Силовая установка Советский патент 1992 года по МПК F02G5/00 F02B37/00 

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть использовано в pas - личных отраслях народного хозяйства, где требуется применение двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. .:

Известна силовая установка с турбокомпрессором и силовой турбиной, связанной с коленчатым валом двигателя.

Недостатком известной установки является то, что колеса турбины турбокомпрессоров работают в неудовлетворительных условиях, подвергаясь эрозии от несгоревших частиц, которые далее выбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду.

Известна также силовая установка, состоящая из собственно двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, турбокомпрессора, парогенератора, силовой турбины и паровой турбины, связанных механически с коленчатым валом ДВС.

О

о о со

Недостатком известной установки является наличие твердых частиц в отработавших газах двигателя, приводящее к снижению ресурса работы турбин за счет процессов эрозии, снижения КПД парогенератора в результате отложений в нагревательном контуре, а также загрязнению окружающей среды.

Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания .и утилизационную паротурбинную установку, а также силовую турбину, кинематически связанную с коленчатым валом, причем паротурбинная установка включает паровую турбину, парогенератор, конденсатор и питательный насос.

Цель изобретения - повышение эффективного использования энергии-выпускных газов при снижении их токсичности.

На фиг.1 представлена принципиальная схема силовой установки; на фиг.2 - вариант размещения фильтроэлементов первой ступени системы фильтраций выпускных газов.:

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, паротурбинную установку 2, турбокомпрессор 3, турбина 4 которого установлена после выпускного коллектора 5, связанного с выпускными каналами 6 головки 7 блока цилиндров (не показаны) двигателя 1, силовую турбину 8, снабженную выпускным патрубком 9, сообщенную своим входом с выпускным коллектором 5 и кинематически связанную с коленчатым валом 10 двигателя 1 внутреннего сгорания, парогенератор 11, включенный нагревательной полостью 12 в выпускной патрубок 9 силовой турбины 8, паровую турбину 13, подключенную к паровой полости парогенератора 11, и последовательно установленные между выходом паровой турбины 13 и входом парогенератора конденсатор 14 и питательный насос 15, образующие замкнутый контур циркуляции рабочего тела утилизационной паротурбинной установки 2, при этом установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней 16 и 17 очистки выпускных газов, причем перваяступень 16 очистки выполнена в виде самоочищающегося фильтроэле- мента 18 грубой очистки и установлена в выпускном коллекторе 5, а вторая ступень 17 очистки - в виде фильтроэлемента 19 тонкой очистки с системой 20 автоматического электровыжигания и установлена, в выпускном патрубке 9 силовой турбины 8 пе- х ред парогенератором 11. Первая ступень 17 очистки может быть также выполнена многоэлементной, каждый элемент 21 которой установлен в соответствующем выпускном канале 6 головки 7 блока цилиндров двигателя 1.внутреннего сгорания.

В состав силовой установки входят также компрессор 22 турбокомпрессора 3 с подключенными к нему воздушными трактами 23 и 24, редуктор 25, связанный с валом 26 силовой турбины 8, коленчатым валом 10 и

0 валом 27 паровой турбины 13, и. глушитель 28. а система 20 автоматического выжигания включает датчик 29 перепада давления на фильтроэлементе 19, блок 30 автоматического управления и подключенный к нему

5 воздушный клапан 31.

Силовая установка работает следующим образом.

Отработавшие газы двигателя 1 внутреннего сгорания, имея повышенную тем.0 пературу и избыток воздуха, проходят по

выпускным каналам 6 головки 7 блока ци линдров и поступают в выпускной коллектор

5, где они очищаются от наиболее крупных

частиц в фильтроэлементе 18 первой ступё5 ни 16 очистки. Под действием высоких температур отработавших газов при наличии в них избытка кислорода воздуха осевшие в фильтроэлементе 18 частицы выгорают, а сам фильтроэлемент 18 постоянно само0 очищается. Далее предварительно очищенный в первой ступени 16 очистки газ поступает на турбину 4 турбокомпрессора 3, где часть его энергии используется для подачи компрессором 22 сжатого воздуха

5 в двигатель 1 по воздушному тракту 23. После турбины 4 газ поступает на вход силовой турбины 8, с вала 26 которой крутящий момент передается через, редуктор 25 на коленчатый вал 10 двигателя 1. Прой0 дя турбину 8, отработавший газ попадает во вторую ступ.ень 17 очистки, где он очищается с помощью фильтроэлемента 19 от твердых частиц малых размеров. И поступает в нагревательную полость 12

5 парогенератора 11 утилизационной паротурбинной установки 2. В парогенераторе 11 тепловая энергия отработавших газов расходуется на превращение в пар жидкости, циркулирующей с помощью питатель-.

