ГАЗОВО-ПОРШНЕВОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР С НИЗКОЙ ГАЗОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ Российский патент 2014 года по МПК F02B43/10 F02M21/02 F17D1/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается двигателей внутреннего сгорания, и в частности газово-поршневых электрогенераторов с низкой газовой концентрацией.

Известный уровень техники

Используемые в настоящее время двигатели внутреннего сгорания работают на жидких углеводородах и не могут использовать угольный газ. Под угольным газом, в основном, подразумевается смесь метана СН₄ с воздухом. В настоящее время под «газом» подразумевается выходящий на поверхность метан СН₄, при этом концентрация метана СН₄ составляет 6%-80%. При концентрации свыше 30% - это «газ высокой концентрации», при концентрации менее 30% - «газ низкой концентрации». «Газ высокой концентрации» в настоящее время используется для технических, бытовых нужд и для выработки электричества. Но для использования «газа низкой концентрации» пока не существует способов, и он выбрасывается в воздух, загрязняет окружающую среду и происходит бесполезная трата ресурсов.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности для газово-поршневых электрогенераторов замены системы подачи дизельного топлива на систему подачи газа низкой концентрации и использование камеры внутреннего сгорания корытообразной формы, а также преодоление или избежание недостатков и недоработок в имеющейся в настоящее время вышеупомянутой технике, и возможности успешного использования газа низкой концентрации.

Описанный в настоящем изобретении газово-поршневой электрогенератор с низкой газовой концентрацией включает двигатель с низкой газовой концентрацией, электрогенератор, систему доставки мелкодисперсной водяной пыли, устройство для охлаждения испарителя воды, электрический перекидной клапан, клапан-регулятор давления, смеситель, температурный контроллер, переключатель датчика тепловой нагрузки, камеру сгорания газового двигателя, воздушный фильтр, клапан регулятора скорости. Его особенность состоит в том, что система доставки мелкодисперсной водяной пыли в свою очередь последовательно соединена с устройством для охлаждения испарителя воды, электрическим перекидным клапаном и двигателем с низкой газовой концентрацией. Клапан-регулятор давления, смеситель, воздушный фильтр, клапан регулятор скорости, переключатель датчика тепловой нагрузки, камера сгорания газового двигателя подключены к двигателю с низкой газовой концентрацией; температурный контроллер соединен электрической цепью со смесителем и переключателем датчика тепловой нагрузки; электрогенератор соединен с двигателем с низкой газовой концентрацией.

Кроме того, камера сгорания газового двигателя представляет собой корытообразную конструкцию. Смеситель, установленный на двигателе с низкой газовой концентрацией, по отдельности соединен с клапаном регулировки скорости, воздушным фильтром и клапаном регулировки давления; клапан регулировки скорости соединен с камерой внутреннего сгорания газового двигателя. Клапан регулировки давления состоит из корпуса клапана и встроенного в него цоколя клапана, соединенного с воздушным клапаном на цоколе клапана, верхняя часть воздушного клапана соединена с рычагом регулировки давления и расположена перпендикулярно к рычагу регулирующего вала и установленной на нем диафрагме и регулирующей давление пружине. Смеситель состоит из корпуса, с одной стороны которого имеются газовый и воздушный входы, на входах имеются датчики; в воздушном входе установлена воздушная контрольная заслонка; на газовом входе установлена газовая контрольная заслонка, на воздушной заслонке есть соединение с воздушным шаговым электродвигателем, а на газовой заслонке есть соединение с шаговым электродвигателем с низкой газовой концентрацией. Электрический перекидной клапан состоит из корпуса и встроенной в него заслонки. Вал, соединенный с заслонкой, поворотная рукоятка, пружина кручения расположены на этом валу; в верхней части корпуса клапана находится кожух. На кожухе и рядом с валом расположены амортизатор, штекер, электромагнит и возвратная пружина. Амортизатор и вал расположены параллельно друг другу и перпендикулярно к штекеру и электромагниту, штекер и электромагнит соединены одной стороной, а другой стороной соединены возвратная пружина и электромагнит. Система доставки мелкодисперсной водяной пыли состоит из вакуумного водокольцевого насоса, к которому последовательно присоединены гидравлический огневой предохранитель, сухой огневой предохранитель газового трубопровода, выпускной клапан влажной горючей смеси, клапан подачи газа низкой концентрации, контрольный клапан пара, генератор пара высокого давления, трубопровод подачи пара высокого давления, циркуляционный насос, осушитель, водоспускной вентиль и концевой сухой газовый огневой предохранитель.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества в сравнении с современными технологиями:

