Способ запуска турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F02B37/12 F02C3/04 F02C7/26 F02D23/00 

Изобретение относится к запуску транспортных силовых установок, работающих на горячих газах, в частности к устройствам управления запуском турбокопрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ запуска турбокомпрессора путем подачи в камеру сгорания сжатого воздуха, топлива, поджига топливо- воздушной смеси агрегатом зажигания с последующей подачей газов сгорания на турбину турбокомпрессора.

Недостатком данного способа запуска турбокомпрессора является то, что из-за неправильного выбора алгоритма запуска турбина начинает раскручивать компрессор

лишь после подачи газов сгорания на турбину, что приводит к низкой эффективности использования топлива и сжатого воздуха, подающихся в камеру сгорания, газов сгорания, подающихся на турбину, непроизводительному расходу топлива и сжатого воздуха, затяжке процесса запуска и возможности выхода из строя турбокомпрессора.

Известно устройство для запуска турбо- компрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания, содержащее перепускную магистраль, соединяющую воздухо- напорный патрубок турбокомпрессора и газоприемный патрубок турбины, дополнительную камеру сгорания, установленную в

сл

00

N5 СЛ

сл

этой магистрали и снабженную топливной форсункой и свечой зажигания, вентилятор, снабженный приводом и подключенный через воздухонапорный трубопровод к дополнительной камере сгорания, топливный насос, связанный с топливной форсункой дополнительной камеры сгорания, маслона- сос, связанный с системой смазки турбо- компрёсЙор аГорганы перекрытия воздухо- напорноготрубопровода вентилятора и впуска топлива в форсунку и связанный с последним и с приводом блок управления запуском.

Однако известное устройство характеризуется недостаточной надежностью запуска.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии и повышение надежности запуска.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства запуска турбокомпрессора; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема устройства запуска турбокомпрессора.

Устройство запуска турбокомпрессора 1 (фиг.1) состоит из турбины 2 и компрессора 3, жестко связанных и имеющих датчик 4 частоты вращения, дополнительной камеры 5 сгорания, имеющей пусковую 6 и основную 7 форсунки, свечи 8 зажигания и датчик 9 температуры газов, масляного насоса 10с электроприводом, первого логического клапана 11 с функцией ИЛИ, датчика 12 давления масла в системе смазки турбокомпрессора, агрегата 13 зажигания, топливного насоса 14 с электроприводом, запорных клапанов 15 и 16с электроприводами подачи топлива на пусковую и основную форсунки, датчика 17 давления топлива в топливной системе турбокомпрессора, вентилятора 18 с электроприводом, второго логического клапана 19 с функцией ИЛИ датчика 20 давления воздуха на выходе компрессора, автономного источника 21 сжатого воздуха запорного клапана 22 с электроприводом в системе подачи воздуха на турбину, блока 23 запуска и датчика 24 давления масла в системе смазки двигателя 25 внутреннего сгорания.

Принципиальная электрическая схема блока 23 запуска турбокомпрессора (фиг.2) состоит из автомата 26 защиты, контакторов 27-33, реле 34-44, диода 45, кнопок 46-48, схем 49 и 50, шины 51 и сигнальной лампы 52, Схема подключена к источнику 53 электрической энергии. В нее также введены размыкающие контакты 54, 55, 60 и 61, замыкающие контакты 56-64, первый выход 65 схемы 49, замыкающие контакты 66-68, размыкающие контакты 69 и 71, контакт 72,

размыкающий контакт 73, замыкающий контакт 74, второй выход 75 и третий выход 76 схемы 49, контакт 77, замыкающие контакты 78 и 79, четвертый выход 80 схемы 49,

замыкающий контакт 81, выход 82 схемы 50, выход 83 пятого уровня схемы 49, размыкающие контакты 84,85 и контакт 86.

Устройство запуска турбокомпрессора работает следующим образом.

