Способ рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой и устройство для рекуперации

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (в) Я1 1и! J1119694 Ø (51) 5 61Â И (21) 4648402/29 (22) 20.0289 (48) 30.12.93 Бюп. Иа 48-47 (76) Прогляда Леонид Петрович (54) СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ TQPМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С

ПАРОСИПОВОЙ УСТАНОВКОЙ И УСТРОЙСТВО ДПЯ РЕКУПЕРАЦИИ (57) Сущность изобретения: отбирают кинетическую энергию торможения, накапливают ее в аккумуляторе и выдают в силовую установку. Отбор энергии торможения осуществляют путем вытеснения из камеры двигателя через сужающееся отверстие потока рабочего тела в парообразном состоянии, кинетическую энергию которого преобразуют в тепловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазц которую накапливают в аккумуляторе. Жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной. Энергетическое разделение производят в адиабатной вихревой трубе, Для рекуперации энергии торможения установлены аккумулятор, узлы отбора кинетической энергии и выдачи ее в установку. Входные патрубки преобразователей энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела соединены с соответствующими выходными отверстиями узлов отбора Выходные патрубки через насос соединены с аккумулятором. 2 си 4 зл.ф-пы, 3 ил.

1В39694

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для ре куперации энергии торможения в паросиловых транспортных средствах.

Известен способ рекуперации энергии 5

1орможения транспортного средства и устройство для его осуществления в виде рекуперативной силовой установки, Способ содержит операции отбора кинетической энергии торможения с вала трансмиссии транспортного средства, накопления ее в аккумуляторе механической энергии и выдачи запасенной энергии в силовую схему транспортного средства. 8 рекуперативной силовой установке в качестве, аккумулятора 16 механической энергии использован маховик, помещенный в корпусе, Маховик посредством муфты кинематически связан с валом трансмиссии транспортного средства, с помощью которых осуществляется от- О бор кинетической энергии торможения, Посредством другой муфты и торового вари- . атора маховик кинематически связан с выходным валом, с помощью которого осуществляется выдача запасенной в акку- 25 муляторе энергии s силовую схему транс- ортного средства. С помощью вариатора можно изменять скорость вращения выходного вала. Он содержит два соосно установленных колеса и два.дополнительных ЭО колеса, оси вращения которых перпендикулярны оси вращения первых двух колес. При этом положение оси одного иэ дополнительных колес может изменяться с помощью устройства управления. Этим достигается 5 изменение скорости вращения выходного вала при выдаче энергии s силовую схему транспортного средства.

Известный способ рекуперации энергии торможения, использующий аккумуля- 40 тор механической энергии и механическую систему отбора энергии торможения и вы. дачи ее в силовую схему транспортного. средства, не обеспечивает простоту конструкции использующей этот способ извест- 45 ной рекуперативной силовой установки. Это связано с тем, что вес маховика и скорость его вращения достигают. значительных ве.личин, требующих надежной смазывающей подвески, а для уменьшения сопротивления о среды и для безопасности кожуха. Кроме того, кинетическая энергия движущегося транспортного средства выделяется при его замедлении, а воспринимается она маховиком при его ускорении, Это вызывает 55 необходимость в соединении трансмиссии транспортного средства с маховиком бесступенчатой передачей с широким диапазоном регулирования передаточного отношения, Механическая связь аккумулятора с источником рекуперируемой энергии и с ее потребителем также достаточно сложна. К тому же в кинематической схеме имеются значительные потери на трение.

Известен способ рекуперации энергии торможения транспортного средства и устройство для его осуществления в виде пневматического рекуперативного привода.

Способ содержит операции отбора кинетической энергии торможения с вала трансмиссии транспортного средства с помощью гидромашины, работающей в режиме гидронасоса, накопления ее в пневмогидравлическом аккумуляторе и выдачи запасенной энергии в силовую схему транспортного средства с помощью той хсе гидромашины, работающей в режиме гидромотора, Этот способ является наиболее близким к заявляемому и принят за прототип. Осуществленный на его основе пневмогидравлический рекуперативный привод, также принятый за прототип, содержит обратимую гидромашину, трубопроводы рабочей жидкости, распределитель и электроуправляемые клапаны, являющиеся узлами отбора кинетической энергии торможения и выдачи накопленной энергии в силовую схему транспортного средства, и пневмогидравлический аккумулятор с пневмогидравлическим баллоном.

