная заслонка создает меньше паразитных завихрений под собой за счет сокращения длины диффузора.
Общий вид круглой и плоской дроссельной заслонок. Цветом выделены направляющие отверстия для дозирующих игл по центру заслонок.
На следующем рисунке демонстрируется разница в длинах главных воздушных каналов при применении круглой и плоской заслонки. Видно, что у карбюратора с плоской дроссельной заслонкой канал короче, значит сопротивление потоку воздуха оказывается меньшее.
Сравнение длин главных воздушных каналов при цилиндрической и плоской заслонках
Диффузоры современных карбюраторов тщательно прорабатываются для уменьшения паразитных завихрений в местах сопряжения дроссельной заслонки с корпусом карбюратора. Например, на рисунке ниже под буквой a изображен карбюратор Dellorto серии VHSD (Например, обозначение PH в серии карбюраторов Dellorto расшифровывается как P (Piston) — цилиндрическая дроссельная заслонка, H (Horisontal) — горизонтальная ориентация продольной оси главного воздушного канала. Буква V (Valve) в названии других линеек (например VHSD) обозначает наличие плоской дроссельной заслонки), в диффузоре которого видны два тонких направляющих паза по которым, как гильотина, перемещается дроссельная заслонка.
А на рисунке под буквой b демонстрируется дроссельная заслонка карбюратора серии VHSB, установленная в специальный «стаканчик», который служит направляющей для ее перемещения. Заслонка в сборе со стаканчиком устанавливается в цилиндрическое посадочное место корпуса карбюратора.
a — направляющие для перемещения дроссельной заслонки, b — стаканчик-направляющая для дроссельной заслонки.
Дроссельная заслонка карбюраторов с дозирующей иглой как плоская, так и цилиндрическая имеет скос, который влияет на смесеобразование при малых подъемах дросселя. Заслонка с небольшим скосом обогащает смесь вплоть до 1/4 подъема дросселя, но, если смесь слишком богатая, можно взять заслонку с большим скосом. Следует иметь в виду, что даже небольшое изменение этого регулировочного параметра может существенно сказаться на смесеобразовании.
Дроссельные заслонки с различным скосом
Паразитные эффекты
В карбюраторах четырехтактных двигателей может наблюдаться эффект залипания дроссельной заслонки в закрытом состоянии из-за очень сильного прижимного действия низкого давления во впускном тракте. Для уменьшения этого эффекта, а также предотвращения быстрого износа, приводящего к паразитному подсосу воздуха, поверхность покрывается хромом для увеличения твердости и гладкости (рисунок ниже под буквой a).
Этот же эффект вынуждает применять весьма жесткие возвратные пружины для обеспечения закрытия дроссельной заслонки. Однако, поскольку жесткость пружины определяет усилие на ручке газа со стороны водителя, следует стремиться к минимизации трения между заслонкой и корпусом. Например, на рисунке ниже под буквой b представлена хромированная дроссельная заслонка с возвратной пружиной спортивного карбюратора линейки VHSD. Видно, что применена пружина весьма скромных размеров, но ее усилия вполне достаточно для закрытия дросселя, так как хромовое покрытие заслонки существенно снижает трение о корпус.
a — хромированные дроссельные заслонки, b — дроссельная заслонка с возвратной пружиной
Ранее мы отмечали преимущества плоской дроссельной заслонки, но и она не лишена недостатков. Плоская дроссельная заслонка вносит трудности при размещении переходного отверстия системы холостого хода. Это отверстие (отверстия) необходимо для подачи топлива в момент, когда отверстие малых оборотов холостого хода уже не может подавать требуемое количество топлива, а главная дозирующая система еще не включилась в работу. В технологическом цикле изготовления карбюратора эти отверстия сверлят после обработки главного топливного колодца и, для должного функционирования, располагают чуть дальше кромки дроссельной заслонки. При плоском дросселе отверстия располагаются очень близко к распылителю, что усложняет компоновку. Но, несмотря на это, карбюраторы с плоским дросселем являются наиболее совершенными в своей конструкции.
