PL54768B3 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 8.III.1968 54768 MKP F 02 b kJ/ ijKD Twórca wynalazku: dr inz. Adam Kreglewski Wlasciciel patentu: Zjednoczenie Przemyslu Taboru Kolejowego, Poznan (Polska) Sposób rozruchu silnika do bezposredniego napedu lokomotywy spalinowej i urzadzenie do wykonywania tego sposobu Wynalazek stanowi uzupelnienie rozwiazania ^wedlug patentu glównego nr 54754.Celem wynalazku jest zwiekszenie momentu obrotowego silnika glównego lokomotywy w okre¬ sie jej rozruchu w celu umozliwienia bezposred¬ niego napedu lokomotywy silnikiem.Silnik do bezposredniego napedu lokomotywy spalinowej powinien odpowiadac specjalnym wa¬ runkom. Dla osiagniecia wysokiej przyczepnosci lokomotywy powinien posiadac mozliwie równo¬ mierny moment obrotowy, a wiec powinien byc wielocylindrowy dwusuwowy i posiadac turbo¬ sprezarke do ladowania i doladowania cylindrów roboczych.Zastosowany na lokomotywie silnik spalinowy, dwusuwowy 4-cylindrowy, z powodu malej ilosci -cylindrów dawal moment obrotowy bardzo nie¬ równomierny (maksymalny moment byl 2,2-krot- nie wiekszy od sredniego), a poniewaz maksymal¬ ny moment obrotowy jest ograniczony przyczep¬ noscia lokomotywy na szynach, to sredni osia- ..galny moment byl bardzo niski w stosunku do ciezaru przyczepnego lokomotywy.Moment silnika z normalnym doladowaniem turbosprezarka wzrasta z liczba jego obrotów."Bezposredni naped lokomotywy wymaga jednak -wysokiej sily pociagowej czyli wysokich momen¬ tów obrotowych silnika przy niskich i najnizszych obrotach. Tym wymogom odpowiada silnik z wdmuchem dodatkowym powietrza dostarczanego przez sprezarke pomocnicza tlokowa, napedzana przez oddzielny silnik pomocniczy {nie pokazany na rysunku). Jezeli przyjac dla niego stale obro¬ ty, to ilosc powietrza dostarczanego jest nie- 5 zmienna w czasie; na jeden skok silnika glów¬ nego przypada wtedy wdmuch dodatkowego po¬ wietrza w stosunku odwrotnym do jego obrotów.O ile aparat wtryskowy bedzie dostosowany do wielkiego wachlarza obrotów, silnik osiagnie cha- io rakterystyke, odpowiadajaca wymogom trakcyj¬ nym, to jest, bedzie dawal przy niskich obrotach duzy moment obrotowy.W tym celu niniejszy wynalazek uzupelnia roz¬ wiazanie wedlug patentu glównego, w którym 15 silnik doladowywany jest przez sprezarke nape¬ dzana silnikiem dodatkowym. Rozruch silnika przy pomocy powietrza sprezonego na wysokie cisnienie w oddzielnej sprezarce (nie uwidocznio¬ nej na rysunku) i magazynowanego pod cisnie¬ niem 100 atmosfer nie przedstawia zasadniczych trudnosci. Ze wzgledu na ciezar potrzebnych zbior¬ ników i wynikajacej stad ich ograniczonej po¬ jemnosci, mozna za pomoca wtlaczania powietrza doprowadzic silnik do mniej wiecej 1/20 i 1/10 jego znamionowych ol?rotów, zaleznie od ciezaru po¬ ciagu i profilu pracy. Od szescdziesieciu obro¬ tów/min. wzwyz powinien silnik przechodzic na prace z samozaplonem wtryskiwanego paliwa. W tym punkcie przejscia na saimozarplon powstaja 30 trudnosci. Przy bardzo niskich obrotach silnika, 20 25 .5476854768 tj. np. przy 1/20 jego nominalnych obrotów ener¬ gia powietrza wylotowego jest tak nikla, ze nie jest ona bec tego nie ma doplywu swiezego ladunku, w cylindrze zalega zimne powietrze