Известный пневмогидравлический рекуперативный. привод имеет сложную конструкцию. его пневмогидравлический аккумулятор выполнен трехкамерным с двумя различного диаметра поршневыми разделителями сред, Пневмогидравлический баллон имеет две камеры с поршневым разделителем сред. При этом и аккумулятор и баллон должны выдерживать значительные давления. Распределитель и.. электроуправляемые клапаны имеют систему управления, а весь привод долен иметь рабочую жидкость. Таким образом, известный способ не обеспечивает упрощение устройства для его осуществления. Сложность устройства снижает эффект от рекуперации энергии торможения транспортного средства, Цель изобретения состоит в упрощении устройства рекуперации энергии торможения транспортного средства, использующего паросиловую установку, путем осуществления его на основе заявляемого способа, Цель достигается тем, что по способу рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, включающему отбор кинетической энергии торможения, накопление ее в аккумуляторе и выдачу ее в силовую установку, согласно изобретению отбор кинетической

1Щобо 1 энергии торможения осуществляют путем вытеснения иэ камеры двигателя через суживающееся отверстие потока рабочего тела s парообразном состоянии, кинетическую энергию которого преобразуют в тепловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазы, которую накапливают в аккумуляторе, причем жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной. При этом энергетическое разделение производят, например, в адиабатной вихоевой трубе, Цель достигается тем, что устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, содержащее аккумулятор, узлы отбора кинетической энергии и выдачи ее в установку, согласно изобретению снабжено насосом с преобразователями кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, входные патрубки которых соединены с соответствующими выходными отверстиями узлов отбора, à выходные патрубки через насос соединены с аккумулятором, При этом каждый преобразователь содержит камеру энергетического разделения потока рабочего тела с отборником жидкой фазы, выполненным в виде кольцевых проточек в корпусе камеры энергетического разделения и соединенным с выходными патрубками, а выходной патрубок выполнен в виде сужающегося сопла.

Аккумулятор снабжен тепловой изоляцией, Указанные отличительные признаки свидетельствуют о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".Цель упрощения устройства рекуперации поставлена для транспортного средства с паросиловой установкой, содержащей роторную паровую машину в качестве двигателя, 8 режиме торможения двигателем транспортного средства рабочее тело в камеру паровой машины не поступает, а выпускное отверстие переднего хода постепенно закрывается при открытом выпус, ном отверстии заднего хода. Лопасти машины, будучи кинематически связанными через трансмиссию с колесами транспортного средства, продолжают движение и выталкивают парообразное рабочее тело через сужающееся отверстие. передавая рабочему телу кинетическую энергию торможения. В тепловой схеме паросиловой установки парообразное рабочее тело конденсируется и нагревается в жидкой фазе до критической температуры при критическом давлении. обеспечивающей работу паровой машины. Преобразование кинетической энергии торможения в тепловую энергию

ЗО

40 талкиванием потока. Закручивают поток в вихрь и ускоряют его в сопловой камере вихревой трубы. Осуществляют знергетичерабочего тела уменьшает расход тепловой энергии нагревателя для нагрева рабочего тела, Рекуперированная энергия передается по тепловой схеме в силовую схему транспортного средства, Для этого нет необходимости иметь специальный носитель рекуперированной энергии, поэтому конструкция упрощается. Кроме того, для упрощения конструкции преобразование кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела осуществлено путем энергетического разделения потока рабочего тела в адиабатной (неохлаждаемой) вихревой трубе на охлажденный (при-. осевой) и нагретый (периферийный) потоки, При этом нагретый поток получают в жидкой фазе и направляют его под давлением в аккумулятор тепла, Конструкция и состав вихревой трубы достаточно просты, Она содержит входной патрубок с сопловым вводом, камеру энергетического разделения в виде отрезка трубы, в корпусе которой выполнены проточки-и выходные патрубки. Аккумулятор тепла также конструктивно прост — это теплоизолированная емкость, Таким образом, заявляемые способ и устройство обеспечивают упрощение конструкции и небольшие массогабаритные характеристики, что в свою очередь повышает эффект от рекуперации энергии торможения, Следовательно, заявляемые способ и устройство соответствуют критерию изобретения "положительный эффект", Не выявлено, чтобы с целью упрощения устройства рекуперации для транспортного средства с паросиловой установкой кинетическую энергию торможения преобразовывали в тепловую энергию рабочего тела и накапливали в аккумуляторе тепла. Не выявлено также, чтобы с той же целью в состав устройства для рекуперации энергии торможения был введен преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, вход которого соединен с выходом узла отбора кинетической энергии торможения, а выход через насос соединен с аккумулятором тепла. Это дает основание полагать, что заявляемые способ и устройство соответствуют критерию изобретения "Существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом.

Отбор кинетической энергии торможения производят путем ее передачи потоку парообразного рабочего тела, проходящему через выпускное отверстие камеры паровой машины прикрытием этого отверстия и вы1839694

10

30

50 ское разделение на периферийный и приосевой потоки в камере энергетического разделения, Преобразуют кинетическую энергию периферийного потока в тепловую с переводом (конденсацией) его в жидкую фазу в той же камере. Носитель тепловой энергии периферийного потока — рабочее тело накапливают под давлением в аккумуляторе тепла. Тепловую энергию аккумулятора выдают в силовую схему путем преобразования ее в кинетическую энергию вращения выходного вала паровой машины.

