Силовая установка

 

Изобретение относится к области двигателестроения. Изобретение позволяет повысить эффективность использования энергии выпускных газов силовой установки при снижении их токсичности. Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, паротурбинную установку 2, турбокомпрессор 3, турбина 4 которого установлена после выпускного коллектора 5 двигателя 1, силовую турбину 8, снабженную выпускным патрубком 9, сообщенную своим входом с выпускным коллектором 5 и кинематически связанную с коленчатым валом 10 двигателя, парогенератор 11, включенный нагревательной полостью 12 в выпускной патрубок 9 силовой турбины 8, паровую турбину 13, конденсатор 14 и питательный насос 15. Установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней 16 и.17 очистки выпускных газов, причем первая ступень 16 выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента 18 грубой очистки, а вторая ступень 17 - в виде фильтроэлемента 19 тонкой очистки с системой 20 автоматического электровыжигания. Применение утилизационного контура с паровой турбиной позволяет передать часть мощности на коленчатый вал двигателя и повысить тем самым эффективность силовой установки-, а применение фильтроэлементов грубой и тонкой очистки выпускных газов позволяет уменьшить их токсичность. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775278/06 (22) 04.01.90 (46) 15,03.92. Бюл. М 10 (71) Московский автомобильно-дорожный институт (72) В.Е.Кузнецов, А.И,Князев, В.Н.Лаповок, В.З.Махов, А.С.Хачиян и М.Г,Шиянов (53) 621,436.052(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1420204,,кл. F 02 В 37/00, 1986.

".SAE. PAPER", 1987, М 780068, 11с.

Авторское свидетельство СССР

N. 1668714, кл. F 02 В 37/00, 1989. (54) СИЛОВАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к области двигателестроения. Изобретение позволяет. rioвысить эффективность использования энергии выпускных газов силовой установки при снижении их токсичности. Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, паротурбинную установку 2, турбокомпрессор 3, турбина 4 которого установлена после выпускного коллектора 5

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, где требуется применение двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известна силовая установка с турбокомпрессором и силовой турбиной, связанной с коленчатым валом двигателя.

Недостатком известной установки является.то, что колеса турбины турбо„„Я2„„1719693 А1 (я)5 F 02 G 5/00, F 02 В 37/00 двигателя 1, силовую турбину 8, снабженную выпускным патрубком 9, сообщенную своим входом с выпускным коллектором 5 и кинематически связанную с коленчатым вапоае 10 двигателя, парогенератор 11,. включенный нагревательной полостью 12 в выпускной патрубок 9 силовой турбины 8, паровую турбину 13, конденсатор 14 и питательный насос 15. Установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней 16 и 17 очистки выпускных газов, причем первая ступень 16 выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента 18 грубой очистки, а вторая ступень 17 — в виде фильтроэлемента 19 тонкой очистки с системой

20 автоматического электровыжигания.

Применение утилизационного контура с паровой турбиной позволяет передать часть мощности на коленчатый вал двигателя и повысить тем самым эффективность силовой установки; а применение фильтрозлементов грубой и тонкой очистки выпускных газов позволяет уменьшить их токсичность.

1 з.п.ф-лы, 2 ил.

aawk. компрессоров работают в неудовлетворительных условиях, подвергаясь эрозии от несгоревших частиц, которые далее выбрасываются в атмосферу. загрязняя окружающую среду.

Известна также силовая установка, состоящая из собственно двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, турбокомп рессора, парогенератора, силовой турбины и паровой турбины, связанных механически с коленчатым валом ДВС.

1719693

Недостатком известной установки является наличие твердых частиц в отработавших газах двигателя, приводящее к снижению ресурса работы турбин за счет процессов эрозии, снижения КПД парогене- 5 ратора в результате отложений в нагревательном контуре, а также загрязнению окружающей среды.

Известна силовая установка„содержащая двигатель внутреннего сгорания.и ути- 10 лизационную паротурбинную установку, а также силовую турбину, кинематически связанную с коленчатым валом, причем паротурбинная установка включает паровую турбину, парогенератор, конденсатор и пи- 15 тательный насос.

Цель изобретения — повышение эффективного использования энергии-выпускных газов при снижении их токсичности. 20

На фиг.1 представлена принципиальная схема силовой установки; на фиг,2— вариант размещения фильтроэлементов первой ступени системы фильтрации выпускных газов. 25

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, паротурбинную установку 2; турбокомпрессор 3, турбина 4 которого установлена после выпускного коллектора 5; связанного с выпу- 30 скными каналами 6 головки 7 блока цилиндров (не показаны) двигателя 1, силовую турбину 8, снабженную выпускным патрубком 9, сообщенную своим входом с выпускным коллектором 5 и кинематиче- 35 ски связанную с коленчатым валом 10 двигателя 1 внутреннего сгорания, парогенератор 11, включенный нагревательной полостью 12 в выпускной патрубок 9 силовой турбины 8, паровую турбину 40

13, подключенную к паровой полости парогенератора 11, и последовательно установленные между выходом паровой турбины 13 и входом парогенератора41 конденсатор 14 и питательный насос 15, 45 образующие замкнутыл контур циркуляции рабочего тела утилизационной паротурбинной установки 2, при этом установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней 16 и 17 очистки выпускных газов, 50 причем первая. ступень 16 очистки выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента 18 грубой очистки и установлена в выпускном коллекторе 5, а вторая ступень

17 очистки — в виде фильтроэлемента 19 55 тонкой очистки с системой 20 автоматического электровыжигания и установлена. в выпускном патрубке 9 силовой турбины 8 пе- . ред парогенератором 11, Первая ступень 17 . очистки может быть также выполнена многоэлементной, каждый элемент 21 которой установлен в соответствующем выпускном канале 6 головки 7 блока цилиндров двигателя 1.внутреннего сгорания.