pozostajace po rozprezeniu powietrza rozruchowego.Zadaniem niniejszego wynalazku dodatkowego do patentu glównego nr 54 754 jest usuniecie za¬ chodzacych trudnosci w rozruchu silnika w okre¬ sie ruszania lokomotywy przez wykorzystanie zbed¬ nego powietrza dostarczanego przez sprezarke po¬ mocnicza i wyplywajacego przy bardzo niskich obrotach silnika przez zawór bezpieczenstwa (wy¬ mieniony w patencie glównym) do przeplukania cylindrów silnika glównego, usuniecia z nich za¬ legajacego zimnego powietrza i zastapienia go po¬ wietrzem o temperaturze koncowej jego sprezania w sprezarce pomocniczej. W ten sposób cylindry glównego silnika otrzymuja ladunek swiezego po¬ wietrza i potrzebnego tlenu do spalania o tem¬ peraturze zabezpieczajacej dostatecznie tempera¬ ture koncowa sprezania, potrzebnej do samozaplo¬ nu wtryskiwanego paliwa. Do osiagniecia tych temperatur nie potrzeba wiec zadnych grzejni¬ ków elektrycznych lub innych urzadzen ogrzew¬ czych.Rozwiazanie wedlug wynalazku uwidocznione jst w przykladzie wykonania na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia wykres indykatorowy, fig. 2 — wykres temperatury w odniesieniu do wy¬ kresu na fig. 1, fig. 3 — schemat urzadzenia, fig. 4 — przekrój w powiekszeniu przez kierownice turbosprezarki w miejscu osadzenia dyszy, dopro¬ wadzajacej powietrze do sprezarki pomocniczej, fig. 5 — przekrój wedlug linii A—A na fig. 4.W punkcie martwym a, fig. 1 otwiera sie za¬ wór rozruchowy (nie uwidoczniony na rysunku) i dopuszcza powietrze rozruchowe o cisnieniu od 30—40 ata do cylindra 1.Przy napelnieniu 45% ustaje doplyw powietrza w punkcie l. Powietrze rozpreza sie do punktu otwarcia zaworów 4 lub szczelin wylotowych w punkcie c. Cisnienie powietrza spada gwaltownie do wysokosci cisnienia w przewodzie wylotowym przed turbina w punkcie d. Od tego punktu do punktu f, to jest do chwili zamkniecia szczelin wlotowych, cylinder otrzymuje, wzglednie powi¬ nien otrzymac swiezy ladunek. W okresie f do g nastepuje wdmuch powietrza o cisnieniu 5 ata dostarczanego przez pomocnicza sprezarke tloko¬ wa 10, który podnosi cisnienie w cylindrze do 5 ata. Przy dalszym postepie tloka powietrze jest sprezane do okolo 50 ata w punkcie h; cisnienie to spada przy otwierajacym sie zaworze rozrucho¬ wym do cisnienia powietrza rozruchowego w punk¬ cie a.Odpowiedni przebieg temperatur bedzie naste¬ pujacy: Punktem wyjsciowym jest temperatura w punkcie f, fig. 2. Przy dotychczasowym stanie rze¬ czy bedzie to temperatura równa temperaturze w punktach di f. Poniewaz wylot powietrza, ze wzgledu na bardzo niskie obroty silnika, nie be¬ dzie w stanie rozruszyc turbosprezarki, nie nastapi Wymiana ladunku i w cylindrze bedzie w punk¬ cie f zalegac powietrze o temperaturze wylotu, to jest okolo —150°C.Przez wdmuch powietrza goracego o temperatu¬ rze koncowej sprezarki tlokowej, to jest okolo + 180°C, temperatura w cylindrze podniesie sie w punkcie g do okolo —4Ó°C, a w punkcie li otrzymamy koncowa temperature sprezania okolo 5 +20O°C. Przy temperaturze powietrza rozruchowe¬ go (15°C) otrzymamy w punkcie b poczatkowa .temperature rozprezania okolo +30°C, a koncowa temperature w punkcie c okolo —30°C, i w punk¬ cie d okolo —150°C, jak wyzej przyjeto. Jasna 