0 Включив автомат защиты 26 (фиг.2),

подключают блок 23 запуска к источнику 53

электрической энергии, при этом на общую

шину 51 блока 23 подается плюс питания.

Нажав на кнопку 47 Пуск, подают пи5 тание на реле 34 по цепи: шина 51, кнопка 47, размыкающий контакт 54 реле 42, размыкающий контакт 55 реле 43, катушка реле 34, корпус. Реле 34 срабатывает и замыкающим контактом 56 через кнопку 46 самобло0 кирует кнопку 47 Пуск, обеспечивая автоматический процесс запуска после отпуска кнопки 47 Пуск, Замыкающим контактом 57 реле 34 подают питание на катушку контактора 27 по цепи: шина 51,

5 контакт 57, диод 45, катушка контактора 27, корпус. Контактор срабатывает и своим замыкающим контактом 58 подает питание на электродвигатель 10 масляного насоса с шины 51 блока 23. Масляный насос 10 (фиг.1)

0 работая, подает масло через открытый вход логического клапана с функцией ИЛИ в систему смазки турбокомпрессора 1. При поднятии давления до уровня срабатывания датчика 12 он своим (фиг.2) замыкающим

5 контактом подает питание с шины 51 на катушку реле 35, которое, сработав, своим замыкающим контактом 59 подает питание на катушки контакторов 28 и 29 по цепи: шина 51, контакт 57, контакт 59, размыкаю0 щий контакт 60 реле 39, катушки контакторов 28 и 29, корпус, и по цепи: шина 51, контакт 57, контакт 59, размыкающий контакт 61 реле 37, катушка контактора 30, корпус. Контакторы срабатывают и контактор

5 28 своим замыкающим контактом 62 подает питание с шины 51 на электродвигатель 18 вентилятора, контактор 29 своим замыкающим контактом 63 подает питание с шины 51 на агрегат 13 зажигания, а контактор 30

0 своим замыкающим контактом 64 подает питание с шины 51 на электромагнит запорного клапана 22 автономного источника 21 сжатого воздуха (фиг.1). Вентилятор 18 (фиг,1), работая, подает сжатый воздух че5 рез открытый вход логического клапана с функцией ИЛИ 19 в камеру 5 сгорания и далее по трассе на турбину 2 турбокомпрессора 1. Одновременно с этим агрегат 13 зажигания подает высокое напряжение на свечи 8, которые, работая, обеспечивают

