SU1567804A1 - Комбинированна дизель-газотурбинна установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к энергомашиностроению, предназначено дл  использовани  в качестве стационарных или транспортных силовых установок большой агрегатной мощности и позвол ет повысить их эффективность за счет рациональной компоновки узлов. Поступающий из атмосферы воздух сжимаетс  последовательно в компрессоре низкого давлени  1 и высокого давлени  4, а далее поступает в модульные блоки дизельного генератора газа 8, установленного на кольцевом патрубковом корпусе 7. В модульных блоках воздух дополнительно сжимаетс  и в него впрыскиваетс  топливо. Образовавшиес  при сгорании выпускные газы вращают турбины 9 и 6 высокого давлени  и турбину 3 низкого давлени  компрессоров, а также силовую турбину 10, отдающую мощность потребителю. Запуск силовой установки и синхронизаци  работы модульных блоков генератора газа обеспечиваютс  командно-синхронизирующим двигателем 28, соединенным через коленчатый вал 23 с механизмом синхронизации модульных блоков. Широкий диапазон устойчивой работы силовой установки обеспечиваетс  регулированием подачи топлива в дизельный генератор газа в зависимости от давлени  за компрессором высокого давлени  и перед турбиной высокого давлени . 4 з.п. ф-лы, 30 ил.

Description

29 28 27 -| 22 23 | Я 25 2В

В.

Фиг.1

|

В.

1.Z

счет рациональной компоновки узлов. Поступающий из атмосферы воздух сжимаетс  последовательно в компрессоре низкого давлени  1 и высокого давлени  4, а далее поступает в модульные блоки дизельного генератора 8 газа, установленного на кольцевом патрубко- вом корпусе 7. В модульных блоках воздух дополнительно сжимаетс  ив него впрыскиваетс  топливо. Образовавшиес  при сгорании выпускные газы вращают турбины 9 и 6 высокого давлени  и турбину 3 низкого давлени  компрессоров, а также силовую турби-

ну 10, отдающую мощность потребителю. Запуск силовой установки и синхронизаци  работы модульных блоков генератора газа обеспечиваютс  командно- синхронизирующим двигателем 28, соединенным через коленчатый вал 23 с механизмом синхронизации модульных блоков. Широкий диапазон устойчивой работы силовой установки обеспечиваетс  регулированием подачи топлива в дизельный генератор газа в зависимости от давлени  за компрессором высокого давлени  и перед турбиной высокого давлени . 4 з.п. ф-лыг 30 ил.

Изобретение относитс  к энергома- шиностроению и предназначено дл  использовани  в качестве стационарных или транспортных силовых установок большой агрегатной мощности.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение эффективности силовой установки путем рациональной компоновки ее узлов.

На фиг.1 изображен разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1 на фиг.З - разрез на фиг.1 (модульный блок цилиндро-поршневых групп с водно-паровым охлаждением); на фиг.4 - разрез Г -Г. на фиг.З по рабочим цнлиндро-поршневым группам; на фиг.З - узел I на фиг.4 (элемент перепускного клапана в рабочем поршне); на фиг.6 - сечение Д.,-Д., на фиг.З по рычагу и валу; на фиг.7 - сечение Е -Е на фиг.4 по змеевику с отвер- сти ми-, на фиг.8 - сечение на фиг.4 по змеевику с отверсти ми; на фиг.9 - разрез Ва-Вг на фиг.1 (модульный блок цилиндро-поршневых груп с жидкостно-воздушным охлаждением); на фиг.10 - разрез Гг-Г4 на фиг.9 по рабочим цилиндро-поршневым группам; на фиг.11 - сечение на фиг.9 По рычагу и валу; на фиг.12 - сечени на ФИГ«Ю по штуцеру подвода жидкости; на фиг. 13 - сечение Жа-Жг на фиг.10 по штуцеру отвода жидкост на фиг.14 - сечение К,-К, на фиг.15 модульной крышки в положении закрыты клапанов перепуска и выпуска; на фиг.15 - сечение ЛТ-Л на фиг.14 по петлевым част м каналов и патрубкам, на фиг. 16 - сечение M-j-M,, на фиг. 14 крышки по закрытому перепускному и

открытому впускному клапанам; на фиг.17 - сечение на фиг.15 модульной крышки в положении открытых клапанов перепуска и выпуска; на фиг.18 - вид Н на фиг.17 на отверсти  в днище камеры сгорани ; на фиг.19 - сечение фиг.17 по открытому перепускному клапану и закрытому впускному клапану; на фиг.20 - сечение П-П на фиг.17 по поршневому клапану в варианте жидкостно-воздушного охлаждени ; на фиг.21 - схема пульсирующей подачи воды; на фиг.22 - схема управлени  комбинированной дизель- газотурбинной установкой; на фиг.23 - схема рабочего цикла комбинированной дизель-газотурбинной установки; на фиг.24 - схема выпуска в компрессорной камере; на фиг.25 - схема предварительного сжати  в компрессорной камере; на фиг.26 - схема перепуска из компрессорной камеры в рабочую с фонтанным наполнением; на фиг.27 - схема окончани  впуска из рабочей камеры; на фиг.28 - схема окончательного сжати  в рабочей камере; на фиг.29 - схема расширени  газов (первый этап рабочего хода); на фиг.30 - схема инерционного движени  рабочего поршн  (второй этап рабочего хода).

