ТЕПЛО-СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ Советский патент 1928 года по МПК F01K19/04 

Изобретение касается тепло-силовой установки с замкнутым циклом, в которой отработавший пар подается обратно в котел компрессором, приводимым в действие двигателем внутреннего горения.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки для низких и средних давлений; на фиг. 2 - для высоких давлений.

В качестве установок для средних и низких давлений предлагаются такие установки, в коих работающий по замкнутому циклу пар имеет в конце сжатия температуру, не превышающую приблизительно 250°. Расположение элементов установки может быть выполнено по фиг. 1, на которой обозначены цифрами: 23 - двигатель внутреннего горения, 24 - компрессор, 25 - паровая машина, 26 - котел, в котором при пуске давление доводится до давления всасывания компрессора. Из паросборника 27, снабженного водоотделителем и предохранительным клапаном, пар низкого давления поступает через трубопровод 28 к всасывающему клапану компрессора 24. Трубопровод 29, снабженный маслоотделителем, соединяет резервуар высокого давления 43 с перегревателем 37, обогреваемым выхлопными газами двигателя внутреннего горения 23. Через трубопровод 31 перегретый пар поступает для работы в рабочий цилиндр. Из последнего мятый пар возвращается снова через трубопровод 32 в котел 26, где смешивается с содержащейся в нем водой. Добавочное количество теплоты, сообщенное пару в период цикла за счет термодинамических потерь в двигателе и компрессоре, влечет за собой испарение части воды в котле. Образующийся таким образом пар извлекается из котла через трубопровод 33 и подается в перегреватель 37, внутрь которого выпускаются выхлопные газы двигателя внутреннего горения после того, как они пройдут через первый перегреватель 30.

После перегрева этот пар поступает для работы в поршневую или турбинную машину 34, снабженную конденсатором 35. Эта рабочая машина может быть использована для вспомогательных целей установки, или же работать параллельно с главной машиной, при чем второй цилиндр может, кроме того, служить для трогания с места и сообщения ускорения передвигаемым массам.

Резервуар-котел 36, который может быть также соединен с котлом 26, омывается надлежащим образом горячими газами, которое поступают из перегревателя 37, при чем они выходят из котлов 36 или 26 с такой температурой, которая лежит лишь немногим выше температуры воды, содержащейся в котлах под низким давлением. Насос высасывает воду из резервуара 36 по трубе 39, нагнетая ее под повышенным давлением через трубу 38, дабы дать ей возможность циркулировать в двигателе 23. Эта масса воды отнимает теплоту стенок двигателя и возвращается через трубу 41 снова в исходный резервуар. Здесь избыток теплоты нагретой двигателем воды отдается, образуя в котле 36 или 26 известное количество пара. Последний поступает через трубу 42 в перегреватель 37, соединяется с паром, притекающим из трубы 33, и производит совместно полезную работу в вспомогательной машине 34.

В виду того, что котел 26 снабжен также самостоятельной топкой, он может давать пар на короткие промежутки времени для работы машины при выпуске мятого пара наружу, при чем мощность ее повышается по мере пониженного противодавления без того, чтобы менялась мощность двигателя внутреннего горения, благодаря чему возникает заметное повышение производительности для трогания с места. Это свойство приобретает большое значение в случае применения данной установки на локомотивах и др. источниках движения, когда их приходится быстро реверсировать. Добавочный котел 43а обогревается либо выхлопными газами, либо самостоятельной топкой и, будучи доведен до надлежащего давления, отдает пар либо для параллельной работы в трубопровод высокого давления, либо в помощь котлу 26, возмещая количество пара, уходящего из машины наружу.

Небольшой, отапливаемый особо или омываемый выхлопными газами, паровой котел служит для пуска в ход установки, однако может быть также во время хода привлечен для подачи дополнительного количества пара в стадии высокого давления с целью повышения мощности установки.