10 jest rzecza, ze przy temperaturze okolo 20<0oC w punkcie a samozaplon nie nastapi.Wedlug niniejszego wynalazku sposób rozruchu silnika ulega zmianie w ten sposób, ze nadmiar goracego powietrza wdmuchu wprowadzony be- 15 dzie do zbiornika powietrza ladujacego 3. Jak wyzej wyjasniono, ilosc powietrza wdmuchu na jeden skok silnika zmienia sie w odwrotnym sto¬ sunku do obrotów silnika.Przyjmujac, ze stosunek pojemnosci skokowej 20 sprezarki tlokowej do pojemnosci cylindrów sil¬ nika glównego bedzie tak dobTany, ze przy 240 obr./min. silnika, ilosc dodatkowego powietrza be¬ dzie równa lW/o-tom podstawowego ladunku po¬ wietrza dostarczanego przez turbosprezarke, wte- 25 dy przy 60 obr./min. dodatkowe powietrze bedzie stanowilo 400°/o podstawowego ladunku, co dopro¬ wadzilo by do zbyt wysokich cisnien sprezania w cylindrze. Z tego powodu zastosowano w znanym rozwiazaniu zawór bezpieczenstwa, zapobiegajacy 30 wzrostowi cisnienia ponad 5 ata i odprowadzajacy nadmiar powietrza na zewnatrz.Wedlug niniejszego wynalazku odplyw tego zbed¬ nego powietrza skierowany jest do zbiornika 3 powietrza ladujacego. Dzieki temu, cylinder la- 35 dowany jest powietrzem goracym, a powietrze zimne zalegajace w cylindrze wydalane jest przez zawory lub szczeliny wylotowe. Temperatura w punkcie f (fig. 2) podniesie sie wówczas do okolo 150°C, a caly proces odbedzie sie na znacznie wyz- 40 szym poziomie temperatur i osiagniecie w punk¬ cie h temperatury samozaplonu jest zapewnione, szczególnie jezeli cylinder i tlok beda od razu nagrzane do temperatury mniej wiecej odpowia¬ dajacej pelnej pracy silnika, co jest latwo osia- 45 galne przez nagrzanie calego obiegu wody i oleju w silniku pomocniczym, uruchomionym przed roz¬ ruchem silnika glównego.'Poza tym, wczesne uruchomienie silnika pomoc¬ niczego umozliwia jeszcze dalsze ulepszenie prze- 50 biegu rozruchu silnika, mianowicie przez skiero¬ wanie goracego powietrza, przed rozruchem sil¬ nika glównego, do napedu turbosprezarki 31 za pomoca dyszy 37 umieszczonej równolegle do kie¬ rownicy turbiny turbosprezarki. Przy obranej po- 55 wyzej pojemnosci skokowej sprezarki tlokowej, otrzymuje sie wówczas, przed lopatkami turbiny, strumien powietrza o cisnieniu 5 ata i tempera¬ turze 180—200°C. Przy tych parametrach energia powietrza odpowiada mniej wiecej 1/8 do 1/10 60 energii gazów wylotowych silnika przed turbina przy jego pelnej pracy. To znaczy, ze mozna przy pomocy powietrza dostarczanego przez sprezarke tlokowa rozruszyc turbosprezarke do mniej wiecej polowy obrotów znamionowych. Rozumie sie, ze 65 z chwila rozruchu silnika, powietrze sprezarki tlo-5 kowej zostanie odciete od turbiny i skierowane do zaworu wdmuchowego silnika.To proste urzadzenie zapewni plukanie cylin¬ drów w zakresie od jest w okresie, w którym nadmiar powietrza wdmuchiwanego bedzie malec i plukanie cylin¬ drów musi przejmowac turbosprezarka. W okresie tym, praca gazów w turbinie bedzie jeszcze slaba i bezwladnosc rozbieganej turbosprezarki bedzie bardzo pomocna.Cylinder 1 silnika dodatkowo doladowanego po¬ siada szczeliny wlotowe 2, doprowadzajace w nor¬ malny sposób powietrze do przeplukania cylindra i do odnowienia ladunku w cylindrze; powietrze to jest