Силовая установка машины Советский патент 1993 года по МПК F02G5/00 F01N3/04 

.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в машинах, предназначенных для выполнения разведывательных, восстановительных и спасательных работ в чрезвычайных аварийных ситуациях (например, при авариях на атомных станциях, химических предприятиях, в случае завалов и обвалов в карьерах, туннелях и штольнях, при взрывах на газо- и нефтепроводах, во время землетрясений, наводнений, пожаров и т.п.). временно ограничивающих или полностью исключающих забор воздуха из атмосферы и/или выброс в атмосферу отработавших газов (ОГ). Изобретение также может быть использовано на машинах, выполняющих плановые работы в условиях ограниченного объема (в туннелях, в производственных помещениях и т.п.) или в условиях недостаточной циркуляции окружающего воздуха, например, в глубоких карьерах.

Известны силовые установки машин, применяемых для проведения восстановительных и аварийно-спасательных работ. Такие силовые установки содержат тепловой двигатель (например, дизель) со штатными системами охлаждения, смазки, топливоподачи, пуска, останова, воздухоза- бора и выпуска отработавших газов, а также механическую трансмиссию с муфтой сцепления, коробкой передач, реверсом, мультипликаторами и демультипликаторами, распределительными механизмами, механизмами поворота, бортовыми редукторами, тормозными устройствами, муфтами предельного мо мент а, валами и др. элементами, а также систему трубопроводов с запорными устройствами.

Основным недостатком рассмотренных силовых установок является -низкая надежность пуска и работы в экстремальных условиях, при пуске в холодное время года из-за резкого падения емкости аккумуляторных батарей при работе с резко переменной нагрузкой и частыми перегрузками с внезапной остановкой двигателя, приводящей к быстрому износу последнего, при работе в условиях, временно ограничивающих или полностью исключающих забор воздуха из атмосферы и/или выброс в атмосферу ОГ.

Известнатакже силовая установка, принятая за прототип предложенного технического решения. Указанная силовая установка Прототйп содержит тепловой .двигатель со штатными системами охлаждения, смазки, топливоподачи, пуска и останова двигателя, воздушный фильтр, глушитель, гидравлическую трансмиссию с гидронасосом, кинематически связанным с

двигателем, гидрораспределителем, баком гидрожидкости с фильтром, охладителем гидрожидкости, гидравлическими исполнительными механизмами (гидроцилиндрами и гидромоторами), а также систему трубопроводов с запорными устройствами.

Основным недостатком прототипа является низкая надежность пуска двигателя и работы его в перечисленных выше экстре

мальных условиях.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных качеств силовой установки.

Цель достигается благодаря тому, что

установка снабжена тепловым аккумулято- ром, охладителем-нейтрализатором ОГ со встроенным отделителем капельной влаги, емкостью запаса кислорода с регулятором его поДачи, кислородным редуктором, системой прокачки жидкостного регенерируемого химического поглотителя, тремя трехходовыми кранами, запорными устройствами, смесителем и регулятором уровня поглотителя и рециркуляционным каналом,

причем первое запорное устройство установлено в выпускном коллекторе и разделяет его на два участка, рециркуляционный канал подключен к первому участку выпускного коллектора до первого запорного устройства по ходу выпускаемых газов, под-.

соединен к смесителю и снабжен отводным патрубком, в котором установлено запорное устройство и который подключен к входу глушителя, тепловой аккумулятор

выполнен с газовой и жидкостной полостями и установлен газовой полостью в рециркуляционном канале между выпускным коллектором и отводным патрубком, охладитель-нейтрализатор отработавших

газов установлен в рециркуляционном канале после отводного патрубка, первый трех- ходово.й кран установлен в рециркуляционном канале на входе в смеситель и сообщен с впускным каналом, смеситель установлен на входе во впускной трубопровод и сообщен каналом подачи кислорода с установленными в нем третьим

запорным устройством и кислородным редуктором с. ёмкостью запаса кислорода, си стема прокачки жидкого регенерирующего химического поглотителя.выполнена в виде замкнутого контура, включающего последовательно установленные емкость запаса поглотителя, подающий насос, нагнетающий

