Энергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F03D9/00 F02G5/00 

Фаг. 2

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть использовано как на наземных объектах, так и на транспорте, в частности в судовых энергетических установках.

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), содержащие нагнетатель надду- вочного либо продувочного воздуха, приводимый в действие отработавшими газами либо имеющий привод от вала самого двигателя.

Известны также ДВС, содержащие автономный нагнетатель продувочного либо наддувочного воздуха, приводимый в действие электродвигателем постоянного тока либо вспомогательным двигателем.

Известны также ДВС, имеющие повышенное сопротивление на выпуске. Для компенсации этого недостатка устанавливается насос для отсасывания продуктов сгорания из цилиндров.

Известно применение ветряного двигателя на автомобиле, использующего набега- ющий поток воздуху для выработки электроэнергии.

Недостатком указанных ДВС является то. что для привода вспомогательных агрегатов используется часть мощности самого двигателя, что снижает его эффективный коэффициент полезного действия, либо дополнительно используется энергия сгорания топлива на привод вспомогательного двигателя либо на выработку электроэнергии для приводного электродвигателя.

Цель изобретения - повышение эффективных показателей энергетической установки за счет использования энергии ветра как дополнительного источника энергии для привода вспомогательных агрегатов, повышающих эффективный коэффициент полезного действия ДВС, и возврата в цикл ДВС либо в энергетическую установку части энергии сгорания топлива, используемой ранее на эти нужды.

Указанная цель достигается установкой на палубе судна либо на открытой местности для наземных объектов ветродвигателей либо ветротурбин, соединенных через механизм подключения с валами вспомогательных механизмов, вследствие чего последние при наличии ветра приводятся в действие внешним источником энергии, а их собственные приводы отключаются механизмом подключения, а также при установке электрической передачи между ветродвигателями и вспомогательными агрегатами, включающей генератор электрического тока и электродвигатель. При этом может быть предусмотрена работа вспомогательных агрегатов при отсутствии ветра

от аккумуляторов, заряжающихся энергией при работе ветродвигателей.

Указанная цель также может быть достигнута установкой ветродвигателя, соединемного через механизм подключения с валом турбонагнетателя наддувочного воздуха ДВС, вследствие чего при наличии ветра механизм подключения отключает турбину от нагнетателя, и последний приводится в действие ветродвигателем, а энергия отработавших газов используется на вспомогательные нужды.

Для привода вспомогательных механизмов ДВС, повышающих эффективность его

работы, используется внешний источник энергии - энергия ветра и вследствие установки механизма подключения не происходит отбор энергии сгорания органического топлива на эти нужды.

На фиг.1, 2 приведена схема предлагаемой энергетической установки на лримере судовой энергетической установки (СЭУ); на фиг.З, 4 - то же, варианты выполнения. Установка включает ДВС 1, передающий мощность через водопровод 2 гребному винту 3, вспомогательные агрегаты, повышающие эффективность работы ДВС, в качестве которых показаны нагнетатель 4 наддувочного (продувочного) воздуха и насое 5 для отсасывания продуктов сгорания из цилиндров. Вспомогательные агрегаты через механизм 6 подключения связаны с ветродвигателем 7, установленным на палубе судна, и с выходным валом 8 ДВС (фиг.1)

либо с приводными двигателями 9 (фиг.2).

Возможен вариант СЭУ (фиг.З), аналогичный описанному, в котором ветродвигатель 7 связан с механизмом 6 подключения электрической передачей, включающей генератор 10 электрического тока и электродвигатель 11, При такой схеме может быть предусмотрено ответвление от электрической цепи между генератором и электродвигателем, содержащее аккумулятор 12.

Разновидностью данного варианта может быть схема, в которой вал электродвигателя связан напрямую с валом вспомогательного агрегата, а клеммы питания связаны как с генератором тока, связанным с ветродвигателем, так и с судовой электростанцией.

Может быть предложена также схема СЭУ (фиг.4). содержащая турбонагнетатель наддувочного (продувочного) воздуха, в котором между турбиной 13 и нагнетателем 4 установлен механизм б подключения, подключенный также к ветродвигателю 7. Система выпуска газов содержит отводную ветвь 14, подсоединенную к входу турбины

13, с заслонкой 15, а также заслонку 16. установленную между отводной ветвью 14 и турбиной 13.

При нахождении судна в море в СЭУ механизм б подключения отключает вспомогательные агрегаты 4, 5 от выходного вала 6 ДВС либо от приводных двигателей 9 и подключает их к валу отбора мощности ветродвигателя 7. Последний используя энергию ветра, приводит в действие вспомогательные агрегаты 4. 5.

При избыточной силе ветра (при наличии необходимости поддержания номинального режима работы вспомогательных агрегатов 4, 5) воздух может частично выпускаться еще в ветродвигателе 7. что легко может быть осуществлено в ветротурбине.

При отсутствии ветра механизм 6 подключения отключает вспомогательные агрегаты 4, 5 от ветродвигателей и подключает их к выходному валу ДВС либо к приводным двигателям 9.

