SU78432A1 - Локомотив с воздушным поршневым рабочим двигателем - Google Patents

Description

Известны тепловозы с воздушным поршневым рабочим двигателем, действующим на ведущие оси локомотива, и с дизельмотором в качестве первичного двигател ,  вл ющимс  одновременно и компрессором дл  сжати  воздуха, поступающего в поршневой рабочий двигатель.

Недостатком этих тепловозов, преп тствовавшим их применению до сего времени,  вл ютс  большие размеры цилиндров дизельмотора, так как питание их воздухом происходит путем засасывани  его из атмосферы .

Описываемое ниже изобретение устран ет этот недостаток указанных тепловозов и, кроме того, устран ет недостаток двигателей с газовой передачей, как например, системь Гетаверкен, с плавающими поршн ми типа Пескара, заключающийс  в плохом их регулировании. Первый недостаток устран етс  тем, что питание дизельмотора воздухом происходит от нагнетател  при давлении выше атмосферного, вследствие чего уменьшаютс  размеры дизельмотора. Второй недостаток устран етс  тем, что, мен   число оборотов нагнетател , можно измен ть наполнение дизельмотора, а следовательно, и количество подаваемого им воздуха дл  рабочего двигател  в любых количествах от нул  до максимально требующегос .

ОписЪшаемый ниже локомотив с воздушным поршневым двигателем содержит силовой агрегат, состо щий из: 1) нагнетател , соединенного с дизельмотором или одновременно с дизельмотором и газовой турбиной; 2) дизельмотора, производ щего рабочий агент-сжатый воздух или одновременно газ и воздух и вращающего нагнетатель; 3) воздушного двигател  или комбинации газового и воздушного двигателей, действующих на сцепные колеса локомотива, привод  их в движение.

На фиг. i изображена схема силового агрегата; на фиг. 2-индикаторна  диаграмма дизельмотора при полной нагрузке; на фиг. 3-то же, при неполной нагрузке; на фиг. 4-то же, дл  холостого хода; на фиг. 5

№ 78432--2-представлена схема автоматического регулировани  дизельмотора; на: фиг. 6-схема варианта силового агрегата; на фиг. 7-индикаторна  диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. 6; на фиг. 8- схема второго варианта силового агрегата; на фиг. 9-индикаторна  диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. 8; на фиг. 10 и 11 представлен в двух разрезах локомотив с силовым агрегатом, выполненным по схеме на фиг. 8.

.Дл  осуществлени  работы локомотива по схеме фиг. 1 воздух при помощи нагнетател  / подаетс  в дизельмотор 2 через нагнетательный клапан 5 при движении поршн  6 двигател  вниз.

При обратном движении поршн  6 вверх клапан 5 закрываетс , заключенный в цилиндре воздух сжимаетс  и по достижении необходимого давлени  нагнетаетс  через клапан 7 в ресивер 8, откуда поступает в воздушный поршневой двигатель 3, действующий на ось 4 локомотива .

Клапан 7 закрываетс , когда поршень б еще не доходит до верхней мертвой точки; поэтому в цилиндре дизел  происходит дальнейшее сжатие оставшегос  воздуха до давлени  вспышки. По достижении этого давлени  в мертвой точке или около нее через форсунку 9 в цилиндр подаетс  горючее, которое воспламен етс  и сгорает. Сгоревшие газы расшир ютс  и производ т работу, котора  затрачиваетс  на сжатие воздуха в цилиндре и подачу его в ресивер. Во врем  четвертого хода поршн  из цилиндра дизел  удал ютс  отработавшие газы через клаиан 10.

Представленна  на фиг. 2 диаграмма  вл етс  индикаторной диаграммой дизельмотора при работе с полной нагрузкой и полным числом оборотов.

Линией aia на диаграмме изображаетс  всасывание воздуха в цилиндр двигател ,, линией aCi-сжатие воздуха до давлени  выпуска- В точке Ci открываетс  клапан 7 и происходит выпуск воздуха из цилиндра двигател  в ресивер по линии CiCz; в точке €2 клапан 7 закрываетс , и происходит дальнейшее сжатие воздуха в цилиндре по линии GzC. Около точки С в цилиндр подаетс  горючее, которое сгорает по линии CZiZ

в точке Z впуск горючего прекращаетс  и продукты сгорани  расшир ютс  по линии Zf. Около точки f открываетс  выхлопной клапан 10 и газы выталкиваютс  из цилиндра по линии fgh- В точке h выпуск газов прекращаетс  и Оставшиес  газы сжимаютс  до .давлени  всасывани  1О линии hai. От точки ai, описагпный процесс начинаетс  снова.

В результате этого процесса дизельмотор дает некоторое количество 1юздуха желаемых параметров, отобранное из цилиндра по .чинии CiCs и м.огущее служить в качестве рабочего тела и воздушном двигателе и и совершить работу за счет энергии, котора  была но-чучена в дизе.че в результате сгорани  в нем топлигза и расширени  по .чинии ZiZfg.