прогрев свечей и выжигание топливовоз- душной смеси от предыдущей работы, а запорным клапаном 22 открывается доступ сжатого воздуха из автономного источника 21 на турбину 2, Сжатый воздух вентилятора 18 и автономного источника 21 раскручивает турбины 2 и жестко с ним сидящий на одном валу компрессор 3, воздух из которого по трассе через закрытый вход логического клапана с функцией ИЛИ 19 подается через камеру 5 сгорания опять на турбину 2, увеличивая интенсивность раскрутки турбокомпрессора 1. Датчик 4 частоты вращения, связанный с турбиной 2, выдает значение в схему 49 (фиг.2) уровней частот вращения и при достижении первого уровня на первом выходе 65 схемы 49 появляется сигнал, который подается на катушку реле 36. Последнее срабатывает и своим замыкающим контактом 66 с шины 51 подает питание на катушку контактора 31. Сработав, он своим замыкающим контактом 67 подает питание с шины 51 на электродвигатель 14 топливного насоса. Топливный насос 14 (фиг.1), работая, подает топливо в топливную систему камеры 5 сгорания и при достижении давления срабатывания датчика 17 он своим замыкающим контактом (фиг.2) подает питание по цепи: шина 51, контакт датчика 17, замыкающий контакт 68 реле 35, размыкающие контакты 68 реле 40 и 70, реле 42 и 71, реле 44 на катушку реле 41, корпус. Сработав, реле 41 своим замыкающим контактом подает питание по цепи; шина 51, контакт57, контакт 59, контакт 72, размыкающий контакт 73 реле 39, на катушку реле 32, корпус, которое, сработав, своим замыкающим контактом 74 подает питание с шины 51 на электромагнит запорного клапана 15 пусковой форсунки б (фиг.1). Топливо через открытый запорный клапан 15, пусковую форсунку 6 подается в камеру 5 сгорания, где с воздухом образуется топливо-воздушная смесь, которая работающими свечами поджигается. Газы с камеры 5 сгорания, поступая на турбину 2, увеличивают интенсивность раскрутки турбокомпрессора 1 и подачу воздуха от компрессора 3 в камеру 5 сгорания. При достижении второго уровня частоты вращения на втором выходе 75 (фиг,2) схемы 49 появляется сигнал, который подается на катушку реле 37. Реле 37 срабатывает и своим контактом 61 обрывает цепь питания катушки контактора 30, а он своим контактом 64 обрывает цепь питания электромагнита 22 запорного клапана автономного источника 21 сжатого воздуха (фиг.1), прекращая доступ воздуха на турбину 2. При достижении третьего уровня частоты вращения на третьем выходе 76 (фиг.2) схемы 49 появляется сигнал, который подается на катушку реле 38. Реле 38 срабатывает и своим замыкающим контакюм 77 подает питание по цепи: 5 шина 51, замыкающий контакт 78 реле 41, контакт 77, на катушку контактора 33, корпус. Контактор 33 своим замыкающим контактом 79 подает питание с шины 51 на электромагнит запорного клапана 16 основ0 ной форсунки 7 (фиг.1), Топливо через открытый запорный клапан 16 и основную форсунку 7 подается в камеру 5 сгорания, Количество топлива, подаваемого в камеру сгорания,увеличивается(работает пусковая

5 6 и основная 7 форсунки), что приводит к увеличению давления газов сгорания, поступающих на турбину 2, и увеличение частоты вращения турбокомпрессора, При достижении четвертого уровня частоты вра0 щения на четвертом выходе 80 (фиг.2) схемы 49 появляется сигнал, который подается на катушку реле 39. Реле 39 срабатывает и своими контактами обеспечивает контакты 60 - обрыв цепи питания катушек контакторов

5 28 и 29, которые, в свою очередь, прекращают подачу питания на электродвигатель вентилятора 18 (контакт 62) и агрегат 13 зажигания (контакт 63); контактом 73 обрыв цепи питания катушки контактора 32, кото0 рый, в свою очередь, прекращает подачу питания на электромагнит 15 запорного клапана (контакт 74) пусковой форсунки 6 (фиг.1), а замыкающим контактом 81 подает питание с шины 51 на сигнальную лампу 52,

5 которая извещает оператора, что турбокомпрессор вышел на режим холостого хода и возможен запуск двигателя 25 внутреннего сгорания (фиг.1).

С осуществлением запуска двигателя 25

0 в его системе смазки поднимается давле-- ние. Масло по трассе через закрытый вход логического клапана с функцией ИЛИ 11 подается в систему смазки турбокомпрессора 1, при этом датчик 24 давления в системе

5 смазки двигателя 25 выдает команду по цепи (фиг.2): шина 51, замыкающий контакт датчика 24, катушка реле 43, корпус. Реле 43 срабатывает и своим размыкающим контактом 55 обрывает цепь питания реле

0 34. С отключением этого реле прекращается работа пусковой аппаратуры блока 23 запуска. В работе остаются элементы устройстве турбокомпрессора 1 (фиг.1), обеспечивающие нормальную его работу и

5 осуществляющие контроль за предельными значениями контролируемых параметров: частоты вращения турбокомпрессора (пятый уровень схемы 49 фиг.2), давления масла в системе турбокомпрессора (датчик 12) или двигателя (датчик 24), температуры

газов (схема 50) и давления воздуха за компрессором (датчик 20).

