RU1835460C - Силова установка - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : Силова  установка содержит поршневой двигатель 1, компрессор 2 первой ступени наддува, теплообменник 3, установленный в выпускном тракте поршневого двигател , утилизационный свободнопоршневой компрессор 4, включающий в себ  рабочую 5, воздушные б и буферные 7 полости, охладитель 8 надk СО со ел 4 о о

Description

. . Воздух

х х ОГ

. Пар, конденсат Фиг.1

дувочного воздуха, конденсатор 9 и питающий насос 10, Выпускной коллектор двигател  1 соединен с входом турбинной части компрессора 2, выход которой подключен к входному патрубку газовой стороны теплообменника 3, Выходной патрубок насоса 10 соединен с входом паровой стороны теплообменника 3, выход которого подключен к выпускным органам рабочей полости 5 свободно-поршневого компрессора 4, Выходные органы рабочей полости 5 соединены

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к двигателестроению.

Цель изобретени  - снижение расхода .топлива силовой установки путем снижени  механических потерь за счет оптимального использовани  тепловой и кинетической энергии отработавших газов за счет применени  утилизационного цикла с фазовым переходом рабочего агента,Выполнение паровой расширительной машины и компрессора второй ступени наддува заодно в виде свободнопоршневого компрессора с паровым приводом позвол ет получить пологую характеристику КПД, мало измен ющуюс  от нагрузки и скоростного режима, и хорошее согласование расходных характеристик свободнопоршневого компрессора и двигател  во всем диапазоне режимов работы последнего, что в свою очередь позвол ет повысить топливную экономичность,

На фиг. I представлена схема силовой установки; на фиг.2 - вариант схемы в случае использовани  поршневого двигател  с испарительной системой охлаждени  наддувочного воздуха типа жидкость-воздух.

Силова  установка состоит из поршневого двигател  1, компрессора 2 первой сту- пени наддува, теплообменника 3, установленного в выпускном тракте поршневого двигател  1, утилизационного сво- боднопоршнев9го компрессора 4, включающего в себ  рабочую 5, воздушные 6 и буферные 7 полости, охладител  наддувочного воздуха 8, конденсатора 9 и питающего насоса, Выпускной коллектор поршневого двигател  1 соединен с входом турбинной части компрессора 2, выход которого подключен к входному патрубку газовой стороны теплообменника 3, Выходной патрубок насоса 10 соединен с входом паровой стороны теплообменника 3, выход которого подключен к впускным органам рабочей полости 5 УСПК 4. Выходные органы рабочей полости 5 УСПК 4 соединечерез конденсатор 9 с впускным патрубком насоса 10. Выпускной патрубок компрессора 2 через клапаны соединен с воздушными полост ми 6, выходы которых подключены через охладитель наддувочного воздуха 8 к впускному коллектору двигател  1. При работе силовой установки улучшаетс  топливна  экономичность, повышаетс  запас крут щего момента, упрощаетс  кинематическа  схема и снижаютс  механические потери . 2 ил.

ны через конденсатор 9 с впускным патрубком насоса 10. Выпускной патрубок компрессорной части компрессора 2 через клапаны соединен с воздушными полост ми 6 УСПК 4, выходы которых подключены через охладитель наддувочного воздуха 8 к впускному коллектору поршневого двигател  1...«.

В случае применени  поршневого двигател  1 с испарительной системой охлаждени  и водовоздушного охладител  наддувочного воздуха 8 (фиг.2), питающий насос 10 подключен к входу вод ной стороны охладител  воздуха 8, выход которой соединен через испарительную систему охлаждени  поршневого дв Игател  1 с входом паровой стороны теплообменника 3.

Силова  установка работает следующим образом.

Химическа  энерги  топлива, введенного в цилинДры поршневого Двигател  1, вследствие процесса сгорани  частично преобразуетс  в механическую энергию, передаваемую на вал отбора мощности силовой установки, частично передаетс  через детали двигател  в систему охлаждени , частично отводитс  отработавшими газами (ОГ). ОГ из цилиндров поршневого двигател  поступают в турбинную часть турбокомпрессора 2 системы наддува, где часть энергии преобразуетс  в механическую используемую дл  привода лопаточного компрессора , затем ОГ из выпускного патрубка турбины турбокомпрессора попадают в теплоббменник 3, установленный в выпускном тракте поршневого двигател , где ОГ передают рабочему телу системы утилизации. Рабочее тело в жидком состо нии насосом 10 из конденсатора 9 подаетс  в теплообменник 3, где подогреваетс  до температуры кипени , испар етс  и подогреваетс . После теплообменника 3 перегретый пар рабочего тела системы утилизации поступает во внутреннюю полость 5 УСПК 4, где

