RU149865U1

RU149865U1 - COMBINED POWER PLANT

Info

Publication number: RU149865U1
Application number: RU2014119207/06U
Authority: RU
Inventors: Валерий Валентинович Руднев; Марина Леонидовна Хасанова; Людмила Николаевна Аксенова
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-01-20

Abstract

Комбинированная силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор пневматический двигатель, баллон с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, отличающаяся тем, что она снабжена тепловой трубой, связанной с одной стороны с баллоном, а с другой стороны - со вторым компрессором с золотниковым клапаном через теплообменник, соединенным через фрикцион с пневматическим двигателем, причем первый компрессор с приводом от двигателя внутреннего сгорания связан трубопроводом через теплообменник с тепловой трубой.A combined power plant containing an internal combustion engine and a pneumatic engine connected to it through an exhaust manifold and a heat accumulator, a cylinder with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, characterized in that it is equipped with a heat pipe connected on one side to the cylinder, and on the other hand with a second compressor with a spool valve through a heat exchanger connected via a friction clutch to a pneumatic motor, the first compressor driven by an internal combustion engine It is piped through a heat exchanger with a heat pipe.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности силовой установки.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to obtain additional effective power of the power plant.

Известна комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов, (см. патент RU на ПМ №70690, м. кл. F01K 7/00, опубл. 2008 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор пневматический двигатель с внешним подводом теплоты, работающий по двухтактному циклу, и содержащий цилиндр с впускными и выпускными окнами, компрессор, вал которого через первый фрикцион соединен с валом двигателя внутреннего сгорания, и через второй фрикцион соединен с валом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты, с которого снимается мощность силовой установки. Для нагнетания сжатого воздуха в баллон используется компрессор с теплообменником, в зависимости от потребности через регулировочный кран и теплообменник сжатый воздух подается в цилиндр пневматического двигателя, где, соединяясь с горячими газами, совершает работу. Для дожигания топлива и аккумулирования теплоты отработавших газов между выпускным трубопроводом ДВС и впускным трубопроводом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты установлен каталитический нейтрализатор с аккумулятором теплоты.Known combined power plant with separated gas flows (see RU patent on PM No. 70690, class C. F01K 7/00, publ. 2008), containing an internal combustion engine and connected to it through an exhaust manifold and a pneumatic heat accumulator an external heat supply engine operating in a two-stroke cycle and comprising a cylinder with inlet and outlet windows, a compressor whose shaft is connected through the first friction to the shaft of the internal combustion engine and through the second friction is connected to the shaft of the air motor with external heat supply, from which the power of the power plant is removed. To inject compressed air into the cylinder, a compressor with a heat exchanger is used, depending on the need, compressed air is supplied to the cylinder of the pneumatic engine through the control valve and heat exchanger, where, when connected to hot gases, it does the job. For afterburning fuel and accumulating heat of exhaust gases, a catalytic converter with a heat accumulator is installed between the internal combustion engine exhaust pipe and the pneumatic engine inlet pipe with external heat supply.

Недостатком этой комбинированной установки являются потери теплоты, образуемой при сжатии воздуха и неэкономичная работа двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах.The disadvantage of this combined installation is the loss of heat generated by air compression and uneconomical operation of the internal combustion engine in transient conditions.

Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.This engine design is the closest to the proposed technical essence and is taken as a prototype.

Задачей предложения является повышение эффективности аккумулирования и использования теплоты и сжатого воздуха в комбинированной силовой установке и повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания.The objective of the proposal is to increase the efficiency of accumulation and use of heat and compressed air in a combined power plant and increase the efficiency of the internal combustion engine.

