RU27647U1 - Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания, содержащий входной и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, отличающийся тем, что привод содержит ресивер с предохранительным клапаном, подающий трубопровод, управляемые электроклапан и муфту, блок управления, входящий в систему управления, причем дополнительная турбина соединена через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, а вход в дополнительную турбину соединен подающим турбопроводом через управляемый электроклапан с ресивером, который в свою очередь нагнетательным трупроводом через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, при этом управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером машиниста.

Description

ПВ.иШШ JI««HI I«:M-I .....-.-;-; -7

(l- y-- VV; : . .-.--:.. МШСР 02 D 23/00 F 02 В 39/00

ПРИВОД ТУРБОКОМПРЕССОРА ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВПУТРЕПППЕГО СГОРАПИЯ

Изобретение относится к улучшению характеристик турбокомпрессоров наддува двигателей внутреннего сгорания, в частности, маневровых тепловозов, и может найти применение в стационарных и мобильных дизельных энергетических установках, для улз шения эксплуатационных характеристик.

Известен сцособ работы двигателя , например тепловозного, путём всасывания воздуха из промежуточной ёмкости , сообщённой с атмосферой и с нагнетателем внешнего сжатия , подачи этого воздуха в цилиндры при помоши турбокомпрессора, при котором, на переходных режимах с постоянной подачей топлива, ёмкость сообщается с атмосферой и нагнетателем , а при увеличении подачи ёмкость сообщают с нагнетателем и разобщают с атмосферой /1/.

Недостатком того способа является то , что в нём применяется промежуточная ёмкость и нагнетатель , непроизводительно затрачивающие значительную часть энергии и отсутствие подачи дополнительного воздуха на установившихся режимах и режиме максимальной нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания, содержащий зубчатую передачу, подключенную к валу двигателя и к валу компрессора, гидромуфту регулирования

передаточного отношения привода, размещённзто в цепи зубчатой передачи между зубчат1 ми колёсами, установленными на валах двигателя и компрессора , и дополнительнзто зубчатую передачу, присоединённую к валу тзфбины и к валу компрессора, с целью улучшения динамических характеристик и повышения надёжности работы путём разделения потока мощности от вала двигателя к валу компрессора, привод снабжён дополнительной гидромуфтой размещённой в цепи зубчатой передачи параллельно гидромуфте регулирования передаточного отношения привода, а муфта свободного хода подключена через дополнительную зубчатую передачу к валу турбины 121.

Недостатком данного привода является то , что на приведение в движение турбокомпрессора затрачивается большое количество энергии, значительная часть которой теряется в механическом редукторе и гидромуфтах.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Целью изобретения является улучшение характеристик турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания за счёт изменения режимов рабс.ът дополнительной турбины.

Поставленная цель достигается тем, что на основном турбокомпрессоре „установлена дополнительная турбина, которая соединена с валом турбокомпрессора через управляемую муфту. Для основного турбокомпрессора имеющего газовую связь с дизелем имеет место баланс мощности турбокомпрессора:

N,N,

Мощность компрессора центробежного типа

N, - ,

где GJ - расход воздуха , кг/сек;

L - работа сжатия 1 кг. воздуха в компрессоре, кГм/кг;

п, - к.п.д. компрессора. Мощность турбины для Импульсного потока газа

fr

L,n,-di

я.

где L - располагаемая работа расширения 1 кг газа.

-

где Ср -располагаемая скорость газа.

Вход дополнителвдой турбины соединён с дополнительно установленным ресивером через управляемый клапан, а ресивер соединён с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров через обратный клапан. Ресивер снабжён штуцером с возможностьюзарядки от постороннего источника и

предохранительным клапаном, выведенным из машинного помещения наружу и манометром для контроля давления, установленного на щитке приборов в кабине. Трубопровод от двигателя к ресиверу снабжён обратным клапаном, предотвращающим проход газов обратно в цилиндры . Турбина сопловой аппарат аналогичный штатному турбокомпрессору с осевой подачей рабочих газов. Привод Т5фбокомпрессора В1;.лючает в себя также блок зт1равления, который связан с электроклапаном, подающим газы к турбине , с контроллером п,

машиниста , с управляемой муфтой , которая отключает турбину от турбокомпрессора при достижении последним номинальных оборотов необходимых для данного положения рукоятки контроллера машиниста и режима работы двигателя. Отбор выхлопных газов из

цилиндров производится через индикаторные каналы имеюш;иеся в

I цилиндровых крышках двигателя. Газы отработавшие в

дополнительной приводной турбине выбрасываются через патрубок в основной глушитель.