dostarczane przez turbosprezarke 31 do zbiornika powietrza 3. Odplyw spalin z cylindra odbywa sie przez sterowany zawór wylotowy 4.W cylindrze znajduje sie tlok 5 polaczony z me¬ chanizmem korbowym 6. Przerywane linie ozna¬ czaja polozenie górnej krawedzi tloka 7 i polo¬ zenie mechanizmu korbowego 8 w chwili zam¬ kniecia przelotni 9 doprowadzajacej do wnetrza cylindra dodatkowe powietrze, dostarczane przez niezalezna sprezarke tlokowa 10 — (punkt g na wykresie wedlug fig. 1). Dodatkowe powietrze ze sprezarki przeplywa przez kurek trójdrogowy 11 i moze byc skierowane do silnika poprzez chlod¬ nice 12 lub bezposrednio przez obejscie 13.Bezposrednio przy cylindrze 1 silnika znajduje sie zawór doladowawczy 14, sterowany mechaniz¬ mem krzywkowym 15; wal krzywkowy mechaniz¬ mu 15 jest napedzany przez wal korbowy, 6 silni¬ ka ze stosunkiem obrotów 1:1. Dzwignia 16 prze¬ kazuje impulsy mechanizmu krzywkowego 15 na grzybek 17 zaworu 14. Otwarcie tego zaworu po¬ winno nastepowac w chwili zakrycia szczelin wlotowych 2 przez tlok 5 — (punkt f na wykre¬ sie wg fig. 1). Punkt obrotu 18 dzwigni 16 jest osadzony na tloczku 19, znajdujacym sie w po¬ mocniczym cylinderku pneumatycznym 20. Prze¬ wód sterowniczy 21 i 22 z wbudowanym, trójdro- gowym kurkiem manipulacyjnym 23 dostarcza do cylinderka 20 sprezone powietrze, które wywoluje na tloczku 19 sile wystarczajaca do scisniecia sprezyny 24 i do ustawienia dzwigni 16 w polo¬ zeniu roboczym. Przez przekrecenie kurka mani¬ pulacyjnego 23 o 90° nastepuje odciecie doplywu sprezonego powietrza oraz odpowietrzenie przewo¬ du 22 i wnetrza cylindra 20.Wtedy pod wplywem sprezyny 24 tloczek 19 cofa sie do polozenia 25 (oznaczonego linia prze¬ rywana) i pociaga za soba dzwignie 16 do polo¬ zenia jalowego, uniemozliwiajacego otwieranie za¬ worów 14. Zawór bezpieczenstwa 26 ogranicza maksymalne cisnienie doladowania do poziomu bezpiecznego dla konstrukcji silnika; ograniczenie to jest konieczne przy bardzo niskich obrotach silnika.Wedlug niniejszego wynalazku powietrze wy¬ plywajace z zaworu bezpieczenstwa 2& skierowane jest przez przewód 27 do zbiornika powietrza la¬ dujacego 3. O ile silnik jest przy wyzszych obro¬ tach doladowany przez normalna turbosprezarke z turbina 30 i turbosprezarka 31 oraz chlodnica powietrza 32, to w polaczeniu tejze ze zbiornikiem 6 powietrza 3 znajduje sie klapa zwrotna lub obro¬ towa 33, która przepuszcza powietrze, dostarcza¬ ne przez turbosprezarke do zbiornika, ale zapo¬ biega odplywowi powietrza wdmuchiwanego, wy- 5 plywajacego z zaworu bezpieczenstwa 26. Przy normalnej pracy silnika glównego i czynnej spre¬ zarce tlokowej 10 cisnienie powietrza dodatkowe¬ go nie przekracza 5 ata, zawór bezpieczenstwa 26 jest zamkniety, czyli nie ma odplywu powie- io trza ze sprezarki do zbiornika powietrza 3, klapa zwrotna 33 jest otwarta.Przy bardzo niskich obrotach silnika glównego, szczególnie przy pracy silnika przy pomocy wyso¬ kopreznego powietrza rozruchowego, a pelnych 15 obrotach sprezarki 10, cisnienie przed zaworem wdmuchu 17 bedzie zbyt wysokie, wtedy zawór bezpieczenstwa 26 przepuszcza nadmiar sprezone¬ go powietrza do zbiornika 3 i silnik pracuje wów¬ czas przy wysokiej temperaturze powietrza ladu- 20 jacego, co przeciwdziala wyziebieniu cylindra 1 i zapewnia samozaplon przy przejsciu na paliwo, nawet przy niskich obrotach rzedu 1/20 obrotów nominalnych glównego silnika.Przy wrastajacych obrotach, ladunek wdmuchi- 25 wany spada w odwrotnym stosunku do obrotów i juz przy 1/10 obrotów nominalnych ilosc wdmu¬ chu wystarczy na doladowanie silnika, przy czym jednak turbosprezarka 31 bedzie jeszcze nieczyn¬ na i przeplukiwanie cylindra — niedostateczne. 