Силовая установка Советский патент 1987 года по МПК F02B37/00 F02G5/02 

Изобретение относится к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания с утилизацией тепла отработавших газов.

Целью изобретения является повышение экономичности путем увеличения утилизации тепла отработавших газов.

На чертеже изображена принципиальная схема установки.

Силовая установка содержит двигатель

1внутреннего сгорания с внешним охлаждением сжатым воздухом, имеюший по меньшей мере один цилиндр 2 с крышкой

2и кожух 4, охватывающий цилиндр 2 и образуюш,ий воздушную полость рубашки охлаждения. Газовая турбина 5 трубоком- прессора 6 наддува подключена к выпуск- ному патрубку 7 двигателя 1. Утилизационная паротурбинная установка 8 содержит парогенератор 9, которой установлен в магистрали 10 выпуска отработавших газов газовой турбины 5 турбокомпрессора 6, и утилизационную паровую турбину 11, которая связана своим валом с коленчатым валом двигателя 1 через передачу 12, например клиноременную. Турбокомпрессор 6 наддува кинематически связан с дополнительной паровой турбиной 13, колесо которой распо- 25 турбокомпрессора 6 на воздухе, охлаждаемом в воздушной турбине 21 {турбо- детандере) и подаваемом по трубопроводу 26.

Часть охлажденного воздуха после воздушной турбины 21 через воздухораспределожено на одном диске с газовой турбиной о.

Обе паровые турбины соединены с парогенератором 9, который подключен подводящим 14 и отводящим 15 трубопроводами

к водяной рубашке, образованной каналами ЗО итель 23 отбирается для охлаждения кон16, расположенными в крышке 3 цилиндра и снабжен отводящим трубопроводом 17. Парораспределитель 18 выполнен в виде перепускного канала с автоматическим вентилем. На валу утилизационной паровой турденсатора 25 паротурбинной установки 8 и подается в кожух 4 воздушной полости рубашки охлаждения цилиндров 2 двигателя 1. Для охлаждения наиболее теплонапряжен- ных деталей верхней части цилиндра 2 и его

бины 11 установлен нагнетатель 19, соеди- 35 крыщки 3 из парогенератора 9 подается по

ненный через воздухоохладитель 20 с воздушной турбиной 21, выполненной с возможностью подсоединения к ней вспомогательных агрегатов. Эти элементы установлены последовательно в воздуховоде 22, связывающем нагнетатель 19 с воздухораспределителем 23. Последний при помощи трубопровода 24 подключен к воздушной полости охлаждения цилиндра 2 через конденсатор 25 паротурбинной установки 8, а при помощи трубопровода 26 подключен к воздуховпуск- ному отверстию компрессора 27 турбокомпрессора 6 и через него к всасывающей магистрали двигателя 1. Утилизационная паровая турбина 11 может быть выполнена многоступенчатой по меньшей мере двухступенчатой и разделена на отсеки высокого и низкого давления, и выпускное отверстие дополнительной паровой турбины 13 может быть подключено при помощи паропровода 28 к стыку между ее отсеками.

Установка работает следующим образом.

На номинальном режиме работы двигателя спаренные газовая 5 и паровая 13 радиальные турбины турбокомпрессора 6 работают с неполной нагрузкой турбины 13 по

40

трубопроводу 14 насыщенный пар, который пропускается по каналам 16 и отводится по трубопроводу 15 опять в парогенератор 9 для дальнейшего перегрева.

Такое устройство установки позволяет регулировать наддув двигателя на всех режимах работы за счет перепуска от парогенератора на спаренную с газовой радиальную паровую турбину турбокомпрессора или на силовую утилизационную паровую турби45 ну, а также снизить насосные потери двигателя за счет привода наддувочного компрессора от спаренных на одном диске газовой и паровой радиальных турбин. Кроме того, такое выполнение установки обеспечивает стабильное охлаждение радиальной газо50 вой турбины турбокомпрессора паром спаренной с ней на одном диске радиальной паровой турбины и способствует охлаждению воздуха, поступающего в наддувочный компрессор, за счет применения в установке воздушной турбины (турбодетандера),

55 а также обеспечивает стабильное охлаждение конденсатора и цилиндров двигателя воз духом, охлажденным в турбодетандере и позволяет повысить степень утилизации энер

5 0

пару и обеспечивают более высокий наддув двигателя 1, чем одна газовая турбина 5. При этом большая часть перегретого пара с помощью парораспределителя 18 подается на утилизационную паровую турбину И, вращающую нагнетатель 19 и предающую избыточную мошность на коленчатый вал двигателя 1 через передачу 12, например клиноременную На вторую ступень (пониженного давления) утилизационной турбины 11 поступает также пар по паропроводу 28 из радиальной турбины 13. На максимальных режимах регулирование наддува производится не перепуском газа мимо газовой турбины 5, как это часто практикуется, а перепуском части перегретого пара на утилизационную паровую турбину 11 с помощью парораспределителя 18.