Если в процессе запуска или работы камеры сгорания температура газов превысит предельное значение схемы 50 (фиг.2) по команде датчика-9 температуры, на выходе 82 выдается сигнал, который подается на катушку реле 44. Реле 44 срабатывает и CBQ- им размыкающим контактом 71 обрывает цепь питания реле 41, которое, в свою очередь, своими замыкающими контактами 72 и 78 обрывает цепь питания катушек контакторов 32 и 33. Эти контакторы своими контактами 74 и 79 обрывают цепь питания электромагнитов запорных клапанов 15 и 16 (фиг. 1) пусковой 6 и основной 7 топливных форсунок, прекращая подачу топлива в камеру 5 сгорания.

Если в процессе запуска или работы турбокомпрессора 1 (фиг. 1) частота вращения его превысит предельное значение, схема 49 (фиг.2) по команде датчика 4 частоты вращения на выходе 83 пятого уровня выдает-сигнал, который подается на катушку реле 40. Это реле срабатывает и своим контактом 69 обрывает цепь питания реле 41. В дальнейшем процесс идет аналогично описанному как при срабатывании схемы 50.

Если в процессе запуска или работы турбокомпрессора давление масла в системе смазки турбокомпрессора упадет ниже установленного предельного значения, контролируемого датчиком 12, последний обрывает цепь питания катушки реле 35, а оно своим контактом 59 обрывает цепь питания катушек контакторов 28-30 и 32, которые прекращают запуск турбокомпрессора, а контактом 68 реле 35 прекращают подачу питания на катушку реле 41 в процессе работы, при этом процесс будет в дальнейшем идти аналогично описанному как при срабатывании схемы 50 или схемы 49 (пятый уровень частоты вращения).

Если в процессе работы двигателя давление масла в системе смазки двигателя упадет ниже установленного предельного значения, контролируемого датчиком 24, последний обрывает цепь питания катушки реле 43, которое, потеряв питание, своим размыкающим контактом 84 подает питание по цепи: шина 51, размыкающий контакт-85 реле 34 (при работе двигателя реле 34 обесточено), контакт 86 реле 36 (турбокомпрессор работает, поэтому на выходе 65 перв ого уровня схемы 49 имеется сигнал и катушка реле 36 п олучает питание), контакт 84, катушка контактора 27. Последний, сработав, запускает электродвигатель масляного хасоса 10, который, работая,

поддерживает давление в системе смазки турбокомпрессора 1 (фиг.1) через логический клапан с функцией ИЛИ 11. Диод 45 препятствует прохождению питания на катушки контакторов 28, 29, 30 и 32.

Если в процессе запуска турбокомпрессора 1 (фиг.1) давление на выходе компрессора 3 будет ниже установленного предельного значения датчика 20 давления,

0 которое достигается при частоте вращения, соответствующего второму уровню схемы 49 (фиг.2), его контакт остается замкнутым и при достижении частоты вращения третьего уровня реле 38 срабатывает (процесс сраба5 тывания описан выше) и своим замыкающим контактом 87 подает питание по цепи: шина 51, размыкающий контакт третьей кнопки 48, контакт датчика 20 давления воздуха за компрессором, контакт 87, катушка

0 реле 42, которое, сработав, своим замыкающим контактом 78 самоблокируется по цепи: шина 51, кнопка 48, контакт 88, катушка реле 42. Корпус контактом 54 реле 42 обрывает цепь питания катушки реле 34, прекра5 щая запуск турбокомпрессора 1 (фиг.1), а контактом 70 реле 42 (фиг.2) обрывает цепь питания катушки реле 41, прекращая подачу топлива в камеру сгорания аналогично описанному. Повторный запуск турбокомпрес0 сора возможен лишь при нажатии на кнопку 48, при этом обрывается цепь питания катушки реле 42 по цепи самоблокировки.