Каково назначение диффузора в газотурбинном двигателе?
Каково назначение диффузора в газотурбинном двигателе? Диффузор является одним из ключевых компонентов камеры сгорания газовой турбины после компрессора. Его основная функция заключается в замедлении потока воздуха, подаваемого компрессором, для обеспечения эффективного сгорания и предотвращения больших потерь общего давления.
Какова функция авиационного диффузора? Диффузор представляет собой расширяющуюся часть двигателя после компрессора и перед камерой сгорания. Он имеет важнейшую функцию снижения давления нагнетаемого компрессором воздуха с высокой скоростью до повышенного давления при более низкой скорости.
Каково назначение диффузорной части газотурбинного двигателя и по какому принципу она работает? Секция диффузора в турбореактивном двигателе с центробежным потоком уменьшает скорость воздуха на выходе из компрессора и увеличивает его давление.
Каково назначение секции диффузора в quizlet газотурбинного двигателя? Диффузор представляет собой расширяющуюся часть двигателя, расположенную между секцией компрессора и корпусами горелок. Его функция состоит в преобразовании высокоскоростного нагнетаемого воздуха компрессора в статическое давление. Где на лопатках турбины чаще всего возникают трещины из-за разрушения под напряжением?
Каково назначение диффузора в газотурбинном двигателе? — Связанные вопросы
Каково назначение диффузорной секции в осевом газотурбинном двигателе?
Лопасти диффузора направляют поток воздуха от крыльчатки к коллектору под углом, предназначенным для удержания максимального количества энергии, обеспечиваемой крыльчаткой. Они также подают воздух в коллектор со скоростью и давлением, достаточными для использования в камерах сгорания.
Каково основное назначение диффузора?
Диффузор является важным элементом компрессора или насоса. Его цель состоит в том, чтобы уменьшить скорость потока, выходящего из рабочего колеса, что приводит к увеличению давления. Диффузор можно просто изобразить как невращающийся канал, проходное сечение которого увеличивается в направлении потока (рис. 7.7). Рисунок 7.7.
В чем разница между соплом и диффузором?
A: Сопло увеличивает скорость жидкости, а диффузор уменьшает скорость жидкости. Напротив, во многих реактивных двигателях используются диффузоры для замедления потока воздуха, поступающего в двигатель, для более равномерного потока.
Какие три типа лопаток турбины существуют?
Турбинные лопатки делятся на три типа: импульсные, реактивные и импульсно-реактивные. воздуховоды в качестве лопаток турбины.
В какой точке газотурбинного двигателя давление воздуха максимально?
Турбинные двигатели-силовая установка. 1 (8108) – В какой момент в осевом ТРД будут возникать самые высокие давления газов? C- На выходе из компрессора.
В чем разница между турбиной и компрессором?
Турбина извлекает энергию за счет снижения давления, а компрессор увеличивает давление жидкости. 3. Это потому, что турбины производят работу, уменьшая полное давление до определенного статического давления, без его динамической скорости. В то время как компрессор требует энергии для достижения полного давления на выходе.
Каково назначение турбинной секции?
Турбинная секция газотурбинного двигателя предназначена для производства полезной мощности на выходном валу для привода гребного винта. Кроме того, он также должен обеспечивать питание для привода компрессора и всех агрегатов двигателя.
Каково назначение турбины?
Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию какой-либо жидкости, такой как вода, пар, воздух или дымовые газы, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. Эти устройства обычно используются в электрогенерирующих устройствах, двигателях и двигательных установках и классифицируются как тип двигателя.
Какие две основные части газотурбинного двигателя?
Какие две основные части газотурбинного двигателя? Горячая часть и холодная часть.
Почему ступени компрессора одинаково загружены?
Более высокие скорости вращения лопастей приводят к тому, что компрессоры имеют меньший диаметр и меньший вес. Еще одним преимуществом симметричной ступени является равенство нарастания статического давления в неподвижной и подвижной лопастях, что приводит к максимальному нарастанию статического давления на ступени.
