Газопоршневой двигатель электроагрегата Российский патент 2023 года по МПК F02B63/04 F02B43/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в силовых установках.

Из уровня техники известен парогазовый поршневой двигатель, содержащий источник питания, силовой цилиндр, поршень со штоком, установленные в цилиндре с образованием штоковой и поршневой полостей, ресивер высокого давления, распределительное устройство, выполненное в виде двухпозиционного дифференциального золотника, ресивер низкого давления и вспомогательный дифференциальный цилиндр. Ресивер высокого давления сообщается со штоковой полостью через отверстие в силовом цилиндре, закрываемое торцем поршня при расположении последнего в исходном положении. Управляющая полость дифференциального золотника через пусковой клапан и регулируемый дроссель подключена к штоковой полости силового цилиндра. Поршневая полость вспомогательного дифференциального цилиндра постоянно сообщена с ресивером низкого давления. Двухпозиционный золотник выполнен четырехлинейным. Вход его соединен с источником питания, первый выход - с поршневой полостью силового цилиндра, второй выход - с ресивером низкого давления, а канал сброса подключен к штоковой полости вспомогательного цилиндра (RU 2330160 C1 2008.07.27).

Известен также поршневой двигатель, содержащий корпус цилиндра, имеющий верхнюю стенку. В корпусе цилиндра выполнены выхлопные отверстия и установлен поршень, который шарнирно соединен с шатуном. Двигатель имеет полый корпус золотника с отверстиями в его стенке, в котором расположен полый золотник с верхними отверстиями в стенке золотника, совмещаемыми с отверстиями в корпусе золотника. Нижние отверстия золотника сообщают полость цилиндра с полостью корпуса золотника и полостью золотника. Корпус золотника жестко соединен с верхней стенкой корпуса цилиндра. В верхней стенке корпуса цилиндра выполнено отверстие, в котором с возможностью перемещения расположен золотник. Во втором варианте двигателя корпус золотника жестко соединен с верхней стенкой корпуса цилиндра. В верхней стенке корпуса цилиндра выполнено отверстие, в котором с возможностью перемещения расположен золотник. Нижний торец золотника расположен в полости цилиндра с возможностью контактирования торца золотника с поршнем. Корпус двигателя содержит корпус цилиндра, верхнюю стенку этого корпуса и боковую стенку цилиндра с выхлопными отверстиями, корпус золотника с отверстиями в его стенке для подвода рабочей среды в золотник. В верхней стенке корпуса цилиндра выполнено отверстие, в котором жестко закреплен корпус золотника. Продольная ось корпуса золотника совмещена с продольной осью корпуса цилиндра (RU 2548241 C1 2015.04.20).

Техническая проблема заключается в расширении арсенала газопоршневых двигателей электроагрегатов.

Технический результат заключается в релизации газопоршневым двигателем своего назначения.

Указанный технический результат достигается в газопоршневом двигателе электроагрегата представляющим собой четырехтактный, восьмицилиндровый, газовый, с газотурбинным наддувом, с охлаждением наддувочного воздуха, с форкамерно-факельным зажиганием, вертикальный, с рядным расположением цилиндров, содержащий корпус на переднем торце которого установлены водяные внутреннего и внешнего контура охлаждения и масляный насосы, на охладителе наддувочного воздуха закреплены эжектор вентиляции двигателя и щиток контрольно-измерительных приборов, на кронштейне блок-картера располагаются электронный блок системы зажигания и датчики системы управления, а на заднем торце корпуса установлены главный пусковой клапан, распределитель воздуха, кронштейн с датчиками частоты вращения, при этом над маховиком на кронштейне установлен сервомотор пневматический, управляющий подачей топливного газа в двигатель.

Заявленное изобретение поясняется на графическом материале, где на чертеже представлена схема двигателя электроагрегата: 1 - главная масляная магистраль; 2 - катушка зажигания; 3 - кронштейн; 4 - масляный фильтр; 5 - блок управления подачей топлива; 6 - коллектор форкамерного газа; 7 - коллектор низковольтной разводки; 8 - распределительный вал; 9 - блок-картер; 10 - коленчатый вал; 11 - масляный поддон.

Основное назначение газопоршневого двигателя - привод синхронного генератора трехфазного переменного тока.

Газопоршневой двигатель - четырехтактный, восьмицилиндровый, газовый, с газотурбинным наддувом, с охлаждением наддувочного воздуха, с форкамерно-факельным зажиганием, вертикальный, с рядным расположением цилиндров.

Остов двигателя состоит из блок-картера, втулок цилиндров с кожухами, поддона масляного, крышек цилиндров, кожуха переднего, крышки задней и корпуса охладителя наддувочного воздуха. Эти детали воспринимают все нагрузки в процессе работы двигателя.

