Приводной агрегат,в частности,для автомобиля

 

СаЮЗ ажТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А3 ОЕ (И) ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВШ;РИ .-lpga Й

l3,, 13

ИИл:, .:„":Щ, К IlATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕ)1ЛМ ИЗ0БРЕТаей И 0ТНРМТЮ (21) 3773889/25-06 .(22) 26.07.84 (31) P 33 26 992.0 (32) 27.07.83 (33) DE (46) 23.06.86. Бюл. В 23 (71) ДР. ИНх.х.ц. Ф.Порше АГ,(DE).. (72) Хельмут Штирбих (DE)

° (53) 621.43.068.9(088.8) (56) Патент СССР В 1074414,. .кл..F 02 G 5/04, 1977. (54)(57) 1. ПРИВОДНОЙ АГРЕГАТ, В .ЧАСТНОСТИ,.ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ, содержащий .двигатель внутреннего сгорания, снабженный органом регулирования его мощности, газовую турбину, имеющую отверстия подвода выхлопных газов из цилиндров двигателя н трубопровод выпуска выхлопных газов после расширения, и утилизационную паротур(SD 4 F 02 С 5/04. F 02 В 37/00

1 бинную установку, объединенную .с газовой турбиной в блок турбин,в котором парогенератор утилизационной установки размещен в роторе газовой турбины, а паровая турбина и насос размещены на торцах ротора газовой турбины в ее корпусе, причем блок турбин кинематически связан с двигателем внутреннего .сгорания, о .т л ич а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения надежности и КПД, ротор газоной турбины н размещенный в нем парогенератор утилизационной установки выполнены в виде полого цилиндра c рядами из лопаток на внешней поверхности, с каналами подвода жидкости

Hs насоса в цилиндр, расположенными в одном его торце, и с каналами отвода пара, располошенными в другом торце.

1240366

2. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что цилиндр выполнен из сплава легких металлов.

3. Агрегат по п. 1, о т л и ч а ющ .и и с я тем, что ряда лопаток вы- полнены заодно с дисками.

4. Агрегат по п.3, о т л и ч а юшийся тем, что ряды лопаток смещены оДин относительно. другого вдоль оси цилиндра и расположены по обе сторойы каждого отверстия подвода

:выхлопных газов °

5. Агрегат по пп,1, З.и 4, о тл и ч а ю шийся тем, что ряды лопаток н диски выполнены заодно с цилиндром.

6. Агрегат по пп. 1,4 и 5, о т— л и ч а ю шийся тем; что ряды лопаток образованы отдельными лопатками.

7. Агрегат но п.1 ° о т л и ч .а юшийся тем, что каналы подвода жидкости иэ насоса в цилиндр снабжены распыливающими соплами, 8. Агрегат по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что парогенератор выполнен с пароперегревателем,примыкающим к одному из торцов ротора., 9. Агрегат по п. 8, о т.л и ч а ю- шийся . тем, что пароперегреватель выполнен в виде сердечника, расположенного перпендикулярно оси цилиндра и снабженного множеством сквозных осевых отверстий, примыкающих к периферии цилиндра.

10. Агрегат по п.9, о т л и ч а юшийся тем, что сердечник выполнен с выемкой в форме резервуара.

11. Агрегат по и. 10, о т л и— ч а ю шийся тем, что между сердечником и торцовой стенкой образована полость.

12, Агрегат по п. 1, о т л и ч аюшийся тем, что паровая турбина. выполнена в виде двух вращающихся в противоположных направлениях колес, первое из которых соединено с цилиндИзобретение относится к двигате лям внутреннего сгорания с турбиной, ром и снабжено расширяющимися к периферии соплами, а второе выполнено в виде центробежного колеса турбины.

13. Агрегат по пп. 1-12, о т л и.— ч а ю шийся тем, что паровая турбина отделена от цилиндра при

1 помощи радиальной перегородки с уста-. новленным в ней подшипникоМ.

14. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что паротурбинная установка снабжена смешивающим конденсатором.

15. Агрегат по п.14, о т л и - ч а ю шийся тем, что смешивающий конденсатор. выполнен в виде камеры, расположенной в корпусе газовой турбины и снабженной по меньшей мере одним соплом разбрызгивания охлал дающей жидкости и патрубком слива конденсата.

16. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что каналы подвода жидкости из насоса в цилиндр по меньшей мере частично размещены в трубопроводе выпуска выхлопных газов после расширения в турбине.