Комбинированна  дизель-газотурбинна  установка (фиг.1,2) содержит компрессор 1 низкого давлени  (КНД), ротор которого соединен валом 2 с ротором турбины 3 низкого давлени  (ТНД), и компрессор 4 высокого давлени  (КВД), ротор которого соединен валом 5 с ротором турбины 6 высокого давлени  (ТВД). За КВД 4 концентрично валу 5 установлен на кольцевом патрубковом

корпусе 7 дизельный генератор газа (ДГГ) 8, а между ДГГ 8 И ТВД 6 на валу 5 установлена дополнительна  турбина 9. Кроме того, за ТНД 3 смонти- f

рована силова  турбина 10 с выходным валом дл  потребител  мощности. На кольцевом патрубковом корпусе 7 устаноглены модульные блоки 11 дизельного генератора газа. Каждый такой блок с торцов закрыт левой 12 и правой 13 модульными крышками. На модульной крышке имеетс  впускной патрубок 14, который соединен трубопроводом 15 с впускным патрубком, 16 кор- 15 31 образуют компрессорную каме

пуса 7. Кроме того, на модульной крышке имеетс  выпускной патрубок 17, который соединен трубопроводом 18 с выпускным патрубком 19 корпуса 7,

Каждый модульный блок 11 снабжен приводной качалкой треугольной формы 20, котора  соединена шарнирно т гой 21 с качалкой соседнего модульного блока, наход щегос  в одном кольцевом р ду. При этом каждые две соседние качалки и т га между ними образуют шарнирный параллелограмм mnpq много- звенника, который через шатун 22 шарнирно соединен с коленчатым валом 23, смонтированным снаружи корпуса 7 на опорах 24. Коленчатый вал 23 с одного конца соединен с -топливным насосом 25 высокого давлени  и с жидкостным насосом 26 высокого давлени , а с другого конца через муфту 27 включени  - с командно-синхронизирующим двигателем 28, имеющим топливный насос 29.

Каждый модульный блок цилиндро- поршневых групп имеет :.орпус 1 1 (фиг.3-13), в котором запрессованы соосно две гильзы цилиндров 30 компрессорного поршн  31 двойного действи  и две параллельные им гильзы цилиндров 32 рабочего поршн  33 двои- ного действи . В каждом поршне выполнен продольный вал 34, в котором размещен шатун 35 с втулкой 36, соединенный шарнирно с поршневым пальцем

37,застопоренным кольцом 38. Шатуны 35 также шарнирно соединены с рычагом перього рода 39 через втулки 40 пальцами 37, застопоренными кольцами

38.Этот рычаг размещен в централь

ной полости 41, образованной в корпу. 55 1 выполненными в корпусе 11, с торсе 11, и смонтирован на валу 42, который установлен на втулках 43 и 44 с уплотнени ми 45 и 46, зат нутых болтом 47, закрывающим одновременно

цом Т.

Кажда  права  модульна  крышка (фиг.14-20) образована корпусом 13, в котором установлена чашеобразна 

каналы 48 подвода смазки, соединенные со штуцером 49.

Вал 42 выполнен за одно целое с приводной качалкой 20. При этом втулки 43 и 44 запрессованы в отверстии 50, выполненном в корпусе таким образом , что его ось перпендикул рна ос м гильз цилиндров .30 и 32.

Дл  монтажа деталей этого узла в корпусе образовано окно 51, закрываемое крышкой 52, и отверсти  53 с заглушками 54,

Кажда  гильза цилиндра 30 и пор0

0

5

РУ 55, уплотн емую в зазоре К поршневыми кольцами 56, а кажда  гильза цилиндра 32 и поршень 33 - рабочую камеру 57, уплотн емую в зазоре Р поршневыми кольцами 58.

На каждом днище 59 рабочего поршн  33 выполнено отверстие 60, в котором установлен пустотелый перепускной клапан 61, имеющий внутри меридио- 5 нальные каналы 62 и осевой канал 63, закрываемый деталью 64 с дроссельным отверстием 65.

На наружной поверхности каждой гильзы цилиндра 32 выполнена резьбо- видна  канавка 66, образующа  совместно с корпусом 11 спиральный канал 67, при этом на дне канавки установлен трубчатый змеевик 68.

Предусмотрено два варианта охлаждени  дизельного генератора газа.

В варианте водно-парового охлаждени  спиральный канал 67 соединен с каналом 69 пульсирующей подачи воды через штуцер 70 (фиг.7), а также с каналом змеевика 68 через дроссельные отверсти  71. При этом один конец канала змеевика 68 соединен каналом 72 с центральной полостью 41, а другой его конец имеет выход на торец Т.

В варианте жидкостно-воздушного охлаждени .один конец змеевика 68 соединен с каналом 73 подачи охлаждающей жидкости через штуцер 74, а другой его конец - с каналом 76 отвода 0 жидкости через штуцер 75 (фиг.9-13). При этом спиральный канал 67 соединен каналом 77 с торцом Т и каналом 78 с центральной полостью 41. Эта полость также соединена продольными каналами

5

0

цом Т.