30 By temu zapobiec turbosprezarka 31 posiada we¬ dlug niniejszego wynalazku, specjalne urzadzenie, czynne po uruchomieniu sprezarki tlokowej 10 lecz przed uruchomieniem silnika glównego. Przy odpowiednim nastawieniu kurków trój drogowych 35 28 i 11 powietrze sprezone w sprezarce tlokowej 10 przeplywa przez przewód 29 wprost do dyszy 37 i napedza wirnik turbiny 34 przyspieszajac go do mniej wiecej polowy obrotów nominalnych.Przed samym rozruchem silnika przy pomocy po- 40 wietrza wysokiego cisnienia nastawia sie kurki trójdrogowe 11 i 28 w ten sposób, ze powietrze ze sprezarki tlokowej 10 przeplywa do zaworu 14, a jego nadmiar przez zawór bezpieczenstwa 26 do zbiornika powietrza ladujacego 3. Przestawianie 45 kurków 11 i 28 moze byc oczywiscie zautomatyzo¬ wane.Na lopatki 35 wirnika 34 dzialaja normalnie gazy wylotowe silnika, skierowane przez kierow¬ nice 36. Pewna czesc obwodu kierownicy jak wy- 50 zej wspomniano, zajeta jest (fig. 5) przez dysze 37 ksztaltu Lavala, która wyrzuca, przed rozru¬ chem silnika, strumien goracego powietrza o pred¬ kosci ponaddzwiekowej na lopatki 35 turbiny 30 i przyspiesza turbosprezarke ^1 do mniej wiecej 55 polowy nominalnych obrotów. Powietrze to jest doprowadzone przewodem 29 (fig. 3). PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 60 1. Sposób rozruchu silnika do bezposredniego na¬ pedu lokomotywy spalinowej z wdmuchem goracego powietrza o cisnieniu Okolo 5 ata do¬ starczanego przez sprezarke z oddzielnym na¬ pedem o stalych obrotach wedlug patentu nr 65 54 754, znamienny tym, ze przy bardzo niskich54768 obrotach silnika, nadmiar powietrza wyplywa¬ jacego przez nastawny zawór bezpieczenstwa kieruje sie do zbiornika powietrza ladujacego celem przeplukania . cylindrów silnika.

2. Sposób rozruchu silnika wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze gorace powietrze kierowane jest do turbosprezarki, z predkoscia ponaddzwieko- wa i przyspiesza turbine do mniej wiecej po¬ lowy normalnych obrotów turbosprezarki.

3. Urzadzenie do wykonywania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zawór bezpieczen¬ stwa przez który odplywa nadmiar powietrza 10 8 wdmuchiwanego do cylindra silnika jest obu¬ dowany i polaczony z zbiornikiem powietrza ladujacego silnik, przy czym w polaczeniu tur¬ bosprezarki z zbiornikiem umieszczona jest klapa zwrotna, która niedopuszcza do odplywu powietrza poprzez turbosprezarke na zewnatrz. Urzadzenie do wykonania sposobu wedlug zastrz. 1 i 2, znamienne tym, ze do kierownicy turbiny turbosprezarki wbudowana jest dysza, która przed uruchomieniem glównego silnika, przy pracujacej sprezarce wdmuchu, skierowu¬ je powietrze na lopatki turbiny i rozrusza ja do prawie polowy obrotów nominalnych.KI. 46 a2, 63 54768 MKP F 02 b 26 Z7 PL