Локомотив с воздушным поршневым рабочим двигателем

 

Класс 20b, 50 № 78432

СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ. К

В. К. Рыцарев

ЛОКОМОТИВ С ВОЗДУШНЫМ ПОРШНЕВЫМ РАБОЧИМ

ДВ И ГАТЕЛ ЕМ

Заявлено 22 февраля 1947 г. за № 377331

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, системы 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.

Описываемый 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. 1 изображена схема силового агрегата; на фиг. 2 — индикаторная диаграмма дизельмотора при полной нагрузке; на фиг. 3 — -.î жс, при неполной нагрузке; на фиг. 4 — то же, для холостого хода; на фиг. 5 № 78432 представлена схема автоматического регулирования дизельмотора; на фиг. 6 — схема варианта силового агрегата; на фиг. 7 — индикаторная диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. б; на фиг. 8— схема второго варианта силового агрегата; на фиг, 9 — индикаторная диаграмма дизельмотора, работающего по схеме на фиг. 8; на фиг. 1(> 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 1 подается в дизельмотор 2 через нагнетательный клапан 5 при движении поршня 6 двигателя вниз.

При обратном движении поршня 6 вверх клапан 5 закрывается, ЗЯКЛ(ОЧЕННЫЙ В ЦИЛИНДРЕ ВОЗДУ) C>!((!МЯЕТСЯ И ПО $0CTH>KCHHH HCOO:(ÎÄ 1 мого давления нагнетается через клапан 7 в ресивер o, откуда гюступает в воздушный поршневой двигатель >, действующий на ось 4 локомотива.

Клапан 7 закрывается, когда поршень 6 еще не доход«т до верхнеи мертвой точки; поэтому в цилиндре дизеля происходит дальнейшее сжатие оставшегося воздуха до давления вспышки. По достижении этого давления» 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 клапан 10.

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

Линией aia на диаграмме изобра>кается всасывание воздуха в цилиндр двигателя, линией аС вЂ” сжатие воздуха до давления выпуска В точке Ci открывается клапан 7 и происходит выпуск воздуха из цилиндра двигателя в ресивер по линии С)Сг, в точке С2 клапан 7 закрывается, и происходит дальнейшее сжатие воздуха в цилиндре по линии С С.

Около точки С в цилиндр подается горючее, которое сгорает по „(>шии

CZiZ.

В точке Z впуск горючего прекращается и продукты сгорания расширяются по линии Zf. Около точки т открывается выхлопной клапан 10 и газы выталкиваются из цилиндра по линии fgh B точке h выпуск га301 прекращается и (1ста»шиеся газы сжимаются l0 давления всасывя)(ия НО линии hBi. OT точки а«0((HcB!(Hb(I(процесс (!ачи>(ается сно»а.

В результате этого процесса дизельмотор дает некоторое количество

»Оздъха желаемь(х (IBpB!i((Tp0», Отоб11анпо(из цилиндра ПГ) . !HHHH 2

С(С2 и могущее служить» качестве рябо (его тела»»оздушном дв«гятеле > и совершить работу за счет э«ерг«и, которая оыла иотуче«а»дизеле

» результате сгорания» нем топлива li расширения газо» по линии i

Z)Zf >1

Рабочий воздуш«ый двигатель мо>кет быть как простого, так и двойного расширения. 1-1я (рпг, 1 «у«ктиром «оказан»торой ц((Г(индр, образу(ощий совместно с цилиндром двигатель 8 двойного расширения.

Ввиду того, что выхлопные газы «.(åK)T еще высокую тем«ературу, их можно использоват(» «одогревателе 16 для подогре»я рабочего

l303jIQxB» респвер(" К я тяк?!(е» Г(1)омежутО !Ном «Одо! ревят(, l(" J. д)(я подогрева воздуха при его переходе из циг(индра,З высокого давле«(гя в ци,1(индр 14 низкого дав,! е«ия.

Пределом повышения давления рабочего воздуха, Отопраемог0 «з (цилиндра дизеля, будет служить давление, соответстьу(ощее (,BHB.((ó процесса горения т. е. давление TÎчкп С. В этом случае сжатие»оздухя

7,¹ 73432

Я ВЫПУСКНОИ К IBHBI- u продолжается до точки Сз, в которой открывается выпуск воздуха происходит по линии СзС, показанной на фиг, 2 пунктиНа фиг. 3 представлена индикаторная диаграмма дизельмотора и и ру . случае уменьшения нагрузки, т. е. уменьшения т ра при расхода воздуха рабочим двигателем, подача топлива в цилиндр дизеля уменьшается, работа расширения становится меньше работы сжатия, ть число о орои дизельмотор вместе с нагнетателем начинают уменьшать ч „б тов. Давление нагнетания падает, уменьшается количество воздуха, нагнетаемого в цилиндр дизеля, и поэтому линия сжатия аС (фиг. 3) пойдет ниже, чем на диаграмме по фиг. 2. Соответственно линия выпуска С|Cã2 б у д еет Т кKоoрpоoчHеe, чем на диаграмме по фиг 2. Таким об личество воз ха аким о разом, коо воздуха, подаваемого дизелем, уменьшится а также .Ме шится и або . работа сжатия. Это уменьшение будет происходить о пока работа асши е ь до тех поп, р расширения не сравняется с работой сжатия, и дизельмотор будет работать с новой нагрузкой. При дальнейшем уменьшении нагрузки число оборотов и давление нагнетания будут уменьшаться и будет уменьшаться линия С|С2, т. е. подача воздуха. В сл ч. случае прекращения расхода воздуха рабочим двигателем дизельмотср переходит на работу с минимальным числом оборотов и минимальным давлением нагнетания, что соответствует также и минимальному расходу топлива.