0 ного насоса 15 в замкнутом контуре утилизационной паротурбинной установки 2. При этом произведенный пар из паровой полости парогенератора 11 поступает на паровую турбину 13, которая передает часть

5 своей энергии с вала 27 через редуктор 25 коленчатому валу 10 а с турбины 13 пар поступает в конденсатор 14. где превращается вновь в жидкость, а затем насосом 13 подается на вход парогенератора 11 для нового рабочего цикла.

Отработавшие газы двигателя 1, пройдя нагревательную полость 12 парогенератора 11, выбрасываются затем через глушитель 28 в атмосферу. Постоянно загрязняющийся во время работы двигателя i фильтроэле- мент 19 второй ступени 17 очистки очищают с помощью системы 20 электровыжигания, датчик 29 перепада давления которого по достижении предельно допустимого перепада давления на фильтроэлемент 19 пода- ет сигнал в блок 30 автоматического управления. При этом подается электропитание на фильтроэлемент 19, открывается воздушный клапан 31 и часть воздуха из воздушного тракта 24 двигателя 1 перепу- скается на вход фильтроэлемента 19. Благодаря электронзгреву фильтроэлемента 19 и дополнительной подаче воздуха осевшие твердые частицы выгорают. По достижении нормального перепада давления на фильт- роэлементе 19 последний с помощью блока 30 управления отключается от электропитания, а воздушный клапан 31 закрывается. Тепло, выделенное при сжигании твердых частиц, также утилизируется в нагреватель- ной полости 12 парогенератора 11.

Фильтро.элемент 18 первой ступени 16

может быть выполнен из металловолокно- вого материала с пропускной способностью до 10 мкм, а фильтроэлемент 19 второй сту- пени 17 - из электропроводного материала с пропускной способностью до 1 мкм. В случае выполнения первой ступени 16 очистки в виде ряда элементов 21 силовая установка работает аналогично.

Применение системы фильтрации в виде двух ступеней очистки отработавших газов позволяет повысить эффективность использования энергии впускных газов при снижении их токсичности и в конечном ито- ге получить более экономичную экологически чистую силовую установку.

Формула изобретения 1. Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и утилизационную паротурбинную установку, турбокомпрессор, турбина которого установлена после выпускного коллектора, связанного с выпускными каналами головки блока цилиндров двигателя, силовую турбину, снабженную выпускным патрубком, сообщенную своим входом с выпускным коллектором и кинематически связанную с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, парогенератор, включенный нагревательной полостью в выпускной патрубок силовой турбины, паровую турбину, подключенную к паровой полости парогенератора, и последовательно установленную между выходом паровой турбины и входом парогенератора конденсатора и питательный насос, образующие замкнутый контур циркуляции рабочего тела утилизационной паротурбинной установки, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что, с целью повышения эффективности использования энергии выпускных газов при снижении их токсичности) установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней очистки выпускных газов, причем первая ступень очистки выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента грубой очистки и установлена в выпускном коллекторе, а вторая ступень очистки выполнена в виде фильтроэлемента тонкой очистки с системой автоматического электровыжигания и установлена в выпускном патрубке силовой турбины перед парогенератором.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что первая ступень очистки выпускных газов выполнена многоэлементной, каждый элемент которой установлен в выпускном канале головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области двига- телестроения. Изобретение позволяет повысить эффективность использования энергии выпускных газов силовой установки при снижении их токсичности. Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, паротурбинную установку 2, турбокомпрессор 3, турбина 4 которого установлена после выпускного коллектора 5 двигателя 1, силовую турбину 8, снабженную выпускным патрубком 9, сообщенную своим входом с выпускным коллектором 5 и кинематически связанную с коленчатым валом 10 двигателя, парогенератор 11, включенный нагревательной полостью 12 в выпускной патрубок 9 силовой турбины 8, паровую турбину 13, конденсатор 14 и питательный насос 15. Установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней 16 и.17 очистки выпускных газов, причем первая ступень 16 выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента 18 грубой очистки, а вторая ступень 17 - в виде фильтроэлемента 19 тонкой очистки с системой 20 автоматического электровыжигания. Применение утилизационного контура с паровой турбиной позволяет передать часть мощности на коленчатый вал двигателя и повысить тем самым эффективность силовой установки-, а применение фильтроэле- ментов грубой и тонкой очистки выпускных газов позволяет уменьшить их токсичность. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Воздухом турбокомпрессора ,

i

ЧН

5 -ч- и .

r-t I t I I I I

Ji i . . M

Щ

3 :

i -yiaJj

/vw/

0/npaSomaSD, шиагазо

ооздух из атмосферы атмосферу

%./

/ / 21 21

TniT Лттптгг и . i

&-±

i

IT

k

(pitг. 2