Кажда  права  модульна  крышка (фиг.14-20) образована корпусом 13, в котором установлена чашеобразна 

71567804

камера сгорани  80 с днищем и с уп- лотнительной направл ющей втулкой 81. Во втулке 81 смонтирован пустотелый выпускной клапан 82, имеющий внутри меридиональные каналы 83 и осевой канал 84, закрытый упорной деталью 64 с дроссельным отверстием 65 (фиг.14, 17). В корпусе 13 также запрессована уплотнительна  направл юща  втулка JQ 85, в которой смонтирован унифицированный с выпускным клапаном впускной клапан 82, имеющий внутри меридиональные каналы 83 и осевой канал 84, закрытый упорной деталью 64 с дроссель- ное отверстие 116.

В варианте жидк охлаждени  кольцев стыковке крышки с единена с продоль

В этом варианте 96 (фиг.20) соедин каналом 77 в корпу 110 установлен пор с упорной деталью 112 в поршневую ка канал 114 подачи жи давлени  и она сое 115 низкого давлен

ным отверстием 65 (фиг.16,19).

Кроме того, в корпусе установлена уплотнительна  втулка 86 и соосна  с ней направл юща  втулка 87, между которыми смонтирован пустотелый перепускной клапан 88 с осевым каналом 89, меридиональными каналами 90 и установленной в осевом канале деталью с дроссельным отверстием 91. Петлевой канал 92 впускного клапана 82 соединен с каналом впускного трубопровода 15, стык которых уплотнен кольцом 93 и зат нут гайкой 94 в патрубке 14 (фиг.15,16).

Петлевой канал 95 перепускного клапана 88 соединен каналом 96 с петлевым каналом 97, имеющим теплоизолирующий экран 98. Канал 97 имеет выходные , равнорасположенные по окружности , отверсти  99 в днище камеры сгорани  80..

Петлевой канал 100 выпускного клапана 82 соединен с каналом выпускного трубопровода 18, стык которых уплотнен кольцом 93 и зат нут гайкой 94 в патрубке 17. Внутри каналов 100 и 18 установлены теплоизолирующие экраны 101.

Между корпусом 13 и камерой сгорани  80 выполиена кольцева.  полость 102, котора  соедин етс  отверстием 103 во втулке 81 с полостью 104 выпускного клапана 82, а каналами 105 и 106 через дроссельное отверстие

В варианте водн ни  предлагаетс  с щей подачи воды (ф вод ной бак 117 с

20 118, трубопроводом сом 120 низкого да вод 121 низкого да высокого давлени , высокого давлени ,

25 пасным трубопровод ратный клапан 125 подачи. Трубопрово лени  также соедин пределительную гил

30 127 золотника 128. контакт с кулачком ным на валу 130 во При этом посто нны чиваетс  поджатием

25 Канал 127 золот индивидуальными др ми 132 с дроссельны водораспределитель При этом дроссельн

40 динены с каналами рующей подачи воды ки 1 1 .

Система пуска и нированной дизель45 тановкой (фиг.22) с синхронизирующий дв той 27 включени , к его вал с коленчаты Эта система также и

107 во втулке 87 с полостью 108 пере- jg матического и ручного управлени , сопускного клапана 88.

Камера сгорани  80 снабжена топливной форсункой 109, установленной на корпусе 13.

В варианте водно-парового охлаждени  кольцева  полость 102, при стыковке крышки с корпусом блока, соединена с каналом змеевика 68.

55

единенный командной св зью 135 с регулируемым клапаном 136 подачи топлива в насос 29 командно-синхронизирующего двигател  28 и командной св зью 137 с регулируемым клапаном 138 подачи топлива в насос 25 ДГГ 87. При этом регулируемый клапан 136 соединен еще командной св зью 139 с датчиком 140 давлени , установленным в выходном

ное отверстие 116.

8

В варианте жидкостно-воздушного охлаждени  кольцева  полость 102 при стыковке крышки с корпусом блока соединена с продольными каналами 79.

В этом варианте перепускной канал 96 (фиг.20) соединен каналом 110 с каналом 77 в корпусе блока. В канале 110 установлен поршневой клапан 111 с упорной деталью 64. Через крышку 112 в поршневую камеру 113 подведен канал 114 подачи жидкости высокого давлени  и она соединена с каналом 115 низкого давлени  через дроссельВ варианте водно-парового охлаждени  предлагаетс  система пульсирующей подачи воды (фиг.24), включающа  вод ной бак 117 с запорным краном

118, трубопроводом 119 подачи, насосом 120 низкого давлени , трубопровод 121 низкого давлени , насос 122 высокого давлени , трубопровод 123 высокого давлени , соединенный байпасным трубопроводом 124 через обратный клапан 125 с трубопроводом 119 подачи. Трубопровод 123 высокого давлени  также соединен через водораспределительную гильзу 126 с каналом

127 золотника 128. Золотник 128 имеет контакт с кулачком 129, установленным на валу 130 вод ного насоса 26. При этом посто нный контакт обеспечиваетс  поджатием пружины 131.

Канал 127 золотника 128 соединен индивидуальными дроссельными каналами 132 с дроссельными каналами 133 в водораспределительной гильзе 126. При этом дроссельные каналы 133 соединены с каналами 69 (фиг.7) пульсирующей подачи воды в модульные блоки 1 1 .

