Комбинированный тепловой агрегат

 

О Л И С А Н И Е 339673

ИЗОЬРИт ЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено .01.Ч1.1970 (№ 1435223/24-6) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 24.V.1972. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 28Х1.1972

М. Кл. F 02g 5/02

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР УДК 621.41(088.8) ВСЕСОЮЗНАЯ

НЮТКИ-T. 1 "". .ГН

Авторы изобретения

Э. М. Лев,и l0. Е. Лев

Б1 1БЛ11гТ;. НА

Алтайский,моторный завод

Заявитель

КОМБИНИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ АГРЕГАТ

Изобретен не отно сится к области двигателестроения.

Известны комбинированные тепловые агрегаты, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с при водным нагнетателем и кинематическ и связанный с ним,двигатель внешнего сгорания, нагреватель которого,вьсполнеп в виде встроенното в магистраль между компрессорньсми и рабочиы и цилиндрами .и установленного в выхлопном коллекторе ДВС те плообменника.

Недостатком такик агрегатов является небла гаприятное протекание характеристики т рутящего мохтеи га ДВС m функции числя оборотов последнето и, слсдоватслыно, неблагоприятная тяго вая характеристика агрегата при ис пользовян ии его на транспортной установке.

С целью, устранения указанного недостатка в описываемом агрегате ком и рессорные цили ндры ДВС собраны в м ногостуспенчатый с промежуточным охлаждением рабочего тела компрессор, вал которого соединен,с коленчатым валом при помощи,планетарной передачи.

В планетарной передаче центральная шестерня жестко связана с вало|м компрессора и кинематически, при помощи сателлитов, связана с раздаточной шестерней ДВС. Кинематтическая связь двигателей выполнена при похтощ и гидродинамичес|кой муфты, Привод нагнетателя вы|полнен от вала компрессора при помощи передачи.

На фиг. 1,похазана общая схема устройстBB установки; на фит. 2 — схема планетарного механизма. Стрелка|ми показаны: А — движение отработанных газов ДВС; Б — подача наддувочного воздуха к ДВС;  — подвод и отвод охлаждающей жидкости к омпрессора и

à — направление подачи рабочего агечта.

10 Агретат состоит из двигателя внутреннего сгорания 1, соединенного через гидроди намичсскую муфту 2 с двигателем внешнего сгорания 8, выполняющим функцию вторичного.

Отбор мощ ности пронзво дится от раздаточной

15 шестерни 4, установленной на конце коленчатого вала ДВС.

При помощи указанной шестерни вращаются колеса 5, имеющие снаружи и,внутри зуб20 чатые венцы. С последними находятся е зацеплении сателлиты 6, установленные на осях водила 7. Водило установлено на валу 8, являющемся выходным валом установки, с помощью которото мощность агрегата передает2s ся трансмиссии транспортной машины. Сател* литы находятся в зацеплении также с центральной шестерней 9, которая через вал 10 вращает поршневой многоступенчатый ком прессор 11, связанный передачей 12 с центро30 бежным нагнетателем 18.

339673

По р шневой .компрессор оборудован жидкостными промежуточными охладителя ми 14 р абочего атента дви гателя внешнего crop ания. В состав установки входит также теплоабменник 15, в котором указанный рабочий агент подогревается,до рабочей теипературы теплом отработанных газов ДВС.

Нагнета гель связан со всасывающим коллектором 16 ДВС трубопроводом 17, выхлопной коллектор 18 Д ВС вЂ” с теплообменником трубопроводом 19. Ци ркуляц ия рабочего агента, осуществляющаяся по трубопровода м, показывается тонкими линиями со стрелками (фиг. 1).

Агрегат ра ботает следующим образом.

Рассмотрим сначала действие, планетарного механизма выходного вала 8 установки.

Б механизме имеется постояниое соотноше ние между моыентами М и М соответственно на валах 8 и 10, которое определяется числами зу бьев соответству|ощих шестерен.