Решение поставленной задачи достигается тем, что комбинированная силовая установка, содержит двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор, пневматический двигатель, баллон с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, при этом она снабжена тепловой трубой, связанной с одной стороны - с баллоном, а с другой стороны - со вторым компрессором с золотниковым клапаном через теплообменник соединенным через фрикцион с пневматическим двигателем, причем первый компрессор с приводом от двигателя внутреннего сгорания связан трубопроводом через теплообменник с тепловой трубой.The solution to this problem is achieved by the fact that the combined power plant contains an internal combustion engine and connected to it through an exhaust manifold and a heat accumulator, a pneumatic engine, a cylinder with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, while it is equipped with a heat pipe connected on one side - with a cylinder, and on the other hand, with a second compressor with a slide valve through a heat exchanger connected via a friction clutch to a pneumatic engine, the first compressor driven by Internal combustion engine through the heat exchanger duct is connected to the heat pipe.

Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.An analysis of the proposed solution and the known ones allows us to conclude that it meets the patentability conditions of the utility model.

Предложение поясняется чертежом (фиг. 1 - изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки с разделенными потоками газов - вид сбоку, фиг. 2 - вид сверху, в разрезе).The proposal is illustrated in the drawing (Fig. 1 - shows the basic structure of a combined power plant with separated gas flows - side view, Fig. 2 - top view, in section).

Предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов содержит: двигатель внутреннего сгорания 1, вал которого соединен с первым компрессором 2, пневматический двигатель 3 вал которого через фрикцион 4 соединен со вторым компрессором 5. Выпускной трубопровод 6 двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с каталитическим нейтрализатором 7, который выполнен в одном корпусе с тепловым аккумулятором 8 и соединен через трубопровод 9 с пневматическим двигателем 3. В верхней части цилиндра 10 выполнена нагревательная рубашка 11 и размещен клапан 12 для подачи сжатого воздуха. Первый компрессор 2 соединен трубопроводом 13 через теплообменник 14 и тепловую трубу 15 с баллонном 16, а второй компрессор 5 соединяется с трубопроводом 13 через золотниковый клапан 17. Воздух из баллона 16 через тепловую трубу 15, регулировочный кран 18 и теплообменник 14 подается к клапану 12.The proposed combined power plant with separated gas flows contains: an internal combustion engine 1, the shaft of which is connected to the first compressor 2, a pneumatic engine 3 whose shaft is connected through the friction clutch 4 to the second compressor 5. The exhaust pipe 6 of the internal combustion engine 1 is connected to the catalytic converter 7, which is made in one housing with a heat accumulator 8 and connected through a pipe 9 to a pneumatic engine 3. A heating jacket is made in the upper part of the cylinder 10 11 and a valve 12 for supplying compressed air is disposed. The first compressor 2 is connected by a pipe 13 through a heat exchanger 14 and a heat pipe 15 to a cylinder 16, and the second compressor 5 is connected to a pipe 13 through a spool valve 17. Air from a cylinder 16 through a heat pipe 15, an adjustment valve 18 and a heat exchanger 14 is supplied to the valve 12.

Предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов работает на трех режимах, причем двигатель внутреннего сгорания 1 на всех режимах непрерывно работает на установившемся экономичном режиме, передавая мощность первому компрессору 2, который нагнетает воздух по трубопроводу 13, через теплообменник 14 и тепловую тубу 15 для аккумулирования в баллон 16.The proposed combined power plant with separated gas flows operates in three modes, and the internal combustion engine 1 in all modes continuously runs in a steady economic mode, transmitting power to the first compressor 2, which pumps air through a pipe 13, through a heat exchanger 14 and a heat pipe 15 for storage into cylinder 16.

Первый режим - экономичный, нагрузка до 30%:The first mode is economical, load up to 30%:

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания 1 поступают в каталитический нейтрализатор 7, при прохождении через который их температура повышается, затем они поступают в тепловой аккумулятор 8, где при высокой температуре отработавших газов часть теплоты отдается рабочему телу теплового аккумулятора 9, а при низкой температуре от рабочего тела отдает теплоту газам.The exhaust gases of the internal combustion engine 1 enter the catalytic converter 7, when passing through which their temperature rises, then they enter the heat accumulator 8, where at high temperature of the exhaust gases part of the heat is given to the working fluid of the heat accumulator 9, and at low temperature from the working fluid gives heat to gases.