патрубок которого снабжен на выходе вторым трехходовым краном, один выход которого подключен к жидкостной полости теплового аккумулятора, а второй выход связан- с охладителем-нейтрализатором, в котором установлен регулятор уровня попотителя и который выполнен с двумя тру- опроводами слива поглотителя, первый из оторых подключен к жидкостной полости еплового аккумулятора и связан с входом епаратора, выход которо о сообщен с пер- ым входом третьего трехходового крана, а торой трубопровод слива поглотителя под- лючен к охладителю-нейтрализатору и свя- ан с входом откачивающего насоса, выход оторого сообщен каналом, в котором уста- овлен фильтр поглотителя, со вторым вхо- ;ом третьего трехходового крана, выход оследнего связан трубопроводом с уста- овленным в нем охладителем поглотителя емкостью запаса поглотителя и нагнетаю- ций патрубок подающего насоса сообщен ерепускным каналом с установленным в ем четвертым запорным органом с выхо- ом третьего трехходового крана. При этом становка снабжена пневмогидроаккумуля- ором, подключенным к гидрораспредели- елю. и гидронасос выполнен в виде братимой гидромашины.

Сущность изобретения поясняется ринципиальной схемой силовой установ- и. представленной на чертеже.

Силовая установка содержит тепловой вигатель 1, тепловой аккумулятор 2 (например, на основе фазового перехода твердое ещество - жидкость), охладитель-нейтра- изатор 3 отработавших газов (ОГ) контакт- ого типя с встроенным сепаратором апельной влаги, смеситель 4, регулятор 5 одачи кислорода, кислородный редуктор б, мкость 7 с запасом газообразного кислоро- а. При этом следует заметить, что в качест- е источника кислорода может быть спользован жидкий кислород или твердый ислородосодержащий продукт, например ЛаСЮз. Силовая установка включает также асосы 8 и 9, фильтр жидкого регенерируемого химического поглотителя (РХП) 10 (в ачестве РХП может быть использован вод- ый раствор моноэтаноламина МЭА), охла- итель РХП 11 в виде рекуперативного еплообм.енника или радиатора, емкость 12 запасом РХП, регулятор 13 уровня РХП в хладителе-нейтрализаторе 3, сепаратор 14, воздушный фильтр 15, глушитель 16, обратимую регулируемую гидромашниу 17, кинематически связанную с валом двигателя 1, которая может работать, как в режиме гидронасоса, так и в режиме гидромотора, гидрораспределитель 18, пневмогидроакку- мулятор 19, фильтр 20 гидрожидкости, охлаитель 21 гидрожидкости в виде, например, рекуперативного теплообменника или ра- иатора, емкость 22 для гидрожидкости, рехходовые запорные устройства 23, 24 и 25, запорные устройства 26, 27, 28 и 29.

Силовая установка машины для npoEie- дения аварийно-спасательных работ может функционировать в нескольких режимах.

Наибольший интерес представляют: ре- жим пуска, режим работы по открытому циклу, режим работы по замкнутому циклу, режим регенерации РХП. режим работы с рециркуляцией ОГ по полузамкнутому циклу, режим, работы по открытому циклу с кис- 0 лородным обогащением всасываемого воздуха, режим перегрузки теплового двигателя, режим движения машины при отключенном тепловом двигателе.

Работа силовой установки на каждом из 5 указанных режимов ссстоит в следующем.

1. Режим пуска. Раскрутка вала теплового двигателя, например дизеля 1. в режиме нормального технологического пуска осуществляется штатной системой (стартером

0 от аккумуляторной батареи, сжатым возду хом и т.п.). В случае выхода ее из строя и; и в условиях низких температур, когда м- кость аккумуляторной, батареи резко п да ет, возможен пуск двигателя от

5 пневмогидроаккумулятора 19. При этом гидрораспределитель 18 по команде от опзра- тора обеспечивает подачу тидрожнд :ости под высокие (давлением из пневг огидроак- кумулятора 19 на регулируемую обратимую

0 гидромашину 17. работающую в этом случае в качестве гидромотора (Чдромашина 17 раскручивает вал двигателя 1, обеспечивая его пуск. Отработавшая ги .рожидкость сливается в емкость 22.