1) высокая эффективность энергообмена,

2) полное использование угольного газа с низкой концентрацией, снижение выбросов парниковых газов, экономия стандартного угля для выработки электроэнергии,

3) меньше инвестиций на единицу мощности,

4) компактность площадей на единицу выходной мощности.

Описание чертежей.

Фигура 1. Схема электрогенератора согласно настоящему изобретению.

Фигура 2. Схема системы доставки мелкодисперсной водяной пыли к схеме на фиг. 1.

Фигура 3. Конструкция клапана регулировки давления к схеме на фиг. 1.

Фигура 4. Вид сбоку Фиг. 3.

Фигура 5. Конструкция камеры внутреннего сгорания к схеме на фиг. 1.

Фигура 6. Конструкция смесителя к схеме на фиг. 1.

Фигура 7. Вид А-А фиг. 6.

Фигура 8. Конструкция электрического перекидного клапана к схеме на фиг. 1.

Фигура 9. Вид сбоку фиг. 8.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1-9. Газово-поршневой электрогенератор с низкой газовой концентрацией включает двигатель с низкой газовой концентрацией 1, электрогенератор 12, систему доставки мелкодисперсной водяной пыли 1, устройство для охлаждения испарителя воды 2, электрический перекидной клапан 3, клапан регулировки давления 4, смеситель 5, температурный контроллер 6, переключатель датчика тепловой нагрузки 7, камеру внутреннего сгорания газового двигателя 8, воздушный фильтр 9, клапан регулятора скорости 10. Система доставки мелкодисперсной водяной пыли 1 последовательно соединена с устройством для охлаждения испарителя воды 2, электрическим перекидным клапаном 3 и двигателем с низкой газовой концентрацией 11. Клапан регулировки давления 4, смеситель 5, воздушный фильтр 9, клапан регулятора скорости 10, переключатель датчика тепловой нагрузки 7, камера внутреннего сгорания газового двигателя 8 последовательно размещены на двигателе с низкой газовой концентрацией 11. Температурный контроллер 6 электрически соединен со смесителем 5 и переключателем датчика тепловой нагрузки 7. Электрогенератор 12 соединен с двигателем с низкой газовой концентрацией 11.