Система пуска и управлени  комбинированной дизельгазотурбинной установкой (фиг.22) содержит командно- синхронизирующий двигатель 28 с муфтой 27 включени , котора  соедин ет его вал с коленчатым валом 23 ДГГ 8„ Эта система также имеет блок 134 авто5

единенный командной св зью 135 с регулируемым клапаном 136 подачи топлива в насос 29 командно-синхронизирующего двигател  28 и командной св зью 137 с регулируемым клапаном 138 подачи топлива в насос 25 ДГГ 87. При этом регулируемый клапан 136 соединен еще командной св зью 139 с датчиком 140 давлени , установленным в выходном

канале КВД 4, а регулируемый клапан 138 - командной св зью 141 с датчиком 142 давлени , установленным во входном канале дополнительной турбины 9.

Работа комбинированной дизель-газотурбинной установки происходит сог- пасно рабочему циклу, изображенному на фиг.23.

Участок ol соответствует политропическому сжатию воздуха, вошедшего в КНД 1, а участок Ik - политропическому сжатию воздуха в КВД 4. Далее воздух по патрубкам 16 и трубопроводам 15 поступает в патрубки 14 крышек 12 и 13 модульных блоков 11. Здесь в каждой компрессорной камере 55 начинаетс  цикл ДГГ с процесса всасывани  (фиг.24). При этом перед тактом всасывани  при движении компрессорного поршн  от верхней мертвой точки (ВМТ) до точки о происходит расширение остаточного от предыдущего цикла объема воздуха VM до давлени  всасывани  Рр,, меньшего на величину потерь во всасывающем трубопроводе и впуск- ном клапане (участок kw), чем давление Р за КВД. Далее под действием сил разрежени  открываетс  впускной клапан 82, и при движении компрессорного поршн  от точки о до нижней мертвой точки (НМТ) происходит наполнение компрессорной камеры с объемом Vkk, в которой поступивший воздух занимает объем V , вод ной пар, прорвавшийс  через поршневые кольца из полости наддува, - объем ДVa и остаточный воздух - объем VQ, причем объем V соответствует рабочему ходу компрессорного поршн .

i При движении компрессорного поршн  от НМТ до точки г (участок аг) происходит предварительное сжатие до Р., и

Vr+Vm

давлени  . г

объема m(степень

сжати  Јar давлении

V

фиг.25). При

кк

РГ большем, чем давление Рт (после процесса расширени ) в рабочей камере 57 (фиг.26) на величину потерь в перепускном клапане 88, в каналах 96, 97 и отверсти х 99, а также после преодолени  усилий от наддува в полости 108 открываетс  клапан 88. Воздух по каналам 96, 97, через отверсти  99 поступает в рабочую камеру 57 (фиг.26), где в это врем  закончилс  процесс расширени  предыдущего цикла с объемом газа V . Ввиду того, что в камере 104 поддерживаетс 

0

5

0

давление наддува выше, чем давление Р. , одновременно с перепускным кла-

I

паном 88 открываетс  и выпускной клапан 82. В результате при движении компрессорного поршн  от точки г до ВМТ и рабочего поршн  от точки га до НМТ происходит фонтанное заполнение рабочей камеры воздухом через отверсти  99 и частично одновременный выход выпускных газов через кольцевую щель вокруг центрально расположенного выпускного клапана. При фонтанном наполнении происходит частичное сме- шеыие поступившего воздуха с газом и выход щего газа с воздухом. Оставша с  в рабочей камере воздушно-газова  смесь занимает объем V,, больший , чем поступающий объем V менее гор чего воздуха. В то же врем  выход щие газы, частично смешавшиес  с воздухом, занимают меньший объем Vv чем чистый газ с объемом V. В цессе смешени  давлени 

5

гп fn. и провоздушно-гавоздушной скеси Рр и равно давлению газов после расширени  Р. При этом часть перепускаемого воздуха, вытеснив объем перепускного канала Vn, оста

егс  в нем, и рабоча  камера заполн етс  лишь объемом VQ-VO.

Процесс фонтанного наполнени  должен сопровождатьс  минимальным процессом смешени  воздуха с газом. Здесь необходим тщательный подбор размеров и числа отверстий 99 в днище камеры сгорани , их расположени  по радиусу, а главное, величины перепада давлени  в перепускном канале и скорости истечени  через отверсти  99, т.к. при малой скорости истечени  будет недостаточна пробивна  способность струи воздуха, а при большой скорости возможно значительное сме- шение с газом при отраженных от днища поршн  обратных токах.

При движении рабочего поршн  от НМТ до точки q (фиг.27) компрессорный поршень начинает двигатьс  от ВМТ, образу  разрежение в компрессорной камере, при котором перепускной клапан закрываетс , а впускной клапан открываетс  и здесь происходит начало такта впуска дл  следующего цикла. В это врем  в рабочей камере происходит дальнейшее вытеснение выпускных газов через кольцевую щель вокруг выпускного клапана при закрытом перепускном клапане.

Во врем  процессов наполнени  и выпуска в рабочую камеру поступает пар, объем которого увеличиваетс  до значени  uVaq. Этот пар прорываетс  из полости наддува через поршневые кольца рабочего поршн , а также поступает через клапан в днище поршн  и через каналы перепускного клапана.