На фиг. 1 дана тепловая схема паросиловой установки с устройством рекуперации энергии торможения транспортного средства; на фиг. 2 — преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, продольный разрез; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 2.

Паросиловая установка использует в качестве рабочего тела жидкость, у которой разность энтальпий между критическим и атмосферным давлением при адиабатическом расширении больше теплоты парообразования. Такое рабочее тело поступает в паровую роторную машину объемного расширения в жидкой фазе с параметрами, соответствующими области eto критического состояния. Однако зто не ограничивает область использования заявляемых способа и устройства для его осуществления.

Устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства содержит узел отбора кинетической энергии торможения в составе лопасти 1, диафрагмы 2 и выпускного клапана (не показан), являющихся элементами паровой роторной машины 3 объемного расширения, преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, выполненный в виде адиабатной вихревой трубы 4 в составе входного патрубка 5 с сопловым вводом, камеры 6 энергетического разделения потока рабочего тела, выходных патрубков 7 и осевого выходного патрубка 8, аккумулятор 9 тепла, узел выдачи накопленной энергии в силовую схему s составе диафрагмы 2 и лопасти 1 с выходным валом 10 паровой машины 3.

Паровая роторная машина 3 объемного расширения имеет шарообразный корпус, в котором расположены диафрагма 2 и две лопасти 1 по обе стороны от нее. Диафрагма

2 установлена с возможностью перемещения относительно лопастей 1. Лопасти установлены в корпусе машины 3 так, что их продольные оси симметрии находятся под углом друг к другу, На лопастях 1 соосно и неподвижно закреплены валы 10. один из которых является валом отбора мощности и через трансмиссию связан с ходовой частью транспортного средства. В валах 10 выполнены элементы дозаторов 11, корпуса которых закреплены на корпусе машины 3 (не показано). Дозаторы 11 управляются регулятором дозы рабочего тела (не показан).

Выход дозаторов соединен с впускными отверстиями рабочих камер паровой машины 3, которая, кроме того, имеет два выпускных отверстия с клапанами переднсго и заднего хода. Выпускное отверстие заднего хода соединено паропроводом с входом конденсатора 12. Выпускное отверстие переднего хода соединено с входным патрубком 5 вихревой трубы 4. В камере 6 энергетического разделения выполнен отборник жидкой фазы в виде кольцевых проточек 13 в ее корпусе. Проточки соединены с выходными патрубками 7 и далее трубопроводом через насос 14 с аккумулятором 9 тепла, который выполнен в виде теплоизолированного газогидравлического аккумулятора с упругой разделительной диафрагмой. В верхнем резервуаре аккумулятора помещен носитель потенциальной энергии, Это может быть пружина или пар, подаваемый под давлением, например, из паропровода тепловой схемы установки.

Нижний резервуар аккумулятора соединен с выходом насоса 14 и с одним из входов автоматического клапана 15. Осевой выходной патрубок 8 соединен паропроводом с входом конденсатора 12, выход которого трубопроводом соединен с другим входом клапана 15. Выход клапана 15 через насос

16 соединен с входом нагревателя 17, выход которого соединен с входами дозаторов 11.

Внутри камеры 6 энеогетического разделения соосноустановлен клапан 18 переднего хода с возможностью перекрытия выхода патрубка 5 (выпускного отверстия).

Работа устройства. При торможении двигателя транспортного средства постепенно закрывают клапаном 18 выпускное отверстие переднего хода (при открытом выпускном отверстии заднего хода и отсутствии доз с дозатора 11). Вращение лопастей 1 замедляется из-за противодавления в рабочих камерах. Связанное через трансмиссию с выходным валом 10 транспортное средство. замедляясь, отдает свою кинетическую энергию торможения через лопасть

1 и диафрагму 2 паровой машины 3 потоку парообразного рабочего тела, проходящему через выпускное отверстие переднего хода, обеспечивая отбор кинетической энергии торможения. Поток рабочего тела, проходя через входной патрубок 5 с сопловым вводом вихревой трубы 4. ускоряется и

1839694 поступает в камеру 6 энергетического разделения, где он закручивается в вихрь, Цен.тробежная сила потока парообразного рабочего тела отжимает влагу к стенкам камеры 6. 3а счет динамического сжатия паро- 5 образного рабочего тела в периферийной области камеры 6 происходят его нагрев и отдача тепла сконденсированной жидкости, которая сосредоточивается (стекает) в кольцевых проточках 13 отборника жидкой фа- 10 зы. Температура отходящего от стенок сухого пара уменьшается и часть его из-эа повышенного давления у стенок камеры 6 конденсируется в жидкость. Другая его часть создает приосевой охлажденный по- 15 ток, не конденсирующийся из-эа пониженного давления в приосевой области, Таким образом, осуществляется энергетическое разделение потока на два потока — периферийный и приосевой и преобразование ки- 20 нетической энергии периферийного потока в тепловую с переводом его в жидкую фазу.

