Силовая установка Советский патент 1984 года по МПК F02B37/00 F02G5/00 

2. Устг новка по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник н концы тепловых трубок, уста,oвлeнныe по-периметру выхлопнГого коллектора, на. внешних поверхностях покрыты теплоизоляционным слоем.

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, yctaHOBленный в выхлопном коллекторе и подсоединенный через воздухонапорный патрубок к двигателю, паровую турбину, подключенную к турбокомпрессору, и утилизационный теплообменник, снабженный контуром циркуляции рабочей 18 J1 J /77777/777//////// // жидкости, подсоединенным при помощи жидкостной полости к выхлопному коллектору, и парообразующей полостью, К которойподсоединена паровая турбина, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения степени утилизации тепла, теплообменник дополнительно снабжен контуром отбора тепла, выполненным в виде герметичных тепловых трубок, заполненных капиллярно-пористым наполнителем, причем с одной стороны концы тепловых тру бок изогнуты и расположены в жидкостной полости теплообменника, а с другой установлены.по периметру выхлопного коллектора. л эо

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, в частности к силовым установкам с двигателем внутреннего сгорания и с утилизацией тепла его отработавших Газов.

Известны силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгора ния, турбокомпрессор, установленный в выхлопном коллекторе и подсоединенный через воздухонапорный, патрубок к двигателю, паровую турбину, подключенную к турбокомпрессору, и утилизационный туплообменник, снйбженный контуром циркуляции рабочей ЖИДКОСТИ, подсоединенным при помощи жидкостной полости к выхлопному коллектору, и парообразующей полостью, к которой подсоединена паровяя турбина til.

Однако в таких устан.овках недостаточно эффективно утилизируется теплоотработавших газов двигателя, так как используются обычные теплообменники, снабженные одним жидкостным контуром отбора тепла, подсоединенным к выхлопному коллектору на ограниченном его участке. Увеличение этого участка затруднено, поскольку увеличиваются габариты теплообменника. Это йе позволяет увеличивать количество отбираемого тепла от выхлопных газов.

Целью изобретения является повышение эффективности путем увеличения степени утилизации тепла.

Для достижения поставленной цели в силовой установке, содержащей двигатель внутреннего сгорания,турбокомпрессор, установленный в выхлопном коллекторе и подсоединенный чере воздухонапорный патрубок к двигателю паровую турбину, подключенную ктурбокомпрессору, и утилизационный теплообменник, снабженный контуром циркуляции рабочей жидкости, подсоединенным при помощи жидкостной полости кВЫХЛОПНОМУ коллектору, и парообразукнцей полостью, к которой подсоединена паровая турбина,теплообменник дополнительно,снабжен контуром отбора тепла, выполненным в виде герметичных тепловых трубок, заполненных капиллярно-пористым наполните- лем, причем с одной стороны концы тепловых трубок изогнуты и расположены в жидкостной полости теплообменника, а с другой установлены по периметру выхлопного коллектора.

Кроме того, теплообменник и концы тепловых -рубок, установленные по периметру выхлопного коллектора, на внешних поверхностях могут быть покрыты теплоизоляционным слоем.

На фиг.1 изображена схема силорой установки; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1, разрез тепловых трубок; на фиг.4 - вил В на фиг.1.

.Силовая установка -содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, турбокомпрессор 2, паровую турбину 3 и утилизационный теплообменник 4. Турбина 5 турбокомпрессора 2 установлена в выхлопном коллекторе б, а компрессор 7 подсоединен через воздухонапорный патрубок 8 к двигателю 1. Паровая турбина 3 подключена через обуонную муфту 9 к турбокомпрессору 2. Утилизационный теплообменник 4 снабжен контуром 10 циркуляции рабочей жидкости, парообразующей полость 11 и контуром 12 отбора тепла. Контур 10 циркуляции рабочей жидкости подсоединён при помощи жидкостной полости 13 к выхлопному коллектору 6 и снабжен конденсатором 14 и насосом 15. К парообразующей полости 11 теплообменника 4 подсоединена паровая т.урбина 3. Контур 12 отбора тепла выполнен в виде герметичных тепловых трубок 16, заполненных капиллярно-пористым наполнителем 17. С одной стороны концы тепловых трубок 16 изогнуты и расположены в жидкостной полости 13 теплообменника 4, ас другой - установлены по периметру выхлопного коллектора 6.