17 . Агрегат по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что кииематическая связь блока турбин с двигателем снабжена передачей, примыкающей к паровой турбине.

18. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что корпус выполнен из алюминиевого сплава и снабжен теплоизоляцией на внутренней поверхности.(19. Агрегат по п.18, о т л ич а ю шийся тем, что теплоизоляцня выполнена из керамики.

20. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что снабжен насосом с .регулированием по отклонению температуры выхлопных газов в трубопроводе выпуска после расширения в тур- бине от заданного значения, согласованного с положением органа регулирования мощности двигателя. работающей на его выхлопных газах и с утилизацией тепла выхлопных газов.

3 1240

Целью изобретения является — по= вьппение надежности и КПД.

Узел турбин, использующих энергию выхлопных газов, работает с высоким

КПД. В результате расположения лопаток на внешней поверхности вращающегося цилиндра передача тепла производится через относительно большую поверхность и уменьшается вес, зависящий от соотношения поверхностей,и 1О организации движения жидкости достигается ее пленочное испарение,обеспечивающее высокую теплопередачу и охлаждение цилиндра, благодаря чему. .снижается уровень температур и отпа- f5 дает необходимость применения термостойких материалов для турбины.

На фиг. йриводного реэ А-А на

Б-Б на фиг. поясняющая приводного

L на фиг. 1

Магистраль 15 сообщена с внутренней поверхностью .33 торцовой стенки .

34 цилиндра 11.через распыпивающие сопла 35 и 36, сообщенные с магистралью 15 при помощи каналов. 37 и 38 подвода жидкости из насоса 39 в цилиндр 11, расположенных в торцовой стенке 34. Всасывающий канал 40 насоса 39 выполнен в цапфе 20.

1 приведена .блок-схема .. 20 агрегата; на фиг. 2 - разфиг. 1; на фиг. 3 — разрез

2; на фиг. 4 — диаграмма, функцию регулирования агрегата; на фиг. 5 — узел2

Приводной агрегат 1, который может быть установлен на автомобиле или работать в стационарных условиях ЗО в качестве источника энергоснабжения, содержит двигатель 2 внутреннего сгорания и блок 3 турбин, использующих энергию выхлопных.газов. Блок 3 турбин подсоединен к выпускным каналам . З5

4 цилиндров двигателя 2, например четырехцилиндрового, и снабжен .трубопроводом 5 выпуска выхлопных газов двигателя. При помощи узлов 6 или 7 блок турбин кинематически связан с 40 двигателем 2 внутреннего сгорания,. предпочтительно .с его коленчатым валом 8. Для этого между коленчатым валом 8 и блоком турбин предусмотре-: ны передачи 9 и 10. 45

Блок турбин содержит вращающийся полый цилиндр 11, представляющий ротор газовой турбины и парогенератор.

Утилизационная паротурбинная установ- о ка имеет также паровую турбину 12 и конденсатор 13. Причем парова тур-. бина 12 расположена в общем для все .го блока корпусе 14. По магистрали

15 к цилиндру 1 подводится Жидкость.

В поперечных перегородках 16 и 17 ,(фиг. 2) корпуса 14 установлены под366 4 шипники 18 и 19 для цапф 20 и 21 цилиндра 11. Цилиндр может быть выполнен из двух частей, состыкованных в плоскости В-В. Возможно использование трубчатого элемента, снабженного на торцах выступами. Перегородка 16 выполнена в виде отдельной детали,прикрепленной к цилиндру на резьбе 22.

Цилиндр 11 выполнен из легкого сплава и на его внешней поверхности расположены ряды лопаток 23 — 26, на которые действуют выхлопные газы, двигателя 2 внутреннего сгорания.

Корпус- 14 также может быть выполнен из легких материалов и может быть снабжен с внутренней стороны теплоизоляцией 14.1 из термостойкого материала, .например из керамики.

В корпусе предусмотрены зоны 27 и 28 для подвода выхлопных газов двигателя к рядам лопаток 23 — 26, которые могут быть выполнены заодно с дисками 29 — 32, выполненными заодно с цилиндром 11 (способом отливки).

Ободы дисков могут быть выполнены в виде отдельных деталей и закрепле- . ны на цилиндре посредством горячей запрессовки или иным способом. В приведенном примере выхлопные газы подводятся тангенциально между двумя рядами лопаток, смешанными один относительно другой вдоль оси цилиндра и расположенными по обе стороны каждого отверстия подвода выхлопных газов. Но можно предусмотреть один обод, к которому тангенциально подводятся выхлопные газы.

