Силовая установка Советский патент 1990 года по МПК F02C5/04 F02C1/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а конкретно к силовым установкам, состоящим из дизеля и двигателя Стирлинга, нагреватель которого расположен в магистрали выпуска отработавших газов дизеля.

Цель изобретения - повышение экономичности установки.

На фиг.1 представлена схема установки; на фиг.2 - система передачи тепла от дизеля к двигателю Стирлинга; на фиг.З - термодинамический цикл.

Установка содержит дизель 1 и двигатель Стирлинга 2. Каждый цилиндр 3 дизеля и нагреватель двигателя Стирлинга связаны с системой двухступенчатого турбонаддува, состоящей из турбины 4 и 5 высокого и низкого давления соответственно, двух рекуперативных теплообменников 6, компрессора 7 низкого и компрессора 8 высокого давления. Двигатель Стирлинга 2 включает нагреватель 9. Кроме того, головка 10, верхняя часть 11 цилиндра дизеля 1 выполнены с каналами для циркуляции теплоносителя и служат в качестве дополнительных тёплооб менников двигателя Стирлинга 2. Теплообменники 10 и 11 включены в магистраль 12 между регенератором 13 и нагревателем 9, примыкающим.к верхней части цилиндра 14 двигателя Стирлинга 2. Нижняя часть 15 цилиндра дизеля 1 охлаждается (на участке перемещения поршневого уплотнения 16) любым известным методом газообразными или жидкими теплоносителями (воздухом или водой). Поршень 17 и цилиндр дизеля 1 выполнены составными из двух частей. В

О;

ст1ыке цилиндра установлена теплоизолирующая прокладка 18. Нижняя часть поршня 17 снабжена уплотнением 16, а верхний торец поршня 17 покрыт высокотемпературными оксидами.

В цилиндре 14 двигателя Стирлинга 2 размещены ByrecHiiTenb 1S м поршень 20. Для поддерживания необходимого давления в цилиндре 14 двигателя 2 к охладителю 21 подключены компрессор 22. Между последним и охладителем установлен кла- пг н 23, управляемый блоком 24 контроля и ре гулироаания. Причем блок 24 одновре- м(нно соединен с компрессором 22 и с термопарами теплообменников 10 и 11 (термо- Пс1ры не показаны).

Работа установки объединяет процессы, происходящие при работе дизеля и двигателя Стирлинга. В начальной стадии работы установки запускается дизель 1.- При рлботе дизеля 1 достигается определенная температура в теплообменниках 10 и 11. При перетекании рабочего тела двигателя Стирлинга из холодной полости в горячую полость оно после регенератора 13 поступает в дополнительные теплообменники 10 и 11, там нагревается продуктами сгорания. Дальнейший нагрев осуществляется теплом отработавших газов дизеля в нагревателе 9 двигателя Стирлинга 2. Компрессор 22 создает начальное давление в цилиндре 14 и выключается. В случае превышения температуры в теплообменниках 10 и 11 в частности на 20-40°С выше темпера- отработавших газов дизелей, блок 24 включает компрессор 22 и таким образом поднимается давление в цилиндре 14 двигателя Стирлинга 2 и интенсифицируется охлаждение теплообменников 10 и 11. В противном случае, для сброса давления в цилиндре 14 служит управляемый клапан 23.

Теплообменники 10 и 11 исполнены и п|одключены так, что рабочее тело из регенератора 13 направляется по магистрали 12 В каналы верхней ч асти цилиндра дизеля 1, а| далее поступает в каналы головки цилиндра того же дизеля 1. Нагретый газ по магистрали 12 поступает в цилиндр 14 двигателя Стирлинга 2 и, расширяясь, соверд ает работу. Поскольку температура рабочего тела двигателя Стирлинга не превышает температуры отработавших газов дизеля каналы в верхней части цилиндра и головки д.изеля с1беспечивает отвод тепла продуктов сгора- Иия и охлаждения этих элементов до заданной допустимой температуры. На фиг.З представлен термодинамический цикл в предлагаемой установке: а-б-процесс сжатия воздуха в компрессоре 7 низкого давле- 5 ния; б-в - процесс сжатия воздуха в компрессоре 8 высокого давления; в-г - нагрев воздуха в рекуперативном теплообменнике 6; г-д - процесс сжатия в дизеле; д-з - подвод тепла (сгорание); з-ж-подвод тепла 10 в начале процесса расширения (Т const); ж-е - расширение продуктов сгорания в цилиндре дизеля 1 с передачей тепла Qci рабочему телу двигателя Стирлинга 2; е-и - потери из-за сопротивления в выпускной 15 системе; и-к - передача тепла Qc2 отработавших газов в нагреватель 9 двигателя Стирлинга 2; к-л - процесс расширения отработавших газов в турбине 4 высокого давления; л-м - охлаждение отработавших 20 газов в регенеративном теплообменнике 6; м-н - процесс расширения в турбине 5 низкого давления. Заштрихованная площадь под кривой жте соответствует величине тепла Qci передаваемой от высокотемператур- 25 ных частей цилиндра и головки дизеля 1 рабочему телу двигателя Стирлинга 2, а площадь под кривой и-к соответствует величине тепла Qc2, передавземой от отра бо- тавших газов дизеля нагревателю 9 30 двигателя Стирлинга 2. Использование тепла продуктов сгорания дизеля для дополнительного подогрева рабочего тела двигателя Стирлинга позволяет повышать экономичность установки. 35

Формула изобретения Силовая установка, содержащая ди-/ зель, снабженный цилиндрами, их головками и двухступенчатой системой турбо- 40 наддува, и двигатель Стирлинга, снабженный магистралью циркуляции рабочего тела между холодной и горячей полостями через охладитель, регенератор и нагреватель, причем нагреватель двигателя Стирлинга 45 расположен в магистрали выпуска отработавших газов дизеля, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономично: сти, каждый цилиндр дизеля выполнен составным в виде верхней и нижней частей, 50 отделенных .друг от друга теплоизолирующей прокладкой, верхняя часть каждого цилиндра и его головка выполнены с каналами для циркуляции теплоносителя и эти каналы включены в магистраль циркуляции рабоче - 55 го тела двигателя Стирлинга на участке между регенератором и нагревателем.

Воздух

or

4v

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить экономичность установки, содержащей дизель и двигатель Стирлинга, нагреватель которого расположен в магистрали выпуска отработавших газов дизеля. Цилиндр дизеля выполнен составным в виде верхней и нижней частей, отделенных друг от друга теплоизолирующей прокладкой 18. В верхней части 11 цилиндра и в его головке 10 выполнены каналы для циркуляции теплоносителя, включенные в магистраль 12 циркуляции рабочего тела двигателя Стирлинга на участке между регенератором 13 и нагревателем 9. При перетекании рабочего тела двигателя Стирлинга из холодной полостив в горячую полость оно после регенератора 13 поступает в каналы верхней части 11 цилиндра и головки 10, которые выполняют функции теплообменников, и там нагревается теплом продуктов сгорания. Дальнейший нагрев осуществляется теплом отработавших газов дизеля в нагревателе 9. Использование тепла продуктов сгорания для дополнительного подогрева рабочего тела двигателя Стирлинга позволяет повысить экономичность установки. 3 ил.

X

Щиг.1

Воддухиз компрессора

x

or

Щг/гЗ

3

и