Теплообменник 4, и концы тепловых 16, установленные по периметру выхлопного коллектора 6, на внешних поверхностях покрыты теплоизоляционным слоем 18.

Тепловые трубки 16 состоят из корпуса, выполненного в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических стенок 19, с капиллярно-пористым наполнителем 17 на их внутlieHHHX поверхностях, и сетчатых трубчатых элементов 20, размещенных между стенками 19. Воздух из трубок 16 откачан, а концы запаяны.

Силовая установка работает следующим образом.

После запуска двигателя 1 приводится во вращение газовая турбина 3, начинается интенсивный отбор тепла от выхлопных газов, поступающих в выхлопной коллектор 6. Выхлопные газы подогревают в полост-и 13 жидкость, которая в виде napk поступает в паровую турбину 3. Крутящий момент от этой турбины через обгонную муфту 9 передается к турбокомпрес сору 2 и гуммируется с крутящим моментом газовой турбины 5. Б результате этого увеличивается давление и расход наддувочного воздуха, подаваемого кс 1прессорам 7 через воздухонапорный патрубок 8 в иилиндры двигателя 1,

Отработанный пар после турбины 3 поступает в контур 10 циркуляции, превращается в жидкость в конденсаторе 14, а затем насосом 15 подается в жидкостную полость 13 теплообменника 4.

С помсадью тепловых трубок 16 производится дополнительный отбор тепла от выхлопного коллектора 6 и передача его в жидкостную полость 13 теплообменника 4. Отбора тепла от отработавших газов двигателя 1 будет осуществляться на всем пути их соприкосновения с тепловыми трубкймн

16без создания дополнительного сопротивления отработавшим газом, что улучшает процесс газообмена в двигателе и увеличивает подогрев жидкости В; теплообменнике 4. Каждая тепловая трубка 16 представляет собой

тепловую трубу, между цилиндрическими стенками 19 которой находится капиллярно-пористый наполнитель

17с рабочей жидкостью,

В качестве жидкости может быть использована вода, ацетон, неорганические соли и металлы (цезий, калий, натрий, свинец, висмут).

При нагреве конца трубки 16, установленного по периметру вцхлопного коллектора 6, жидкость испаряется,

и пар под действием разности давлений устремляется к изогнутому концу, расположенному в жидкостной полости 13 теплообменника 4. Здесь пар конденсируется,.отдает тепло стенкам

0 19 трубки 16, а затем, жидкость по Капиллярам устремляется назад к месту нагрева. Поскольку скрытая тепло.та парообразования, идущая на разрыв связей между молекулами, у

5I большинства жидкостей очень велика, а при конденсации она .полностью возвращается, то тепловой поток в трубке может быть большим и передаваться жидкости с минимальными потерями.

Q Для увеличения скорости передачи тепла в трубках 16 установлены сетчатые трубчатые элементы 20, которые образуют артерию потока тепла.

Тепловые трубки 16 должны охватывать такой участок выхлопного кол- лектора 6, чтобы обеспечить гарантированный отбор тепла, максимальный отбор тепла и надежное испарение жидкости. Покрытие теплообменника 4 и концов Т1ВПЛОВЫХ трубок 16 на внешних поверхностях теплоизоляционным слоем 18 способствует снижению потерь тепла в окружающую среду и повышению; эффективности утилизации тепла.

Таким образом, за счет увеличения степени утилизации тепла может быть достигнуто увеличение мощности турбокомпрессора и давления наддува/ повышение эффективности теплообменника и силовой установки в целом