В качестве установок для высокого давления, предлагаются такие установки, в коих давление получается высоким либо уже при всасывании, либо после сжатия, равно как и такие, в которых температура пара в конце сжатия лишь немногим отличается от температуры горячих выхлопных газов двигателя внутреннего горения. В этом случае схематическое расположение элементов получится, как показано на фиг. 2 следующее: 23 - двигатель внутреннего горения, 24 - компрессор, 25 - рабочая паровая машина, 26 - резервуар-котел, который может быть снабжен самостоятельным источником теплоты, дабы при начале работы давать пар давления, установленного для всасывания компрессором. Котел снабжен паросборником 27 с отделителем для воды и предохранительным клапаном. Через трубопровод 28 пар всасывается компрессором. Сжатый и перегретый пар, который выходит из компрессора, накопляется внутри резервуара 43 и отводится через трубу 29, которая может быть также снабжена надлежащим маслоотделителем, прямо в рабочую паровую машину. Труба 32 отводит мятый пар из этой машины в резервуар-котел 26, внутри которого пар подымается кверху через всю массу жидкости. По указанной выше причине в котле 26 также образуется известное количество пара, которое соответствует термодинамическим потерям теплоты рабочей паровой машиной и компрессора. Горячие выхлопные газы двигателя внутреннего горения отводятся по трубе 30 в топку парового котла. Образующийся пар берется из паросборника 27 и отводится через трубопровод 45 к перегревателю 31, который обогревается газами, выходящими из топки котла 26. Перегретый пар поступает для работы по трубе 33 внутрь турбины или поршневой машины 34, которая может быть снабжена конденсатором 35 и служит для вспомогательной цели или для параллельной работы на помощь главной машине. Количество теплоты, которое содержится в охлаждающей воде двигателя внутреннего горения, используется точно таким же образом, как и в установках низкого давления. Для этого служит резервуар с определенным давлением и температурой, через который проходят теплые газы, вытекающие из перегревателя 31. Вода, всасываемая насосом 44, через трубу 39, отводится через трубу 40 с целью циркуляции внутри двигателя и возвращается в исходный резервуар при повышенном давлении и температуре через трубу 41. Вследствие этого в котле 36 образуется известное количество пара, который после предварительного перегрева теплыми газами котла 26 попадает для работы в часть низкого давления вспомогательной машины 34. Питательная вода предварительно нагревается теплыми газами, отходящими из котла 36. В обоих случаях паровые котлы обладают, как уже было упомянуто выше, собственными источниками теплоты и в состоянии развивать необходимый пар для вспомогательных целей. В виду того, что трубопровод 32 и др. снабжены необходимыми запорными клапанами, можно в случае надобности достичь усиленной мощности при трогании с места, если выпустить мятый пар из главной рабочей машины через ответвление 32 в атмосферу, вместо котла 26.

В случаях, как низкого, так и высокого давления котел 36 может образовать одно целое с котлом 26 низкого давления. Таким образом, пар образуется в одной лишь низшей степени сжатия, при чем турбина 34 или поршневая машина 34′, служащие для вспомогательной цели или для параллельной работы с главной машиной, выполняются одноступенчатыми. Можно также для образования первичного и добавочного количеств пара установить котел, откуда пар, будучи отведен в запасные резервуары, сообщает им определенное давление и температуру.

В равной мере можно при всех обстоятельствах резервуар 43 высокого давления соединить при помощи надлежащих автоматических или управляемых клапанов и трубопроводов с добавочным котлом 43а, дабы компрессорная группа, продолжающая работать при остановленной паровой машине, могла отдавать свою энергию туда путем накопления или осаждения поступающего пара. Пар, образующийся в котле низкого давления, мог бы быть использован зимой для отопления поезда.

Котлы высокого и низкого давления могут быть, если их дополнить соответственными соединительными трубопроводами и клапанами, приведены в такое положение, чтобы обмениваться между собой количествами теплоты. В случае, когда производится свободный выпуск мятого пара из главной машины в атмосферу, если давление в котле 26 упало, следует прибегнуть к тепловому резерву, который накоплен в резервуаре высокого давления и добавочном котле 43а, при чем котлы 43а и 26 приводятся в сообщение, или же котел 43а соединяется с любым местом в трубопроводе низкого давления перед местом всасывания компрессором.

В обоих случаях можно снабдить установки котлами 43а высокого давления, в коих имеется давление даже выше такового на высшей стадии сжатия, дабы таким путем получить термические резервы. Эти тепловые аккумуляторы можно довести до желаемого давления либо при помощи горячих выхлопных газов, или помощью пара, который образуется в соответствующем котле, либо от надлежащего источника теплоты. Эти резервы могут быть использованы путем отдачи пара как при высоком, так и при низком давлении.

Вода из конденсатора 35 нагнетается с целью питания котлов 26, 36 и 43а. Дабы получить дальнейшее повышение мощности для трогания с места и ускорения хода или же, в исключительных случаях, для экстренного расхода энергии, можно также питать вспомогательные машины 34′ паром высокого давления из соотв. теплового резерва. В случае, если бы, напр., в воздушном пространстве получилась слишком высокая температура, которая препятствовала бы достижению полезного и практического действия конденсации, то можно отвести мятый пар из вспомогательных машин в резервуар с давлением ниже атмосферного, отдавая туда скрытую теплоту пара.

1. Тепло-силовая установка с замкнутым циклом, снабженная компрессором, приводимым в движение двигателем внутреннего горения, сжимающим пар до рабочего давления, характеризующаяся применением перегревателя 37, обогреваемого отработавшими газами указанного двигателя, в каковой перегреватель пар поступает из котла низкого давления 26, а также из котла 36, и из которого перегретый пар идет во вспомогательную машину 34, отдающую свой пар в конденсатор 35, откуда конденсат подается в котел 36, соединенный трубами 38, 39 и 41 с рубашкой двигателя 23 (фиг. 1).

2. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 установки, отличающееся тем, что пар из котла 36, не проходя через перегреватель низкого давления 31 (фиг. 2), идет во вспомогательную машину 34, отдающую свой пар конденсатору 35.

3. Видоизменение охарактеризованной в п.п. 1 и 2 установки, отличающееся применением добавочного котла 43а (фиг. 1 и 2), обогреваемого самостоятельной топкой или выхлопными газами двигателя и посылающего свой пар в трубопровод высокого давления 31 (фиг. 1) и 29 (фиг. 2), или во всасывающую трубу компрессора 28 (фиг. 2), или в трубопровод 32 низкого давления (фиг. 1).