RU219102U1 - Комбинированная силовая установка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к автономным источникам электроэнергии, и может быть использована в качестве автономного источника переменного тока.

Задачей полезной модели является увеличение хранимой удельной энергии и коэффициента полезного действия комбинированной силовой установкой за счет введения синхронного генератора 5, шины электропитания по переменному току 6, электрического пневматического компрессора 7, турбодетандерного ожижителя воздуха 11, генератора турбодетандора 12, пневматического двигателя 18, криогенной емкости-термоса 13, в которой плотность хранимой энергии в 4 раза больше, чем в аналогичной с пневмоаккумулятором, работа двигателя внутреннего сгорания 1 происходит на номинальной мощности, при которой он обладает минимальным удельным расходом топлива, при этом аккумулируется тепло выхлопных газов двигателя и тепло вырабатываемое электрическим пневматическим компрессором 7, а электроэнергия, вырабатываемая генератором турбодетандера 12, используется для привода электрического пневматического компрессора 7, что увеличивает коэффициент полезного действия комбинированной силовой установки.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к автономным источникам электроэнергии, и может быть использована в качестве автономного источника переменного тока.

Известен автономный электроагрегат (патент РФ №203222, 2021 года), содержащий первую электромагнитную управляемую муфту, вторую электромагнитную управляемую муфту, трехфазный синхронный генератор, дизельный двигатель, пневматический двигатель, шину питания по переменному току, компрессорную установку, преобразователь переменного тока в постоянный, блок управления агрегатом, компрессор, емкость для сжатого воздуха, аккумуляторную батарею, выход блок управления агрегатом соединен с входом дизельного двигателя, выход которого соединен с входом трехфазного синхронного генератора, выход которого соединен с входом шины питания по переменному току, выход которой соединен с входом компрессорной установки, выход которой соединен с входом дизельного двигателя, выход трехфазного синхронного генератора соединен с входом преобразователя переменного тока в постоянный, выход которого соединен с входом аккумуляторной батареи, выход которой соединен с входом блока управления агрегатом, выход которого соединен с входом трехфазного синхронного генератора, выход которого соединен с входом блока управления агрегатом, выходы однотипных электромагнитных управляемых муфт соединены с входами трехфазного синхронного генератора, выход дизельного двигателя соединен с входом первой электромагнитной управляемой муфты, выход пневматического двигателя соединен с входом второй электромагнитной управляемой муфты, выход трехфазного синхронного генератора соединен с входом шины питания по переменному току, с входом компрессорной установки, с входом преобразователя переменного тока в постоянный и с входом блока управления агрегатом, выход шины питания по переменному току соединен с входом компрессора, выход которого соединен с емкостью для сжатого воздуха, выход которой соединен с входом блока управления агрегатом и с входом пневматического двигателя, выход компрессорной установки соединен с входом дизельного двигателя, выход блока управления агрегатом соединен с входом трехфазного синхронного генератора и входом компрессорной установки, с входом дизельного двигателя, с входом пневматического двигателя, с входом первой электромагнитной управляемой муфты, с входом второй электромагнитной управляемой муфты и с входом компрессора, выход преобразователя переменного тока в постоянный соединен с входом аккумуляторной батареи, выход которой соединен с входом блока управления агрегатом.

Недостатком известного электроагрегата является потеря энергии в компрессоре, которая возникает при сжатии и нагреве воздуха и дальнейшего его охлаждения при подаче в емкость для сжатого воздуха, что уменьшает коэффициент полезного действия автономного электроагрегата.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является комбинированная силовая установка, патент РФ №145689, 2014 года, содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, пневмоаккумулятор с теплообменник и регулируемым запорным клапаном, вал отбора мощности соединен через первый фрикцион с валом двигателя внутреннего сгорания, через второй фрикцион с мотор-компрессором, выходной трубопровод мотор-компрессора с регулируемым запорным клапаном и золотниковым клапаном, а входной трубопровод мотор-компрессора с атмосферным золотниковым клапаном и тепловым аккумулятором соединен через золотниковый клапан с теплообменником.

Недостатком известного электроагрегата является низкое значение удельной энергии, хранимой пневмоаккумулятором.

Задачей полезной модели является увеличение хранимой удельной энергии и коэффициента полезного действия комбинированной силовой установкой.