При запуске тепловоза блок управления включает муфту и электроклапан , обеспечивая тем самым раскрутку ротора турбокомпрессора перед запуском двигателя , и на начало запуска турбокомпрессор уже имеет начальную скорость и подачу воздуха , необходимую для обеспечения нормальной вспышки и горения первой порции тоттлива подаваемого форсунками в цилиндры двигателя.

Ресивер на момент запуска должен иметь запас газов под некоторым давлением, необходимым для приведения в движение дополнительной турбины. Это обеспечивается подзарядкой от постороннего источника, если от предыдущей работы двигателя оставшегося давления недостаточно.

При смене режимов работы , перемеш;ении рукоятки контроллера машиниста - увеличении нагрузки и , соответственно, увеличения оборощщ коленчатого вала двигателя, блок управления получает сигнал на подачу газов к дополнительной турбине , срабатывает электроклапан и газы из ресивера начинают поступать и раскручиватьвал турбины . По достижении турбиной

определённых оборотов , включается управляемая муфта и дополнительная турбина начинает раскручиватьротор

турбокомпрессора до необходимых оборотов. По достижении валом турбокомпрессора определённых оборотов, муфта отключается и закрывается электро апан , прекращая тем самым подачу газов к дополнительной турбине . При установке рукоятки контроллера мап1иниста в крайнее положение и максимальной нагрузке питание с управляемой муфты и электроклапана не снимается , а продолжается подкрутка ротора турбокомпрессора для наиболее полного обеспечения двигателя потребным количеством наддувочного воздуха и получения максимальной мощности .При сбросе нагрузки с элктроклапана и муфты снимается питание.

Такая конструкция привода турбокомпрессора двигателя внутреннего сгоранщ позволяет достичь цели изобретения , а именно, улучщить характеристики турбокомпрессора наддува и исключить потери мощности в механическом редукторе и гидромуфтах .

Сопоставительный анализ предложенного технического рещения с прототипом и аналогами показал , что предложенное решение отличается наличием новых элементов, а именно, дополнительной турбины, ресивера ,управляемой муфты , блока управления , трубопроводов отбора выхлопных газов из цилиндров двигателя и управляемых кля яанов , посредством которых производится дросселирование газов на входе в дополнительную турбину . Это доказывает соответствие предложенного привода критериям «новизна и «изобретательский уровень.

Сущность предмета изобретения поясняется чертежом, где : на фиг. 1 приведен привод турбокомпрессора тепловозного двигателя

внутреннего сгорания со схемой наддува.

2С0Л

/ П/Л /У/Х/

Привод содержит дополнительную турбину 1, установленную соосно и соединённз о с ротором турбокомпрессора 2 посредством управляемой муфты 3, управляемой блоком управления 4, соединённого также с контроллером машиниста 5, ресивер выхлопных газов 6 , управляемый электроклапан 7, соединённый с турбиной посредством подающего трубопровода 8, нагнетательный трубопровод 9, предохранительный клапан 10, размещённый вне машинного помещения, манометр 11, впускной 12 и выхлопной 13 коллекторы дизеля 14 . Ресивер выхлопных газов 6 размещается в доступном для контроля месте , снабжается штуцером и клапаном для заправки от постороннего источника (условно не показаны). Манометр 11 размещается на щитке приборов в кабине управления для контроля за давлением газов в ресивере. Ух равляемый электроклапан 7 представляет собой электропневматический вентиль с большим проходным сечением пневматической части.