Где самое высокое статическое давление в двигателе?
Расходящаяся форма воздуховода преобразует большую часть скорости воздуха (Pi) в статическое давление (PS). В результате самое высокое статическое давление и самая низкая скорость во всем двигателе находятся в точке выхода из диффузора и входа в камеру сгорания.
Что подразумевается под закрытой турбиной?
Приливная турбина с кожухом — это новая технология приливных потоков, в которой турбина заключена в кожух или канал в форме Вентури (вентудук), создавая субатмосферу низкого давления за турбиной.
Что лучше диффузор или увлажнитель?
Если вам нужно больше влаги в воздухе в вашем доме, то вам нужен увлажнитель. Если вы хотите добавить в воздух только аромат, а не влагу, то вам подойдет диффузор. Диффузоры просто не удерживают достаточно воды, чтобы повлиять на уровень влажности в помещении.
Вредны ли диффузоры для легких?
ЛОС в рассеянных маслах могут влиять на качество воздуха в помещении, вызывая такой же загрязняющий эффект, как освежители воздуха, ароматические свечи и благовония. Плохое качество воздуха в помещении может ухудшить существующие респираторные симптомы аллергии, астмы и других респираторных заболеваний.
Полезны ли для вас диффузоры?
Это доступный, универсальный и удобный способ улучшить свое здоровье и качество жизни. Вы можете использовать их для облегчения боли и спазмов, улучшения здоровья дыхательных путей и лечения кожных заболеваний. Они также уменьшают заложенность носа, способствуют здоровому сну и улучшают настроение.
Работает ли диффузор в термодинамике?
Диффузор — это «устройство для снижения скорости и увеличения статического давления жидкости, проходящей через систему». Трубопроводы, содержащие жидкости, текущие с низкой скоростью, обычно можно анализировать с использованием принципа Бернулли.
Какова работа сопла?
Сопло — это устройство, предназначенное для управления направлением или характеристиками потока жидкости (особенно для увеличения скорости), когда он выходит (или входит) в закрытую камеру или трубу. Форсунка часто представляет собой трубу или трубку с различной площадью поперечного сечения, и ее можно использовать для направления или изменения потока жидкости (жидкости или газа).
Является ли сопло закрытой системой?
Контрольные объемы используются для определения массового расхода через компрессоры, турбины и сопла. Наконец, поскольку система открыта, границу могут пересекать и масса, и энергия. Этим она отличается от закрытой системы. Это изображение представляет сопло.
Что такое реактивная турбина?
Реактивные турбины — это тип турбин, которые развивают крутящий момент, реагируя на давление или массу газа или жидкости. Работа реактивных турбин описывается третьим законом движения Ньютона, и реакция у них такая же, но противоположная.
Где самая высокая температура в газотурбинном двигателе?
Максимальное давление либо в конце компрессора, либо непосредственно перед секцией силовой турбины. Температура будет самой высокой в секции сгорания.
Какие преимущества имеют газотурбинные двигатели перед поршневыми двигателями?
От более высокой эффективности и более низких затрат до более быстрой, чистой и качественной выработки электроэнергии авиационные газовые турбины имеют много преимуществ перед поршневыми двигателями.