Для этого случая индикаторная диаграмма будет иметь вид, показанный на фиг. 4. П ф .. ри минимальном давлении нагнетания линия сжатия будет иметь вид кривой аС без прямого участка, так как точки С| и С совпали. т ора воздуха нет, и вся работ", расширения тратится только на сжатие воздуха дл": процесса горения и на собственные нужды и псТерН lIH3eJ15 Дизе IIXQTop работает Ha xo, locToibl xo3), He gaBBH Воздух | для полезной работы.

Лвтсматическя51 раооТВ дизельмстсра при переменнъ|х нагрузках возможна при помощи установки регулятора давления (фиг. 5). На линии, соединяющеи цилиндр 2 дизеля с ресивером 8, имеются два клана на: клапан 7 для выпуска воздуха из цилиндра дизеля и обратный клапан 1д при Входе Воздуха В ресивер. Клапан l имеет постоянныll момент

Сi H AIQMCIIT BBKpbITHII Сг, состветству ICIllHe Ilo:1:QH нагрузке.

При неполных н

Harp „zHB:I клапан 7 отк11оется раньше, ileM v I!Hлиндре дизеля давление станет равно давлению в ресивере. Поэтому обратный клапан будет препятствовать обратному пеерхсду воздуха из ресивера в цилиндр дизеля.

На ресивере д 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 И, изменяет подачу топлива в форсучку 9.

На фиг. б представлена схема агрегата, по которой в рабочий поршневой двигатель переходят из цилиндра дизеля и воздух и выхлопные газы. B этОм случае для испсльзОВяния энергHiH выхлопных газов необходимо к поршневому воздушному двигателю присединить еще или поршневую машину, или газовую турбину. Дизельмотор может работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу. На фиг. б изображен двухтактный дизельмотор. Агрегат состоит из нагнетателя 1, дизельмотора 2 и двух воздушных двигателей 8 и 14.

Во оздух из нагнетателя 1 подается к дизельмотсру, входит в цилиндр через щели 11 и вытесняет продукты сгорания через щели 12. Вытесненные из цилиндра газы поступают в добавочный ресивер 13 для газов и

¹ . 8432 так как они имеют. давление, равное давлению после нагнетателя, то они могут быть использованы для получения полезной работы или в поршневой машине 14 или в газовой турбине 19, действующих на ось 4 локомотива.

Воздух из дизельмотора через клапан 7 и ресивер 8 поступает i( поршневому двигателю 8. Перед поступлением в двигатель 3 воздух может быть подогрет в ресивере 8 при помощи подогревателя 16 за счет тепла выхлопных газов дизельмотора, чем достигается снижение температуры их до допустимых пределов. Выпуск воздуха из двигателя

8 может производиться и не в атмосферу, а в промежуточный ресивер

18, где он смешивается с выхлопными газами, и во второй рабочий двигатель поступает уже смесь воздуха и газов.

Индикаторная диаграмма дизельмотора, работающего по схеме, изображенной на фиг б, в случае двухтактного цикла изобразится линией gaCiCzC>ZiZfag (фиг 7); В случае четырехтактного цикла — линией à aCiC CZiZfaai.

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

Схема агрегата, представленная на фиг. 8, отличается от схемы на фиг. 6 тем, что выхлопные газы используются в газовой турбине 20, соединенной 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. а . На фиг. 9 начерчена индикаторная диаграмма четырех- и двухтакгного дизеля. При работе по четырехтактному цйклу диаграмма имеет линию всасывания под давлением нагнетателя а а, линию сжатия воздуха аСь линию выпуска из цилиндра С С, линию дальнейшего сжатия, сгорания и а я и расширения газов C CZ Zf линию выталкивания отработанных газов fib, которая может быть несколько ниже линии всасывания, и линию Ьа сжатия оставшихся газов до давления нагнетания, При работе по двухтактному циклу диаграмма имеет линию сжатия аС С С, линию сгорания и расширения CZiZtf. В точке 1 или несколь <о ранее, а именно в точке 4 открываются выхлопные окна и происходит продувка по линии fag или Ьад под давлением нагнетателя.

На тепловозе (фиг. 10 и 11 ), на котором применен агрегат по одной нз указанных схем, а именно по схеме, изображенной на фиг. 8, установлен дизельмотор 2, соединенный при помоьци передачи с нагнетате1 газовой турбиной 15. Сжатый воздух, отбираемый из цилиндра дизельмотора, поступает в ресивер 8, а оттуда в тяговыи в ду . поршневой двигатель 8, действующий на сцепные колеса локомотива.

В . комотива находится будка 21 машиниста, сзади- — холодиль. ник 22. В топливном баке 28 хранится необходимый запас топлива. уск в ход дизельмотора может быть или пневматический или электрический при помощи вспомогательной динамомашины и аккумуляторной батареи.

Предмет изобретения

1. Локомотив с воздушным поршневым рабочим двигателем, снабженный дизельмотором, работающим в качестве первичного двигателя № 78432 и компрессора для питания рабочего двигателя через ресивер сжатым воздухом, отличающийся тем, что для питания дизельмотора воздухом, с целью уменьшения его размера и уЛучшения его регулирования, применен нагнетатель.

2. Форма выполнения локомотива по II. 1, отл и ч а юща яс.я тем, что привод нагнетателя осуществлен от коленчатого вала дизельмотора, 3. Форма выполнения локомотива по и. 1, отл и ч а ю ща я с я тем, что для привода нагнетателя применена газовая турбина, питаемая выхлопными газами дизельмотора, 4. Локомотив по пп. 1 — 3, отл и ч а ю щи и ся 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 воздушному рабочему двигателю применена газовая турбина, питаемая выхлопными газами дизельмотора.