Силовая установка с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной

 

Изобретение относится к машиностроению. Цель изобретения - улучшение эффективных показателей силовой установки с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной. Система воздухоснаб-жения двигателя 1 внутреннего сгорания (две) содержит турбокомпрессор 4. В магистраль 6 выпуска отработавших газов вклюнены нагревательные "Поверхности воздухоподогревателя 7, предназначенного для подачи воздуха в воздушную утилизационную турбину 11. Воздухоподогреватель выполнен с органами'периодического перекрытия входа воздуха из магистрали и выхода воздуха в утилизационную турбину, выполненными в виде вращающихся заслонок 12 и 13. Воздух из вентилятора 15 поступает в воздухоподогреватель. При закрытых заслонках 12 и 13 происходит подогрев воздуха выпускными газами ДВС. Подогрев происходит при постоянном объеме, а давление воздуха возрастает. После открытия за^слонки 13 подогретый воздух повышенного давления поступает в турбину 11 и ее мощность достигает достаточной величины, сравнимой с мощностью ДВС. В результате повышается мощность и КПД силовой установки. 2 3. п. ф-лы, 1 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ssjs F 02 В 37/00, F 02 G 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761263/06 (22) 24.11.89 (46) 23.02.92. Бюл; ¹ 7 (71) Центральный научно-исследовательский институт по моторостроению (72) А.Б. Азбель, Ю..Б. Моргулис, Н.Ю. Зубрилин, M.Ñ, Васильев и Е.А. Дивинский (53) 621.43.052 (088.8) (56) Патент США № 3570240, кл. 60-61, 1971.

Авторское свидетельство СССР № 823612, кл. F 02 В 37/00, 1981.

Патент СССР № 1074414, кл. F 02 G 5/04, 1978, (54) СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УТИЛИЗАЦИОННОЙ ТУРБИНОЙ (57) Изобретение относится к машиностроеwe. Цель изобретения — улучшение эффективных показателей силовой установки с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной. Система воздухоснаб. Ы, 1714173 А1 жения двигателя 1 внутреннего сгорания (ДВС) содержит турбокомп рессор 4. В магистраль 6 выпуска отработавших газов включены нагревательные поверхности воздухоподогревателя 7, предназначенного для подачи воздуха в воздушную утилизационную турбину 11. Воздухоподогреватель выполнен с органами" периодического перекрытия входа воздуха из магистрали и выхода воздуха в утилизационную турбину, выполненными в виде вращающихся заслонок 12 и 13. Воздух из вентилятора 15 поступает в воздухоподогреватель. При закрытых . заслонках 12 и 13 происходит подогрев воздуха выпускными газами ДВС. Подогрев происходит при постоянном объеме, а давление воздуха возрастает. После открытия заслонки 13 подогретый воздух повышенного давления поступает в турбину 11 и ее мощность достигает достаточной величины, сравнимой с мощностью ДВС. В результате повышается мощность и КПД силовой установки, 2 з. и. ф-лы, 1 ил.

1714173

55, Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и утилизационными турбинами, На чертеже представлена силовая установка, общий вид, Силовая установка содержит ДВС 1 с коленчатым валом 2, систему воэдухоснабжения, включающую подключенный через ресивер 3 турбокомпрессор 4. К выхлопному патрубку 5 турбокомпрессора 4 подключена магистраль 6 выпуска отработавших газов и воэдухоподогреватель 7, включенный в магистраль своими нагревательными поверхностями 8, Охлаждаемые поверхности 9 воздухоподогревателя включены в магистраль 10 подачи воздуха в воздушную утилизационную турбину 11. На входе и выходе воздухоподогревателя 7 установлены органы периодического перекрытия в виде вращающихся заслонок 12 и 13 с приводом

14; На входе в воздухоподогреватель имеется вентилятор(компрессор) 15 с приводом и вариатором 16. Двигатель снабжен промежугочным охладителем 17 наддуЬочного воздуха и вентилятором 18. Заслонки 12 и

