Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК F02B37/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателастроени и в частности к устройству двигателей, снабженных газотурбинным надду вом и системой.разомкнутого высокотемпературного охлаждения, По основному авт.св. 731007 известен двигатель внутреннего сгор ния, содержащий турбокомпрессор, снабженный по меньшей мере двумя га зоподводящими улитками, охватывающи ми сопловой аппарат турбины и подкл ченными к выхлопному коллекторудви гателя, паросепаратор, установлении в контуре циркуляции охлаждающей жидкости двигателя, и смеситель подаваемых в турбокомпрессор отработа ших газов с паром из сепаратора, совмещенный с улитками и выполненный в виде их конечных участков, ох ватывающих 15-20% сопл соплового аппарата С13. Подача пара,на смешение с газами в указанном двигателе возможна лишь при малой или средней форсировке его по наддузу, так как при высоком наддуве теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы существенно растет из-за увеличения темпе ратуры и давления пара в паросепара торе. Это связано с тем, что в смесителе не предусмотрена возможность отделения потока пара от отработавших газов, имеющих высокую температуру и давление. Такое выполнение двигателя не позволяет оптимизировать условия подачи пара в турбину при изменении уровня форсирсвки дви1ателя по наддуву и приводит к снижению надежности двигателя из-йа увеличения тедлонапряженности его деталей. Цель изобретения - повышение надежности двигателя путем снижения т.емпературы и давления пара в паросепараторе. Указанная цель достигается тем, что в двигателе, содержащем турбокомпрессор, снабженный по меньшей мере двумя газоподводящими улитками охватывакиаими сопловой аппарат турбины и подключенными к выхлопному коллектору двигателя, паросепаратор установленный в контуре циркуляции охлаждающей жидкости двигателя, и смеситель подаваемых в. турбокомпрес сор отработавших газов с паром из . паросепаратора, совмещенный с улитками и выполненный, в виде их конечных участков охватывающих 15-.20% сопл соплового аппарата, конечный участок каждо улитки снабжен подвижной в радиальном направлении полой втулкой, сообщен с паросепаратором через ее полость и снабжен проставками регулирования радиального положения втулки от полного перекрытия сечения улитки до полного выход, за ее пределы. На фиг,1 изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 схема подачи пара в газовую турбину при высркой форсировке двигателя по надду-ву; на фиг.З - то же, при низкой, форсиррвке. Двигатель 1 снабжен турбокомпрессором наддува, состоящим из импульсной газовой турбины 2 с лопаточным сопловым аппаратом 3 и рабочим колесом 4, а также центробежного компрессора 5. По меньшей мере две газоподводящие улитки 6 корпуса турбины 2 подключены к раздельному выхлопному коллектору 7. , Основными элбяиентами разомкнутой системы высокотемпературного охлаждения двигателя 1 являются контур циркуляции охлаждающей воды двигателя с паросепаратором 8 и циркуляционным насосом.9. Паропроводы 10 подключены через подвижную в радиальном направлении полую втулку 11 к па Зовпускным патрубкам 12 турбины 2. Подвижная полая втулка 11 размещена в паровпускном патрубке 12 и прикреплена к паропроводу 10 и патрубку 12через уплотнительные прокладки 13и проставки 14 регулирования радиального положения втулки 11 от полного перекрытия сечения улитки 6 до полного выхода за ее пределы. Смеситель 15 подаваемых в турбокомпрессор отработавших газов с паром из парсэсепаратора 8 совмещен с улитками 6 и выполнен в виде их конечных участков, охватывающих 15 - 20% сопл соплового аппарата 3 и снабженных подвижной в радиальном направлении полой втулкой 11 для сообщения с паросепаратором через ее полость 16., Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Нагретая в контуре циркуляции охла): дающей жидкости двигателя 1 вода поступает в паросепаратор 8, откуда после охлаждения за счет своего частичного испарения (давление воды в паросепаратрре ниже давления воды на входе в него) насосом 9 снова подается в полости охлаждения двигателя 1. Пар .из паросепаратора 8 по паропроводам направляется к паровпускным патрубкам 12 турбины 2 через полость 16 втулки 11. При этом для двигателей с высокой форсировкой по наддуву подвижную втулку 11 выдвигают в радиальном направлении в область газрподводящих улиток 6 до упора в направляющие лопатки соплового аппарата 3, а проставку 14размещают между прокладкой 13 втулкой 11 и паропроводом 10 (({.иг.2). Пар из паросепаратора 8 смешивается

С выпускными газами, поступакадими из выпускного коллектора 7, непосредственно в межлопаточных каналах рабочего колеса 4 турбины 2. Вследствие того, что давление газа в межлопаточных каналах рабочего колеса 4 существенно ниже их давления в газоподводящих улитках 6,турбины 2, давление пара в смесителе 15 и паросепараторе 8 удается заметно уменьшить, что ведет к соответствующему уменьшению температуры воды в паросепараторе 8 и теплонапряженности деталей цилиндро-поршневой группы двигателя 1. При малой форсировке двигателя 1 по наддуву втулку 11 выдвигают в обратном направлении от полного перекрытия сечения улитки 6 до полного выхбда за ее пределы .за счет изменения местоположения проставки 14 и размещения ее между паровпускным патрубком 12 турбины 2 и втулкой 11 (). При этом процесс смешения пара с газами происходит в смесителе .15 на конечных участках газоподводящих улиток 6 турбины 2, что позволяет установить оптимальный для данного режима уровень теплового

состояния деталей двигателя внутреннего сгорания. . ,

Турбина 2, работающая на парогазовой смеси, привсщит в движение вал компрессора 5, подающего, воздух в

цилиндры двигателя 1. Подача пара приводит к увеличению мощности турбины, а также давления и расхода наддувочного воздуха.

Расчеты показывают, что применение изобретения позволяет обеспечить подачу пара в турбину при форсировке двигателя до давления наддува 0,2-0,25 мПа без повышения температурного уровня воды в паросепараторе, равного IIO-IIS C, что соответственно возможность поддерживать теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы деталей двигателя в допустимых пределах.

Таким образом, применение предлагаемого двигателя внутреннего сгорания позволит снизить температуру и давление пара в паросепараторе, уменьшить теплонапряженность деталей цилиндро-поршневЬй группы и повысить надежность двигателя.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПО авт.св. № 731007, о т л ича ю1цийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения температуры и давления пара в паросепараторе, конечный участок каждой улитки снабжен подвижной в радиальном направлении вуулкой, сообщен с паросепаратором через ее полость и снабжен- проставкс1Ми регулирования положения втулки от полного перекрытия сечения улитки до полного выхода за ее пределы. (Л 00 00