Рабочий воздушный двигатель может, быть как простого, так и двойного расширени . ИУ фиг. 1 пунктиром показан второй ци/1индр, образующий сов.местно с цилиндром двигате-ль 3 двойного раси1ирени .

Ввиду того, что вых.чопные г зы имеют еще высокую темг:ературу, их можно использовать к подогревателе 16 д.т  подогрева рабочего воздуха в ресивере 8, а также в промежуточном подогревателе /Г дл  подогрева воздуха при его переходе и;, цилиндра 3 высокого в цилиндр 14 низкого давле1Н1 .

Пределом повышени  давлени  рабочего воздуха, отбираемого пз цилиндра дизел , будет служить давление, соответствуюилее началу процесса горени , т. е. давление точки С. В этом случае сжатие воздуха

продолжаетс  до точки Сз, в которой открываетс  выпускной клапан и выпуск воздуха происходит по линии СзС, показанной на фиг. 2 пунктиром .

На фиг. 3 представлена индикаторна  диаграмма дизельмотора при неполной нагрузке. В случае уменьшени  нагрузки, т. е. уменьшени  расхода воздуха рабочим двигателем, подача топлива в цилиндр дизели уменьшаетс , работа расширени  становитс  меньше работы сжати , и дизельмотор вместе с нагнетателем начинают уменьшать число o6opijтов . Давление нагнетани  падает, уменьшаетс  количество воздуха, нагнетаемого в цилиндр дизел /и поэтому лини  сжати . aCi (фиг. 3) пойдет ниже, чем на диаграмме по фиг. 2. Соответственно лини  выпуска CiC2 будет короче, чем на диаграмме по фиг- 2. Таким образом, количество воздуха, подаваемого дизелем, уменьшитс , а также уменьшитс  и работа сжати . Это уменьшение будет происходить до тех пор, пока работа расширени  не сравн етс  с работой сжати , и дизельмотор будет работать с новой нагрузкой. При дальнейшем уменьшении на грузки число оборотов и давление нагнетани  будут уменьшатьс  и будет уменьшатьс  лини  CiCa, т. е. подача воздуха. В случае прекраш;ени  расхода воздуха рабочим двигателем днзельмотор переходит на работу с минимальным числом оборотов и минимальным давлением нагне-. тани , что соответствует также и минимальному расходу топлива.

Дл  этого случа  индикаторна  диаграмма будет иметь вид, показанный па фиг. 4. При минимальном давлении нагнетани  лини  сжати  будет иметь вид кривой аС без пр мого участка, так как точки Ci и С совпали. Отбора воздуха нет, и вс  работа расширени  тратитс  только на сжатие воздуха дл  процесса горени  и на собственные нужды и потери дизел . Дизельмотор работает на холостом ходу, не дава  воздуха дл  полезной работы.

Автоматическа  работа дизельмотора при переменных нагрузках возможна при помощи установки регул тора давлени  (фиг. 5). На л пии , соедин ющей цилиндр 2 дизел  с ресивером 8, имеютс  два клапана: клапан 7 дл  выпуска воздуха, из цилиндра дизел  и обратный клапан 15 при входе воздуха в ресивер. Клапан 7 имеет посто нный момент открыти  Ci и момент закрыти  С2, соответствующие полной нагрузке. При неполных нагрузках клапан 7 откроетс  раньше, чем в цилипд-ре дизел  давление станет равно давлению в ресивере. Поэтому обратный клапан будет преп тствовать обратному пеерходу воздуха из ресивера в цилиндр дизел .

На ресивере 8 имеетс  регул тор давлени  16, который устанавливаетс  на определенное давление и, в случае изменени  давлени , вызванного увеличением или уменьшением расхода воздуха из ресивера, регул тор давлени  дает импульс сервомотору 17, а последний, действу  на топливный насос 18, измен ет подачу топлива в форсунку Р.

На фиг. 6 представлена схема агрегата, по которой в рабочий поршневой двигатель переход т из цилиндра дизел  и воздух и выхлопные газы. В этом случае дл  использовани  энергии выхлопных газов необходимо к порщиевому воздушному двигателю присединить еще или поршневую машину, или газовую турбину. Дизельмотор может работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу. На фиг. 6 изображен двухтактный дизельмотор. Агрегат состоит из нагнетател  /, дизельмотора 2 и двух воздушных двигателей 3 и 14.

Воздух из нагнетател  / подаетс  к дизельмотору, входит в цилиндр через щели // и вытесн ет продукты сгорани  через щели 2. Вытесненные из цилиндра газы поступают в добавочный ресивер 13 дл  газов и

-3-,N9 78432

78432-4 так как они имеют давление, равное давлению после нагнетател , TQ они могут быть использованы дл  получени  полезной работа или в поршневой машине 14 или газовой турбине 19, действующих на ось 4 локомотива..