13 могут быть кинематически связаны с валом 2 двигателя, Силовая установка работает следующим образом, В ДВС 1 воздух поступает после сжатия в компрессоре турбокомпрессора 4 и охлаждения в промежуточном охладителе 17. Выпускные газы через выхлопной патрубок 5 турбокомпрессора 4 попадают в газопровод б и воздухоподогреэатель 7, проходя через который газы отдают тепло через нагревательные поверхности 8 воздуху, идущему по охлаждаемым поверхностям 9, подключенным в магистраль 10, к утилизационной турбине 11. Установленные на входе и выходе воэдухоподогревателя 7 заслонки 12 и

13, вращаясь, циклически осуществляют, во-первых, соединение воздухоподогревателя 7 с вентилятором (компрессором) 15 для подачи холодного воздуха в воздухоподогреватель, во-вторых, закрытие впуска и . выпуска, т. е. практически подвод теплоты к воздуху от выпускных газов при постоянном объеме V = const. в-третьих, выпуск нагретого воздуха к утилизационной турбине 11.

Наличие заслонок (клапанов) позволяет при передаче теплоты и повышении температуры воздуха одновременно осуществить повышение давления без затраты дополнительной энергии (как известно, в турбине срабатывает, в основном, перепад давлений). Таким образом. на утилизационной

45 турбине 11 имеется возможность получить до 10 (мощности двигателя, не создавая в газопроводе двигателя 1 дополнительных насосных потерь. Привод 14 заслонок 12 и

13 на входе и выходе может осуществляться механическим, гидравлическим или электрическим устройствами, в том числе и непосредственно от коленчатого вала 2.

На входе в воздухоподогреватель 7 при открытии заслонки 12 наблюдается обратный выброс воздуха вследствие повышенного давления в воздухоподогреватело. С целью сокращения обратного выброса на входе в воздухоподогреватель перед заслонкой 12 создается дополнительный подпор давления за счет вентилятора (компрессора) 15, Привод этого компрессора может осуществляться от коленчатого вала 2 через соответствующие устройсгва, постороннего источника или от самой утилизации турбины 11.

В связи с тем, что при наличии теплообменника большого объема, импульс давления при открытой выходной заслонке 13 и закрытой входной 12 достаточно большой, снижается КПД утилизационной турбины и увеличивается время на истечение воздуха иэ, теплообменника и потери на выходных устройствах.

Теплообменник может состоять из нескольких секций, на входе и выходе которых установлены заслонки, Такое выполнение позволит поэтапно поднять давление воздуха перед утилизационной турбиной и, обеспечив устранение указанных выше недостатков, частично компенсировать потери давления на промежуточных выходных и входных заслонках в промежуточных секциях, так как при падении давления будет падать и температура воздуха, следовательно, в следующей по порядку секции градиент температур будет увеличен, что приведет к некоторому росту давления в ней по сравнению с тем случаем, если бы температура оставалась равной температуре на выходе из предыдущей секции.

Таким образом, предлагаемая силовая установка обеспечивает работу ДВС практически без изменения насосных потерь, поскольку потери давления газов в теплообменнике являются незначительными и могут не приниматься в расчет. В то же время утилизационная турбина при работе по циклу V = сопзт теплообменника обеспечивает получение 5 — 10 дополнительной мощности, которую можно использовать как путем передачи на коленчатый вал двигателя. так и путем привода различных устройств и агрегатов.

1714173

Формула изобретения

Составитель А. Азбель

Техред М.Моргентал

Редактор О. Хрипта

Корректор M.Øàðîøè

Заказ 673 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

1. Силовая установка с двигателем внутреннего сгорания и утилизационной турбиной, содержащая систЬму воздухоснабжения с турбокомпрессором, работающим на выхлопных газах двигателя; воздухоподогреватель, включенный нагре.вательными поверхностями в магистраль . выпуска отработавших газов, и магистраль подачи нагретого воздуха в воздушную утилизационную турбину, о т л и ч а. ю щ а яс я тем, что, с целью улучшения эффектив- ных показателей, воздухоподогреватель выполнен с органами периодического перекрытия входа воздуха из магистрали и выхода воздуха в утилизационную турбину, а на входе в магистраль установлен нагнетатель

5 - с приводом от постороннего источника; .2. Установка пои. 1, отл ича юща яс я тем, что органы периодического пере крытия кинематически связаны с валом двигателя внутреннего сгорания.

10 3. Установка по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что воздухоподогреватель выполнен из нескольких секций и органы поочередного перекрытия установлены на входе и выходе каждой секции.