Привод турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания от дополнительной турбины работает следующим образом.

При запуске дизеля 14 блок управления 4 открывает клапан 7 и газы по трубопроводу 8 поступают из ресивера 6 в турбину 1. Ресивер 6 предварительно должен быть заправлен , что контролируется по манометру 11. Одновременно с открытием электроклапана 7 включается управляемая муфта 3 и начинает раскручивать ротор турбокомпрессора 2.

На момент начала запуска дизеля 14 турбокомпрессор 2 уже имеет определённую скорость вращения и подачу необходимого количества наддувочного воздуха для обеспечения нормальной вспышки в цилиндрах . При достижении дизелем 14 нормальных

оборотов холостого хода и соответствующей им частоты вращения ротора турбокомпрессора 2 муфта 3 отключается блоком управления 4 , а также закрывается электроклапан 7 , тем самым отключая турбину 1 . Далее дизель и турбокомпрессор работают самостоятельно.

При наборе позиций контроллером машиниста 5 , в связи с увеличением нагрузки блок управления 4 включает электроьслапан 7, муфту 3 и турбина 1 начинает раскручиватьротор

турбокомпрессора 2 до номинальных для данного режима (данной позиции контроллера ) оборотов . Это позволяет устранить запаздывание турбокомпрессора 2 ввиду большой инертности ротора и обеспечить потребным количеством воздуха цилиндры дизеля 14 в период перехода с режима на режим (по возрастаюп ей) и до установления соответствующих оборотов турбокомпрессора Ъ данным оборотам коленчатого вала двигателя. Затем блок управления 4 отключает электроклапан 7 и муфту 3,

При работе дизеля 14 на максимальной нагрузке (при «8 позиции контроллера ) турбина 1 также получает питание из ресивера 6 через клапан 7 по трубопроводу 8 и поддерживает обороты турбокомпрессора 2 на соответствз ющем данному режиму уровне. О необходимости включения и отключения турбины 1 блок управления 4 определяет сопоставляя положение рукоятки контроллера машиниста и .. данные датчиков числа оборотов коленчатого вала дизеля 14 и турбокомпрессора 2, а также по показаниям дымомера установленного в выхлопном коллекторе 13 (дымомер и датчики числа оборотов условно не показаны).

На любом из описанных выше режимов ресивер 6 получает подпитку по нагнетательному трубопроводу 9 от цилиндров дизеля 14 ввиду постоянного расхода газов на вращение турбины 1.

Так при эксплуатации системы наддува двигателя внутреннего сгоранияс приводом турбокомпрессора от

дополнительной (приводной) турбиныдостигается давление

наддува Рк 1,42кгс/см при температуре наддувочного воздуха

после воздухоохладителя Т ЗЗЗК и температуре газов перед турбиной Тт 873 К, степень повышения давления в турбокомпрессоре 1,9 при частоте враш;ения 19000 об/мин, на номинальном режиме.

Таким образом применение дополнительной турбины по предложенной схеме позволит снизить отставание по времени в

достижении турбокомпрессором номинальных оборотов , необходимых для данной частоты враш;ения коленчатого вала дизеля до 2-5 сек. в отличии от 10-20 сек. у турбокомпрессоров без дополнительной турбины. И как следствие снизятся эксплуатационные расходы на топливо и дизельное масло, а также время на текуш;ий ремонт турбокомпрессоров . Происходит также снижение выброса вредных соединений с выхлопными газами ввиду более полного сгорания топлива. Проректор по зектор по /f,.J ----.f -:. X научной научной .М. Тарасов п / ;;Ж - о о |5г rtv:/ ;.П§°1

Claims (1)

1. Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания, содержащий входной и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, отличающийся тем, что привод содержит ресивер с предохранительным клапаном, подающий трубопровод, управляемые электроклапан и муфту, блок управления, входящий в систему управления, причем дополнительная турбина соединена через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, а вход в дополнительную турбину соединен подающим турбопроводом через управляемый электроклапан с ресивером, который в свою очередь нагнетательным трупроводом через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, при этом управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером машиниста.