Сверху в отверстия блок-картера установлены кожухи, внутри кожухов вставлены цилиндровые втулки, которые вместе с окружающими их стенками кожухов образуют «зарубашечное» пространство цилиндров двигателя, охлаждаемое водой. Блок-картер двигателя «сухой», его стенки с охлаждающей жидкостью не контактируют.

Наружная поверхность втулки цилиндра и кожуха образуют охлаждающую полость, при этом охлаждается только верхняя часть втулки цилиндра. Переток охлаждающей жидкости в крышку цилиндра организован через систему отверстий в верхней части кожуха втулки цилиндра. Уплотнение охлаждающей полости в её нижней части осуществляется двумя резиновыми кольцами, а в верхней части медной прокладкой. Для контроля уплотнения охлаждающей полости в верхней части кожуха имеется контрольное отверстие. На нижнем торце кожуха, которым он упирается в проточку блок-картера, имеются четыре фрезерованных канавки глубиной 1 мм. Если охлаждающую жидкость не будут держать нижние резиновые кольца, то об этом просигнализирует появление жидкости в проточке блок-картера.

Газовый стык между крышкой цилиндра и втулкой цилиндра уплотняется медной прокладкой. Главная масляная магистраль блок-картера расположена со стороны распределительного вала. Она выполнена по секционному принципу и состоит из девяти корпусов, привернутых к блок-картеру и восьми патрубков, расположенных между корпусами. Каждый патрубок уплотняется с корпусами с двух сторон торцевым уплотнением в виде резинового кольца 8, прижатого к корпусу квадратным поджимным фланцем.

Полость блок-картера закрыта крышками картера с клапанами и крышками картера, которые уплотняются резиновыми кольцами, вложенными во фрезерованные канавки этих крышек.

Полость блок-картера с распределительным валом закрыта восемью крышками, которые уплотняются резиновыми кольцами, вложенными во фрезерованные канавки этих крышек. Масло из этой полости после смазки распределительного вала свободно стекает в масляный поддон через окна блок-картера.

Замкнутая полость блок-картера с противоположной стороны распределительного вала служит ресивером наддувочного воздуха.

Корпус охладителя наддувочного воздуха выполнен в виде самостоятельной отлитой из чугуна детали. Он крепится к верхней плоскости блок-картера тремя длинными болтами и к переднему торцу блок-картера двенадцатью внутренними болтами, доступ к которым возможен только после удаления самого охладителя наддувочного воздуха из корпуса.

Корпус крышки цилиндра отлит из высокопрочного чугуна. В центре крышки цилиндра имеет вертикальный канал, в котором будет устанавливаться форкамера. В крышке цилиндра имеется два спрофилированных газовых канала, по одному из которых в цилиндр двигателя поступает воздух из наддувочного ресивера, а по другому удаляются отработавшие газы в выпускной коллектор.

Для регулирования чередования потоков в каждом канале расположены по два клапана. Впускные и выпускные клапаны имеют одинаковую конструкцию, установлены в каналах последовательно друг за другом и движутся во втулках, запрессованных в корпус крышки цилиндра. Каждый клапан притерт к своему седлу, вставленному в соответствующее гнездо крышки, и прижимается к нему усилием двух пружин и, навитыми в разные стороны.

На блок-картере установлен выхлопной коллектор, оборудованый теплозащитным кожухом. Под выхлопным коллектором проходит коллектор топливного газа, коллектор вентиляции двигателя. На полке блок-картера закреплены патрубки с электромагнитными газовыми клапанами для каждого цилиндра. На блок-картере закреплен охладитель наддувочного воздуха с установленным на нем турбокомпрессором. Сверху на турбокомпрессоре установлен переходный патрубок с сильфонным компенсатором.

Подвесной коленчатый вал смонтирован в нижней части блок-картера. Распределительный вал собран из отдельных кулачковых секций и установлен в подшипниковых втулках, запрессованных в расточках блок-картера. Кулачковые секции распределительного вала имеют фланцевые соединения и стягиваются между собой призонными болтами. Привод распределительного вала осуществляется зубчатым колесом от зубчатого колеса коленчатого вала через промежуточную передачу, расположенную в блок-картере со стороны основного отбора мощности двигателя.

Дополнительно, в горизонтальной плоскости, крышка подшипника стягивается с блок-картером двумя силовыми болтами через калиброванные по толщине проставочные кольца.

Привод масляного и водяных насосов осуществляется от шестерни коленчатого вала, расположенной на стороне, противоположной основному отбору мощности двигателя.

С этой же стороны на коленчатом вале располагается демпфер крутильных колебаний.

Коленчатый вал - кованый из легированной стали.

