RU38026U1 - Силовая установка с тепловым комбинированным двигателем - Google Patents

Description

Z О о 3 157 9 56

MnK:F02B41/00,F01K23/10, 23/14

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ТЕПЛОВЫМ КОМБИНИРОВАННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к области тепловых комбинированных двигателей, работающих по смешанному термодинамическому циклу.

Известна силовая установка с комбинированным двигателем (см., например, книгу Двигатели внутреннего сгорания под редакцией ОрлинаА.С., Круглова М.Г. , Машиностроение, Москва, 1990г., с. 28), содержащая газовую турбину и компрессор, которые соединены с двигателем.

В указанной силовой установке отработавшие газы ДВС направляются в газовую турбину, которая вырабатывает дополнительную механическую энергию, однако, повышение коэффициента полезного действия (КПД) в такой установке сравнительно незначительно, т.к. давление отработавших газов ДВС недостаточно для эффективной работы газовой турбины, а повышение этого давления резко снижает эффективность ДВС. Кроме того, оптимальные частоты вращения коленчатого вала ДВС и вала газовой турбины существенно отличаются друг от друга, поэтому для их совместной работы необходим механический редуктор, в котором дополнительно теряется часть полученной механической энергии.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является силовая установка, выполненная в виде комбинированного двигателя (см. заявку РСТ WO 97/16634, МПК F02B 41/00, F01K 23/10, 23/14 от 01.11.95.), содержащего камеру сгорания, камеру расширения с впускным устройством, соединяющим камеру расширения с камерой сгорания, через которое отработавшие газы сгорания из камеры сгорания могут попасть в расширительную камеру и смесительное устройство для смешивания жидкой среды, превращающейся при нагревании в пар, часть камер комбинированного двигателя работает по циклу ДВС, а другая-по циклу паровой машины.

Недостатком этого устройства является то, что в предлагаемом комбинированном двигателе давление водяного пара не может быть существенно выще давления отработавщих газов, соответственно и повышение эффективности комбинированного двигателя не может быть значительным.

поскольку давление газов в камерах, работающих по циклу ДВС, в десятки раз больше, чем в камерах, работающих по циклу паровой машины.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение КПД силовой установки с тепловым комбинированным двигателем.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известной силовой установке, содержащей комбинированный двигатель с камерами сгорания и камерами расширения с впускньми и выпускными устройствами, снабженной системами подачи воздуха и топлива, соединенными с впускными клапанами рабочих камер комбинированного двигателя, систему выпуска отработавших газов, соединенную с конденсатором пара, силовая установка снабжена дополнительными системами впуска и выпуска пара, причем система выпуска пара выполнена в виде трубопровода, соединяющего выпускные клапаны пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя с системой выпуска отработавших газов и конденсатором пара, при этом система выпуска отработавших газов выполнена в виде трубопровода, соединяющего выпускные клапаны каждой рабочей камеры комбинированного двигателя с конденсатором пара и снабжена парогенерирующими и водонагревающим устройствами, система впуска пара выполнена в виде трубопровода, соединяющего парогенерирующие устройства с впускными клапанами пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя.

Силовая установка выполнена с возможностью осуществления в каждой камере двигателя либо цикла паровой мащины, либо цикла ДВС, либо смешанного цикла ДВС и паровой машины, чередующихся друг за другом.

Парогенерирующие устройства могут быть снабжены электронагревательными элементами.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности новизна.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности промышленная применимость.

Силовая установка содержит комбинированный двигатель 1 с камерами сгорания и камерами расширения и снабжена системой 2 подачи воздуха и топлива (не показано), соединенной с впускными клапанами 3 рабочих камер комбинированного двигателя, систему 4 выпуска отработавших газов, соединенную с конденсатором 5 пара.

Силовая установка снабжена водогреющим и парогенерирующими устройствами, дополнительными системами впуска и выпуска пара.

Система выпуска пара выполнена в виде трубопровода б, соединяющего выпускные клапаны 7 пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя 1 с системой 4 выпуска отработавших газов и конденсатором 5 пара, при этом система 4 выпуска отработавших газов выполнена в виде трубопровода, соединяющего выпускные клапаны 8 отработавших газов каждой рабочей камеры комбинированного двигателя 1 с конденсатором 5 пара и снабжена нейтрализатором 9 парогенерирующими устройствами 10, 11 и водонагревающим устройством 12.

Система впуска пара выполнена в виде трубопровода 13, соединяющего парогенерирующие устройства 11, 10 (паровой котел и пароперегреватель) с впускными клапанами 14 пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя 1.

В конденсатор 5 пара охлаждающая вода подается по системе подачи с помощью водяного насоса 15 через регулятор 16.

Сконденсированная в конденсаторе 5 вода и горячая вода из системы охлаждения двигателя поступает в фильтр 17 и с помощью водяного насоса 18 высокого давления подается в водонагревающее устройство 12, а затем через регулятор давления 19 пара - в парогенерирующие устройства 11, 10.

В системе подачи пара установлен общий клапан 20.

В транспортных средствах в системах отопления может быть установлен радиатор 21 отопления.

Для охлаждения воды, необходимой для работы конденсатора и охлаждения двигателя, используется радиатор 22 и вентилятор 23.

Горячая вода из системы охлаждения двигателя через термостат 24 подается в насос 18 и далее в водонагревающее и парогенерирующие устройства 12, 11, 10.

В парогенерирующих устройствах 10 и 11 могут быть установлены электронагреватели 25, подключаемые к источнику 26 электропитания.

цикла. В принципе количество камер может быть любым, однако, для лучшей равномерности работы двигателя предпочтительно, чтобы число камер было кратно числу тактов смешанного цикла.

В случае шеститактного смешанного цикла первые четыре такта работы двигателя полностью идентичны тактам обычного ДВС, поэтому на чертеже не показаны подача топлива и свечи зажигания.