Эти операции осуществляют в адиабатной вихревой трубе. Приосевой охлажденный поток рабочего тела в газовой фазе с овево- 25 го выходного. патрубка 8 по паропроводу поступает в конденсатор 12, где, отдавая часть своего тепла, конденсируется в жидкую фазу. Периферийный нагретый поток рабочего тела в жидкой фазе с кольцевых 30 проточек 13 и выходных патрубков 7 подается по трубопроводу насосом 14 в аккумулятор 9 тепла. При наличии в аккумуляторе

9 рабочего тела клапан 15 пропускает его на вход насоса 16, а трубопровод от конденса- 35 тора 12 в это время перекрыт. 8 отсутствии .рабочего тела в аккумуляторе 9 клапан 15 перекрывает его выход. а трубопровод конденсатора 12 соединяет.с насосом 16. Рекуперация энергии торможения в тепловую 40 энергию обеспечивает меньший ее расход в нагревателе 17 в процессе нагрева рабочего тела до критической температуры, Таким образом, за счет саккумулированной тепловой энергии совершается полезная работа. Это 45 что энергетическое разделение произ .одят . в адиабатной вихревой трубе, (Ьормула изобретения

1. Способ рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, включающий отбор кинетической энергии торможения, накопление ее в аккумуляторе и выдачу ее в силовую установку, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства рекуперации, отбор кинетической энергии торможения осуществляют путем вытеснения из камеобеспечивает повышение КПД паросиловой

YcTBH08KH.

С выхода нагревателя 17 рабочее тело с критическими параметрами поступает на вход дозаторов 11, которые в зависимости от величины управляющего сигнала, поступающего с регулятора дозы рабочего тела (не показан), и в соответствии с требуемым крутящим моментом силы на выходном валу

10 паровой машины 3 формируют дозы рабочего тела. Через входные отверстия дозы поступают в рабочие камеры паровой машины, В камерах происходит парообразование рабочего тела и создается момент силы на диафрагме 2, который приводит во вращение лопасти 1 и выходные валы 10. Здесь происходит выдача тепловой энергии рабочего тела (в том числе полученной за счет рекуперации энергии торможения) в силовую схему путем преобразования ее в кинетическую энергию вращения выходного вала паровой машины. В отсутствии торможения при движении транспортного средства выпускное отверстие переднего хода открыто, парообразное рабочее тело проходит через него с меньшей скоростью на вход вихревой трубы 4 и в ней не образуются условия энергетического разделения потока; В этом случае поток парообразного рабочега тела через осевой выходной патрубок 8 по паропроводу поступает в конденсатор 12.

Таким образом, по сравнению со способом-прототипом рекуперации энергии торможения и устройством его осуществления заявляемые способ и устройство значительно проще. Кроме того, малые массогабаритные характеристики устройства увеличивают эффект от рекупеоации энергии торможения — КПД паросиловой уста-новки. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1118823, кл. F 16 Н 33/02, 1984. ры двигателя через сужающееся отверстие потока рабочего тела в парообразном состоянии, кинетическую энергию которого преобразуют в тепловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазы, которую накапливают в аккумуляторе, причем жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, 11 1839694 12

3. Устройство для рекуперации энергии 4. Устройство по п.3, отличающееся торможения транспортного средства с па- тем. что каждый преобразователь содерросиловой установкой, содержащее акку- жит камеру энергетического разделения мулятор, узлы отбора кинетической потока рабочего тела с отборником жидкой энергии и выдачи ее в установку, отличаю- r фазы, соединенным с выходными ™атрубщееся тем, что устройство снабжено несо- ками. а входной патрубок выполнен в виде сом и преобразователями кинетической сужающегося сопла. энергии торможения в тепловую энергию 5. Устройство по п.4, отличающееся рабочего тела, входные. патрубки которых тем, что отборник жидкой фазы выполнен соединены с соответствующими выходны- 10 в виде кольцевых проточек в корпусе камеми отверстиями узлов отбора, а выходные ры энергетического разделения. патрубки через насос соединены с аккуму-, 6. Устройство по п.З, отличающееся лятором. тем, что аккумулятор снабжен тепловой изоляцией.

Фиг j

1839694

Составитель Л. Прогляда

Техред М.Моргентал .. Корректор Л. Пилипенко

Редактор Т. Юрчикова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3413

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул, Гага рина, 101