Поршни двигателя цельнолитые, из высокопрочного чугуна, с охлаждаемой маслом головкой. Каждый поршень имеет три компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Шатуны стальные, штампованные. Разъем нижней головки шатуна зубчатый, косой, расположен под углом к вертикали.

Шатунные и рамовые вкладыши коленчатого вала тонкостенные, изготовлены из биметаллической ленты со стальной основой и антифрикционным алюминиевым слоем.

Связь шатуна с поршнем осуществляется пальцем плавающего типа.

На блок-картере со стороны распределительного вала расположены: на кронштейне сдвоенный полнопоточный фильтр масла, главная масляная магистраль, трубопроводы пускового воздуха, коллектор низковольтной разводки, катушки зажигания, коллектор форкамерного воздуха. От катушек зажигания идут высоковольтные провода к свечам зажигания в форкамерах. Над масляным фильтром расположен блок управления газовыми клапанами.

Выхлопной коллектор расположен на противоположной стороне блок-картера и оборудован теплозащитным кожухом. Под выхлопным коллектором проходит коллектор топливного газа, коллектор вентиляции двигателя. На полке блок-картера закреплены патрубки с электромагнитными газовыми клапанами для каждого цилиндра. На блок-картере закреплен охладитель наддувочного воздуха с установленным на нем турбокомпрессором.

Сверху на турбокомпрессоре установлен переходный патрубок с сильфонным компенсатором.

Двигатель содержит демпфер крутильных колебаний для уменьшения амплитуд колебаний коленчатого вала за счет поглощения и рассеивания энергии колебаний в процессе трения маховика демпфера через специальную жидкость с повышенной вязкостью о его корпус. Демпфер установлен на фланце коленчатого вала со стороны, противоположной основному отбору мощности двигателя.

Масляный фильтр двигателя имеет две независимых секции. Каждая секция поочередно может выключаться для очистки трехходовым пробковым краном

На переднем торце двигателя (на передней крышке) установлены водяные (внутреннего и внешнего контура охлаждения) и масляный насосы. На охладителе наддувочного воздуха закреплены эжектор вентиляции двигателя и щиток контрольно-измерительных приборов. На кронштейне блок-картера располагаются электронный блок системы зажигания и датчики системы управления.

На заднем торце двигателя установлены главный пусковой клапан, распределитель воздуха, кронштейн с датчиками частоты вращения. Над маховиком на кронштейне установлен сервомотор пневматический, управляющий подачей топливного газа в двигатель.

Топливная система предназначеная для подачи топливного газа в цилиндры и форкамеры двигателя состоит из внешнего оборудования (установленного вне двигателя) и оборудования, установленного на двигателе.

К внешнему оборудованию топливной системы относятся: ручной газовый кран, фильтр тонкой очистки, два предохранительно-запорных электромагнитных клапана, два электромагнитных клапана, сетчатый газовый фильтр, счетчик газа, регулятор давления газа, датчик-реле давления, манометры.

К оборудованию топливной системы, установленному на двигателе, относятся: сервомотор пневматический, ручной газовый кран, коллектор основного газа, электромагнитные газовые клапаны (по одному на каждый цилиндр) c блоком управления, регулятор давления форкамерного газа, коллектор форкаменого газа, форкамеры (по одной на каждый цилиндр), датчики системы управления, манометр топливного газа

Топливный газ через предварительно открытый вручную газовый кран поступает на фильтр тонкой очистки для очистки газа от механических примесей.

Далее топливный газ через открытые отсечные клапаны и поступает на сетчатый газовый фильтр, счетчик газа, регулятор давления газа и далее в двигатель.

Счетчик газа предназначен для определения количества израсходованного газа при работе двигателя.

Регулятор давления газа поддерживает необходимое давление топливного газа после себя на всех режимах работы двигателя.

По манометрам на внешних трубопроводах контролируется:

- давление топливного газа на входе в двигатель,

- перепад давления газа на фильтрах.

В двигателе топливный газ через открытый сервомотор пневматический, открытый ручной газовый кран поступает в коллектор основного газа. По коллектору газ поступает к электромагнитным клапанам подачи газа, установленным на каждом цилиндре.

Электромагнитные клапаны подачи газа предназначены для регулирования количества топливного газа, подаваемого в цилиндры двигателя на различных режимах работы, и являются индивидуальными для каждого цилиндра, с электромагнитным управлением от блока управления подачей топлива.

Одновременно из коллектора основного газа часть газа через регулятор давления форкамерного газа поступает в коллектор форкамерного газа. Регулятор давления форкамерного газа изменяет давление форкамерного газа в зависимости от режима работы двигателя. По коллектору форкамерного газа газ поступает к каждому цилиндру через автоматические клапаны и попадает в форкамеры.

Сервомотор пневматический во время работы двигателя всегда открыт (присутствует управляющий пневматический сигнал).