диффузор наземного или авиационного газотурбинного двигателя
Диффузор выходного устройства газотурбинного двигателя расположен между последней ступенью турбины и выпускной секцией выходного устройства и содержит наружную кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, образующие кольцевой проход для текучей среды, расширяющийся в направлении истечения этой текучей среды. По меньшей мере одна из кольцевых стенок содержит несколько отверстий, открытых в указанный кольцевой проход и выходящих, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру, которая сопряжена для снижения скорости движения указанной текучей среды в указанном кольцевом проходе со средствами вывода части указанной текучей среды на наружную сторону диффузора. Диффузор дополнительно содержит всасывающие средства для отбора подлежащей выводу части текучей среды. Изобретение позволяет уменьшить потери давления в диффузоре. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Формула изобретения
1. Диффузор (10) выходного устройства газотурбинного двигателя, расположенный между последней ступенью турбины и выпускной секцией выходного устройства и содержащий наружную кольцевую стенку (16а) и внутреннюю кольцевую стенку (16b), образующие кольцевой проход (18) для текучей среды, расширяющийся в направлении (F) истечения этой текучей среды, причем, по меньшей мере, одна из кольцевых стенок (16а, 16b) содержит несколько отверстий (20), открытых в указанный кольцевой проход и выходящих, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру (22), которая сопряжена, для снижения скорости движения указанной текучей среды в указанном кольцевом проходе со средствами вывода части указанной текучей среды на наружную сторону диффузора, при этом диффузор дополнительно содержит всасывающие средства (26) для отбора подлежащей выводу части текучей среды.
2. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что указанные несколько отверстий (20) выходят в единственную кольцевую коллекторную камеру (22) для сбора подлежащей выводу части текучей среды.
3. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна коллекторная камера (22) связана, по меньшей мере, с одним каналом (24) вывода текучей среды.
4. Диффузор по п.3, отличающийся тем, что указанный, по меньшей мере, один канал (24) вывода текучей среды проходит в обход секций (14, 30) выходного устройства, сообщающихся с указанным кольцевым проходом (18), формирующим горячий поток газотурбинного двигателя, и со вторым кольцевым проходом (28), формирующим холодный поток и коаксиальным указанному кольцевому проходу (18).
5. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20) выполнены в виде каналов, по существу перпендикулярных указанной кольцевой стенке.
6. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20) выполнены в виде каналов, по существу наклонных относительно указанной кольцевой стенки по направлению (F) истечения текучей среды.
7. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20) выполнены в виде круговых или дуговых щелей, по существу перпендикулярных указанной кольцевой стенке.
8. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20) выполнены в виде круговых или дуговых щелей, по существу наклонных относительно указанной кольцевой стенки по направлению (F) истечения текучей среды.
9. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20) выполнены в виде щелей со скошенной кромкой для более эффективной подачи подлежащей выводу части текучей среды к указанным средствам вывода.
10. Газотурбинный двигатель, содержащий диффузор, выполненный в соответствии с любым из пп.1-9.
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области диффузоров для наземных или авиационных газотурбинных двигателей. Более конкретно, оно относится к диффузору, встроенному между турбиной и выпускной секцией газотурбинного двигателя, и к двигателю, снабженному подобным диффузором.
Наземные и авиационные газовые турбины предназначены для того, чтобы развивать достаточно высокую мощность для привода либо генератора переменного тока (наземные турбины), либо компрессора (авиационные турбины). С этой целью газовая турбина отбирает и преобразует в механическую энергию часть энергии сжатых горячих газов, выходящих из камеры сгорания двигателя, оснащенного этой турбиной. Турбина обычно состоит из нескольких ступеней, причем каждая ступень содержит сопловой (направляющий) аппарат и рабочее колесо турбины, расположенное за сопловым аппаратом и предназначенное для ускорения истечения газов. Газы, выходящие из последней ступени турбины, поступают затем в выходное устройство двигателя.
Выходное устройство, размещенное непосредственно на выходе турбины, образовано диффузором и выпускной секцией, основной функцией которой является выпрямление потока газов в том случае, когда вывод газов из турбины производится не по ее оси, а также обеспечение прохода охлаждающего воздуха, использованного для охлаждения внутренних компонентов двигателя. Диффузор позволяет снизить скорость и повысить давление газов, выходящих из последней ступени турбины. Для этой цели диффузор обычно выполняется со стенкой, образующей проход для газов, который расширяется в направлении истечения газов, как это описано в патенте США №2594042 применительно к диффузору авиационного двигателя.