В первом такте впуск воздуха или топливовоздушной смеси из системы 2 подачи воздуха производится через открытый впускной клапан 3. Во втором такте происходит сжатие воздуха или смеси при закрытых клапанах 3, 7, 8. В третьем такте происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания также при закрытых клапанах. В четвертом такте отработавшие газы выпускаются из камер через открытый выпускной клапан 8.

Пятый и шестой такты идентичны тактам паровой машины: в пятом такте производится впуск пара через клапан 14 и затем происходит расширение пара при закрытых клапанах; в шестом такте происходит выпуск отработавшего пара через клапан 7 в трубопровод 6 системы выпуска пара и далее в конденсатор 5 пара.

В конденсатор 5 пара также подается с помош;ью водяного насоса 15 охлажденная вода через регулятор 16, поддерживая оптимальную температуру в конденсаторе таким образом, чтобы температура выходяших из конденсатора газов была ниже 100°С для обеспечения более полной конденсации воды, но при этом температура сконденсированной воды была бы возможно высокой.

Сконденсированная в конденсаторе 5 вода поступает в фильтр 17 и с помощью водяного насоса 18 подается в теплообменное устройство 12 - подогреватель воды, а затем через регулятор давления 19 пара в парогенерирующие устройство 11, 10 - паровой котел и перегреватель пара и далее к клапанам 14.

Отработавшие газы после нейтрализатора 9 направляются через парогенерируюш,ие и теплообменные устройстваЮ, 11, 12 навстречу движению пара и воды. Отработавшие газы перегревают пар, нагревают и испаряют воду в парогенерируюш,их устройствах 11, 10 - паровом котле и перегревателе пара и далее подогревают воду в теплобменном устройстве 12 - подогревателе воды. После этого отработавшие газы, охлажденные вместе с отработавшим паром, направляются в конденсатор 5 пара.

от стенок камер двигателя 1, что с одной стороны увеличивает выполняемую паром работу и с другой стороны охлаждает двигатель. В итоге КПД силовой установки вдвое выше КПД обычного ДВС.

В предлагаемой конструкции давление пара не влияет на рабочие процессы в цикле ДВС, поэтому, регулируя давление пара и его подачу, можно обеспечить одинаковые рабочие давления в цикле ДВС и цикле паровой машины и благодаря этому достичь равномерной работы двигателя.

Еще одним преимуществом силовой установки является то, что она может работать по замкнутому циклу с минимальным расходом воды. Более того при эффективной работе конденсатора такая установка может вырабатывать воду. Благодаря этому свойству силовая установка может использоваться не только в стационарных условиях при наличии источника воды, но и при отсутствии воды, в том числе, на наземных транспортных средствах.

Следующим преимуществом предлагаемой силовой установки является возможность реализации в ней или только цикла ДВС или только цикла паровой машины.

Например, в период пуска и прогрева, когда в установке отсутствует пар или даже вода, установка может работать только по циклу ДВС, при этом клапаны 14 постоянно закрыты или закрыт общий клапан 20 в системе подачи пара. В этом режиме в силовой установке накапливается вода и нагревается пар. При достижении давления и температуры пара необходимых величин можно перейти на основной смешанный цикл работы.

Если происходит кратковременное снижение нагрузки на двигатель или он переходит в режим холостого хода, то следует отключить подачу топлива и двигатель может работать только по циклу паровой машины за счет энергии имеющегося в котле пара.

Такой режим работы на холостом ходу позволит существенно сократить выбросы вредных веществ с отработавшими газами по сравнению с двигателем, работающим по циклу ДВС.

В предлагаемой установке при работе двигателя на холостом ходу только по циклу паровой мащины вредные выбросы отсутствуют полностью.

Избыток горячей воды может использоваться в стационарных установках в системе горячего водоснабжения, а в транспортных средствах в системах отопления, например, в радиаторе 21.

Горячая вода из системы охлаждения двигателя через термостат 24 подается в насос 18 и далее в водогреющее и парогенерирующие устройства 12, 11, 10, что также способствует повышению КПД предлагаемой силовой установки.

Как известно, в режимах пуска и прогрева холодного ДВС происходит наибольший износ двигателя и наибольшие выбросы вредных веш;еств.

Силовая установка по данной полезной модели позволяет исключить эти неблагоприятные режимы, благодаря наличию парогенерируюш;их устройств с электронагревателями 25, с помощью которых перед пуском силовой установки подогревается пар. Пуск и прогрев силовой установки производится при работе по паровому циклу. После прогрева установка переводится на смешанный цикл работы.

Claims (3)

1. Силовая установка, содержащая комбинированный двигатель с камерами сгорания и камерами расширения с впускными и выпускными устройствами, снабженная системами подачи воздуха и топлива, соединенными с впускными клапанами рабочих камер комбинированного двигателя, систему выпуска отработавших газов, соединенную с конденсатором пара, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными системами впуска и выпуска пара, причем система выпуска пара выполнена в виде трубопровода, соединяющего выпускные клапаны пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя с системой выпуска отработавших газов и конденсатором пара, при этом система выпуска отработавших газов выполнена в виде трубопровода, соединяющего выпускные клапаны каждой рабочей камеры комбинированного двигателя с конденсатором пара и снабжена парогенерирующими и водонагревающим устройствами, система впуска пара выполнена в виде трубопровода, соединяющего парогенерирующие устройства с впускными клапанами пара каждой рабочей камеры комбинированного двигателя.

2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью осуществления в каждой камере двигателя либо цикла паровой машины, либо цикла ДВС, либо смешанного цикла ДВС и паровой машины, чередующихся друг за другом.

3. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что парогенерирующие устройства снабжены электронагревательными элементами.