При любой остановке двигателя (рабочей и аварийной) снимается управляющий пневматический сигнал, сервомотор пневматический закрывается. Тем самым топливный газ отсекается от коллектора основного газа, сам коллектор соединяется со свечой безопасности, топливный газ из коллектора стравливается в атмосферу.

Ручной газовый кран предназначен для различных технологических операций при ремонтах и технических обслуживаниях двигателя.

Система смазки предназначена для сбора и обеспечения двигателя моторным маслом для смазки всех трущихся поверхностей деталей двигателя. Система смазки обеспечивает охлаждение поршней и отводит c маслом образующееся при работе двигателя тепло.

Система смазки двигателя - одноконтурная, циркуляционная, комбинированная, со свободным сливом использованного масла в поддон двигателя. Под давлением смазываются все подшипники коленчатого и распределительного валов, подшипники турбокомпрессора, механизмы блоков толкателей, втулки промежуточной передачи, а также втулки коромысел и шаровые опоры в распределительных механизмах крышек цилиндров. Разбрызгиванием смазываются рабочие поверхности втулок цилиндров, зубчатые колеса привода распределительного вала и привода масляного и водяных насосов.

В состав системы смазки входят масляный поддон двигателя, с расположенным в нем заборным масляным фильтром, циркуляционный масляный насос с приводом от коленчатого вала, агрегат электронасосный предпусковой прокачки двигателя маслом, охладитель водомасляный, регулятор температуры масла, полнопоточный масляный фильтр, главная масляная магистраль с расположенным на ней перепускным клапаном, пневматическое реле давления, манометры и другое запорное и контрольно-измерительное оборудование.

Поддон закрывает нижнюю часть блок-картера образуя емкость, в которую стекает и собирается масло после смазки всех узлов двигателя. Корпус поддона 11 представляет собой корытообразную, сваренную из стальных листов конструкцию, разделенную для жесткости внутри семью перегородками на восемь отсеков.

Внутри поддона установлен маслоприемный трубопровод, закрепленный хомутами к приваренным на корпусе бобышкам. С одного конца трубопровода, закрытого приваренной заглушкой, имеются фрезерованные пазы, закрытые металлической сеткой, выполняющей роль приемного фильтра.

Ко второму концу маслоприемного трубопровода приварены круглый и квадратный фланцы. Круглым фланцем трубопровод крепится к торцу поддона через уплотняющую разъем прокладку. К квадратному фланцу крепятся наружные масляные трубопроводы двигателя.

На этом же торце масляного поддона установлены шаровые краны, которые используются для пополнения двигателя свежим маслом и для слива отработанного масла. Кроме этого, торец поддона оборудован: фланцами, которые предполагается использовать для прогрева холодного масла в поддоне, коническими пробками для слива остатков масла, кронштейнами для установки контрольно-измерительного оборудования и шаровыми кранами и для подключения масломерного стекла.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в силовых установках. Газопоршневой двигатель электроагрегата является четырехтактным, восьмицилиндровым, газовым, с газотурбинным наддувом, с охлаждением наддувочного воздуха, с форкамерно-факельным зажиганием, вертикальный, с рядным расположением цилиндров. Газопоршневой двигатель содержит корпус, на переднем торце которого установлены насосы масляный и водяные, внутреннего и внешнего контура охлаждения. На охладителе наддувочного воздуха закреплены эжектор вентиляции двигателя и щиток контрольно-измерительных приборов. На кронштейне блок-картера 9 расположены электронный блок системы зажигания и датчики системы управления. На заднем торце корпуса установлены главный пусковой клапан, распределитель воздуха, кронштейн с датчиками частоты вращения. Над маховиком на кронштейне установлен сервомотор пневматический, управляющий подачей топливного газа в двигатель. Изобретение направлено на расширение арсенала газопоршневых двигателей электроагрегатов. 1 ил.

Газопоршневой двигатель электроагрегата, содержащий корпус, цилиндры, контур охлаждения, электронный блок управления, датчик частоты вращения и кронштейн, отличающийся тем, что он выполнен четырехтактным, восьмицилиндровым, вертикальным, с газотурбинным наддувом, с охлаждением наддувочного воздуха, с форкамерно-факельным зажиганием, с рядным расположением цилиндров, при этом на переднем торце корпуса установлены насосы масляный и водяные, внутреннего и внешнего контура охлаждения, на охладителе наддувочного воздуха закреплены эжектор вентиляции двигателя и щиток контрольно-измерительных приборов, на кронштейне блок-картера расположены электронный блок системы зажигания и датчики системы управления, а на заднем торце корпуса установлены главный пусковой клапан, распределитель воздуха, кронштейн с датчиками частоты вращения, причем над маховиком на кронштейне установлен сервомотор пневматический, управляющий подачей топливного газа в двигатель.