Камера внутреннего сгорания газового двигателя - это конструкция корытообразной формы 8. На двигателе низкой газовой концентрации 11 размещен смеситель 5, по отдельности соединенный с регулирующим скорость клапаном 10, воздушным фильтром 9 и клапаном регулировки давления 4. Клапан регулировки скорости 10 соединен с камерой внутреннего сгорания газового двигателя 8. Клапан регулировки давления 4 включает корпус клапана 45 и встроенный в него цоколь воздушного клапана 44, соединенный с цоколем клапана 44 воздушный клапан 43, верхняя часть воздушного клапана 43 соединена с рычагом регулировки давления 46 и поперечно перпендикулярно соединенным с ним регулирующим валом 47 и расположенной на нем диафрагмой 42 и регулирующей давление пружиной 41. Смеситель 5 состоит из корпуса 59, с одной стороны которого имеется воздушный вход 51 и газовый выход 55. На воздушном входе 51 и газовом выходе 55 имеются чувствительные датчики 56; в воздушном входе 51 установлена воздушная контрольная заслонка 52; на газовом входе 55 установлена газовая контрольная заслонка 53, на воздушной заслонке 52 есть соединение с воздушным шаговым электродвигателем 57, а на газовой заслонке 53 есть соединение с шаговым электродвигателем с низкой газовой концентрацией 58. Электрический перекидной клапан 3 состоит из корпуса 39 и встроенной в него заслонки 36. Вал 37, соединенный с заслонкой 36, поворотная рукоятка 38, пружина кручения 31 расположены на валу 37. В верхней части корпуса клапана 39 находится кожух. На кожухе и рядом с валом 37 последовательно расположен амортизатор 32, штекер 33, электромагнит 34 и возвратная пружина 35. Амортизатор 32 и вал 37 расположены параллельно друг другу и перпендикулярно к штекеру 33; штекер 33 и электромагнит 34 соединены одной стороной, а возвратная пружина 35 и электромагнит 34 соединены с другой стороной; вал 37 сверху имеет поворотную рукоятку 38. Система доставки мелкодисперсной водяной пыли 1 состоит из вакуумного водокольцевого насоса 101, к которому последовательно присоединены гидравлический огневой предохранитель 102, сухой огневой предохранитель газового трубопровода 103, выпускной клапан влажной горючей смеси 104, клапан подачи газа низкой концентрации 105, контрольный клапан пара 106, генератор пара высокого давления 107, трубопровод подачи пара высокого давления 108, циркуляционный насос 109, осушитель 110, водоспускной вентиль 111 и концевой сухой огневой предохранитель 112.

Фиг. 1. Во время движения, пройдя через вакуумный водокольцевой насос 101, газ низкой концентрации последовательно проходит через систему доставки мелкодисперсной водяной пыли 1, устройство для охлаждения испарителя воды 2, электрический клапан 3, клапан регулировки давления 4 в смеситель 5. Воздух через воздушный фильтр 9 попадает в смеситель 5, и здесь газ низкой концентрации смешивается с воздухом в соответствии с заданными пропорциями; горючая смесь, пройдя через клапан регулировки скорости 10, попадает в камеру внутреннего сгорания газа низкой концентрации 8. Находящаяся в камере внутреннего сгорания 8 газово-воздушная смесь обладает регулярной взрывной мощностью. Мощность из двигателя с низкой газовой концентрацией 11 передается на зубчатое колесо. Соотношение воздуха и газа низкой концентрации в воздушно-газовой смеси определяется тепловой нагрузкой двигателя 11, сигнал через переключатель датчика тепловой нагрузки 7 направляется на температурный контроллер 6, после произведения расчетов подается команда на выдачу тепла, заставляя работать шаговый двигатель, который находится на смесителе 5, изменяя площадь прохода газово-воздушной смеси, для осуществления контроля коэффициента горючей смеси.

Газ низкой концентрации проходит через вакуумный водокольцевой насос 101, после выброса в устье насоса в первую очередь попадает в гидравлический огневой предохранитель 102, а затем в газовый трубопровод 108; в огневом предохранителе 102 посредством радиолокационного обнаружения уровня воды вода автоматически поддерживается на определенном уровне, чтобы обеспечить безопасность при прохождении газа. До вододисперсной установки оборудован сухой огневой предохранитель газового трубопровода 103. Если в системе подачи мелкодисперсной воды 1 возникнет обратный выхлоп, то он сыграет важную роль в предотвращении возгорания. Устройство выпускного клапана влажной горючей смеси 104 способствует предохранению вододисперсной установки. Если в системе подачи мелкодисперсной воды 1 возникнет необходимость в замене комплектующих деталей, нужно перекрыть клапан подачи газа 105 и одновременно открыть выпускной клапан влажной горючей смеси 104. При нормальной работе системы подачи газа низкой концентрации и мелкодисперсной водяной пыли 1 нужно обеспечивать деблокирование клапана подачи газа 105 и закрытие клапана влажной горючей смеси 104. Контрольный клапан пара 106 в системе подачи мелкодисперсной воды позволяет осуществлять многоточечную независимую регулировку. Расстояние распределения генератора пара высокого давления 107 и др. способствует равномерному возникновению пара, и в соответствии с расчетным количеством подачи газа можно регулировать расстояние генератора пара высокого давления 107. Эта система в процессе подачи газа с низкой концентрацией выполняет функцию «предупреждения пожара» и «пожаротушения», устраняя опасность в шахте и создавая условия для безопасного использования газа с низкой концентрацией.

