КОМБИНИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ АГРЕГАТ Советский патент 1972 года по МПК F02G5/02 

,1

Изоб|ретен1ие относится « обла.ст двигатглестроения.

Известны камбии и р01ванные тепловые агрегаты, содержащие двигатель В|Нутраннего сгорания (ДВС) с приходным .на1РнетаФелем и кинематически связанный с ним двигатель Вгнешнего сгорания, нагреватель которого выполнен в виде встроенного в магистраль между компрес1сорны1ми и рабочИ1М1И цилиндра1ми и установленного в выхлап нОМ коллекто|ре ДВС теплообменника.

Недостатком таки1Х агрегатов является небла1гапр|НЯтное протекание характеристики к,рутящего MOMeiHrra ДВС IB функции иисла Оборотов последнего и, следовательно, неблагоприятная тяговая характеристика агрегата при ис|пользо;вании ею на траиопортной установке.

С целью устранения указанного недостатка в оиисывабмоМ агрегате ко-мщрессорные цили1ндры ДВС со.браны в многоступенчатый с промежуточным охлаждением рабочего тела компрессор, вал которого соединен с коленчатым валом при 1ПО|Мощи планетарной передачи.

-В нланетарной передаче центральная шестерня жестко 1связана с валой компрессора и кинематически, при помощи сателлитов, связана с раздаточной шестерней ДВС. КинемаТ1ичеекая связь двигателей выполнена нри помощи гидродинамической муфты. Привод нагнетателя выполнен от вала ко-млрессора при помощи передачи.

На фиг. 1 ,пока1зана схема устройства установки;, на фиг. 2 - схема планетарного механизма. Стрелками показаны: А - движение отра1ботанных газов ДВС; Б - подача наддувочного воздуха к ДВС; В - подвод и ОТВ10Д охлаждающей жидкости KOMnipeccopa ai Г - направление подачи рабочего агента.

Агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания }, соединенного через гидродинамическую .муфту 2 с двигателе внешнего сгорания 3, выполняющим функцию вторичного. Отбор мощности пронвводится от раздаточной

шестерни 4, устааювленной на ко-нце коленчатого вала ДВС.

При оомющи указанной щестерни вращаются колеса 5, имеющие снаружи и внутри зубчатые венцы. С последними на ходятся в заценлбнни сателлиты 6, установленные на осях водила 7. Водило установлено на валу 8, являющемся выходным валом установки, с помощью которого мощность агрегата перадается трансмиссии транспортной машины. Сателл:иты находятся в зацеплении также с центральной щестерней 9, которая через вал 10 вращает пор шневой многоступенчатый ко:м1прессор 11, связанный передачей 12 с центроПо|р1шневой KOMinp-eccop оборудова.н жйдкостными промежуточными охладителями 14 рабочего атента двигателя внешнего сгорания. В состав устайожки входит также теплоабмеинИК 15, щ котором указа:нный ра бочий агент подогревается до рабочей температуры теплом отработанных газов ДВС.

Нагнета гель связан со всасывающи.м коллектором 16 две трубопроводом 17, выхлопной коллектор 18 две - с теплообме-н ником трубо ароводом 19. Ци(р1куляци1Я рабочего агента, осуществляющаяся по трубопроводам, показывается топк И:Ми линиями со стрелками (фиг. 1).

Агрегат работает следующим образом.

Рассмотрим сначала действие лланетарного меХа.нюма 1выходного вала. 8 установки.

В меха-низме имеется .постоянатое соотноше вне между моментами Mi и Ма соответственно ,н а валах 8 и 10, которое юиределяется числа Мй зубьев соответствующих шестерки.

Такое соотношение моментов сохраняется на всех режимах pai6ora f,TaK как изменение наг|руЗ), .вызывающее измеиелие, напрадм р-ловышение момента на выходном , влечет за собой соответствующее возрастание моментов иа центральной шестерне 9 и коленчатом .валу ДВС.

МОМ.ент на щестер не возрастает за счет ее раСК,рут1ки, происхо.дящей автоматически, а также раСКрутки вала 10 и KOiMiopeccopHoro агрегата. Момент на коленчато1М валу возрастает в |результате лерехода ДВС на внещнюю характеристику .пр.и снижении, числа его оборотов. При снижении нагрузки. Mi на выходном валу 8 происходит соответствующее снижение момента Ма, .повышение числа оборотов две и снижение числа оборото1В компрессорного агрегата.

-При- выключении п-ла-нетарн-ого. меха.низма рост нагрузки и а выходн-ам вал-у влечет за с-о-бой )раскрут1ку комцрессорного агрегата, HOBbimeiHine расхо.д-а рабочего агента через по.ршневой ко шрбссор )/ и воздуха через нагнетатель 13, а также повышение давления воздуха лосле нагнетателя (характер изменения давления рабочего агента з-ависит от того, как изменится .при этом соотнош-ен«е чиоел оборот-oiB лоршневого комлрессора и д вигател-я в1не1Щ1не1ГО сго|ра:ния).

Двигатель внешнего сгорания работает следующим о-бразам.

При движении огоршня двигателя внешнего сгорания 5 -от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ) 1газоо бразный рабочий агент, налример воздух, заиолняющий цилиндр двигателя, вытесняется через управляемый выпуакно-й клалан 20 и пер.егоняетея через охладители 14 и автоматичеокий клаоан 21 в левый -цилиндр лорщнэвого -компрессора 11. При этом лерекачка рабочего агента солровождает1ся его сжатием, так как рабочий объем цилиндра д вигател-я вне.щнего сгорания б.ольще рабочего объема указанного ц-илиндра комярессора.