передает свою энергию воздушному зар ду

в полост х 6. поступившему из компрессорной части турбокомпрессора 2. В случае использовани  поршневого двигател  1 с испарительной системой охлаждени  и охладител  наддувочного воздуха 8 типа жидкость-воздух используетс  теплота сжатого в системе наддува воздуха и теплота, отведенна  в систему охлаждени . При этом воз- можно использование рабочего тела системы утилизации в качестве охлаждающей жидкости поршневого двигател  1. При такой совмещенной схеме систем утилизации и охлаждени  рабоча  жидкость из кон- денсатора 9 насосом 10 подаетс  в охладитель наддувочного воздуха 8 затем в систему охлаждени  поршневого двигател  1, где подогреваетс  и испар етс , а затем в теплообменник 3, где влажный пар рабочей жидкости перегреваетс .

Свободно-поршневой компрессор А работает по двухтактному циклу. При положении поршней во внутренней мертвой точке открываетс  впускной канал распределительного устройства рабочего тела системы утилизации, п ри этом происходит наполнение рабочим телом внутренней рабочей полости 5, повышение давлени  в этом объеме, под воздействием которого происходит движение синхронизированных поршней к наружной мертвой точке. Во врем  движени  от в.м.т. к н.м.т. происходит расширение рабочего тела утилизационного контура во внутренней полости, заполнение нагнетательных воздушных полостей 6 через открытые впускные клапаны из магистрали, соединенной с выходом турбокомпрессора 2, сжатие воздушного зар да во внешних буферных полост х 7. При достижении поршн ми наружной мертвой точки происходит открытие выпускного канала внутренней рабочей полости 5. Под действием давлени  сжатого воздушного зар да в буферных полост х 7 поршни двигаютс  к внутренней мертвой точке, при этом происходит1 выпуск рабочего тела из внутренней полости 5, выталкивание зар да через открытый выпускной клапан из воздушных полостей 6 в охладитель наддувочного воздуха 8, а затем во впускной коллектор поршневого двигател  1.

После достижени  поршн ми внешней мертвой точки происходит закрытие выпускного канала внутренней полости 5 сво- боднопорошневого компрессора 4 и открытие впускного канала. Цикл повтор етс ..

Благодар  тому, что втора  ступень наддува - свободнопоршневой компрессор, ис- пользующий теплоту ОГ, не имеет

механической св зи с поршневым двигателем , упрощаетс  кинематическа  схема силовой установки и, следовательно технологи  изготовлени , снижаютс  механи- ческие потери и материалоемкость силовой установки. Кроме того, более полно используетс  энерги  сгоревшего топлива без увеличени  сопротивлени  выпускного тракта, т.е. без ухудшени  про- текани  рабочего процесса поршневого двигател . Система наддува, состо ща  из турбокомпрессора и свободнопоршневого компрессора, автоматически подстраиваетс  к режиму работы поршневой части за счет

свойства свободнопоршневых машин мен ть длину хода поршн  от подведенной к рабочей полости энергии, При работе поршневого двигател  на номинальном режиме

свободнопоршневой компрессор не полностью использует рабочий ход поршней. При переходе на режим максимального крут щего момента увеличиваетс  температура ОГ, повышаютс  параметры рабочего тела перед впускными органами рабочей полости свободнопоршневого компрессора, вследствие чего происходит увеличение хода поршней, повышение объема и давлени  воздуха в воздушных полост х свободнопоршневого компрессора, повышение дэвлени  наддува, улучшаетс  протекание рабочего процесса поршневого двигател  на режиме максимального крут щего момента , происходит корректировка характеристики поршневого двигател  в сторону

увеличени  запаса крут щего момента и снижени  расхода топлива на этом режиме, В результате использовани  предлагаемой силовой установки улучшаетс  топливна  экономичность, повышаетс  запас

крут щего момента, упрощаетс  кинематическа  схема и снижаютс  механические потери силовой установки.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Силова  установка, содержаща  поршневой двигатель, компрессор наддува, па- регенератор, установленный в выпускном тракте двигател , вторую ступень наддува компрессором и расширителем в виде парового двигател , включенного в контур

   циркул ции рабочего тела через парогенератор , паровой двигатель, конденсатор, питательный насос и охладитель наддувочного воздуха, установленный между компрессором второй ступени наддува и впускным

   трубопроводом двигател , отличающа с  тем, что парова  расширительна  машина и компрессор эторой ступени наддува выполнены заодно в виде свободнопоршневого компрессора с паровым приводом.

   Воздух

   X ОГ

   /7(7/7, конденсат

   ю

   Фиг,. I