При недостаточной для работы вспомогательных агрегатов силе ветра вспомогательные агрегаты 4, 5 могут приводиться в действие совместно ветродвигателем 7 и приводным двигателем 9 либо выходным валом 8 ДВС: для СЭУ (фиг.2) включением на частичных режимах приводного двигателя 9, что легко осуществимо при использовании электродвигателя постоянного тока; для СЭУ (фиг.1) установкой между выходным валом ДВС и механизмом 6 подключения регулируемой муфты, например фрикционной. Возможна также установка регулируемой муфты в самом механизме 6 подключения.

По схеме (фиг.З) ветродвигатель 7 приводит в действие генератор 10 электрического тока, подающий ток на электродвигатель 11 и заряжающий аккумулятор 12. Электродвигатель 11 через механизм 6 подключения приводит в действие вспомогательные агрегаты 4, 5.

При отсутствии ветра аккумуляторы 12 дают ток для приведения в действие вспомогательных агрегатов 4, 5, лишь по израс- ходовании запаса энергии аккумуляторов. 12 механизм 6 подключения отключает электродвигатель 11 и подключает приводной двигатель 9 к вспомогательным агрегатам 4, 5.

Поддержание номинального режима работы вспомогательных агрегатов 4, 5 при недостаточной силе ветра может быть осуществлено установкой стабилизатора тока.

При использовании схемы СЭУ, в которой вал электродвигателя связан напрямую с валом вспомогательного агрегата, а клеммы питания электродвигателя связаны как с

генератором тока, связанным с ветродвигателем, так и с судовой электростанцией, при наличии ветра электродвигатель потребляет ток, вырабатываемый генератором, при- 5 водимым ветродвигателем, при отсутствии ветра потребляет ток судовой электростанции.

При наличии ветра (фиг.4) механизм б подключения отключает нагнетатель 4 от

0 турбины 13 и подключает к ветродвигателю 7. Одновременно перекрывается заслонка 16 и открывается заслонка 15 отводной ветви 14. Нагнетатель 4 приводится в действие ветродвигателем 7. отработавшие газы не

5 поступают на турбину 13 и могут быть использованы в других потребителях, например в утилизационном котле. Поддержание номинального режима работы вспомогательных агрегатов 4, 5 при недостаточной

0 силе ветра может быть осуществлено установкой между турбиной 13 и механизмом б подключения или в самом механизме 6 подключения регулируемой муфты.

Таким образом, использование энергии

5 ветра для привода вспомогательных агрегатов ДВС может расширить функции ДВС на судне, добавив к их числу, например обогрев помещений, тепловую подготовку топлива и другие.

0 Технико-экономическая эффективность изобретения определяется повышением эффективного коэффициента полезного действия ДВС за счет снижения затрат мощности двигателя на привод агрегатов, повышаю5 щих эффективность его работы, и возврата этой мощности в цикл ДВС, либо повышением эффективных показателей энергетической установки в целом, а также тем, что для привода указанных агрегатов используется

0 экологически чистый источник энергии, снижающий затраты топлива и, следовательно, уменьшающий количество выбросов в атмосферу.

5 Формула изобретения

1. Энергетическая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, снаб- женный вспомогательными агрегатами, приводные двигатели с валами отбора мощ0 ности и ветряной двигатель с валом отбора мощности, причем вспомогательные агрегаты выполнены с возможностью подключения или к выходному валу двигателя внутреннего сгорания, или к валам отбора

5 мощности приводных двигателей, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективных показателей, установка снабжена механизмом поочередного подключения вспомогательных агрегатов к выходному валу двигателя внутреннего егорания, к валам отбора мощности приводных двигателей и к валу отбора мощности ветряного двигателя.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем. что к валу отбора мощности ветряного двигателя подключен генератор электрического тока, электродвигатель и аккумулятор, связанные электрической цепью с генератором, а механизм поочередного подключения вспомогательных агрегатов связан с валом отбора мощности электродвигателя.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что связь механизма поочередного подключения с валом отбора мощности выполнена в виде муфты подсоединения этого механизма к валу отбора мощности.

Изобретение позволяет повысить эффективные показатели энергетической установки путем использования энергии ветра. Установка содержит двигатель i внутреннего сгорания, передающий мощность через валопровод 2 гребному винту 3, вспомогательные механизмы, в качестве которых используются нагнетатель 4 наддувочного воздуха и насос 5 для отсоса продуктов сгорания из цилиндров. Вспомогательные агрегаты через механизм 6 подключения связаны либо с валом отбора мощности ветродвигателя 7, либо с выходным валом двигателя 1 внутреннего сгорания, либо с валами отбора мощности приводных двигателей 9. Использование энергии ветра для привода вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания позволяет снизить затраты мощности двигателя на привод этих агрегатов, уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы. 4 ил. ч W fe

Фиг./

И12.

Ж 7

Фиг. 3

5 14 7

г. 4