Известно, что в выходном устройстве происходят потери давления, которые в общем случае пропорциональны квадрату скорости газов на уровне передней кромки выпускной секции выходного устройства. В качестве примера для турбины наземного применения скорость истечения газов на выходе рабочего колеса последней ступени турбины достигает 0,6М (М — число Маха). Диффузор позволяет снизить эту скорость примерно до 0,45М на уровне передней кромки выпускной секции выходного устройства, что ведет к потерям давления порядка 5%. Однако скорость газов порядка 0,45М является все еще очень высокой. Это вызвано тем, что наклон стенок, образующих диффузор, не может превышать определенного значения из-за риска увеличения толщины пограничных слоев на этих стенках. Подобные пограничные слои повышенной толщины соответствуют зонам отслоения или отрыва потока, что влияет на эффективность диффузора. При этом в случае отслоения потока от стенок диффузора аэродинамическое сечение на его выходе становится значительно меньше геометрического сечения, что создает препятствия для выполнения диффузором его функции. Кроме того, оптимизация турбины в отношении затрат, массы и эффективности, как правило, ведет к повышенным нагрузкам на каждую ее ступень, а это трансформируется во все более высокие скорости газов на выходе последней ступени турбины.
Ближайшим аналогом диффузора по изобретению является диффузор, описанный в документе DE 834474, МПК F01D 25/30, 1952. Известный диффузор расположен между последней ступенью турбины и выпускной секцией выходного устройства и содержит наружную кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, образующие кольцевой проход (8) для текучей среды, расширяющийся в направлении истечения этой текучей среды. При этом внутренняя и внешняя кольцевые стенки кольцевого прохода содержат отверстия (13-16), открытые в указанный кольцевой проход. Часть текучей среды, движущейся по диффузору, выводится через эти отверстия из кольцевого прохода в каналы 11, 12, возвращающие выведенную текучую среду ко входу (18) диффузора. Такое выполнение известного диффузора существенно усложняет его конструкцию и затрудняет решение проблемы снижения потерь давления в диффузоре.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании газотурбинного двигателя с диффузором, обеспечивающим значительное снижение потерь давления.
В соответствии с изобретением для решения поставленной задачи создан диффузор выходного устройства газотурбинного двигателя, расположенный между последней ступенью турбины и выпускной секцией выходного устройства и содержащий наружную кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, образующие кольцевой проход для текучей среды, расширяющийся в направлении истечения текучей среды. При этом, по меньшей мере, одна из кольцевых стенок содержит несколько отверстий, открытых в кольцевой проход. Указанные отверстия выполнены выходящими, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру, сопряженную, для снижения скорости движения текучей среды в кольцевом проходе, со средствами вывода части указанной текучей среды на наружную сторону диффузора.
Таким образом, согласно изобретению отверстия, выполненные, по меньшей мере, в одной из кольцевых стенок диффузора, осуществляют, с помощью коллекторной камеры, вывод из двигателя части текучей среды, проходящей через кольцевой проход. Это позволяет снизить скорость движения текучей среды в кольцевом проходе и за счет этого снизить потери давления. При этом полностью устраняется риск увеличения толщины пограничных слоев на стенках диффузора и отрыв потока. Коллекторная камера или коллекторные камеры связана (связаны), по меньшей мере, с одним каналом вывода текучей среды. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения диффузора по изобретению (например, при его использовании в двухконтурном газотурбинном двигателе) данный канал проходит в обход секций выходного устройства, сообщающихся с кольцевым проходом, формирующим так называемый "горячий поток" газотурбинного двигателя, и со вторым кольцевым проходом, формирующим так называемый "холодный поток" и коаксиальным указанному кольцевому проходу.
В оптимальном варианте диффузор дополнительно содержит всасывающие средства для отбора, т.е. для регулирования и контроля расхода подлежащей выводу текучей среды.
Отверстия, выполненные, по меньшей мере, в одной из кольцевых стенок, могут иметь вид каналов или круговых (дуговых) щелей, по существу перпендикулярных стенке, или же вид каналов или круговых (дуговых) щелей, по существу наклонных по направлению истечения текучей среды относительно этой стенки. В предпочтительном варианте указанные отверстия выполнены в виде щелей со скошенной кромкой для более эффективной подачи подлежащей выводу части текучей среды к указанным средствам вывода.