Если в процессе работы турбокомпрессора упадет давление воздуха за компрессо5 ром ниже предельного, срабатывает датчик 20 и своим размыкающим контактом подает питание на катушку реле 42. В дальнейшем прекращается подача топлива в камеру сгорания аналогично описанному,

0 Использование изобретения позволяет сократить время запуска турбокомпрессора за счет автоматизации процесса запуска и осуществления его в функции частоты вращения турбины, увеличение мощно5 сги источников воздушной энергии - использование вентилятора, изменения схемы подачи сжатого воздуха из автономного источника и компрессора, увеличения подачи топлива - использование двух топ0 ливных форсунок пусковой и основной одновременно, повысить надежность запуска и работы турбокомпрессора за счет введения защиты от превышения температуры газов и частоты вращения, от снижения

5 давления масла в системе смазки турбокомпрессора и воздуха на выходе компрессора против установленных предельных значений, а также обеспечить экономное расходование топлива, сжатого воздуха и электрической энергии, что актуально для

условий низкотемпературного пуска за счет автоматизации процесса запуска и выбора моментов включения элементов устройства обеспечивающих наиболее оптимальные условия запуска и работы.

Формула изобретения 1. Способ запуска турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания путем подачи сжатого воздуха в до- полнительную камеру сгорания, подачи в нее топлива, его воспламенения и сжигания и прекращения подачи сжатого воздуха после достижения турбокомпрессором заданной частоты вращения, отличающий- с я тем, что, С целью повышения эффективности использования энергии и повышения надежности запуска, одновременно с подачей сжатого воздуха в камеру сгорания его дополнительно подают в турбину, топливо в дополнительную камеру сгорания подают в виде основной и пусковой порции и согласовывают подачу топлива и воздуха с частотой вращения турбокомпрессора

2. Устройство для запуска турбокомп- рессора транспортного двигателя внутреннего сгорания, содержащее перепускную магистраль „соединяющую воздухонапор- ный патрубок турбокомпрессора и газоприемный патрубок турбины, дополнительную камеру сгорания, установленную в этой магистрали и снабженную топливной форсункой и свечой зажигания, вентилятор, снабженный приводом и подключенный через воздухонапорчый трубопровод к дополнительной камере сгорания, топливный насос, связанный с топливной форсункой дополнительной камеры сгорания, масло- насос, связанный с системой смазки турбо- компрессора, органы перекрытия воздухонапорного трубопровода вентилятора и впуска топлива в форсунку и связанный с последним и с приводом вентилятора блок управления выпуском, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, устройство дополнительно снабжено резервуаром сжатого воздуха, его запорным вентилем, пусковой форсункой с органом перекрытия впуска топлива, датчиками температуры газа в дополнительной камере сгорания, частоты враа1ения турбокомпрессора и давления масла, причем резервуар сжатого воздуха подключен к газоприемному патрубку турбины, пусковая форсунка установлена в дополнительной камере сгорания и связана с топливным насосом, датчики давления масла, температуры газов и частоты вращения турбокомпрессора подключены к блоку управления, а последний дополнительно связан с органом перекрытия впуска топлива в пусковую форсунку, с приводом вентилятора и с запорным вентилем резервуара сжатого воздуха.

Цель изобретения - сократить время запуска, повысить эффективность использования источников энергии и надежность запуска и работы турбокомпрессора в любых 2 условиях эксплуатации. Вентилятор, топливный насос с электроприводом, пусковая форсунка камеры сгорания, электромагниты запорных клапанов пусковой и основной форсунок, автономный источник сжатого воздуха, датчики частоты вращения, давления в системах двигателя внутреннего сгорания и давления за компрессором, второй логический клапан с функцией ИЛИ, блок запуска с коммутационными элементами, соединенными соответствующим схеме образом, обеспечивают запуск турбокомпрессора по разработанному алгоритму трасс коммутации топлива, масла, сжатого воздуха это обеспечит сокращение времени запуска, более эффективное использование всех видов энергии, применяемой при запуске, за счет более оптимального подбора момента включения источников энергии в процессе запуска турбокомпрессора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил..,., , сл с

Фиг. Z

81 /