При работе двигателя на частичных нагрузках, при недостаточном его наддуве увеличивается подача пара на радиальную турбину 13, которая вместе со спаренной газовой турбиной 5 обеспечивает неоходимый наддув двигателя 1, позволяющий поддерживать практически постоянную .мощность. Это.му способствует и работа компрессора

итель 23 отбирается для охлаждения конденсатора 25 паротурбинной установки 8 и подается в кожух 4 воздушной полости рубашки охлаждения цилиндров 2 двигателя 1. Для охлаждения наиболее теплонапряжен- ных деталей верхней части цилиндра 2 и его

0

трубопроводу 14 насыщенный пар, который пропускается по каналам 16 и отводится по трубопроводу 15 опять в парогенератор 9 для дальнейшего перегрева.

Такое устройство установки позволяет регулировать наддув двигателя на всех режимах работы за счет перепуска от парогенератора на спаренную с газовой радиальную паровую турбину турбокомпрессора или на силовую утилизационную паровую турби5 ну, а также снизить насосные потери двигателя за счет привода наддувочного компрессора от спаренных на одном диске газовой и паровой радиальных турбин. Кроме того, такое выполнение установки обеспечивает . стабильное охлаждение радиальной газо0 вой турбины турбокомпрессора паром спаренной с ней на одном диске радиальной паровой турбины и способствует охлаждению воздуха, поступающего в наддувочный компрессор, за счет применения в установке воздушной турбины (турбодетандера),

5 а также обеспечивает стабильное охлаждение конденсатора и цилиндров двигателя воз духом, охлажденным в турбодетандере и позволяет повысить степень утилизации энергии отработавших газов за счет получения пара более высоких параметров в парогенераторе.

Формула изобретения

1. Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с турбокомпрессором наддува, рубашкой охлаждения цилиндров и крышкой, утилизационную паровую турбину, которая кинематически связана с валом двигателя и подключена к парогенератору, установленному в магистрали выпуска отработавших газов турбокомпрессора и подсоединенному к водяной полости рубашки, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем увеличения утилизации тепла отработавших газов, она снабжена дополнительной паровой турбиной, воздушной турбиной, нагнетателем, парораспределителем, воздухораспределителем и воздуховодом, а в рубашке охлаждения выполнена воздушная полость.

0

охватываюшая цилиндры, причем дополнительная паровая турбина кинематически связана с турбокомпрессором, впускные патрубки обеих паровых турбин подключены к парогенератору через парораспределитель, нагнетатель кинематически связан с утилизационной паровой турбиной и подключен к воздуховоду, последний через воздухораспределитель подсоединен к воздушной полости рубашки охлаждения и к воздухо- впускному отверстию турбокомпрессора, воздушная турбина выполнена с возможностью подсоединения к ней вспомогательных агрегатов и установлена в воздуховоде, а воздухоохладитель размешен между ней и 5 нагнетателем.

2. Установка по п. 1, отличак щаяся тем, что утилизационная паровая турбина разделена на отсеки высокого и низкого давления и выпускное отверстие дополнительной паровой турбины подключено к стыку

0

между отсеками утилизационной паровой турбины.

Изобретение позволяет повысить экономичность установки путем увеличения утилизации тепла отработавших газов. В рубашке охлаждения выполнена воздушная полость, охватывающая цилиндры. Дополнительная паровая турбина (ПТ) 13 кинематически связана с турбокомпрессором (ТК) 6. Впускные патрубки обеих ПТ 11 и 13 подключены к парогенератору 9 через парораспределитель 18. Нагнетатель 19 кинематически связан с утилизационной ПТ 8 и подключен к воздуховоду (ВВ) 22. ВВ 22 через воздухораспределитель 23 подсоединен к воздушной полости рубашки охлаждения и к воздуховпускному отверстию ТК 6. Воздушная турбина 21 выполнена с возможностью подсоединения к ней вспомогательных агрегатов и установлена в ВВ 22. Воздухоохладитель 20 размещен между ней п нагнетателем. Такое выполнение установки позволяет регулировать наддув двигателя на всех режимах работы, снизить насосные потери двигателя, обеспечивает cтaбиv ьнoe охлаждение радиальной газовой турбины ТК 6 паром спаренной с ней на одной диске радиальной ПТ, способствует охлаждению воздуха, поступающего в наддувочный компрессор, обеспечивает стабильное охлаждение конденсатора и цилиндров двигателя, повышает степень утилизации энергии отработавших газов за счет получения пара более высоких параметров в парогенераторе. 1 з.п. ф-лы, I ил. S (Л со СП СО со .4 -2(5