Турбопоршневой двигатель Советский патент 1993 года по МПК F02B47/02 F02M25/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, преимущественно Судовым.

Известно, что форсирование двигателей осуществляется путем повышения их среднего эффективного давления с помощью агрегатов наддува.

Во избежание чрезмерного роста тепловых нагрузок деталей цилиндропоршне- вой группы (ЦПГ), для уменьшения потерь теплоты в охлаждающую жидкость и с отработавшими газами охлаждение наддувочно- го воздуха осуществляют с помощью рекуперативных теплообменников.

Недостатками таких турбопоршневых двигателей являются высокие массогаба- ритные характеристики рекуперативных теплообменников и сложность регулирования температуры наддувного воздуха.

Известен тур-бопоршневой двигатель, принятый в качестве прототипа, в котором охлаждение наддувочного воздуха осуществляется путем испарения впрыснутой до или после компрессора воды.

Недостатками этого двигателя являются:

Использование воды из системы охлаждения, содержащей, как правило, антикоррозийные присадки - нитраты, хроматы, полифосфаты, силикаты или молибдаты натрия, что может интенсифицировать абразивный износ ЦПГ и натриево-ванадиевую коррозию выпускных клапанов;

попадание на стенки втулки цилиндра кап ель неиспарившейся воды способствует разрушению масляной пленки yi интенсифицирует износ деталей ЦПГ.

Подогрев воды перед впрыском теплотой отработавших газов снижает количество теплоты, отбираемой от наддувочного воздуха.

Целью изобретения является повышение ресурса двигателя за счет удаления избыточной влаги из наддувочного воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в турбопоршневом двигателе, содержащем поршневую часть, турбокомпрессор агрегата наддува, воздушные трубопроводы и коллектор, выпускную магистраль, распылительные форсунки и трубопроводы для подачи воды, регулировочные клапаны с исполнительными механизмами, установленные на трубопроводах подачи воды, согласно изобретению, он снабжен турбосгпаратором, установленным в воздушном коллекторе, трубопроводы отвода воды которого соединены с выпускной магистралью после турбины агрегата наддува. При этом турбосепаратор

выполнен со свободно вращающимся рабочим колесом и содержит наружную обойму с направляющим аппаратом, установленную во внутренней полости воздушного коллектора с кольцевым зазором, а на периферии рабочего колеса размещена влагоулавливающая камера, причем кольцевой зазор и влагоулавливающая камера соединены с помощью трубок с выпускной

0 магистралью. В воздушном коллекторе размещен также датчик температуры воздуха наддува, соединенный с исполнительным механизмом регулированного клапана. На фиг.1 показана принципиальная схе5 ма турбопоршневого двигателя; на фиг.2 - турбосепаратор со свободно вращающимся рабочим колесом.

Турбопоршневой двигатель состоит из поршневой части 1, турбины 2 и компрессо0 ра 3, воздушного трубопровода 4. Форсунки 5 с трубопроводом подвода воды 6 установлены на воздушном трубопроводе 4 или коллекторе 7 перед турбосепаратором 8 со свободно вращающимся колесом, который

5 трубками 9 и 10 соединен с выпускной магистралью 11.

Турбосепаратор 8 имеет наружную обойму 12 с направляющими аппаратом 13, рабочее колесо 14 и влагоулавливаю0 щую камеру 15, причем, последние соеди-- нены с выпускной магистралью 11 трубками 9 и 10.

Во внутренней обойме 16 установлены подшипники 17, являющиеся опорами кон5 сольного рабочего колеса 14турбосепарато- ра 8. Для регулирования расхода воды в воздушном коллекторе 7 между компрессо- ром 3 и турбосепаратором 8 установлен термопатрон 18, выполненный легкокипящей

0 жидкостью и соединенный трубкой 19 с исполнительным механизмом регулируемого крана (клапана) 2Q.

Турбопоршневой двигатель работает следующим образом.