Сущность полезной модели заключается в том, что в комбинированную силовую установку, содержащую двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, теплообменник, регулируемый запорный клапан, вал отбора мощности соединенный через первый фрикцион с валом двигателя внутреннего сгорания и второй фрикцион, введены синхронный генератор, шина электропитания, пневматический двигатель, электрический пневматический компрессор, турбодетандерный ожижитель воздуха, генератор турбодетандора, криогенная емкость-термос, выход вала двигателя внутреннего сгорания соединен с входом первого фрикциона, выход первого фрикциона соединен с входом вала отбора мощности, выход вала отбора мощности соединен с входом синхронного генератора, выход синхронного генератора соединен с входом шины электропитания, выход шины электропитания соединен с входом электрического пневматического компрессора, выход пневматического компрессора соединен с входом выходного трубопровода, выход выходного трубопровода соединен с входом первого золотникового клапана, выход первого золотникового клапана соединен с входом теплообменника, выход теплообменника соединен с входом турбодетандерного ожижителя воздуха, выход турбодетандерного ожижителя воздуха соединен с входом генератора турбодетандера и с входом криогенной емкости-термоса, выход криогенной емкости-термоса соединен с входом регулируемого запорного клапана, выход регулируемого запорного клапана соединен с входом теплообменника, выход теплообменника соединен с входом второго золотникового клапана, выход второго золотникового клапана соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника, выход теплового аккумулятора-теплообменника соединен с входом входного трубопровода, выход входного трубопровода соединен с входом пневматического двигателя, выход вала пневматического двигателя соединен с входом второго фрикциона, выход второго фрикциона соединен с входом вала отбора мощности, двигатель внутреннего сгорания соединен соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника, выход генератора турбодетандера соединен с входом электрического пневматического компрессора.

В предлагаемой полезной модели, представленной на фиг. выход вала 2 двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с входом первого фрикциона 3, выход первого фрикциона 3 соединен с входом вала отбора мощности 4, выход вала отбора мощности 4 соединен с входом синхронного генератора 5, выход синхронного генератора 5 соединен с входом шины электропитания 6, выход шины электропитания 6 соединен с входом электрического пневматического компрессора 7, выход электрического пневматического компрессора 7 соединен с входом выходного трубопровода 8, выход выходного трубопровода 8 соединен с входом первого золотникового клапана 9, выход первого золотникового клапана 9 соединен с входом теплообменника 10, выход теплообменника 10 соединен с входом турбодетандерного ожижителя 11 воздуха, выход турбодетандерного ожижителя 11 воздуха соединен с входом генератора турбодетандера 12 и с входом криогенной емкости-термоса 13, выход криогенной емкости-термоса 13 соединен с входом регулируемого запорного клапана 14, выход регулируемого запорного клапана 14 соединен с входом теплообменника 10, выход теплообменника 10 соединен с входом второго золотникового клапана 15, выход второго золотникового клапана 15 соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника 16, выход теплового аккумулятора-теплообменника 16 соединен с входом входного трубопровода 17, выход входного трубопровода 17 соединен с входом пневматического двигателя 18, выход пневматического двигателя 18 соединен с входом второго фрикциона 19, выход второго фрикциона 19 соединен с входом вала отбора мощности 4, выход выпускного коллектора 20 двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника 16, выход генератора 12 турбодетандера соединен с входом электрического пневматического компрессора 7.