Диаметры цилиндров комшрессора уменьщаются слева направо, благодаря чему последовате.льная лер-екачка рабочего агента из цилиидра в .цилиндр, лроизводящаяся через охладаьтели, в-ключенные между всеми ст;уленями, и а-втоматические клаланы, сопровождается сжатием рабо1чего агента.

Из последней ступени комтрессора рабочий агент, сжатый до значнтельног-о давления, перекачивается и накапливается IB теплообменнике 15, где подогревается теплом отработанных газов ДВС и периодически перепускается в рабочий цилиндр. При этом рабочий объем теплообменника на1М-ного лревосходит рабоч1И-й

объем цилиндра двигателя В(нещнего сгорания. Поэтому колебания да-вления в теплообменнике, вызываемые лериодичностью подкачки рабочего а гента и 1перИОД-ичностью его перепуска в рабочий цилиндр двигателя, сравН1ительн|0 неб-ольщ-и-е и лодогре.в ведется по и.з-оба.ре. Сжатие по изотерме выполняется в многоступенчатом лоршневом компрессоре, подвод тепла, ведущийся по изобаре,- в теплообменнике, а расширение-IB цилиндре двигателя.-внещнего сгорания.

.ящий м.омент, создаваемый двигателем внещнего сгорания, так же, -как и мо.мент ДВС, -пролорционален среднему давлению в цилиндре за цикл.

При неиз|меннных прочих условиях снижение числа о.боротов пор-шневого комлрессора приводит к спижен.що давления в цилиндре двигателя -внешнего сгорания и соот1ветств-енно - его крутя-щего момента, а ло-вышенне

числа оборотов 1пор1Щ-нево.го KOMinpeccopa - к повышению .момента двигателя.

-При переходе на режим -перегрузки число оборотов ДВС снижается, а -момент растет,

причем при числе оборотов около 70% от номинального момент достигает .-максимума, который составляет 1,15-1,25 момента -при номинальной м-о-щности. Бели ДВС оборудо-ван приводным нагнета.теле1м 01бъе1мн0го гииа,

в котором расход воздуха почти -пропорционален числу oi6opOTOB, то переход ДВС на режим максимального момента приводит к снижению коэффициента избытка воз.духа, но лишь в Т01Й мере, в ка-кой максимальный момент превышает номинальный.

Однако указанный тип нагнетателя недостаточно быстроходен и отличается сравнительно больщ-ими габаритами и (весом. Кроме того, о.н недостаточно -надежен и долговечен.

Нагнетатели турбинного т.И|па намного эффективнее объемных, отличаются ко-мпакт.ностью, малым весом и высокой надежностью.

-При применении тур|бинных нагнетателей для наддува Т|рансп-ортных ДВС сущ-ественно

ухудшается тяговая характеристика последних .по сравнению с той, которая получается с объемным нагнетателем. В турбинных нагнетателя.х зависимости давления и расхода воздуха от числа Оборотов колеса выражаются

ЛОВИЯ1МИ работы ДВС по «HeiiuHeft характеристике.

Вследстаие этого в траиапортном ДВС с таким «агнетателвм переход на режим максимального крутящего .момента сотровождается крутьим иад-ением расхода и давления воздуха и соответ,ствен1но - падением коэффициента избытка воздуха. При этом Снижение последнего оказывается настолько большим, что едва удается удержать коэффициент приопособляемости ;на несколько выше единицы. Поэтому актуальной Я1ВляетсЯ задача такого регулирования работы турбинного нагнетателя, чтобы -по мере лриближения ДВС к режиму максимального крутящего момента давление ,и .подача воздуха натнетателем не уменьшались, а оставались стабильными или несколько возрастали.

Это осуществлено -в описываемом тепловом афегате путем независимого от ДВС регулирования скоростного режима работы нагнетателя. При |повышении дагрузюи на выхощном валу установки -происходит снижение числа оборотов Вала ДВС При одновременном увеличении числа оборотов рессор а, что обеспечивает более интенсивный рост момента на .валу ДВС оо внешней характеристике, че.м в существуюши.х ДВС, а также существениый Рост |маманта на валу двигаггеля внешнего сгорания, соединенного через гидромуфту ; ДВС. Такое соединение ловволяет в ДВС « дв|И1гателе внешнего сгорания сохранить «звеспную независимость в установлени режимов работы.

В совокутности это обеопечивает получение в предла1гаемом агрегате сравнительно высоких значений коэффициента лриопособляемости.

Предмет изобретения

1.Ком1бинир01ванный тепловой агрегат, иапрИ1М|ер для траНСП01ртных установок, содержащий дв1игатель внутреннего сгорания (ДВС) с

прив-одным нагнетателем и кинематически связанный с ним двигатель внешнего сгорания, нагреватель которого вьшол«е« в виде встроe.HiHoro в магистраль между компрессорными

и рабочи|МИ ц илиндра ми и установленного в выхлолном коллекторе ДВС теллообменника, отличающийся тем, что, с целью улучшения тяговых характеристик, ,ком1прессорные цили.ндры двигателя внешнего сгорания собраны в М1вогостуленчаты;й с промежутонньим охлаждением рабочего тела компрессор, вал которого соеди1нен с коленчатым валом при помощи ллаиетарной лередачи.

2.Агрегат по п. 1, отличающийся те.м, что в пла«етарной передаче центральная шестерня

жестко связана с валом KOMinpeccopa и кинематичесюи лри П0|мощи сателлитов с раздаточной ,шестер1ней ДВС.

3.Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что кинематическая связь двигателей вылоянена

при номощи гидродинам1ическо й муфты.

4.Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что привод нагнетателя вылолнен от вала комирессора лри ломощи лередачи.