При движении рабочего поршн  от точки q до ВМТ (фиг.28) происходит окончательное сжатие воздуха, который занимает объем Vc (окончательна 

Vc

степень сжати  Ј --). В этот момент в компрессорной камере завершаетс  такт всасывани  последующего цикла.

В момент нахождени  рабочего поршн  у ВМТ производитс  подача топлива из форсунки 109, которое воспламен етс  от высокой температуры сжатого воздуха (дизельный цикл). В начальны период подвод тепла происходит при посто нном объеме, что соответствует процессу V const (участок су), а затем процесс подвода тепла идет при посто нном давлении - процесс P const (участок yz). Большой объем камеры сжати  (камеры сгорани ) Vc, обусловленный низкой окончательной степенью сжати , способствует высокой полноте счорани  топлива даже при значительной величине быстроходности рабочего поршн .

При движении рабочего поршн  от ВМТ к точке m (фиг,29) происходит первый этап рабочего хода (VSp) под действием сил давлени  расшир ющихс  газов. На этом участке догорает топливо и идет интенсивное выделение тепла через стенки рабочей камеры. Условно можно прин ть, что эти процессы взаимно уравновешены и в целом процесс расширени  газа можно считат псевдоадиабатным, т.е.

0.

На втором этапе рабочего хода (VЈv., фиг. 30) рабочий поршень движетс  от точки га до НМТ под действием затухающих сил инерции поршн , шатун и синхронизирующего механизма. В конце этого этапа к затухающим силам инерции добавл етс  сила от крут щег момента командно-синхронизирующего двигател  28.

В процессе второго этапа, как указывалось выше, происходит вытеснение газов и заполнение рабочей камеры

свежей порцией воздуха. Гашение сил инерции во втором этапе рабочего хода и плавный вывод поршн  из положени  НМТ крут щим моментом командно- синхронизирующего двигател  позвол ет осуществл ть быстроходную и безударную работу ДГГ, увеличив при этом его ресурс.

После расширени  в рабочей камере газ, обтека  выпускной клапан 82,

5 движетс  по каналам 100, 18, .по патрубку 19 и поступает на вход дополнительной турбины ВД 9 (участок пе). Здесь он незначительно тер ет давление из-за конфузорного течени  в

0 каналах и у него снижаетс  температура из-за теплоотдачи в стенки или из-за теплозащитного экранного охлаж дени  стенок каналов паром или воздухом .

5 На участке ef происходит рабочий процесс расширени  газов в турбинах ВД 9 и 6, ротор которых вращает через вал 5 ротор КВД А.

На участке fg происходит рабочий

0 процесс расширени  газов в ТНД 3, ротор которой через вал 2 вращает КНД 1.

На участке gh заканчиваетс  процесс расширени  газов в силовой турбине 10, вал передает мощность потребителю .

В варианте системы водно-парового охлаждени  с наддувом модульного блока цилиндро-поршневых групп и его модульных крышек дистиллированна 

О (дождева , снегова ) вода из бака 117 (фиг.21), пройд  через насосы 120, 122, поступает в трубопровод 123 высокого давлени . При этом ее посто нное давление поддерживаетс 

5 обратным клапаном 125. При вращении кулачка 129 происходит кратковременное совмещение дроссельных каналов 132 с дроссельными каналами 133. Это обеспечивает импульсный впрыск воды

0 в каналы 69 (фиг.7) подвода дл  модульных блоков 11. Далее вода через штуцер 70 поступает в спиральный канал 67, где, нагрева сь от стенок корпуса, через дроссельные отверсти 

5 71 поступает в змеевик 68. В змеевике она, испар  сь, охлаждает его стенки, а следовательно, и стенки гильзы рабочего цилиндра 32. Образовавшийс  пар в змеевике с одного его

5

конца выходит в центральную полость / i

41,  вл ющуюс  полостью наддува паром зазора К между гильзой цилиндра и компрессорным поршнем, уплотн емого поршневыми кольцами, а также зазора Р между гильзой цилиндра и рабочим поршнем. При этом прорыв газов из ра- ,бочей камеры в центральную полость 41 происходит только тогда, когда давление в ней выше давлени  наддува. Наддув зазоров К и Р обеспечивает внутреннее охлаждение стенок гильз цилиндров, цилиндрических поверхностей поршней, а главное, трущихс  поверхностей поршневых колец.

Одновременно пар из центральной лолости 41 при давлении в рабочей ка- чере меньшем, чем давление наддува, поступает по дроссельному отверстию 65 в упорной детали 64 и по каналам 63, 62 в клапане 61 через кольцевую щель между открытым под перепадом давлени  клапаном и днищем поршн , смыва  его поверхность, образует пленочное охлаждение днища поршн . При этом важно отметить, что дроссельное отверстие 65 лимитирует расход пара, особенно при низком давлении в рабочей камере (процесс выпуска). При наличии давлени  в рабочей камере выше давлени  наддува клапан 61 автоматически закрываетс  под перепадом давлени .

Пар из другого конца змеевика выходит в кольцевую полость 102,  вл ющуюс  камерой наддува клапанов и, возможно, зазоров между экранами и корпусом модульной крышки в гор чих перепускном и особенно выпускном каналах при отсутствии керамической теплозащиты. В рассматриваемом варианте он поступает только в каналы перепускного клапана и выпускного клапана.