Решение поставленной задачи обеспечивается также созданием газотурбинного двигателя, снабженного выходным устройством с описанным диффузором, обеспечивающим отвод части текущей через него текучей среды, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру, сопряженную со средствами вывода текучей среды.
Краткое описание чертежей
Не являющиеся ограничивающими примеры осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает на виде в продольном разрезе выходное устройство газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением,
фиг.1а изображает на частичном виде диффузор в соответствии с изобретением во втором примере выполнения,
фиг.2 изображает на виде в продольном разрезе выходное устройство в примере его использования в двухконтурном газотурбинном авиационном двигателе в соответствии с изобретением.
Как показано на фиг.1, диффузор 10 расположен непосредственно на выходе рабочего колеса 12 последней ступени газовой турбины по направлению истечения из турбины газообразной текучей среды (газов), обозначенному стрелкой F. Выпускная секция 14 выходного устройства, предназначенная для выпрямления потока газов, смонтирована на выходе диффузора 10.
Диффузор 10 содержит наружную кольцевую стенку 16а и внутреннюю кольцевую стенку 16b, образующие кольцевой проход 18 для исходящего из турбины газового потока. Стенки 16а, 16b расположены таким образом, что кольцевой проход 18 расширяется в направлении F истечения газового потока для того, чтобы снизить скорость истечения и повысить давление проходящих газов. Более конкретно, наружная стенка 16а выполнена расходящейся или отклоняющейся, в то время как внутренняя стенка 16b по существу параллельна оси двигателя (не показана), оснащенного диффузором. Возможен и вариант, когда внутренняя стенка 16b выполнена отклоняющейся, а наружная стенка 16а параллельна оси двигателя.
В соответствии с изобретением в наружной кольцевой стенке 16а диффузора и/или в его внутренней кольцевой стенке 16b выполнены несколько отверстий 20, выходящих, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру 22, сопряженную со средствами вывода части газов, проходящих через кольцевой проход 18.
В примере выполнения по фиг.1 отверстиями 20 снабжена только наружная стенка 16а. Показанные на чертеже отверстия 20 представляют собой каналы, по существу наклонные по направлению F истечения газов относительно наружной стенки 16а. Возможна также модификация, в которой отверстия 20 представляют собой каналы, по существу перпендикулярные наружной стенке 16а и/или внутренней стенке 16b (фиг.2).
Согласно второму варианту выполнения, показанному на фиг.1а, отверстия 20 могут быть образованы несколькими круговыми, т.е. дуговыми, щелями, которые соответствуют угловому сектору наружной стенки 16а. Эти щели также могут быть по существу перпендикулярными или по существу наклонными по направлению F истечения газов относительно наружной стенки 16а.
Согласно еще одному не показанному варианту выполнения отверстия 20 могут быть образованы одной или несколькими щелями со скошенными кромками, верхние и нижние по потоку стенки которых взаимно смещены в радиальном направлении. Этот тип щелей позволяет более эффективно направлять газы к средствам вывода.
Может быть предусмотрена единственная кольцевая коллекторная камера 22 для сбора подлежащих выводу газов от всех отверстий 20 или же одна камера, например, цилиндрической формы для каждого отверстия 20 (или для нескольких отверстий) для обеспечения лучшей равномерности расхода выводимых газов.
Коллекторная камера или коллекторные камеры 22 сбора газов предпочтительно связана (связаны), по меньшей мере, с одним каналом 24 вывода газов. Для случая единственной камеры 22 могут быть предусмотрены один или несколько каналов 24 вывода. В том случае, когда отверстиями 20 снабжена внутренняя стенка 16b диффузора, канал или каналы 24 для вывода газов на наружную сторону диффузора могут, например, идти в обход (огибать) секцию 14 выходного устройства.
