СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F02B47/10 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции для работы в аномальных условиях окружающей среды (очагов пожаров, повышенной радиации, повышенной запыленности, загазованности токсичными компонентами).

Известна дизельная энергоустановка с системой рециркуляции отработавших газов. К основным недостаткам такой энергоустановки, применительно к указанным условиям работы, относится ее низкая эффективность, обусловленная наличием большого числа исполнительных элементов для осуществления функционирования, а также значительная потребность в охлаждающей жидкости для снятия теплоизбытков энергоустановки, и, как следствие, трудность размещения установки на транспортном средстве или в транспортируемых блоках передвижной электростанции.

Известна также дизельная энергоустановка, работающая по рециркуляционному (полузамкнутому) циклу. Данная энергоустановка включает в себя двигатель с системами впуска и выпуска, линию подачи кислорода, регулятор подачи кислорода, электропневматический преобразователь, элемент, фиксирующий расход кислорода и топлива, реле расхода топлива, датчик регистрации доли кислорода в заряде цилиндра, линию подачи топлива, датчик положения рейки топливного насоса, датчик частоты вращения, клапан перепуска отработавших газов, радиатор, насос охлаждающей воды, подогреватель газов, поступающих в цилиндры, контактный охладитель газов, вторичный клапан управления циркуляцией рабочего тела, первичный питающий клапан, клапан вывода излишней углекислоты в окружающую среду, компрессор, водяной бак системы охлаждения отработавших газов, скрубберы отделения воды от газа, смеситель газов с кислородом, окно системы продувки вспомогательным воздухом, клапан впуска вспомогательного воздуха, вентиль подачи воздуха при пуске, питающий вентиль регулирования давления пускового воздуха, резервуар сжатого воздуха.

Наиболее принципиальным недостатком данного технического решения в указанных условиях работы является его низкая эффективность, обусловленная необходимостью размещения на транспортном средстве или передвижной электростанции значительных запасов охлаждающей жидкости (например, воды) для снятия теплоизбытков энергоустановки в целом и, в том числе, для глубокого охлаждения отработавших газов двигателя с одновременной конденсацией из их состава водяных паров, с одной стороны, и невозможностью использования для этих целей окружающей среды, например, путем устройства радиаторной системы охлаждения энергоустановки, с другой стороны.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности дизельной энергоустановки при использовании ее в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции в условиях аномального состояния окружающей атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что дизельная энергоустановка дополнительно оснащена вентилятором, кинематически связанным с валом двигателя, испарителем, охладителем масла, регулятором расхода воды на охлаждение газов, трубопроводом охлажденных отработавших газов со встроенной в него форсункой, источником кислорода. При этом выпускная система двигателя сообщена с атмосферой и входом трубопровода охлажденных отработавших газов со встроенной в него форсункой, выход которого присоединен к одному из входов смесителя, второй вход которого через регулятор расхода кислорода связан с выходом источника кислорода, впускная система двигателя через запорные устройства сообщена с атмосферой и выходом смесителя; выход рубашки охлаждения двигателя присоединен к одному из входом испарителя, установленного в верхней части радиатора, один из выходов которого через охладитель масла присоединен к второму входу испарителя, второй выход радиатора соединен с входом насоса, кинематически связанного с валом двигателя, выход насоса сообщен с его входом, рубашкой охлаждения двигателя и через регулятор расхода воды на охлаждение газов - с входом форсунки.

Таким образом, дополнительное оснащение дизельной энергоустановки испарителем, охладителем масла, регулятором расхода воды на охлаждение газов, трубопроводом охлажденных отработавших газов со встроенной в него форсункой, источником кислорода, соединенных по предложенной схеме, позволяет достичь цели изобретения - повысить эффективность дизельной энергоустановки при ее работе в условиях аномального состояния окружающей атмосферы и соответствует критерию "существенные отличия".

По сведениям авторов технические решения, обладающие указанными признаками, отсутствуют. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого технического решения, которая включает в себя дизельный двигатель 1, радиатор 2 с установленным в его верхней части испарителем 3, вентилятор 4, насос 5, охладитель масла 6, регулятор расхода воды на охлаждение газов 7, трубопровод охлажденных отработавших газов 8 с встроенной в него форсункой 9, смеситель 10, pегулятоp расхода кислорода 11,источник кислорода 12, запорные устройства 13, 14.

Дизельная энергоустановка, изображенная на чертеже, работает следующим образом.

При нахождении энергоустановки в зоне нормального состояния окружающей атмосферы забор воздуха на горение топлива в цилиндры двигателя осуществляется из атмосферы через запорное устройство 13, отработавшие газы удаляются в атмосферу, при этом запорное устройство 14, регуляторы 7, 11 закрыты. В этом случае возможно использование для охлаждения двигателя атмосферного воздуха. Нагретая вода из рубашки охлаждения двигателя поступает в испаритель 3, который при этом режиме работы энергоустановки играет роль расширительного бака, затем охлаждается в радиаторе 2 воздухом, подаваемым в него вентилятором 4, и насосом 5 подается на охлаждение двигателя. Назначение байпасной (рециркуляционной) линии насоса 5, через которую определенная часть воды подается из нагнетательной во всасывающую линию, будет показано ниже, при этом следует иметь в виду, что выбор производительности насоса и проходного сечения рециркуляционной линии производится таким образом, что во всех режимах работы энергоустановки насосом 5 в рубашку охлаждения двигателя подается достаточное для его охлаждения количество воды. Охлаждение смазочного масла двигателя осуществляется в охладителе 6 за счет естественной циркуляции воды через него ввиду разницы температур охлаждающей воды на входе и выходе охладителя.