Пар из кольцевой полости 102 через отверстие 103 во втулке 81 поступает в полость 104 и далее по дроссельному отверстию 65 в упорной детали 64 по каналам 83 и 84 выпускного клапана 82, отжима  клапан при давлении в камере сгорани  (рабочей камере) меньшем, чем давление наддува. Далее он выходит через кольцевую щель между клапаном и днищем камеры сгорани , образу  пленочное охлаждение днища камеры сгорани .

При увеличении перепада давлени  в полост х 104 и в рабочей камере клапан 82 полностью открываетс  и

0

0

становитс  на упорный торец детали 64 (процесс выпуска). В случае слиш- ;- ком большого давлени  в полости 104 рекомендуетс  отверстие 103 выполнить дроссельным. При очень большом давлении в рабочей камере клапан закрываетс , прекраща  вытекание пара.

Пар из кольцевой полости 102 по каналам 105 и 106 через дроссельные отверсти  107 во втулке 87 также поступает в полость 108 перепускного клапана 88. Далее он идет по дроссельному отверстию 91, осевому каналу

5 89 и меридиональным отверсти м 90 в комт прессорную камеру при открытом перепускном клапане. Это происходит тогда, . когда давление в компрессорной камере выше, чем в перепускном канале 96. При этом в полости 108 поддерживаетс  давление , близкое к давлению в канале 96 за счет подбора проходных сечений в дроссельных отверсти х 107 и 91. При больших давлени х в канале 96 (оконча5 тельное сжатие и рабочий ход) и при малых давлени х в компрессорной камере (впуск и предварительное сжатие) перепускной клапан закрыт, а пар проходит только через дроссельное отверстие 91, поддержива  указанное выше давление в полости 108. Таким образом наддув паром обеспечивает не только охлаждение перепускного и выпускного клапанов, но и совместно с давлени ми в рабочей и компрессорной камерах автоматическую работу этих клапанов.

В варианте системы жидкостно-воз- душного охлаждени  с наддувом модульного блока ичлиндро-поршневых групп и его моду..сной крышки охлаждающа  жидкость, предпочтительно высокотемпературное масло, охлажденное в радиаторе (не показан), поступает по каналу 73 через штуцер 74 в змеевик 68. В змеевике оно отнимает тепло от его сте нок, а «. Г :;ательно, и от стенок гильзы цилиндра рабочего поршн . После нагрева масло отводитс  -с другого конца змеевика через штуцер 75 по каналу 76 (фиг.12,13). При этом воздух дл  наддува и охлаждени  отбираетс  импульсно - из перепускного канала 96 в модульной крышке (фиг.20) по каналу 110 через поршневой клапан 111 с упорной деталью 64. На поршень этого клапана действует требуемое давление, обеспечиваемое подводом масла по каналу 114 высокого давле0

5

0

5

0

5

15

ни  в поршневую камеру 113 через крышку 112. Одновременно, охладив клапан, оно непрерывно отводитс  через дроссельное отверстие 116 в канал 115 низкого давлени . Клапан выпускает воздух из канала 96 только в промежуточном положении при равенстве сил давлени  масла и воздуха. Это равенство сил будет устанавливатьс  дважды за цикл, а именно при сжатии в рабочей камере и при расширении газов в ней, т.е. в тот момент, когда давление в них равно давлению наддува . При процессе расширени  в перепускном канале устанавливаетс  давление такое же, как в рабочей камере, но при этом сохран етс  температура воздуха, а не газов из-за отсутстви  эффективного теплообмена между газом камеры и воздухом канала (объем канала должен быть достаточным).

При низком давлении в перепускном канале клапан закрывает отвод щий канал 110, а при высоком давлении в перепускном канале канал 110 запираетс  упорной деталью 64. Таким образом осуществл етс  автоматическа  работа перепускного поршневого клапана , обеспечивающего требуемый наддув.

При открытом поршневом клапане воздух по каналу 110 поступает в канал 77 и из него в спиральный канал 67. В этом канале происходит охлаждение воздуха наддува благодар  теплообмену со стенками змеевика 68 и со стенками корпуса блока, которые могут иметь наружное оребрение, обдуваемое , например, из ресивера присоединенной емкости над рабочим колесом первой ступени КНД (не показан).

156

Далее охлажденный воздух по каналу 78 поступает в центральную полость 41 корпуса блока.Здесь воздух, аналогично пару в предыдущем варианте, наддувает зазоры К и Р между гильзами цилиндров и поршн ми, а также про- ,изводит пленочное охлаждение днища рабочего поршн .

Кроме того, воздух из центральной полости 41 по продольным каналам 79 поступает в кольцевую полость 102 модульной крышки. Здесь он наддувает полости клапанов аналогично пару в предыдущем варианте.

Режим работы комбинированной установки регулируетс  системой управлени  .