5 Отработавшие газы из поршневой части 1 двигателя поступают в турбину 2 агрегата псддува, которая передает механическую энергию компрессору 3. В процессе сжатия воздуха в компрессоре 3 происходит повы0 шение его температуры. На вход компрессора 3 или после него с помощью форсунки 5 и трубки подвода воды 6 осуществляется впрыск воды. Капли воды испаряются, отнимая необходимую для этого теплоту от воз5 духа, тем самым повышая мощность двигателя и снижая его теплонапряжен- ность,

В процессе испарения капель в них возрастает концентрация растворенных в воде солей. Для удаления избыточной влаги исi.«

пользуют турбосепаратор 8, который представляют собой одноступенчатую турбину со свободно вращающимися рабочим колесом 14. Наружная обойма 12 установлена в коллектор 7 с некоторым зазором б, позволяющим улавливать пленочную влагу, двигающуюся по внутренней поверхности воздушного коллектора 7.

Направляющий аппарат 13 обеспечивает закрутку воздушного потока в необходимую сторону вращения рабочего колеса 14, которое установлено консоль- но во внутренней обойме 16 на подшипниках 17.

Капли, встречаясь с рабочим колесом 14. отбрасываются на периферию во влаго- улавливающую камеру 15. По трубкам 9 и 10 избыточная влага, растворенные в воде соли и пыль сбрасываются в выпускную магистраль 11.

Степень удаления дисперсной влаги, частиц соли и пыли достигает 99%.

Вода для охлаждения воздуха может отбираться из санитарной системы судна или после фильтрации (на рис. не показано) из наружного контура системы охлаждения и подводится к форсункам 5 с помощью трубок 6.

- Регулировка температуры наддувочно- го воздуха в зависимости от атмосферных

условий и режима работы турбопоршневого двигателя 1 обеспечивается при помощи термопатрона 18, соединенного трубкой 19 с исполнительным механизмом крана (клапана) 20.

Термопатрон 18 заполнен легкокипящей жидкостью или твердым заполнителем, имеющим высокий коэффициент линейного расширения. Рост температуры наддувочного воздуха сопровождается ростом давления в термопатроне 18, которое по трубке передается в исполнительный механизм (например, сильфонного типа) регулируемого крана (клапана) 20, обеспечивающего его

открытие и подачу необходимого для охлаждения наддувочного воздуха количества воды. Регулируя расход от 0 до максимума легко обеспечить приемлемую теплонап- ряженность и экономичность двигателя

как на номинальном, так и на частичных режимах.

Испарительная система охлаждения проста в изготовлении и эксплуатации, имеет небольшие размеры, массу, стоимость, не

создает существенных гидравлических сопротивлений, легко поддается регулированию и автоматизации, может применяться в одно- и двухступенчатых системах наддува и в сочетании с рекуперативными теплообменниками.:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, преимущественно судовым. Целью изобретения является повышение ресурса двигателя за счёт удаления избыточной влаги из наддувного воздуха. Поставленная цель, достигается тем, что турбопоршневой двигатель, содержащий поршневую часть 1, турбину 2, компрессор 3, воздушные трубопроводы 4 и коллектор 7, выпускную магистраль 11, форсунки 5, трубопроводы подачи воды 6, клапаны 20 с исполнительными механизмами, снабжен турбосепаратором 8, трубопроводы 9 и 10 отвода воды которого соединены с выпускной магистралью 11. Турбосепаратор 8 имеет наружную обойму 12 с направляющим аппаратом 13, рабочее колесо 14 и влагоулавливающую камеру 15. Для регулирования расхода воды в воздушном коллекторе 7 установлен датчик температуры 18, соединенный с исполнительным механизмом регулировочного клапана 20.-2 ил. (Л С

Формула изобретения 1.Турбопоршневой двигатель, содержащий поршневую часть, турбокомпрессор агрегата наддува, воздушные трубопроводы и коллектор, выпускную магистраль, распылительные форсунки и трубопроводы для подачи воды, соединенные с контуром системы охлаждения, регулировочные клапаны с ис- полнительными механизмами, установленные на трубопроводах подачи воды, .о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения ресурса двигателя за счет удаления избыточной влаги из наддувочного воздуха, он снабжен турбосепаратором, установленным в воздушном коллекторе, трубопроводы отвода воды которого соединены с выпускной магистралью после турбины агрегата наддува.

Фиг. 2