Газ с низкой концентрацией поступает с правой стороны корпуса 45 клапана регулировки давления 4, пройдя по каналу между цоколем воздушного клапана 44 и клапаном 43, он входит в отверстие с левой стороны корпуса клапана 45. В соответствии с требованиями к давлению газа низкой концентрации на входе в газовый двигатель, оно определяется исходя из предварительного сжатия регулирующей давление пружины 41. Правая сторона диафрагмы 42 направлена на атмосферный воздух, а левая сторона реагирует на давление выходящего газа с низкой концентрацией. Если повышается давление на входе, то давление на выходе тут же возрастает; давление на левой стороне диафрагмы 42 повышается и преодолевает давление регулирующей давление пружины 41, движение диафрагмы 42 вправо приводит в движение вниз воздушного клапана 43 через рычаг регулировки давления 46, тем самым снижая поступление газа, с тем чтобы поддерживать относительную стабильность давления газа на выходе. Если давление газа на входе падает, то снижается давление на левую сторону диафрагмы 42; регулирующая давление пружина 41 оказывает воздействие на левую сторону диафрагмы 42, движение диафрагмы 42 вправо приводит в движение вверх воздушного клапана 43 через рычаг регулировки давления 46 и открывает путь газу, с тем чтобы поддерживать относительную стабильность давления газа с низкой концентрацией на выходе.

Воздушный шаговый электродвигатель 57 соединен с воздушной заслонкой 52, расположенной в воздушном входе 51, шаговый электродвигатель с низкой газовой концентрацией 58 соединен с газовой заслонкой 53, расположенной в газовом входе 55. Воздух через воздушный вход 51 попадает в смеситель 5, газ низкой концентрации поступает в смеситель 5 через вход для газа низкой концентрации 55, далее воздух смешивается с газом низкой концентрации в полости 54 смесителя 5, его соотношение определяется степенью открытости заслонок 52 и 53 в воздушном шаговом электродвигателе 57 и шаговом электродвигателе с низкой газовой концентрацией 58. После смешивания горючая смесь выходит из выхода в смесителе.

Когда электрический перекидной клапан 3 находится под напряжением, поворотом вручную рукоятки 38 нужно ослабить пружину кручения 31 и открыть электрический перекидной клапан 3, в то же время снизится сила притяжения возвратной пружины 35 электромагнита 34. Штекер 33 вставить под амортизатор 32, когда двигатель с низкой газовой концентрацией 11 требует отключения, для профилактики перекрывается внешний электрический источник, обесточивается электромагнит 34, возвратная пружина 35 оттягивает штекер 33, заслонка 36 под воздействием пружины кручения 31 выключает электрический перекидной клапан 3.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Газово-поршневой электрогенератор, состоящий из двигателя (11) с низкой газовой концентрацией менее 30%, электрогенератора (12), системы (1) доставки мелкодисперсной водяной пыли, устройства (2) для охлаждения испарителя воды, электрического перекидного клапана (3), клапана-регулятора (4) давления, смесителя (5), температурного контроллера (6), переключателя датчика (7) тепловой нагрузки, камеры (8) сгорания газового двигателя, воздушного фильтра (9) и клапана (10) регулятора скорости. Система (1) доставки мелкодисперсной водяной пыли последовательно соединена с устройством (2) для охлаждения испарителя воды, электрическим перекидным клапаном (3) и двигателем (11). Клапан-регулятор (4) давления, смеситель (5), воздушный фильтр (9), клапан (10) регулировки скорости, переключатель датчика (7) тепловой нагрузки, камера (8) сгорания газового двигателя соединены с двигателем (11). Температурный контроллер (6) соединен электрической цепью со смесителем (5) и переключателем датчика (7) тепловой нагрузки. Электрогенератор (12) соединен с двигателем (11). Технический результат заключается в полном использовании угольного газа и снижении выбросов парниковых газов. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Газово-поршневой электрогенератор, состоящий из двигателя с низкой газовой концентрацией менее 30% (11), электрогенератора (12), системы доставки мелкодисперсной водяной пыли (1), устройства для охлаждения испарителя воды (2), электрического перекидного клапана (3), клапана-регулятора давления (4), смесителя (5), температурного контроллера (6), переключателя датчика тепловой нагрузки (7), камеры сгорания газового двигателя (8), воздушного фильтра (9), клапана регулировки скорости (10), отличающийся тем, что система доставки мелкодисперсной водяной пыли (1) последовательно соединена с устройством для охлаждения испарителя воды (2), электрическим перекидным клапаном (3) и двигателем (11); клапан-регулятор давления (4), смеситель (5), воздушный фильтр (9), клапан регулировки скорости (10), переключатель датчика тепловой нагрузки (7), камера сгорания газового двигателя (8) соединены с двигателем (11), температурный контроллер (6) соединен электрической цепью со смесителем (5) и переключателем датчика тепловой нагрузки (7), электрогенератор (12) соединен с двигателем (11).