6780416

Запуск установки осуществл етс  от командно-синхронизирующего двигател  28, работающего на низких оборо- . тах, путем включени  муфты 27. Этот двигатель, увеличива  обороты, выполн ет роль пускового устройства дл  всей установки, т.к. ДГГ имеет газодинамическую св зь с КВД и ТВД, ко- 10 торые, в свою очередь, также имеют газодинамическую св зь с КНД и ТНД. Турбина НД, кроме того, имеет газодинамическую св зь с силовой турбиной, отдающей мощность потребителю. 15 При достижении давлени  в рабочих камерах газогенератора 25-30 ат, необходимого дл  самовоспламенени  топлива , начинаетс  его подача в форсунки 109 от плунжерного насоса 25 вы- 20 сокого давлени . В дальнейшем на всех режимах идет совместна  работа командно-синхронизирующего двигател  с ДГГ. При увеличении давлени  за КВД и уменьшении запаса его устойчивой 25 работы от датчика 140 давлени , установленного в выходном канале КВД, через командную св зь 139 поступает сигнал на увеличение подачи топлива через регулируемый клапан 136 в топ- 30 ливный насос 29. При этом происходит увеличение оборотов командно-синхронизирующего двигател  и увеличиваетс  число качаний поршней в модульных блоках ДГГ, привод щих к увеличению расхода воздуха и к снижению давлени  за КВД. Это может привести к нежелательному увеличению давлени  перед ТВД, и датчик 142 давлени , установленный во входном канале Т ВД, подает сигнал по командной св зи 141 на уменьшение подачи топлива в регули- . руемый клапан 138 топливного насоса 25 ДГГ.

Такое регулирование установки в 45 зависимости от нагрузки на силовой

35

40

турбине 10 обеспечиваетс  программой, заложенной в электронном блоке 134 управлени , и команда от него подаетс  по каналам 135, 137 на регулируемые клапаны 136 и 138. Таким образом, благодар  поддержанию требуемого давлени  за КВД, вне зависимости от давлени  перед ТВД, обеспечиваетс  ши- рркий диапазон устойчивости работы

всей комбинированной дизель-газотурбинной установки.

Предлагаема  КДГТУ имеет р д существенных преимуществ перед другими известными КДГТУ.

1

КДГТУ с ДП , имеющим кольцевой патрубковый к(фпус, и с.дополнительной турбиной ВД позвол ет осуществить цикл с б чышм давлением и с большей темпер, гурой, чем п маломощном т желом экономичном четырехтактном дизельном двигателе с низким наддувом и большой степенью сжати . Это позвол ет уменьшить удельный расход топлива по сравнению с ним не менее чем на 5-10%, а по сравнению с лучшей легкой мощной ГТУ на 40-50%.

В предлагаемой КДГТУ даже при выбранных параметрах возможно дальнейшее увеличение КПД за счет перспективных меропри тий в ДГГ и за счет улучшени  работы КВД. Этот компрессор приводитс  от дополнительной турбины ВД, имеющей более высокое давление и, следовательно , меньший объемный расход. При этом КВД может получить более высокие обороты, чем в обычной ГТУ. Высокие обороты способствуют увеличению окружной скорости и увеличении высоты лопаток в компрессоре ВД, ч го и приводит к повышению его КПД.

Применение ДГГ с кольцевым патруб- ковым корпусом позвол ет выполнить компактную конструкцию установки и уменьшить гидравлические потери в тракте за счет осесимметричного течени  и укорочени  подвод щих и отвод щих патрубков, например, по сраь- нению с КДГТУ, имеющей V-образный дизельный газо енератор.

Применение малогабаритных модульных блоков с их крышками позвол ет мобильно увеличивать мощность путем увеличени  числа соосньгх р дов этих модулей на кольцевом патрубковом корпусе .

Применение большого числа модульных блоков, унифицированных дл  двигателей различных мощностей, позвол ет организовать дешевое крупносерийное (поточное) производство дл  их изготовлени . Кроме того, здесь возможна максимальна  унификаци  других узлов, например патрубков, топливных коллекторов, или сборка узлов из униф цированных модульных блоков, например топливных, масл ных и вод ных насосов.

Снижение степени сжати  в ДГГ позволило уменьшить величину ходов поршней и применить простую кинематику , обеспечивающую работу поршней двойного i(fi гви  через рычаг перво6780413

го рода. Шатуны этого рычага во врем  работы имеют малый угол отклонени  (5-8°) с направлением перемещени  , поршн , что позвол ет уменьшить силу трени  поршневых колец о гильзу цилиндра в несколько р з по сравнению с обычным дизельным двигателем, имеющим кривошнпно-шатунный привод.

Ю Низка  степень сжати  в ДГГ позволила уменьшить вес, габариты и получить большую камеру сгорани  (камеру сжати , в которой улучшаетс  процесс сгорани  и одновременно умень15 шаетс  относительна  дол  утечек через поршневые кольца).

Применение последовательного сжати  с перепуском воздуха из компрессорной камеры в рабочую позволило

20 уменьшить объем рабочей камеры, а следовательно, уменьшить вес и снизить теплоотдачу через гор чие стенки .

Такой цикл с перепуском также поэ25 волил отказатьс  от механизма газораспределени  и при наличии наддува охлаждени  обеспечить автоматическую работу клапанов под перепадом давлени , примен ть в рабочей камере толь30 ко центрально расположенный выпускной клапан. При этом следует ожидать, что фонтанное заполнение рабочей камеры воздухом и выпуск газов через центрально расположенный клапан не

тс менее эффективны, чем впуск и выпуск в четырехтактном двигателе с низкой степенью сжати , имеющем большой остаточный (паразитный) объем, и несравненно лучше, чем петлева  продув40 ка в двухконтактном двигателе.