5При наличии свобсдного забора воздуха из атмосферы и выгуска ОГ в атмосферу пуск установки обесп чивается следующим - образом.

Запорные устройства 27 и 29 закрыты,

0 запорное устройство 25 открыто, трехходовое запорное устройство 25 обеспечивает сообщение всасывающей системы двигателя через смеситель 4 и воздушный фильтр 15 с атмосферой. В качестве рабочего тела

5 двигателя при пуске с полной изоляцией газоьоздушных трактов от атмосферы используются охлажденные, очищенные и нейтрализованные от СОз ОГ. обогащенные кислородом в смесителе 4. Обеспечивается

0 пульт установки по замкнутому циклу.

2. Режим работы неоткрытому циклу. В этом случае забор воздуха осуществляется из атмосферы, а ОГ выбрасываются в окружающую среду. Забор воздуха осуществля- 5 ется через воздушный фильтр 15. трехходовое запорное устройства 25 и смеситель 4. При этом запорное устройство 29 закрыто, а выброс отработавших газов происходит либо через запорное устройство 26 и Глушитель 16, либо через -еплегхш лккумулятор 2, запорное устройство 27 и глушитель 16. Подача ОГ через тепловой аккумулятор 2 выполняется лишь тогда, когда осуществляется режим регенерации РХП. Двигатель 1 работает на привод регулируе- мой гидромашины 17, функционирующей в режиме гидронасоса. Гидрожидкость из емкости 22 посредством гидромашины 17 через гидрораспределитель 18 подается к гидравлическим исполнительным механиз- мам, управляющим ходовой частью (мотор- колесами) и рабочими орудиями (бульдозерным отвалом, экскаваторной лопатой, крановым оборудованием, компрессором,водяным насосом, гидроинструментом и т.д.), входящими в состав машины для проведения аварийно-спасательных работ. Отработавшая гмдрбжидкость после гидравлических исполнительных механизмов через фильтр 20 и охладитель. 21 сливается в емкость 22. Одновременно (как правило при работе двигателя на частичных режимах) происходит подзарядка пневмогидроаккумулятора 19 посредством гидрораспределителя 18.

3. Режим работы по замкнутому циклу. Работа двигателя в рассматриваемом режиме происходит.при полной изоляции газовоздушных трактов от атмосферы, При этом высокотемпературные ОГ, образующиеся при сгорании топлива в двигателе направляются в тепловой аккумулятор 2, где происходит их охлаждение путем передачи энергии теплоаккумулирующему веществу (например, эвтектической смеси с темпера- турой плавления 140°С в составе: 63,9 мас Ј AICI3, 5,1 мас.% . и 31 мас.% NaCI), a затем в охладитель-нейтрализатор 3 контактного типа со встроенным сепаратором ка- пе ль. ной в л . а г и . В охладителе-нейтрализаторе происходит комплексная обработка отработавших газов (окончательное охлаждение, очистка и удаление из них СОз) РХП, например, водным раствором МЭА. Нейтрализованные и очищенные ОГ через трехходовое запорное устройство 25 и смеситель 4, куда одновременно подается кислород из емкости 7 (либо из сосуда с жидким кислородом, или из устройства для получения кислорода из твердо- го кислородосодержащего продукта), через редуктор б, открытое запорное устройство 29 и регулятор 5, обеспечивающий поддержание требуемой концентрации кислорода в образующейся газовой смеси, которая из смесителя 4 направляется во всасывающую систему двигателя 1. РХП хранится в специальной секционной емкости 12. Во время работы установки РХП насосом 9 посредством трехходового запорного устройства 24

подается в охладитель-нейтрализатор 3. в котором происходит охлаждение ОГ и поглощение содержащейся в них СО. Далее образовавшийся нагретый раствор откачивается насосом 8 через фильтр 10, регулятор 13 уровня, трехходовое устройство 23 и охладитель (радиатор) 11 в емкость 12. В фильтре 10 раствор очищается от механических включений (сажи, частиц окалины и т.д.) и смолистых вещестр. Часть раствора через регулятор 13 перепускается в охладитель- нейтрализатор 3, в котором производится поддержание постоянного уровня РХП и интенсивное перемешивание раствора, что способствует повышению эффективности теплопередачи и химической абсорбции С02. В охладителе 11 раствор охлаждается до температуры, обеспечивающей его последующее использование. Многократная циркуляция РХП в жидкостном контуре возможна за счет того, что насосом 9 в охлади- тель-нейтралзатор 3 подается значительно больше раствора, чем требуется для нейтрализации ОГ. Поэтому в отработавшем растворе остается некоторое количество свободного РХП. Количество подаваемого РХП в охладитель-нейтрализатор определяется условиями теплосьема.

