Локомотив с воздушным поршневым рабочим двигателем Советский патент 0 года по МПК B61C7/02 

Известны тепловозы с воздушным поршневым рабочим двигателем, действующим на ведущие оси локомотива, и с дизельмотором в качестве первичного двигателя, являющимся одновременно и компрессором для сжатия воздуха, поступающего в поршневой рабочий двигатель.

Недостатком этих тепловозов, препятствовавшим их применению до сего времени, являются большие размеры цилиндров дизельмотора, так как питание их воздухом происходит путем засасывания его из атмосферы.

Описываемое ниже изобретение устраняет этот недостаток указанных тепловозов и, кроме того, устраняет недостаток двигателей с газовой передачей, как например, системь Гетаверкен, с плавающими поршнями типа Пескара, заключающийся в плохом их регулировании. Первый недостаток устраняется тем, что питание дизельмотора воздухом происходит от нагнетателя при давлении выше атмосферного, вследствие чего уменьшаются размеры дизельмотора. Второй недостаток устраняется тем, что, меняя число оборотов нагнетателя, можно изменять наполнение дизельмотора, а следовательно, и количество подаваемого им воздуха для рабочего двигателя в любых количествах от нуля до максимально требующегося.

ОписЪшаемый ниже локомотив с воздушным поршневым двигателем содержит силовой агрегат, состоящий из: 1) нагнетателя, соединенного с дизельмотором или одновременно с дизельмотором и газовой турбиной; 2) дизельмотора, производящего рабочий агент-сжатый воздух или одновременно газ и воздух и вращающего нагнетатель; 3) воздушного двигателя или комбинации газового и воздушного двигателей, действующих на сцепные колеса локомотива, приводя их в движение.

На фиг. i изображена схема силового агрегата; на фиг. 2-индикаторная диаграмма дизельмотора при полной нагрузке; на фиг. 3-то же, при неполной нагрузке; на фиг. 4-то же, для холостого хода; на фиг. 5

№ 78432--2-представлена схема автоматического регулирования дизельмотора; на: фиг. 6-схема варианта силового агрегата; на фиг. 7-индикаторная диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. 6; на фиг. 8- схема второго варианта силового агрегата; на фиг. 9-индикаторная диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. 8; на фиг. 10 и 11 представлен в двух разрезах локомотив с силовым агрегатом, выполненным по схеме на фиг. 8.

.Для осуществления работы локомотива по схеме фиг. 1 воздух при помощи нагнетателя / подается в дизельмотор 2 через нагнетательный клапан 5 при движении поршня 6 двигателя вниз.

При обратном движении поршня 6 вверх клапан 5 закрывается, заключенный в цилиндре воздух сжимается и по достижении необходимого давления нагнетается через клапан 7 в ресивер 8, откуда поступает в воздушный поршневой двигатель 3, действующий на ось 4 локомотива.

Клапан 7 закрывается, когда поршень б еще не доходит до верхней мертвой точки; поэтому в цилиндре дизеля происходит дальнейшее сжатие оставшегося воздуха до давления вспышки. По достижении этого давления в мертвой точке или около нее через форсунку 9 в цилиндр подается горючее, которое воспламеняется и сгорает. Сгоревшие газы расширяются и производят работу, которая затрачивается на сжатие воздуха в цилиндре и подачу его в ресивер. Во время четвертого хода поршня из цилиндра дизеля удаляются отработавшие газы через клаиан 10.

Представленная на фиг. 2 диаграмма является индикаторной диаграммой дизельмотора при работе с полной нагрузкой и полным числом оборотов.

Линией aia на диаграмме изображается всасывание воздуха в цилиндр двигателя,, линией aCi-сжатие воздуха до давления выпуска- В точке Ci открывается клапан 7 и происходит выпуск воздуха из цилиндра двигателя в ресивер по линии CiCz; в точке €2 клапан 7 закрывается, и происходит дальнейшее сжатие воздуха в цилиндре по линии GzC. Около точки С в цилиндр подается горючее, которое сгорает по линии CZiZ

в точке Z впуск горючего прекращается и продукты сгорания расширяются по линии Zf. Около точки f открывается выхлопной клапан 10 и газы выталкиваются из цилиндра по линии fgh- В точке h выпуск газов прекращается и Оставшиеся газы сжимаются до .давления всасывания 1О линии hai. От точки ai, описагпный процесс начинается снова.

В результате этого процесса дизельмотор дает некоторое количество 1юздуха желаемых параметров, отобранное из цилиндра по .чинии CiCs и м.огущее служить в качестве рабочего тела и воздушном двигателе и и совершить работу за счет энергии, которая была но-чучена в дизе.че в результате сгорания в нем топлигза и расширения по .чинии ZiZfg.

