СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F02B43/02 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известна газотурбинная установка (М.А.Коссов, Г.А.Аверин, А.И.Перетурин. Современное состояние и развитие автомобильных газотурбинных двигателей за рубежом. /Обзорная информация. М.: НИИНАВТОПРОМ, 1984. - 45 с.), включающая компрессорную турбину и две свободные турбины. Вал свободной тяговой турбины, расположенной второй по потоку газа после компрессорной турбины, соединен планетарной передачей с двумя другими валами. На разгонных режимах тяговая турбина около половины своей мощности отдает на привод компрессор. При изменении режима работы двигателя часть мощности, отдаваемой компрессору, уменьшается.

Недостатком рассмотренной газотурбинной установки является замедленный отклик на изменение подачи топлива в камеру сгорания. Это обусловлено присущей турбинам инерционностью и отсутствием жесткой зависимости объемного расхода рабочего тела от угловой скорости.

Целью изобретения является уменьшение времени задержки между началом изменения подачи топлива в камеру сгорания и началом соответствующего изменения мощности на выходном валу установки.

Эта цель достигается тем, что вместо компрессорной турбины, тяговой турбины и расширительной турбины применены соответственно объемный компрессор, объемный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и объемный пневмодвигатель. Механическая связь между ними обеспечена планетарной передачей. Солнечное колесо планетарной передачи закреплено на валу компрессора. Водило закреплено на валу ДВС. Эпициклическое колесо закреплено на выходном валу установки. К этому же валу через обгонную муфту подведен крутящий момент от пневмодвигателя. Для распределения сжатого воздуха, поступающего от компрессора, предусмотрена камера, сообщенная через обратный клапан с ДВС и через перепускной клапан с пневмодвигателем. Усовершенствование установки проведено с целью повышения кпд. Достижение этой цели обеспечено установкой теплообменника для подогрева сжатого воздуха за счет отработавших газов ДВС.

Данное изобретение поясняется на чертеже, где изображена предложенная установка.

Установка включает объемный ДВС 1 с валом 2, объемный компрессор 3 с валом 4, размещенном внутри вала 2, и объемный пневмодвигатель 5, закрепленный на выходном валу 6, механическая связь между которыми обеспечена планетарной передачей. Солнечное колесо 7 планетарной передачи закреплено на валу 4 компрессора 3. На валу 2 ДВС 1 закреплено водило 8 планетарной передачи. Эпициклическое колесо 9 закреплено на выходном валу 6. Взаимодействие пневмодвигателя 5 с выходным валом 6 предусмотрено через обгонную муфту 10. Для распределения сжатого воздуха, поступающего от объемного компрессора 3, установлена камера 11, соединенная через обратный клапан 12 с ДВС 1 и через перепускной клапан 13 с пневмодвигателем 5.

Установка работает следующим образом. При вращении вала ДВС 1 мощность посредством планетарной передачи подводится к валу компрессора 3. Сжатый в компрессоре 3 воздух направляется в камеру 11. Распределение сжатого воздуха между ДВС и пневмодвигателем зависит от отношения угловых скоростей зубчатых колес в планетарной передаче. Если отношение угловых скоростей, например, солнечного колеса 7 и водила 8 равно определенной величине, то производительность компрессора 3 соответствует пропускной способности ДВС 1. В этом случае сжатый воздух не поступает в пневмодвигатель 5 и он не создает дополнительный крутящий момент. Этот случай нагружения установки соответствует установившемуся режиму работы. Если же отношение угловых скоростей солнечного колеса 7 и водила 8 ниже определенной величины, то производительность компрессора 3 ниже пропускной способности ДВС 1. В этом случае ДВС 1 переходит на работу в режиме вакуум-компрессора. Этот случай работы установки соответствует режиму торможения установкой. На нем сжатый воздух также не поступает в пневмодвигатель 5. Наконец, если отношение угловых скоростей солнечного колеса 7 и водила 8 выше определенной величины, то производительность компрессора 3 превышает пропускную способность ДВС 1. В этом случае избыточное давление в камере 11 открывает перепускной клапан 13 и избыток сжатого воздуха поступает в пневмодвигатель 5. Он, в свою очередь, создает дополнительный крутящий момент на выходном валу 6. Передача дополнительного крутящего момента пневмодвигателя 5 осуществляется через обгонную муфту 10. Этот режим работы установки соответствует повышенному моменту сопротивления на выходном валу 6.

Исходная установка может быть усовершенствована с целью повышения кпд. Повышение кпд достигнуто благодаря размещению между камерой 11 и пневмодвигателем 5 теплообменника 14, сообщенного с выхлопным отверстием ДВС 1 (см. чертеж).

Данная установка работает следующим образом. При превышении пропускной способности ДВС 1 избыток сжатого воздуха из камеры 11 через перепускной клапан 13 поступает в теплообменник 14. Нагревание в теплообменнике 14 проходящего сжатого воздуха происходит за счет отработавших газов, поступающих из ДВС 1.

Изобретение относится к двигателестроению. Объемные компрессор, двигатель внутреннего сгорания и пневмодвигатель взаимодействуют через планетарную передачу. Сжатый воздух из компрессора поступает в камеру, сообщенную с двигателем внутреннего сгорания и пневмодвигателем. Для повышения кпд установлен теплообменник, сообщенный с камерой и пневмодвигателем. Нагрев сжатого воздуха в нем осуществляется за счет выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Изобретение обеспечивает ускорение отклика на изменение подачи топлива, что повышает кпд. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с валом, компрессор с валом, расположенным внутри вала двигателя внутреннего сгорания, пневмодвигатель, связанный с выходным валом установки, и планетарную передачу, солнечное колесо которой закреплено на валу компрессора, водило закреплено на валу двигателя внутреннего сгорания, а эпициклическое колесо закреплено на выходном валу установки, отличающаяся тем, что она снабжена камерой, сообщенной с двигателем внутреннего сгорания через обратный клапан и с пневмодвигателем - через перепускной клапан, причем пневмодвигатель и двигатель внутреннего сгорания выполнены объемными, а связь пневмодвигателя с выходным валом выполнена посредством обгонной муфты. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между камерой и пневмодвигателем установлен теплообменник, выполненный с возможностью нагрева сжатого воздуха путем пропускания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.