Запасы РХП и кислорода определяются временем работы двигателя по замкнутому циклу. Для повторного использования РХП (после насыщения С02) предусмотрена его регенерация. Гидравлическая система (система привода гидравлических исполнительных механизмов) функционирует также, как в период работы двигателя по открытому циклу.

4. Режим регенерации РХП. Регенерация РХП производится в процессе работы установки по открытому циклу; При этом трехходовое запорное устройство (ТЗУ) 24 переключается на подачу РХП из емкости 12 в тепловой аккумулятор 2. а ТЗУ 23 - на подачу из сепаратора 14 через охладитель 11 в емкость 12. Запорные устройства (ЗУ) 27, 28 и 29 закрыты, ЗУ 26 открыто, а ТЗУ 25 обеспечивает связь всасывающей системы двигателя 1 через смеситель 4 и воздушный фильтр 15 с атмосферой.

Процесс регенерации осуществляется следующим образом.

РХП. насыщенный СОа, из емкостич9 через ТЗУ 24 подается в тепловой аккумулятор 2. а затем в сепаратор 14. где происходит отделение С02 от раствора. Далее газ выбрасывается в атмосферу, а раствор через ТЗУ 28 и охладитель 11 сливается в емкость 12. В случае, если теплоты аккуму- лятора-2 недостаточно для полной регенерации РХП, используется теплота ОГ

вигателя. работающего е режиме регене- ации. Для этого открывается ЗУ 27 и закры- ается ЗУ 26. Окончательное охлаждение ХП после регенерации осуществляется за чет многократной циркуляции его через ох- адитель 11 при открытом ЗУ 28 и закрытых ,ля потока РХП ТЗУ 23 и 24.

Частично регенерацию РХП можно про- зводить при отключенном двигателе, ис- Ьльзуя для этого энергию, накопленную в пневмогидроаккумуляторе 19. При этом предполагается, что привод насоса 9 и вентилятора охладителя (Ъадиатора) 11 обеспе- ч и вается гидравлическими, исполнительными механизмами (ГИМ). В режиме регенерации РХП не исключается работа ГИМ привода ходовой части и ору- й машины.

5. Режим работы с рециркуляцией ОГ (пр полузамкнутому циклу).

Работа установки по полузамкнутому циклу осуществляется при открытых ЗУ 26 и 29. закрытых ЗУ 27 и 28 и разобщении всасывающей системы двигателя с атмосферой посредством ТЗУ 25. Нейтрализация ОГ(по- глдащение из них СО) может не производиться, а жидкостной контур обеспечивает лишь отвод тепла от рециркулируемой части ОГ. Поэтому в качестве рабочего тела в жид- KOciTHOM контуре может использоваться любая жидкость, в том числе вода и РХП, даже н-эсрыщенная С02.

При работе установки по рассматривае- могИу режиму часть высокотемпературных ОГ через открытое ЗУ 26 и глушитель 16 выбрасывается в атмосферу, а другая (ре- цилкулируемая) часть после последователь- ногр охлаждения в тепловом аккумуляторе

2 и охладителе-нейтрализаторе 3 обогащается кислородом в смеси тепе 4 и подается во всасывающую систему теплового двигателя. Выброс части ОГ в атмосферу, а также

отсутствие процесса нейтрализации (хими- . ческая абсорбция сопровождается выделе- , нием теплоты) снижает тепловую нагрузку на охладитель 11, Работа системы привода ГИМ соответствует режиму работы по иткрытому циклу (см. п.2).

6. Режим работы по открытому циклу с кислородным обогащением всасываемого воздуха.