Кроме того, при цикле с перепуском рабочий ход продолжаетс  и после расширени  газов за счет затухающих сил инерции и сил от командно-синхрони45 зирующего двигател , что позвол ет избавить ДРГ от ударных нагрузок и увеличить его ресурс.

Отсутствие сил от газового расширени  в конце рабочего хода также

50 способствует увеличению быстроходности , а следовательно, и уменьшению веса.

Применение большого числа многор дных дизельных блоков с большим 55 числом цилиндров, работа которых синхронизирована в дизельном газогенераторе , позвол ет в несколько раз увеличить быстроходность по сравнению с дизельным двигателем и тем са19

мым снизить вес, металлоемкость и уменьшить габариты установки.

Внешнее расположение модульных малогабаритных блоков и системы синхронизирующего управлени  позвол ет улучшить услови  эксплуатации за счет удобного осмотра и быстрой замены цефектт к узлов.

Выполнение системы с наддувом ох- . дающим паром или воздухом зазора между гильзой цилиндра и поршнем, канала перепускного клапана в рабочем юршне и канала выпускного клапана в крышке с образованием внутреннего Япеномного охлаждени  камеры сгора- ш  позвол ет увеличить температуру процесса сгорани  и ресурс ДГГ.

Наддув всех пустотелых клапанов охлаждающим паром уменьшает веро тность заседаний и прилипаний клапано при их автоматической работе и тем самым повышает ресурс и надежность.

Использование охлаждающего воздуха или пара в качестве рабочего тела в процессах установки способствует повышению КПД.

Тщательна  отработка процессов фонтанного заполнени , теплообмена гор чих стенок и применение термостойкой теплоизолирующей керамики будет способствовать дальнейшему повышению КПД и увеличению ресурса.

Управление КДГТУ командно-синхронизирующим двигателем с регулируемой подачей топлива в его насос и в насос ДГГ в зависимости от давлени  за компрессором ВД и давлени  перед турбиной ВД позвол ет расширить диапазо устойчивой работы при изменении нагрузки на силовой турбине.

Claims (5)

1. Комбинированна  дизель-газотурбинна  установка, содержаща  кольцевой патрубковый корпус, соединенный с лопаточным компрессором и турбиной , снабженной выходным валом, дизельный генератор газа с системами газораспределени  и охлаждени , поршень.которого кинематически св зан с коленчатым валом, а входной и выходной патрубки сообщены соответственно с выходным коллектором компрессора и входным устройством турбины , систему пуска и управлени , отличающа с  тем, что, (с целью повышени  эффективности пу15

10

15

20

25

780420

тем рациональной компоновки узлов, - компрессор и турбина соединены по трехвальной схеме со свободной силовой турбиной, дизельный генератор газа выполнен в виде модульных блоков, размещенных в несколько р дов вокруг кольцевого патрубкового корпуса, каждый модульный блок генератора газа содержит корпус с модульными крышками , цилиндрами и размещенными в них дизельным и компрессорным поршн ми двухстороннего действи , св занным между собой при помощи шатунов и рычагов первого рода, а кинематическа  св зь поршней генераторов газа с коленчатым валом осуществл етс  при помощи шарнирных т г, размещенных вокруг кольцевого патрубкового корпуса, и приводных качалок треугольной формы , жестко закрепленных на ос х вращени  рычагов первого рода.

2.Установка по п.1, отличающа с  тем, что система газораспределени  дизельного генератора газа содержит автоматически действующие впускной, выпускной и перепускной клапаны, размещенные в модульных крышках при помощи уплотнительных

30 и направл ющих втулок, образующих элементы газовоздушного тракта, каждый клапан снабжен меридиональными каналами и глухим осевым каналом, закрытым упорной деталью с дроссельным отверстием, причем впускной и выпускной клапаны унифицированы.

3.Установка по п.1, отличающа с  тем, что система охлаждени  дизельного генератора газа содержит источник дозированной подачи воды и водно-паровой тракт, обеспечивающий наддув подпоршневого пространства и охлаждение цилиндров, поршней модульных крышек и клапанов.

4.Установка по п.1, о т л и ч а- ю щ а   с   тем, что система охлаждени  дизельного генератора газа содержит замкнутый жидкостной контур

с насосом, каналами охлаждени  ци- 50 линдров и радиатором, и воздушный

тракт, обеспечивающий наддув подпорш- невого пространства и охлаждение поршней , модульных крышек и клапанов.

5.Установка по п.1, о т л и ч а- ю щ а   с   тем, что система пуска и управлени  содержит командно-синхронизирующий двигатель, соединенный с коленчатым валом при помощи муфты

ВКЛЮЧРНИЯ.

35

40

45

55

20

tf

/ / , Y 23

/

Л/г /

I // А7Г//

55

L

Риг J

99

h 277tf

ЈЈ

{/-{/

V08Ј9Јl

70

Фиг.;

36

Ж:

/

37

51

79

Јг-Јг

73

Рае. 12

Риг. 11

Ж2 2

I

э

. /7

h Риг . 17

г. /

Вид Н

т JLH /// //j w

Фиг 21

« НО

Фиг 22

К 94

« o8Ј9si

нпт

нмт

Фиг 26

Фиг. 25

40

вмт

нмт

Вт

дай 27