В состав силовой установки входят также компрессор 22 турбокомпрессора 3 с подключенными к нему воздушными трактами

23 и 24, редуктор 25, связанный с валом 26 силовой турбины 8, коленчатым валом 10 и валом 27 паровой турбины 13, и. глушитель

28, а система 20 автоматического выжигания включает датчик 29 перепада давления на фильтроэлементе 19, блок 30 автоматического управления и подключенный к нему воздушный клапан 31.

Силовая установка работает следующим образом.

Отработавшие газы двигателя 1 внутреннего сгорания, имея повышенную температуру и избыток воздуха, проходят по выпускным к=налам 6 головки 7 блока цилиндров и поступают в выпускной коллектор

5, где они очищаются от наиболее крупных частиц в фильтроэлементе 18 первой ступени 16 очистки. Под действием высоких температур отработавших газов при наличии в них избытка кислорода воздуха осевшие в фильтроэлементе 18 частицы выгорают, а сам фильтроэлемент 18 постоянно самоочищается. Далее предварительно очищенный в первой ступени 16 очистки газ поступает на турбину 4 турбокомпрессора

3, где часть его энергии используется для подачи компрессором 22 сжатого воздуха в двигатель 1 по воздушному тракту 23.

После турбины 4 газ поступает на вход силовой турбины 8, с вала 26 которой крутящий момент передается через, редуктор

25 на коленчатый вал 10 двигателя 1, Пройдя турбину 8, отработавший газ попадает во вторую ступень 17 очистки, где он очищается с помощью фильтроэлемента 19 от твердых частиц малых размеров, vi поступает в нагревательную полость 12 парогенератора 11 утилизационной паротурбинной установки 2. В парогенераторе

11 тепловая энергия отработавших газов расходуется на превращение в пар жидкости, циркулирующей с помощью питатель-. ного насоса 15 в замкнутом контуре утилизационной паротурбинной установки

2. При этом произведенный пар из паровой полости парогенератора 11 поступает на паровую турбину 13, которая передает часть своей энергии с вала 27 через редуктор 25 коленчатому валу 10, а с турбины 13 пар поступает в конденсатор 14, где превращается вновь в жидкость, а затем насосом 13 подается на вход парогенератора 11 для нового рабочего цикла.

1719693

Отработавшие газы двигателя 1, пройдя нагревательную полость 12 парогенератора

11, выбрасываются затем через глушитель

28 в атмосферу. Постоянно загрязняющийся во время работы двигателя I фильтроэле- 5 мент 19 второй ступени 17 очистки очищают с помощью системы 20 электровыжигания, датчик 29 перепада давления которого по достижении предельно допустимого пере пада давления на фильтроэлемент 19 пода- 10 ет сигнал в блок 30 автоматического управления. При этом подается электропитание на фильтроэлемент 19, открывается воздушный клапан 31 и часть воздуха из воздушного тракта 24 двигателя 1 перепу- 15 скается на вход фильтроэлемента 19. Благодаря электронагреву фильтроэлемента 19 и дополнительной подаче воздуха осевшие твердые частицы выгорают. По достижении нормального перепада давления на фильт- 20 роэлементе 19 последний с помощью блока

30 управления отключается от электропитания, а воздушный клапан 31 закрывается.

Тепло, выделенное при сжигании твердых частиц, также утилизируется в нагреватель- 25 ной полости 12 парогенеоатооа 11.

Фильтро элемент 18 первой ступени 16 может быть выполнен из металловолокнового материала с пропускной способностью до 10 мкм, а фильтроэлемент 19 второй сту- 30 пени 17 — из электропроводного материала с пропускной способностью до 1 мкм. В случае выполнения первой ступени 16 очистки в виде ряда элементов 21 силовая установка работает аналогично. 35

Применение системы фильтрации в виде двух ступеней очистки отработавших газов позволяет повысить эффективность использования энергии впускных газов при снижении их токсичности и в конечном ито- 40 ге получить более экономичную экологически чистую силовую установку, Формула изобретения

1, Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и утилизационную паротурбинную установку, турбокомпрессор, турбина которого установлена после выпускного коллектора, связанного с выпускными каналами головки блока цилиндров двигателя, силовую турбину, снабженную выпускным патрубком. сообщенную своим входом с выпускным коллектором и кинематически связанную с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, парогенератор, включенный нагревательной полостью в выпускной патрубок силовой турбины, паровую турбину, подключенную к паровой полости парогенератора, и последовательно установленную между выходом паровой турбины и входом парогенератора конденсатора и питательный насос, образующие замкнутый контур циркуляции рабочего тела утилизационной паротурбинной установки, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения эффективности использования энергии выпускных газов при снижении их токсичности, установка снабжена системой фильтрации в виде двух ступеней очистки выпускных газов, причем первая ступень очистки выполнена в виде самоочищающегося фильтроэлемента грубой очистки и установлена в выпускном коллекторе, а вторая ступень очистки выполнена в виде фильтроэлемента тонкой очистки с системой автоматического электровыжигания и установлена в выпускном патрубке силовой турбины перед парогенератором.

2. Установка по п.1, отл и ч а ющаяс я тем, что первая ступень очистки выпускных газов выполнена многоэлементной, каждый элемент которой установлен в выпускном канале головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

1719693

1 б

6 р

Pb юг.1

2f

Составитель Н,Лапушкин

Редактор Л.Веселовская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 754 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5

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