Двигатель внутреннего сгорания 1 передает кутящий момент через вал двигателя внутреннего сгорания 2 и замкнутый первый фрикцион 3 на вал отбора мощности 4, откуда крутящий момент передается на синхронный генератор 5. Второй фрикцион 20 разомкнут. Синхронный генератор 5 вырабатывает электрическую энергию, которая передается на шину электропитания 6 и далее потребителям электроэнергии. При потребляемой электрической мощности ниже номинальной мощности синхронного генератора 5 разница между номинальной и потребляемой электрической мощностью направляется на электрический пневматический компрессор 7. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания 1 и синхронный генератор 5 работают при номинальной мощности, которая является наиболее экономически целесообразной. Электрический пневматический компрессор 7 при своей работе сжимает и нагревает атмосферный воздух, который через выходной трубопровод 8 подается через первый золотниковый клапан 9 в теплообменник 10, который охлаждает воздух и накапливает в себе тепло. Предварительно охлажденный воздух из теплообменника 10 поступает в турбодетандерный ожижитель воздуха 11, в котором переходит в жидкую фазу и поступает в криогенную емкость-термос 13. При этом турбодетандерный ожижитель 11 воздуха приводит во вращение генератор 12 турбодетандера, который вырабатывает электроэнергию и направляет ее в электрический пневматический компрессор 7. Одновременно с процессом наполнения криогенной емкости-термоса 13, горячие выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания 1 через выпускной коллектор 20 подаются на тепловой аккумулятор-теплообменник 16, который накапливает тепло газов. При заполнении криогенной емкости-термоса 13 сжиженным воздухом, происходит отключение двигателя внутреннего сгорания 1 и размыкание первого фрикциона 3, при этом открывается регулируемый запорный клапан 14 и через него сжиженный воздух поступает в теплообменник 10, где переходит под воздействием тепла в газообразную форму и поступает через второй золотниковый клапан 15 в тепловой аккумулятор-теплообменник 16, температура которого за счет его нагрева горячими выхлопными газами выше чем в теплообменнике 10. При этом давление воздуха увеличивается и он поступает во входной трубопровод 17 и далее в пневматический двигатель 18, который под воздействием воздушного потока высокого давления приводится во вращение и передает через замкнутый второй фрикцион 19 вращающий момент на вал отбора мощности 40 откуда крутящий момент передается на синхронный генератор 5. При опустошении криогенной емкости-термоса 13, запускается двигатель внутреннего сгорания 1, и крутящий момент передается через вал двигателя внутреннего сгорания 2 и замкнутый первый фрикцион 3 на вал отбора мощности 4, откуда крутящий момент передается на синхронный генератор 5. Второй фрикцион 19 размыкается, регулируемый запорный клапан 14 закрывается. Повторяется цикл наполнения криогенной емкости-термоса 13. За счет аккумулирования энергии воздуха в жидком виде в криогенной емкости-термосе, плотность хранимой энергии комбинированной силовой установкой в 4 раза больше, чем в аналогичной с пневмоаккумулятором. Увеличение коэффициент полезного действия достигается за счет работы двигателя внутреннего сгорания на номинальной мощности, при которой он обладает минимальным удельным расходом топлива, аккумулирования тепла выхлопных газов двигателя и тепла, вырабатываемого электрическим пневматическим компрессором, а также использования электроэнергии, вырабатываемой генератором турбодетандера, для привода электрического пневматического компрессора.

Claims (1)

1. Комбинированная силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, теплообменник, регулируемый запорный клапан, вал отбора мощности, соединенный через первый фрикцион с валом двигателя внутреннего сгорания, второй фрикцион, отличающийся тем, что введены синхронный генератор, шина электропитания по переменному току, пневматический двигатель, электрический пневматический компрессор, турбодетандерный ожижитель воздуха, генератор турбодетандора, криогенная емкость-термос, выход вала двигателя внутреннего сгорания соединен с входом первого фрикциона, выход первого фрикциона соединен с входом вала отбора мощности, выход вала отбора мощности соединен с входом синхронного генератора, выход синхронного генератора соединен с входом шины электропитания, выход шины электропитания соединен с входом электрического пневматического компрессора, выход пневматического компрессора соединен с входом выходного трубопровода, выход выходного трубопровода соединен с входом первого золотникового клапана, выход первого золотникового клапана соединен с входом теплообменника, выход теплообменника соединен с входом турбодетандерного ожижителя воздуха, выход турбодетандерного ожижителя воздуха соединен с входом генератора турбодетандера и с входом криогенной емкости-термоса, выход криогенной емкости-термоса соединен с входом регулируемого запорного клапана, выход регулируемого запорного клапана соединен с входом теплообменника, выход теплообменника соединен с входом второго золотникового клапана, выход второго золотникового клапана соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника, выход теплового аккумулятора-теплообменника соединен с входом входного трубопровода, выход входного трубопровода соединен с входом пневматического двигателя, выход вала пневматического двигателя соединен с входом второго фрикциона, выход второго фрикциона соединен с входом вала отбора мощности, двигатель внутреннего сгорания соединен с входом теплового аккумулятора-теплообменника, выход генератора турбодетандера соединен с входом электрического пневматического компрессора.

Images