После теплового аккумулятора 8 горячие газы в зависимости от режима работы пневматического двигателя 3 распределяются между нагревательной рубашкой 17 и цилиндром 10, нагревая последний. Управление подачей сжатого воздуха в цилиндр 10 пневматического двигателя от баллона 16 производится через тепловую трубу 15, где происходит частичный нагрев воздуха горячим воздухом из теплообменника 14, далее через регулировочный кран 18, теплообменник 14 и клапан 12.After the heat accumulator 8, hot gases, depending on the operating mode of the pneumatic engine 3, are distributed between the heating jacket 17 and the cylinder 10, heating the latter. The supply of compressed air to the cylinder 10 of the pneumatic engine from the cylinder 16 is controlled through the heat pipe 15, where the air is partially heated with hot air from the heat exchanger 14, then through the control valve 18, the heat exchanger 14 and valve 12.

Второй режим - максимальной мощности:The second mode - maximum power:

Пневматический двигатель 3 вырабатывает максимальную мощность только на нагрузку, фрикцион 4 выключен и передачи крутящего момента на второй компрессор 5 нет.Air motor 3 produces maximum power only for the load, clutch 4 is turned off and there is no transmission of torque to the second compressor 5.

Третий режим - рекуперации:The third mode - recovery:

При рекуперации крутящий момент передается от нагрузки пневматическому двигателю 3, который через фрикцион 4 соединен с компрессором 5. Компрессор 5 нагнетает воздух через золотниковый клапан 17, предотвращающий обратный ход воздуха в компрессор в трубопровод 13 через теплообменник 14 и тепловую тубу 15 для аккумулирования в баллон 16.During recovery, the torque is transmitted from the load to the pneumatic engine 3, which is connected to the compressor 5 through the friction clutch 4. The compressor 5 pumps air through the spool valve 17, which prevents air from returning to the compressor into the pipe 13 through the heat exchanger 14 and the heat pipe 15 for storage in the cylinder 16 .

Для повышения эффективности использования энергии сжимаемого воздуха в первом 2 и втором 5 компрессорах теплота, выделяемая при его сжатии, отбирается в теплообменнике 14 и перераспределяется в тепловой трубе 15, холодный воздух после которой направляется в баллон 16, а горячий поступает на регулировочный кран 18, через теплообменник 14 в клапан 12 для подачи в цилиндр 10 пневматического двигателя 3, который работает по двухтактному циклу.To increase the efficiency of using the energy of compressed air in the first 2 and second 5 compressors, the heat released during its compression is taken out in the heat exchanger 14 and redistributed in the heat pipe 15, cold air after which is sent to the cylinder 16, and hot air enters the control valve 18, through a heat exchanger 14 into the valve 12 for feeding into the cylinder 10 of the pneumatic engine 3, which operates on a push-pull cycle.

По сравнению с прототипом предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов имеет значительно больший КПД, так как возможно более эффективное использование энергии сжимаемого в компрессоре воздуха и повышение мощности пневматического двигателя за счет дополнительного подогрева впускаемого сжатого воздуха в тепловой трубе и повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания за счет его работы на экономичных установившихся режимах.Compared with the prototype, the proposed combined power plant with separated gas flows has a much higher efficiency, since it is possible to more efficiently use the energy of the air compressed in the compressor and increase the power of the pneumatic engine due to the additional heating of the compressed air inlet in the heat pipe and increase the efficiency of the internal combustion engine for account of his work on economical steady-state modes.

Claims

A combined power plant containing an internal combustion engine and a pneumatic engine connected to it through an exhaust manifold and a heat accumulator, a cylinder with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, characterized in that it is equipped with a heat pipe connected on one side to the cylinder, and on the other hand with a second compressor with a spool valve through a heat exchanger connected via a friction clutch to a pneumatic engine, the first compressor driven by an internal combustion engine It is piped through a heat exchanger with a heat pipe.