Такое соотношение моментов сохраняется на всех режимах palooTbf, так IKBK любое изменение нагрузки, вызьгвающее изменение, напри1мев-,по вышение момента на,выходном валу, влечет за собой соответспвующее возрастание моментов на центральной ше-терне 9 и коленчатом, валу ДВС.

Момент на ш естер не возрастает за очет ее раскрупки, происходящей автоиатичес ки, а также раскрутки вала 10 и KoiMikkpeccopHoro агрегата. Момент на коленчатом, валу возрастает в результате;перехода ДВС на внешнюю xapактеристику при снижении, числа его оборотов. При снижении нагрузки М1 на выходном валу 8 происходит соопветствующее снижение момента М., повьппение числа оборото в

ДВС |и снижение числа оборотов компрессорного агрегата.

При включении планетарно го механизма рост нагрузки на выходном валу установки влечет за собой paoKpyIIKy ком прессорного агрегата., повы шение расхода ра бочего агента через поршневой компрессор 11 и воздуха через нагнетатель 18, а также повышение давления воздуха после на гнетателя (характер изменения давления ра боче го агента зависит от того, как измен ится при этом соотношение чисел о боротов поршневото ком прессора и двигателя в1неынего сгорания) .

Двигатель внешнего сгорания работает следующим образом.

При движении поршня двигателя внешнего сгорания 3 от нижней мерчвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ) газообразный ра|бочий агент, на пример воздух, за полняю щи й,цилиндр двигателя, вытесняется через управляемый выпускной клапан 20 и перегоняйся через охладители 14 Ikk а втоматичеокий KJIB|IIBH 21,в левый цилиндр .поршневого ком|прессора 11. При этом пере качка ра бочего агента сопро вождает ся его сжатием, так как рабочий объем цилиндра двигателя внешнего сгорания больше рабочего объема указа нного цилиндра компрессора.

Д иаметры цилиндров KOMiIIpeccop а уменьшаются слева направо, бла годаря чему последовательная перекачка ра бочего агента из цилиндра в,ц иди ндр, производящаяся через охладители, включенные между всеми cI.yikkeнянями, и а вто м а ти чески е клапаны, сопр о вождается сжатием рабочего атента.

Из последней сту пени ком претора,рабочий агент, сжатый до значительного давления, перекачивается,и накапливается IB теплоо бменнике 15, где подогревается теплом отработанных газов ДВС и периодически перепускается в рабочий цилиндр. При этом рабочий объем теплообменни ка на много превосходит рабочий объем цилиндра двигателя внешнего сгорания. Поэтому колебания давления в те плообменнике, вызываемые периодичностью подкачки рабочего агента .и периодичностью его nepeIIycKa в рабочий цилиндр двигателя, сравнительно небольшие и подогрев ведется по изобаре. Сжатие по изотерме выполняется в многоступенчато м iIIO p IIIHe HOLM KoiMikkp eccop е, подвод тепла, ведущийся по изобаре,— в теплообменни ке, а расширение- в цилиндре двигателя в нешнего сгорания, Крутящий момент, создаваемый двигателем внешнего сгорания, так же, как и момент

ДВС, про порционален среднему да влепив в ци л и ндр е з а цикл.

При,неиз меннных прочих условиях снижение числа оборотов поршневого ком прессора приводит к снижению давления в цилиндре двигателя, внешнего, сгорания и соответственно — его крутящего момента, а повышение числа оборотов поршневого компрессора — к повышению момента двигателя.

При .переходе на режим перегрузки число оборотов ДВС снижается, а ìîìåíò растет, причем при числе оборотов около 70% от номинального момент доспи гает максимума, который соста вляет 1,15 — 1,25 момента при номинальной мощности. Если Д ВС оборудован при водным нагнетателвм о бъемного ти па, в ;котором расход воздуха почти IIpoikkopIkHOпален числу оборотов, то переход ДВС на режим ма ксимального момента при водит к снижению коэффициента избытка воздуха, но лишь в той мере,,в какой максимальный момент превышает IHOMHHBJIbHI)lkI.