Согласно другой выгодной особенности изобретения диффузор дополнительно содержит всасывающие средства 26 для отбора подлежащей выводу части газов. Эти всасывающие средства 26 могут быть выполнены в виде управляемого клапана, насоса, компрессора или любой другой системы, позволяющей всасывать газ с желаемым расходом. За счет этого обеспечивается возможность осуществлять управление и контроль расхода выводимых газов.
В тех случаях, когда нет необходимости в регулировании и контроле расхода выводимых газов, газы, проходящие через отверстия 20 в наружной стенке 16а и/или внутренней стенке 16b, могут выходить непосредственно в пространство снаружи диффузора без прохождения через коллекторные камеры и каналы вывода. Практически в этом случае только разница давления газов между кольцевым проходом 18 и пространством вокруг диффузора обеспечивает всасывание газов через отверстия 20.
На фиг.2 показан диффузор по изобретению применительно к двухконтурному газотурбинному авиационному двигателю. Диффузор 10 расположен непосредственно на выходе рабочего колеса 12 последней ступени газовой турбины. Наружная и внутренняя стенки 16а, 16b диффузора образуют первый расширяющийся кольцевой проход 18 для газов, выходящих из турбины. Этот первый проход 18 формирует так называемый «горячий поток». Дополнительная стенка 16с, расположенная коаксиально стенкам 16а, 16b диффузора, позволяет образовать второй кольцевой проход 28 для воздуха, всасываемого вентилятором двигателя (не изображен). Этот второй проход 28 формирует так называемый «холодный поток».
В соответствии с изобретением во внутренней стенке 16b имеются несколько отверстий 20, открытых в первый кольцевой проход 18 и выходящих, по меньшей мере, в одну коллекторную камеру 22, связанную, по меньшей мере, с одним каналом 24 вывода газов. Канал или каналы 24 вывода огибают секцию 14 выходного устройства, сообщающуюся с первым кольцевым проходом 18, и вторую секцию 30 выходного устройства, сообщающуюся со вторым кольцевым проходом 28. Диффузор может дополнительно содержать всасывающие средства 26 для отбора части подлежащих выводу газов.
Для чего нужен диффузор в авто?
Впервые диффузоры начали устанавливать на гоночные автомобили еще в 1980-х годах. Первые диффузоры появились на болидах Формулы 1, затем их стали применять на раллийных авто и автомобилях, подготовленных для дрифта. Сегодня диффузор можно увидеть даже на серийном автомобиле – в качестве одного из элементов тюнинга. Крепится он на задней части автомобиля, обычно – под задним бампером.
В настоящее время при изготовлении диффузоров используют карбон – самый популярный материал в тюнинге. Основная функция диффузора – улучшение аэродинамических характеристик машины. Благодаря тому, что у диффузора есть «ребра» (обычно их три или четыре), поток воздуха, проходящий под днищем автомобиля, перераспределяется, создавая дополнительно давление и увеличивая прижимную силу машины. В болидах Формулы 1 конструкция диффузора такова, что помимо воздушных потоков, эта деталь обвеса использует для уменьшения подъемной силы задней части авто выхлопные газы. Таким образом, создается граунд-эффект, когда обвес уменьшает аэродинамическое сопротивление автомобиля, что положительным образом сказывается на его динамических характеристиках.
По своей конструкции диффузоры, устанавливаемые на болиды Формулы 1 и автомобили, подготовленные для дрифта, отличаются. Дрифтовое авто в силу специфики соревнований, вынуждено постоянно тормозить, из-за чего тормозные колодки и диски сильно нагреваются. А диффузор со специальными сечениями направляет потоки воздуха на колодки и иски, охлаждая их.
Итак, перечислим плюсы диффузора: 1) увеличение прижимной силы автомобиля, 2) уменьшение подъемной силы задней части машины, 3) охлаждение тормозных колодок и дисков у автомобилей, участвующих в соревнованиях по дрифту. Характерных минусов у диффузора нет.