Рабочий воздушный двигатель может, быть как простого, так и двойного расширения. ИУ фиг. 1 пунктиром показан второй ци/1индр, образующий сов.местно с цилиндром двигате-ль 3 двойного раси1ирения.

Ввиду того, что вых.чопные гязы имеют еще высокую темг:ературу, их можно использовать к подогревателе 16 д.тя подогрева рабочего воздуха в ресивере 8, а также в промежуточном подогревателе /Г для подогрева воздуха при его переходе и;, цилиндра 3 высокого в цилиндр 14 низкого давле1Н1я.

Пределом повышения давления рабочего воздуха, отбираемого пз цилиндра дизеля, будет служить давление, соответствуюилее началу процесса горения, т. е. давление точки С. В этом случае сжатие воздуха

продолжается до точки Сз, в которой открывается выпускной клапан и выпуск воздуха происходит по линии СзС, показанной на фиг. 2 пунктиром.

На фиг. 3 представлена индикаторная диаграмма дизельмотора при неполной нагрузке. В случае уменьшения нагрузки, т. е. уменьшения расхода воздуха рабочим двигателем, подача топлива в цилиндр дизели уменьшается, работа расширения становится меньше работы сжатия, и дизельмотор вместе с нагнетателем начинают уменьшать число o6opijтов. Давление нагнетания падает, уменьшается количество воздуха, нагнетаемого в цилиндр дизеля/и поэтому линия сжатия. aCi (фиг. 3) пойдет ниже, чем на диаграмме по фиг. 2. Соответственно линия выпуска CiC2 будет короче, чем на диаграмме по фиг- 2. Таким образом, количество воздуха, подаваемого дизелем, уменьшится, а также уменьшится и работа сжатия. Это уменьшение будет происходить до тех пор, пока работа расширения не сравняется с работой сжатия, и дизельмотор будет работать с новой нагрузкой. При дальнейшем уменьшении на грузки число оборотов и давление нагнетания будут уменьшаться и будет уменьшаться линия CiCa, т. е. подача воздуха. В случае прекраш;ения расхода воздуха рабочим двигателем днзельмотор переходит на работу с минимальным числом оборотов и минимальным давлением нагне-. тания, что соответствует также и минимальному расходу топлива.

Для этого случая индикаторная диаграмма будет иметь вид, показанный па фиг. 4. При минимальном давлении нагнетания линия сжатия будет иметь вид кривой аС без прямого участка, так как точки Ci и С совпали. Отбора воздуха нет, и вся работа расширения тратится только на сжатие воздуха для процесса горения и на собственные нужды и потери дизеля. Дизельмотор работает на холостом ходу, не давая воздуха для полезной работы.

Автоматическая работа дизельмотора при переменных нагрузках возможна при помощи установки регулятора давления (фиг. 5). На ляпии, соединяющей цилиндр 2 дизеля с ресивером 8, имеются два клапана: клапан 7 для выпуска воздуха, из цилиндра дизеля и обратный клапан 15 при входе воздуха в ресивер. Клапан 7 имеет постоянный момент открытия Ci и момент закрытия С2, соответствующие полной нагрузке. При неполных нагрузках клапан 7 откроется раньше, чем в цилипд-ре дизеля давление станет равно давлению в ресивере. Поэтому обратный клапан будет препятствовать обратному пеерходу воздуха из ресивера в цилиндр дизеля.

На ресивере 8 имеется регулятор давления 16, который устанавливается на определенное давление и, в случае изменения давления, вызванного увеличением или уменьшением расхода воздуха из ресивера, регулятор давления дает импульс сервомотору 17, а последний, действуя на топливный насос 18, изменяет подачу топлива в форсунку Р.

На фиг. 6 представлена схема агрегата, по которой в рабочий поршневой двигатель переходят из цилиндра дизеля и воздух и выхлопные газы. В этом случае для использования энергии выхлопных газов необходимо к порщиевому воздушному двигателю присединить еще или поршневую машину, или газовую турбину. Дизельмотор может работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу. На фиг. 6 изображен двухтактный дизельмотор. Агрегат состоит из нагнетателя /, дизельмотора 2 и двух воздушных двигателей 3 и 14.

Воздух из нагнетателя / подается к дизельмотору, входит в цилиндр через щели // и вытесняет продукты сгорания через щели 2. Вытесненные из цилиндра газы поступают в добавочный ресивер 13 для газов и

-3-,N9 78432

78432-4 так как они имеют давление, равное давлению после нагнетателя, TQ они могут быть использованы для получения полезной работа или в поршневой машине 14 или газовой турбине 19, действующих на ось 4 локомотива..