Однако указанный ти п нагнетателя недостаточно бьгсвроходен и отличается сравнительно большими габаритам и и весом. Кроме того, он недостаточно надежен и долговечен.

Нагнетатели тур бинного ти па намного эффективнее объемных, отличаются KQMIIBIKTHocTbIO, малым весом и вььсокой надежностью.

При применен ни тур бинных нагнетателей для наддува вран спортных ДВС существенно ухудшается тяговая характеристика последних,по сра внению с той, которая получается с объемным нагнетателем. В тур бинных нагнетателях зависимости дaiBJIBHiHH и расхода воздуха от числа оборотов колеса выражаются степенными функциями, что согласуется с ус33967,3 ловия ми ра боты ДВС,по внепхней характеристоке.

Вследствие этого в транапортно м ДВС с таким нагнетателем аереход на режим максимального крутя щего,момента со п ровождается крутым падением расхода и давления воздуха и соответственно — паден ием коэффициента из|бытка воздуха. При этом снижение последнего оказывается настолько большим, что едва удается удержать коэффициент лрис пособляемости;на уровне несколько выше единицы. Поэтому а ктуалыной является задача такого регулирования работы турбинного напнетателя, чтобы по мере лри ближения ДВС к режиму максимального крутящего момента давление,и .подача воздуха на гнетателем Не уменьшались, а оста вались ста б ильными или не сколько возрастали.

Это осуществлено в описываемом тепловом аррегате путем неза ви симого от ДВС pell.ymрования cKiopoiñòíîãî,ðåæHìà ра боты нагнетателя. При lIIQBbIIIIelHHH на груз ии на выходном валу установки прои сходит снижение числа оборотов вала ДВС при одновременном увеличении числа оборотов компрессора, что о беспечивает более интенсHIBHbIH рост момента на,валу Д ВС по внешней характеристигке, чем в существующих ДВС, а также существенный рост момента на валу двигателя внешнего сгорания, соединенного через гидромуфту "

ДВС. Такое соединение позволяет в ДВС и двигателе BHelIIIHcI сгорания сохp а нlи Tь извеспную независимость в установлении режимов работы.

З0

В совокупности это обеспечивает получение в предлагаемом агрвгате сравнительно высоких значений коэффициента лрис пособляемости.

Предмет изобретения

1. Ком бинирс ванный тепловой агрегат, наприм ер для транспортных установок, содержащий двигатель внутрен него сгорания (ДВС) с приводным напнетателем,и .кинематически связанный с ним двигатель;внешнего сгорания, нагреватель которото выполнен в виде встроен нного в магистраль между компрессорHblMH и ра бочи ми цилиндра м и и установленного в выхлопном коллекторе ДВС теплообменника, отличающийся тем, что, с целью улучшения тя го вых ха ра ктеристлк, компрессорные цилиндры двигателя внешнего сгорания собраны B многоступенчатый с промежуточным охлаждением ра бочего тела KoMlIIpeccop, вал которого соединен с коленчаты м валом при помощи, планетарной дередач и.

2. агрегат по п. 1, отличающийся тем, что в планетарной передаче центральная шестерня жестко, связана с валом ком п рессора и кинаматичесии при по мощи сателлитов с раздаточной,шестер ней ДВС.

3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что кинема тическая связь дви гателей выполнена при помощи гидродинам ической муфты.

4. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что привод напнетателя выполнен от вала компрессора при,помош,и,передачи.

339673

Фиг. 2

Составитель А. Велостоцкий

Редактор М. Иванова Техред Е. Борисова Корректоры: Е. Давыдкина и А. Николаева

Заказ 2003/! Изд. № 854 Тыраж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений ы открытий при Совете Министров СССР

Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2