Свободнопоршневой генератор газа

 

Изобретение относится к энергомашиностроению и позволяет повысить эффективность транспортной или стационарной энергосиловой установки. Свободнопоршневой генератор газа содержит дизель с продувочным насосом одинарного действия, имеющим буферные и компрессорные полости, и клапанные плиты. Буферные полости выполнены в виде дополнительных дизельных цилиндров, а продувочный насос - в виде последовательно соединенных центробежного компрессора, приводимого во вращение газовой турбиной, и поршневого насоса двойного действия. Клапанные плиты соединены с приводами системы регулирования и выполнены с возможностью осевого перемещения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортных и стационарных силовых установках. Существует ряд устройств, в которых объединены свободнопоршневой генератор газа (СПГГ) и силовая газовая турбина.

Известен СПГГ GS-34 французской фирмы "Сигма". В нем содержится свободнопоршневой дизель, имеющий поршневой продувочный насос одинарного действия, с внутренним расположением компрессорных полостей и клапанных плит и с наружным расположением буферных полостей. Один или несколько СПГГ соединяются с силовой газовой турбиной (Кошкин В.Г., Майзель Л.М., Черномордик Б.М., Свободнопоршневые генераторы газа для газотурбинных установок. М.: Машгиз, 1963 - прототип).

Недостатками данной установки являются относительно высокий удельный расход топлива, малая литровая мощность, высокий эксплуатационный расход топлива на режимах малых нагрузок и холостого хода, узкий диапазон устойчивой работы СПГГ.

Целью изобретения является создание СПГГ, лишенного указанных недостатков, за счет усовершенствования буферных полостей, применения высокого наддува и обеспечения регулируемости степени сжатия в дизеле.

Указанная цель достигается тем, что буферные полости выполнены в виде дополнительных периферийных дизельных цилиндров, а продувочный насос выполнен в виде последовательно соединенных, центробежной компрессорной ступени и поршневой компрессорной ступени двойного действия. Для обеспечения возможности применения высокого наддува, а также для экономичной и устойчивой работы на режимах малых нагрузок клапанные плиты поршневой компрессорной ступени продувочного насоса выполнены с возможность осевого перемещения.

Совокупность существенных признаков предложенного СПГГ проявляет иные свойства в сравнении с известными решениями, заключающимися в том, что применение трех дизельных цилиндров устраняет паразитные буферные потери, присущие прототипу и снижает удельный расход топлива, регулирование степени сжатия путем перемещения клапанных плит повышает эксплуатационные характеристики и надежность СПГГ на режимах малых нагрузок и при смене вида топлива, а также позволяет применить высокий наддув, что повышает литровую мощность дизеля.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательный уровень".

Предложенный СПГГ представлен на фиг. 1, где 1 блок цилиндров дизеля, 2 - дизельный поршень, 3 - центральный рабочий цилиндр дизеля, 4 - периферийный рабочий цилиндр дизеля, 5, 6 - форсунки, 7 - синхронизирующий механизм, 8 - поршень продувочного насоса, 9 - соединительная штанга, 10 - цилиндр продувочного насоса, 11, 13 - клапанные плиты, 12 - внутренняя компрессорная полость, 14 - внешняя компрессорная полость, 15 - впускные клапаны, 16 - нагнетательные клапаны, 17 - привод клапанной плиты, 18 - коллектор продувочного воздуха, 19 - межступенчатый холодильник, 20 - центробежный компрессор, 21 - турбина турбокомпрессора, 22 - коллектор выхлопных газов, 23 - силовая турбина, 24 - ресивер продувочного воздуха.

В блоке цилиндров 1 дизеля симметрично расположены два дизельных поршня 2. Поршни и блок цилиндров образуют три рабочих цилиндра дизеля: центральный 3 и два периферийных 4. Впрыск топлива в дизельные цилиндры осуществляются через форсунки 5, 6. Дизельные поршни 2 соединены друг с другом с помощью синхронизирующего механизма 7 и с поршнями 8 продувочного насоса - с помощью соединительных штанг 9. Поршни 8 расположены в цилиндрах 10 продувочного насоса и образуют с клапанными плитами 11 внутренние компрессорные полости 12, а с клапанными плитами 13 - внешние компрессорные полости 14. На цилиндрах 10 продувочного насоса устанавливаются впускные клапаны 15, а на клапанных плитах 11 и 13 - нагнетательные клапаны 16. Клапанные плиты соединены с приводами 17 системы регулирования, обеспечивающими возможность осевого перемещения клапанных плит. Коллекторы 18 через межступенчатый холодильник 19 соединены с центробежным компрессором 20, приводящимся во вращение турбиной 21 турбокомпрессора. Полости дизельных цилиндров 3 и 4 соединены через коллектор 22 выхлопных газов с турбиной 21 турбокомпрессора и силовой газовой турбиной 23.

При рабочем ходе в центральном дизельном цилиндре 3 поршни 2 синхронно расходятся в противоположных направлениях. При этом одновременно происходит сжатие воздуха в периферийных дизельных цилиндрах 4, заполнение воздухом внутренних компрессорных полостей 12, сжатие и нагнетание в ресивер 24 воздуха из внешних компрессорных полостей 14 продувочного насоса. Выпуск в коллектор 22 выхлопных газов из центрального цилиндра, его продувка и заполнение воздухом происходит одновременно с окончанием такта сжатия и впрыском топлива в периферийных цилиндрах 4 и началом в них рабочего хода. При этом во внешних компрессорных полостях 14 продувочного насоса начинается впуск продувочного воздуха из коллектора 18, а во внутренних полостях 14 - сжатие и нагнетание воздуха в ресивер 24. В дизельном цилиндре 3 происходит такт сжатия и далее цикл повторяется. Воздух в компрессорные полости продувочного насоса поступает предварительно сжатый в центробежном компрессоре 20, что позволяет обеспечить высокий наддув в дизельных цилиндрах. Приводы 17 системы регулирования могут обеспечивать синхронное осевое перемещение клапанных плит 11 и 13 продувочного насоса. Это происходит при изменении подачи топлива или его вида и при изменении внешних условий (нагрузка на валу силовой турбины 23, температура и давление окружающей среды). В результате таких изменений меняется ход поршневых групп и координаты "мертвых" точек. В этом случае приводы 17 системы регулирования, включаясь автоматически, например, по сигналу от датчиков положения "мертвых" точек, перемещают клапанные плиты 11 и 13 до тех пор, пока не установятся требуемые координаты "мертвых" точек. Очевидно, что в топливной системе должно быть предусмотрено устройство для соответствующей корректировки момента начала впрыска топлива. Таким образом, система регулирования может управлять положением "мертвых" точек, а следовательно, и степенью сжатия в дизельных цилиндрах в зависимости от режима работы СПГГ, внешних условий и вида применяемого топлива.

Применение данного изобретения позволит снизить удельный расход топлива и повысить литровую мощность дизеля СПГГ, улучшить его эксплуатационные характеристики на различных режимах работы и при изменении вида топлива.

Формула изобретения

1. Свободнопоршневой генератор газа, содержащий свободнопоршневой дизель с поршневым продувочным насосом одинарного действия, имеющим буферные и компрессорные полости и клапанные плиты, отличающийся тем, что буферные полости выполнены в виде дополнительных дизельных цилиндров, при этом продувочный насос выполнен в виде последовательно соединенных центробежной компрессорной ступени и поршневой компрессорной ступени двойного действия.

2. Генератор газа по п.1, отличающийся тем, что клапанные плиты поршневой компрессорной ступени продувочного насоса выполнены с возможностью осевого перемещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1