Силовая установка с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной Советский патент 1992 года по МПК F02B37/00 F02G5/00 

. Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и утилизационными турбинами.

На чертеже представлена силовая установка, общий вид.

Силовая установка содержит ДВС 1 с коленчатым валом 2, систему воздухоснабжения, включающую подключенный через ресивер 3 турбокомпрессор 4. К выхлопному патрубку 5 турбокомпрессора 4 подклюена магистраль 6 выпуска отработавших газов и воздухоподогреватель 7, включенный в магистраль своими нагревательными поверхностями 8. Охлаждаемые поверхности 9 воздухоподогревателя включены в магистраль 10 подачи воздуха в воздушную тилизационную турбину 11. На входе и выходе воздухоподогревателя 7 установлены органы периодического перекрытия в виде вращающихся заслонок 12 и 13 с приводом 1-1. На входе е воздухоподогреватель имеетя вентилятор (компрессор) 15с приводом и вариатором 16. Дзигатель снабжен промеуточным охладителем 17 наддуёочного воздуха и вентилятором 18. Заслонки 12 и 13 могут быть кинематически связаны с валом 2 двигателя,

Силовая установка работает следующим образом,

В две 1 воздух поступает после сжатия в компрессоре турбокомпрессора 4 и охлаждения в промежуточном охладителе 17. Выпускные газы через выхлопной патрубок 5 турбокомпрессора 4 попадают в газопровод б и воздухоподогреватель 7, проходя через который газы отдают тепло через нагреваельные поверхности 8 воздуху, идущему по охлаждаемым поверхностям 9. подключенным в магистраль 10, к утилизационной турбине 11. Установленные на входе и выходе воздухоподогревателя 7 заслонки 12 и 13, вращаясь, циклически осуществляют, во-первых, соединение воздухоподогревателя 7 с вентилятором (компрессором) 15 для подачи холодного воздуха в воздухоподогреватель, во-вторых, закрытие впуска и выпуска , т. е. практически подвод теплоты к воздуху от выпускных газов при постоянном обьеме V const, в-третьих, выпуск нагретого воздуха к утилизационной турбине 11.

Наличие заслонок (клапанов) позволяет при передаче теплоты и повышении температуры воздуха одновременно осуществить повышение давления без затраты дополнительной энергии (как известно, в турбине срабатывает, в основном, перепад давлений). Таким образом, на утилизационной

турбине 11 имеется возможность получить до 10% мощности двигателя, не создавая в газопроводе двигателя 1 дополнительных насосных потерь. Привод 14 заслонок 12 и

13 на в)М)де и выходе может осуществляться механическим, гидравлическим или электрическим устройствами, в том числе и непосредственно от коленчатого вала 2,

На входе и воздухоподогреватель 7 при

открытии заслонки 12 наблюдается обратный выброс воздуха вследствие повышенного давления в воздухоподогревателе. С целью сокращения обратного выброса на входе в воздухоподогреватель перед заслонкой 12 создается дополнительный подпор давления за счет вентилятора (компрессора) 15. Привод этого компрессора может осуществляться от коленчатого вала 2 через соответствующие устройсгва,

постороннего источника или От самой утилизации турбины 11.

В связи с тем, что при наличии теплообменника большого обьема, импульс давления при открытой выходной заслонке 13 и

закрытой входной 12 достаточно большой, снижается КПД утилизационной турбины и увеличивается время на истечение воздуха ид теплообменника и потери на выходных устройствах.

Теплообменник может состоять из нескольких секций, на входе и выходе которь1х установлены заслонки, Такое выполнение позволит поэтапно поднять давление воздуха перед утилизационной турбиной и, обеспечив устранение указанных выше недостатков, частично компенсировать потери давления на промежуточных выходных и входных заслонках в промежуточных секциях, так как при падении давления будет

падать и температура воздуха, следовательно, в следующей по порядку секции градиент температур будет увеличен, что приведет к некоторому росту давление в ней по сравнению с тем случаем, если бы температура оставалась равной температуре на выходе из предыдущей секции.

Таким образом, предлагаемая силовая установка обеспечивает работу ДВС практически без изменения насосных потерь, поскольку потери давления газов в теплообменнике являются незначительными и мо-. гут не приниматься в расчет. В то же время утилизационная турбина при работе по циклу V const теплообменника обеспечивает получение 5 - 10% дополнительной мощности, которую можно использовать как путем передачи на коленчатый вал двигателя, так и путем привода различных устройств и агрегатов.

Формула изобретения

1. Силовая установка с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной, содержащая систему воздухоснабжения с турбокомпрессором, работающим на выхлопных газах двигателя, воздухоподогреватель, включенный нагревательными поверхностями в магистраль выпуска отработавших газов, и магистраль подачи нагретдго воздуха в воздушную утилизационную турбину, отличающаяс я тем, что, с целью улучшения зффективных показателей, воздухоподогреватель выполнен с органами периодического перекрытия входа воздуха из магистрали и выхода воздуха в утилизационную турбину, а на входе в магистраль установлен нагнетатель с приводом от постороннего источника;

2.Установка по п. 1, отличающаяс я тем, что органы периодического перекрытия кинематически связаны с валом двигателя внутреннего сгорания.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что воздухоподогреватель выполнен из нескольких секций и органы поочередного перекрытия установлены на входе и выходе каждой секции.

Изобретение относится к машиностроению. Цель изобретения - улучшение эффективных показателей силовой установки с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной. Система воздухоснаб-жения двигателя 1 внутреннего сгорания (две) содержит турбокомпрессор 4. В магистраль 6 выпуска отработавших газов вклю- нены нагревательные "Поверхности воздухоподогревателя 7, предназначенного для подачи воздуха в воздушную утилизационную турбину 11. Воздухоподогреватель выполнен с органами'периодического перекрытия входа воздуха из магистрали и выхода воздуха в утилизационную турбину, выполненными в виде вращающихся заслонок 12 и 13. Воздух из вентилятора 15 поступает в воздухоподогреватель. При закрытых заслонках 12 и 13 происходит подогрев воздуха выпускными газами ДВС. Подогрев происходит при постоянном объеме, а давление воздуха возрастает. После открытия за^слонки 13 подогретый воздух повышенного давления поступает в турбину 11 и ее мощность достигает достаточной величины, сравнимой с мощностью ДВС. В результате повышается мощность и КПД силовой установки. 2 3. п. ф-лы, 1 ил.слс