Рассматриваемый режим может ис- пользоваться при работе установки при малом содержании кислорода в атмосфере (например, в зоне пожаров) и отличается от режима по открытому циклу (см.п.1) тем, что всасываемый из атмосферы воздух в сме.си- теле 4 обогащается кислородом, поступающим из емкости 7 через редуктор 6. регулятор 5 и открытое ЗУ 29.

7. Режим перегрузки теплового двигателя. Этот режим может быть использован при выполнении энергоемких работ. В этом случае для привода ГИМ дополнительно ис- лользуегсяэнергия пневмогидроаккумулятора 19.

8. Режим движения, машины при отклю- ченном (остановленном) тепловом двигателе. Вслучае отключения теплового двигателя вывод машины из опасной зоны осуществляется за счет энергии пневмогидроаккумулятора 19. При этом гидрожид- кость из пневмогидроаккумулятора 19 под высоким давлением через гидрораспределитель 18 подается только на ГИМ. управляющие ходовой частью машины.

Формула изобретения 1. Силовая установка машины, предназначенной преимущественно для аварийно- восатановительных и спасательных работ, содержащая тепловой двигатель, снабженный выпускным трубопроводом, подключенным к последнему своим входом глушителя, и впускным трубопроводом, связанным при помощи впускного канала с воз- душ|ным фильтром, и гидравлическую трансмиссию, включающую установленные последовательно бак с жидкостью, подклю- ченнЬй к нему гидронасос, кинематически связанный с выходным валом теплового двигателя, гидрораспределитель, гидравлические исполнительные механизмы, жидкостной фильтр, и охладитель жидкости.

образующие замкнутый контур циркуляции жидкости, отличающаяся тем. что. с целью повышения эксплуатационных качеств, установка снабжена тепловым аккумулятором, охладителем-нейтрализатором отработавших газов с встроенным отделителем капельной влаги, емкостью запаса кислорода с регулятором его подачи, кислородным редуктором, системой прокачки жидкостного регенерируемого химического поглотителя, тремя трехходовыми кранами, запорными устройствами, смесителем и регулятором уровня поглотителя и рециркуляционным каналом, причем первое запорное устройство установлено в выпускном коллекторе и разделяет его на два участка, рециркуляционный канал подклюиен к

первому участку выпускного коллектора до первого запорного устройства по ходу выпускаемых газов, подсоединен к смесителю и снабжен отводным патрубком, в котором установлено второе запорное устройство и который подключен к входу глушителя, тепловой аккумулятор выполнен с газовой и жидкостной полостями и установл.ен газовой полостью в рециркуляционном канале между выпускным коллектором и отводным патрубком, охладитель-нейтрализатор отработавших га.зов установлен в рециркуляционном канале после отводного патрубка, первый трехходовой кран установлен в рециркуляционном канале на входе в смеситель и сообщен с впускным каналом, смеситель установлен на входе во впускной трубопровод и сообщен каналом подачи кислорода с установленными в нём третьим запорным устройством и кислородным редуктором, с емкостью запаса кислорода, система прокачки жидкого регенерирующего химического поглотителя выполнена в виде замкнутого контура, включающего последовательно установленные емкость запаса по- глотителя подающий насос, нагнетающий патрубок которого снабжен на выходе вторым трехходовым краном, один выход которого подключен к жидкостной полости теплового аккумулятора, а второй выход связан с охладителем-нейтрализатором, в котором установлен регулятор уровня поглотителя и который выполнен с двумя трубопроводами слива поглотителя, первый из которых подключен к жидкостной полости теплового аккумулятора и связан с входом сепаратора, выход которого сообщен с первым входом третьего трехходового крана, а второй трубопровод слива поглотителя подключен к охладителю-нейтрализатору и связан с входом откачивающего насоса, выход которого сообщен каналом, в котором установлен фильтр поглотителя, с вторым входим третьего трехходового крана, выход последнего связан трубопроводом с установленным в нем охладителем поглотителя, с емкостью запаса поглотителя, и нагнетающий патрубок подающего насоса сообщен перепускным каналом с установленным в нем четвертым запорным органом с выходом третьего трехходового крана.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю ща я с я тем, что она снабжена пневмогидроаккумуля-: тором, подключенным к гидрораспределй- телю, и гидронасос выполнен в виде обратимой гидромашины.