Воздух из дизельмотора через клапан 7 и ресивер 8 поступает к поршневому двигателю 3. Перед поступлением к двигатель 3 воздух может быть подогрет в ресивере 8 при помощи подогревател  1& ла счет тепла выхлопных газов дизельмотора, чем достигаетс  снижение температуры их до допустимых пределов. Выпуск воздуха из двигател  3 может производитьс  и не в атмосферу, а в промежуточный ресивер 13, где он смешиваетс  с выхлопными газами, и во второй рабочий двигатель поступает уже смесь воздуха и газов.

Индикаторна  диаграм.ма дизельмотора, работающего по , изображенной на фиг- 6, в случае двухтактного цикла изобразитс  линией gaCiCsCiZiZfag (фиг. 7); в случае четырехтактного цикла-ли-. нией aiaCiCaGZiZfaai.

Пунктиром показана диаграмма холостого хода, котора  характеризуетс  тем, что пр мой участок CiCs на ней отсутствует, т. е. дизельмотор воздуха не дает, а выхлопные газы должны удал тьс  в атмосферу, так как имеют давление, близкое к атмосферному. Но можно сделать так, чтобы это давление было вь1ше атмосферного, тогда второй рабочий двигатель сможет работать, хот  бы на холостом ходу, с отключением от рабочего вала.

Схема агрегата, представленна  на фиг. 8, отличаетс  от схемы на фиг. 6 тем, что выхлопные газы используютс  в газовой турбине 20, сое ..аиненной с нагнетателем и с дизельмотором, так как одна газова  турбина не в состо нии вращать нагнетатель и должна получить добавочную мощность от дизел .

Дизельмотор может работать и по четырех- и по двухтактному циклу . На фиг. 9 начерчена индикаторна  диаграмма четырех- и двухтактного дизел .. При работе по четырехтактному циклу диаграмма имеет линию всась1в.ани  под давлением нагнетател  aia, линию сжати  воздуха aCi, линию выпуска из цилиндра CiC2, линию дальнейшего сжати , сгорани  и расширени  газов C2CZiZfi, линию выталкивани  ртработанных газов fih, котора  может быть несколько ниже линии всасывани , и линию hai сжати  оставшихс  газов до давлени  нагнетани .

При работу по двухтактному циклу диаграмма имеет ,аинию сжати  aCiC2C, линию сгорани  и расширени  CZiZt. В точке f или несколь .о ранее, а именно в точке fa открываютс  выхлопные окна и происходит пррдувка по линии fag или под давлениегу нагнетател .

На тепловозе (фиг. 10 и И ), на котором прцменен агрегат по одно из ука.занных схем, а именно по схеме, изображенной на фиг. 8, установлен Дизельмотор 2, соединенньш при помощи передачи с нагнетателем / и газовой турбиной 15. Сжатый воздух, отбираемый из цилиндра здзель,мотора, поступает в ресивер 8, а оттуда в т говый врздушноiippJiiupBOH ДЧ.гатель 3, действующий на си.;ПНЬ1е колеса локомотива. Впереди ло1 Ьм6т11ва находитс  будка 21 машиниста, сзади--холоднль- ник 2.2. В топл11вном баке 23 хранитс  необходим ый запас топлива. Пуск вход дизельмотора может быть или пневматический или электрический, при помощи вспомогательной динамомашины и аккумул торной батареч.

Предмет изобретени 

Claims (5)

1. I. Ло омртив с воздущнцм порц невым рабочим двигателем, снабженный дизельмотором, работающим в качестве первичного двигател 

   и компрессора дл  питани  рабочего двигател  через ресивер сжатым воздухом, отличающийс  тем, что дл  питани  дизельмотора воадухом , с целью уменьшени  его размера и у.учшени  его регулировани , применен нагнетатель.
2. 2.Форма выполнени  локомотива по п. 1, отличающа с  тем, что привод нагнетател  осуществлен от коленчатого вала дизельмотора,
3. 3.Форма выполнени  локомотива по п. 1, отличающа с  тем, что дл  дривода нагнетател  применена газова  турбина, питаема  выхлопными газами дизельмотора.
4. 4.Локомотив по пп. I-3, отличающийс  тем, что дл  подогрева сжатого в дизельмоторе воздуха применен подогреватель, питаемый выхлопными газами дизельмотора.
5. 5.Локомотив по пп. 1-4, отличающийс  тем, что дополнительно к поршневому воздущному рабочемудвигателю применена газова  турбина, питаема  выхлопными газами дизельмотора.

   -5-№ 78432

   Hijll I

   pwij I ч -

   i г ii

   .F1i

   f;2 7

   Фиг.2

   I .

   17

   16

   Ж/

   75

   -«ШР ilj

   щ

   ц. j1 I

   t rlu.

   W rfrfffrOr/rrr,

   Йп

   - ч

   . ,,7

   .-. f

   Ljr -ijiiz: - .

   Фиг. 7 IT, il .,4 .81-Ji-w-A,.™.-i,j..A-;-fc,.-i.Ue-i---b.-j si;444

   yL- -,Li.i. ii -LL...-,,;i, 1 ; Yl4,i -- - --- -- -------j:J

   .

   .sssi, . fe;:.3(:i

   КХ-ЕЭр г-