2. Газово-поршневой электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания (8) представляет собой корытообразную конструкцию.

3. Газово-поршневой электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что смеситель (5), установленный на двигателе (11), соединен по отдельности с клапаном регулировки скорости (10), воздушным фильтром (9) и клапаном регулировки давления (4); клапан регулировки скорости (10) соединен с камерой внутреннего сгорания газового двигателя (8).

4. Газово-поршневой электрогенератор по п.1 или 3, отличающийся тем, что клапан регулировки давления (4) состоит из корпуса клапана (45) и встроенного в него цоколя клапана (44), соединенного с воздушным клапаном (43) на цоколе клапана (44), верхняя часть воздушного клапана (43) соединена с регулирующим давление рычагом (46) перпендикулярно к рычагу (46) регулирующего вала (47) и установленной на нем диафрагме (42) и регулирующей давление пружине (41).

5. Газово-поршневой электрогенератор по п.1 или 3, отличающийся тем, что смеситель (5) состоит из корпуса (59), с одной стороны которого имеются воздушный вход (51) и газовый вход (55), на воздушном входе (51) и газовом входе (55) имеются датчики (56); в воздушном входе (51) установлена воздушная контрольная заслонка (52); на газовом входе (55) установлена газовая контрольная заслонка (53), воздушная заслонка (52) соединена с воздушным шаговым электродвигателем (57), а газовая заслонка (53) соединена с шаговым электродвигателем (58).

6. Газово-поршневой электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что электрический перекидной клапан (3) состоит из корпуса клапана (39) и встроенной в него заслонки (36), с которой соединен вал (37), на котором расположены поворотная рукоятка (38) и пружина кручения (31), в верхней части корпуса клапана (39) находится кожух, а на кожухе рядом с валом (37) последовательно расположены амортизатор (32), штекер (33), электромагнит (34) и возвратная пружина(35).

7. Газово-поршневой электрогенератор по п.6, отличающийся тем, что амортизатор (32) и вал (37) расположены параллельно друг другу и перпендикулярно к штекеру (33), штекер (33) и электромагнит (34) соединены одной стороной, возвратная пружина (35) и электромагнит (34) соединены другой стороной, на валу (37) имеется поворотная рукоятка (38).

8. Газово-поршневой электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что система доставки мелкодисперсной водяной пыли (1) состоит из вакуумного водокольцевого насоса (101), к которому последовательно присоединены гидравлический огневой предохранитель (102), сухой огневой предохранитель газового трубопровода (103), выпускной клапан влажной горючей смеси (104), клапан подачи газа низкой концентрации (105), контрольный клапан пара (106), генератор пара высокого давления (107), трубопровод подачи пара высокого давления (108), циркуляционный насос (109), осушитель (110), водоспускной вентиль (111) и концевой сухой газовый огневой предохранитель (112).