К другой торцовой стенке 41 цилиндра 11 примыкает пароперегреватель 42., выполненный в виде сердечника 43,расФ положенного перпендикулярно оси .цилиндра, к периферии 44 которого примыкает множество сквозных осевых отверстий 45. На обращенной к торцовой стенке 34 стороне сердечник выполнен с выемкой 45 в форме резервуара.

5 . 12403

Для того, чтобы поступающая из пароперегревателя рабочая среда равномерно подводилась к паровой турбине между сердечником 43 и торцовой стенкой 41 образована полость 47.

Паровая турбина 12 расположена с другой стороны поперечной перегородки 17 внутри корпуса 14 и выполнена в виде двух вращающихся в противоположных. направлениях колес 48 и 49, 10 из которых первое колесо 48 соединено с цилиндром и снабжено расширяющимйся к периферии соплами, а второе колесо 49 выполнено в виде. центро-бежного колеса турбины. Отверстие 50 .15 в цапфе 21 связывает полость 47 через каналы 51 отвода пара с расширяющимисФ соплами 52 и 53 в колесе 48, выпускающими пар в направленйях "С. и D". Колесо 49 снабжено.лонатками щ

54, охватывающими колесо 48, и цапфой которая размещена в подшипнике 55, установленном в закрывающей, стенке

56 корпуса 14.

Эта стенка удерживается в корпусе 2 при помощи. резьбы 57 и образует,в нем камеру 58, у которой по меньшей мере в одном отверстии. 59 установлено сопло 60 разбрызгивания охлаждающей жидкости в полость 61,-а в нижней точке, выполнен патрубок 62 слива конденсата. Полость. 61 является смешивающим конденсатором и при ее наличии может быть исключен .отдельный конденсатор 13 (фиг. 1).

Магистраль 15 может взаимодействовать с регулирующим устройством

63, которое содержит регулятор 64, соединенный с датчиком 65 температуры Т выхлопных газов в трубоа

40 проводе 5 выпуска после расширения в газовой турбине (датчик фактической температуры) и с датчиком 66 заданного значения температуры, согласованного с органом регулирования (не по45 : казан) мощности двигателя. Регулятор 64 подсоединен к электромотору

67 насоса 68 через промежуточный регулятор 69 напряжения. Каналы 70 подвода жидкости от насоса 68 в циl l

66 6 линдр i 1 по меньшей мере частично в виде участка 71 размещены в трубопроводе 5 выпуска выхлопных газов после расширения в турбине, где он омывается выхлопными газами, благодаря чему жидкость подогревается.

Кинематическая связь блока турбин с двигателемможет бытьвыполнена ввиде передачи 72, примыкающей к паровой турбине. Эта передача может быть планетарной {фиг. 5), а между ней и коленчатым валом 8 может быть использована бесступенчатая. передача.

ДиаграмМа (фиг. 4) поясняет принцип действия регулирующего устройства 63. На ней по оси ординат нанесены заданные значения температуры Т, а по оси абсцисс — нагрузка (в процентах).

Принцип работы агрегата следующий. . На холостом ходу или при малой нагрузке температура Т выхлопных газов, как правило, ниже, чем заданное значение Т . В этом случае насос 68 выключен и жидкость в цилиндр не подается. Он действует как аккумулятор теплоты. Если заданная величина в результате увеличения мощности (более

50X) опускается, то значение температуры Т выхлопных газов становится выше заданного значения Т и включа8 ется насос 68 с регулированием частоты его вращения. В результате этого жидкость через сопла 35 и 36 goступая во вращающийся: цилиндр, где она испаряется (пленочное испарение), образовавшийся пар через паропЕрегреватель 42 поступает в паровую турбину и расширившись в ней произво дит работу.

Энергия, создаваемая потоком выхлопных газов, действует на ряды лопаток и через цилиндр и передачу 9, которая может быть снабжена обгонной муфтой, передается на коленчатый вал 8 двигателя. В турбинном колесе

49 срабатывается энергия испарительного процесса и эта. энергия через планетарный механизм 72 также передается на коленчатый вал 8 двигателя.

1240366

Л-A

12 26 . 32 31.25

Б

Фиг. 2

0-Б

Фиг.3

1240366

30%

Физо

Составитель М. Файн

Техред В.Кадар

Корректор И. Шарощи

Редактор Н. Бобкова

Заказ 3417/60 Тираж 523 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, ужгород, ул. Проектная, 4