При работе энергоустановки в условиях аномального состояния окружающей среды (очагов пожаров, повышенной радиации, повышенной запыленности, загазованности токсичными компонентами и т.д.) забор воздуха на горение топлива в цилиндры двигателя из атмосферы, а также использование его для охлаждения двигателя становится невозможным. Поэтому в данном техническом решении для этих условий предусмотрен, с одной стороны, перевод работы двигателя на рециркуляционный цикл без забора воздуха из атмосферы, а, с другой, - использование для охлаждения энергоустановки запасов воды, размещенных на борту транспортного средства или передвижной электростанции. С целью максимального сокращения бортовых запасов охлаждающей воды в данном техническом решении предусмотрено как испарительное охлаждение отработавших газов при подготовке искусственной газовой смеси для осуществления рециркуляционного цикла, так и испарительное охлаждение собственно первичного двигателя.

Работа энергоустановки в условиях аномального состояния окружающей среды осуществляется следующим образом.

Закрывается запорное устройство 13 и открывается запорное устройство 14, при этом отработавшие газы частично (до 25% от объемного расхода отработавших газов) удаляются в атмосферу, а большая их часть поступает в трубопровод 8, где охлаждается до температуры 120-150^оС путем впрыска определенного количества воды через форсунку 9 за счет испарения последней. Вода к форсунке подается насосом 5 через регулятор расхода 7. Охлажденные отработавшие газы из трубопровода 8 поступают в смеситель 10, куда от источника кислорода 12 поступает определенное количество кислорода через регулятор расхода 11. После смешения охлажденных отработавших газов с кислородом полученная таким образом газовая смесь через запорное устройство 14 поступает на всасывание дизеля, цикл замыкается. Испарительное охлаждение первичного двигателя производится следующим образом. Охлаждающая вода с помощью насоса 5 циркулирует по контуру: рубашка охлаждения двигателя 1 - испаритель 3 - радиатор 2 - насос 5 - рубашка охлаждения двигателя 1 без охлаждения (вентилятор 4 при этом отключен) до тех пор, пока ее температура на выходе из двигателя не поднимается более 100^оС (100-115^оС), в рубашке охлаждения двигателя вода не кипит, так как там поддерживается давление порядка 2-3 атм. изб. , а в испарителе 3 за счет его связи с атмосферой поддерживается атмосферное давление. Поэтому перегретая вода, попадая в испаритель 3 и расширяясь, мгновенно вскипает и охлаждается со 110-115 до 100^оС, после чего насосом 5 подается на охлаждение двигателя. Во избежание кавитации насоса 5 в схеме предусмотрена байпасная линия, связывающая выход насоса с его входом, Образовавшийся в испарителе 3 пар удаляется в атмосферу или используется на технологические нужды (например, для создания парового облака вокруг транспортного средства или передвижной ДЭС, находящихся в зоне пожара). Охлаждение смазочного масла производится в охладителе 6 за счет естественной циркуляции воды через него. Запас воды на охлаждение отработавших газов и первичного двигателя сосредотачивается в испарителе 3 из расчета времени работы энергоустановки в зоне аномального состояния атмосферы.

Технико-экономическая эффективность заявляемого технического решения заключается в следующем. Повышается эффективность дизельной энергоустановки, используемой в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции, при работе в условиях аномального состояния окружающей атмосферы за счет применения испарительного охлаждения дизельного двигателя и отработавших газов и оснащения энергоустановки вентилятором, кинематически связанным с валом двигателя, испарителем, охладителем масла, регулятором расхода воды на охлаждение газов, трубопроводом охлажденных отработавших газов со встроенной в него форсункой и источником кислорода.

Сущность изобретения: силовая установка дополнительно оснащена испарителем, охладителем масла, регулятором расхода воды на охлаждение газов, причем выпускная система сообщена с атмосферой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая дизель с впускным, связанным через запорное устройство с атмосферой, и выпускным трубопроводами и системой охлаждения, включающий последовательно соединенные рубашку охлаждения с входной и выходной магистралями, радиатор с входом и выходом и водяной насос со всасывающим, подключенным к выходу радиатора, и напорным патрубками, смеситель, водяную и кислородную емкости с соответствующими регуляторами расхода, и форсунку для впрыска воды, установленную в выпускном трубопроводе, выполненном в виде двух каналов, сообщенных соответственно с атмосферой и смесителем, подсоединенным через соответствующий регулятор расхода к кислородной емкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, она снабжена охлаждителем масла и испарителем с двумя входами и одним выходом, связанными соответственно с выходной магистралью рубашки охлаждения, охладителем масла и с входом радиатора, всасывающий и напорный патрубки водяного насоса сообщены между собой, а форсунка для впрыска воды через регулятор расхода воды подсоединена к напорному патрубку водяного насоса. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что водяная емкость выполнена за одно с испарителем.