Воздух из дизельмотора через клапан 7 и ресивер 8 поступает к поршневому двигателю 3. Перед поступлением к двигатель 3 воздух может быть подогрет в ресивере 8 при помощи подогревателя 1& ла счет тепла выхлопных газов дизельмотора, чем достигается снижение температуры их до допустимых пределов. Выпуск воздуха из двигателя 3 может производиться и не в атмосферу, а в промежуточный ресивер 13, где он смешивается с выхлопными газами, и во второй рабочий двигатель поступает уже смесь воздуха и газов.

Индикаторная диаграм.ма дизельмотора, работающего по , изображенной на фиг- 6, в случае двухтактного цикла изобразится линией gaCiCsCiZiZfag (фиг. 7); в случае четырехтактного цикла-ли-. нией aiaCiCaGZiZfaai.

Пунктиром показана диаграмма холостого хода, которая характеризуется тем, что прямой участок CiCs на ней отсутствует, т. е. дизельмотор воздуха не дает, а выхлопные газы должны удаляться в атмосферу, так как имеют давление, близкое к атмосферному. Но можно сделать так, чтобы это давление было вь1ше атмосферного, тогда второй рабочий двигатель сможет работать, хотя бы на холостом ходу, с отключением от рабочего вала.

Схема агрегата, представленная на фиг. 8, отличается от схемы на фиг. 6 тем, что выхлопные газы используются в газовой турбине 20, сое..аиненной с нагнетателем и с дизельмотором, так как одна газовая турбина не в состоянии вращать нагнетатель и должна получить добавочную мощность от дизеля.

Дизельмотор может работать и по четырех- и по двухтактному циклу. На фиг. 9 начерчена индикаторная диаграмма четырех- и двухтактного дизеля.. При работе по четырехтактному циклу диаграмма имеет линию всась1в.ания под давлением нагнетателя aia, линию сжатия воздуха aCi, линию выпуска из цилиндра CiC2, линию дальнейшего сжатия, сгорания и расширения газов C2CZiZfi, линию выталкивания ртработанных газов fih, которая может быть несколько ниже линии всасывания, и линию hai сжатия оставшихся газов до давления нагнетания.

При работу по двухтактному циклу диаграмма имеет ,аинию сжатия aCiC2C, линию сгорания и расширения CZiZt. В точке f или несколь.о ранее, а именно в точке fa открываются выхлопные окна и происходит пррдувка по линии fag или под давлениегу нагнетателя.

На тепловозе (фиг. 10 и И ), на котором прцменен агрегат по одно из ука.занных схем, а именно по схеме, изображенной на фиг. 8, установлен Дизельмотор 2, соединенньш при помощи передачи с нагнетателем / и газовой турбиной 15. Сжатый воздух, отбираемый из цилиндра здзель,мотора, поступает в ресивер 8, а оттуда в тяговый врздушноiippJiiupBOH ДЧ.гатель 3, действующий на си.;ПНЬ1е колеса локомотива. Впереди ло1 Ьм6т11ва находится будка 21 машиниста, сзади--холоднль- ник 2.2. В топл11вном баке 23 хранится необходим ый запас топлива. Пуск вход дизельмотора может быть или пневматический или электрический, при помощи вспомогательной динамомашины и аккумуляторной батареч.

Предмет изобретения

I. Ло омртив с воздущнцм порц невым рабочим двигателем, снабженный дизельмотором, работающим в качестве первичного двигателя

и компрессора для питания рабочего двигателя через ресивер сжатым воздухом, отличающийся тем, что для питания дизельмотора воадухом, с целью уменьшения его размера и у.учшения его регулирования, применен нагнетатель.

2.Форма выполнения локомотива по п. 1, отличающаяся тем, что привод нагнетателя осуществлен от коленчатого вала дизельмотора,

3.Форма выполнения локомотива по п. 1, отличающаяся тем, что для дривода нагнетателя применена газовая турбина, питаемая выхлопными газами дизельмотора.

4.Локомотив по пп. I-3, отличающийся тем, что для подогрева сжатого в дизельмоторе воздуха применен подогреватель, питаемый выхлопными газами дизельмотора.

5.Локомотив по пп. 1-4, отличающийся тем, что дополнительно к поршневому воздущному рабочемудвигателю применена газовая турбина, питаемая выхлопными газами дизельмотора.

-5-№ 78432

Hijll I

pwij I ч -

i г ii

.F1i

f;2 7

Фиг.2

I .

17

16

Ж/

75

-«ШР ilj

щ

ц. j1 I

t rlu.

W rfrfffrOr/rrr,

Йп

- ч

. ,,7

.-. f

Ljr -ijiiz: - .

Фиг. 7 IT, il .,4 .81-Ji-w-A,.™.-i,j..A-;-fc,.-i.Ue-i---b.-j si;444

yL- -,Li.i. ii -LL...-,,;i, 1 ; Yl4,i -- - --- -- -------j:J

.

.sssi, . fe;:.3(:i

КХ-ЕЭр г-