RU2003817C1 - Силова установка - Google Patents
Силова установкаInfo
- Publication number
- RU2003817C1 RU2003817C1 SU915012388A SU5012388A RU2003817C1 RU 2003817 C1 RU2003817 C1 RU 2003817C1 SU 915012388 A SU915012388 A SU 915012388A SU 5012388 A SU5012388 A SU 5012388A RU 2003817 C1 RU2003817 C1 RU 2003817C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- turbine
- exhaust
- turbofan
- air
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Сущность изобретени : установка содержит дизельный двигатель воздушного охлаждени 1 с дефлекторами 2. выпускным 3 и впускным 4 трубопроводами , основной турбокомпрессор 5.6. компрессор 6 которого соединен через охладитель 7 наддувочного воздуха с впускным трубопроводом 4 двигател 1, турбовентил тор 8,9, св занный с основным турбокомпрессором выпускной магистралью 10, подающей выпускные газы через регулирующий орган 11, соединенный с блоком 12 управлени по трубопроводу 13 на активные сопла 14, установленные в кокфузорном аэродинамическом канале 15. в котором расположены охладители наддувочного воздуха 7 и масла 16. Выход аэродинамического канала 15 соединен трубопроводом 17с газовым эжектором 18, установленным на выхлопном патрубке турбины 8 турбовентил тора Турбо- вентил тор 9, преимущественно осевого типа, подключен выпускной магистралью 19 к приемным окнам дефлектора 2, в которой заключен охлаждаемые элементы двигател 1 внутреннего сгорани Регулирование наддува и охлаждени двигател наддувочного воздуха и мзсла производитс изменением количества выпускных газов турбины наддувочного турбокомпрессора, перепускаемых на газовые эжекторы аэродинамического канала и на турбину турбовентил тора в зависимости от режима работы двигател 2 ааф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относитс к машиностроению , в частности к двигател м внутреннего сгорани .
Известен двигатель внутреннего сгорани типа 8ДВТ с ГТН, содержащий по меньшей мере один цилиндр с крышкой, снабженной оребрением, и вентил тор, обеспечивающий подачу воздуха на охлаждение цилиндров и наддувочного воздуха. Вентил тор имеет привод через гидромуфту от вала отбора мощности (см. справочник Тракторные дизели. М.: Машиностроение, 1981, с.536. В таких двигател х энерги выпускных газов утилизируетс недостаточно, а энерги , затрачиваема на привод вентил тора , в последующих процессах не компенсируетс , что существенно снижает его показатели эффективности. Кроме того, в такой установке практически отсутствует регулирование наддува двигател .
Известно устройство дл регулировани транспортного двигател (а.с, N 323983, кл. F 02 В 37/08, 1977), в котором с целью повышени эффективности наддува перепускной патрубок снабжен соплом, помещенным в выпускной коллектор за турбиной дл создани эжекции, а дроссель св зан с органом задани режима двигател . Техническое решение относитс к тепловозным дизел м, располагающим возможност ми размещени крупногабаритных систем и устройств . Такое устройство обладает неплохими свойствами регулировани топливной экономичности1 на различных режимах работы дизел . Однако такие свойства могут про вл тьс лишь при небольшой степени наддува (до ). При другмх услови х рассматриваемое устройство может не дать желаемых результатов по регулированию вследствие усилени вли ни динамики потока газа и ухудшени КПД турбины и компрессора ТК. Кроме того, двигатели с таким устройством всегда имеют недостаточную утилизацию энергии выпускных газов (газы высокой температуры выпускаютс , мину турбину ТК, через сопло в атмосферу).
Известна система охлаждени дл двигател внутреннего сгорани (а.с. № 727866, кл. F 02, 1980), в которой с целью уменьшени габаритов системы охлаждени воздух окружающей среды через радиатор прокачиваетс потоком выпускных газов из двух сопл. При этом смесь воздуха после радиатора и потока газов выходит через камеру смешени и диффузор за ней в атмосферу. Авторам удалось расположить систему в п ределах пространства под радиатором. Однако така возможность по вл етс у транспортных средств, имеющих двигатели сравнительно большой мощности ( кВт), генерирующих значительное количество газов с малоизмен емыми режимами работы. В таких системах возможно лишь ограниченное регулирование плотности охлаждаемого наддувочного воздуха путем изменени скорости потока газа на выходе из сопл. Кроме того, в таком техническом решении слабо представлена утилизаци энергии выпускных газов.
0 Известно устройство дл наддува двигател внутреннего сгорани (а.с. Мг 859661, кл. F 02 В 37/00, 1981), включающее в себ два последовательно расположенных турбокомпрессора (высокого и низкого давле5 ни ), перепускные каналы тазов после турбины высокого давлени и воздуха перед компрессором высокого давлени , причем каждый из каналов снабжен дросселем, а после двигател перед турбиной высокого
0 давлени расположена дополнительна камера сгорани . На номинальном режиме ра- ботают оба турбокомпрессора при закрытых дроссел х. На промежуточных режимах двигател открываютс оба дроссел
5 и газ после первой турбины перепускаетс мимо турбины низкого давлени в атмосферу , а воздух всасываетс из атмосферы компрессором йысокого давлени , т.е. в этом случае система двухступенчатого наддува
0 преобразуетс в одноступенчатую с работающим ТК высокого давлени . При этом под- регулировка наддува производитс включением дополнительной камеры сгорани , Такое регулирование наддува примен 5 етс в специальных цел х и тер ет смысл, как только расход дополнительного топлива в камере начинает превышать выигрыш от снижени насосных потерь в двигателе. Кроме того, именно в этот период в установ0 «е исключаетс утилизаци энергии выпускных газов после турбины ТК высокого давлени . В этом плане указанное техническое решение может иметь лишь ограниченную степень регулировани наддува на
5 промежуточных режимах работы двигател . Существенным недостатком при этом вл етс и отсутствие утилизации энергии выпускных газов на указанных режимах.
Известна турбина с регулируемым про0 ходным сечением соплового аппарата (патент США № 4776168, кл. 60/602, опубл. 11.10.88), содержаща меридиональную перегородку , раздел ющую ее улитку на две части, через одну из которых газ от двигате5 поступает радиально на лопатки рабочего колеса, а через другую часть - в осевом направлении. При этом в выходном патрубке турбины расположена регулирующа втулка, автоматически перемещаема в осевом направлении в зависимости от режима
работы двигател . При номинальной частоте вращени вала втулка открывает доступ ОГ из обеих полостей и турбина работает со смещенным потоком ОГ. При частоте вращени вала ротора в режиме максимально- го крут щего момента ОГ поступают только в полость осевого направлени и турбина работает как осева , обеспечива повышение эффективности наддува в этом режиме.
Однако техническое решение имеет су- щественные недостатки. Практически рассматриваетс лишь двухступенчатое регулирование; на номинальной частоте вращени ротора и на режиме максимального крут щего момента. Регулирование на других режимах не просматриваетс . Кроме регулировани втулкой закрыти и открыти полостей улитки возникает необходимость и соответственно регулирование перепуска выпускных газов двигател пе- ред турбиной. Синхронизаци этих процессов неоднозначна. Кроме того, отсутствует св зь всего метода регулировани с охлаждением наддувочного воздуха, что может вызвать отрицательные последстви в рабо- те всей системы наддува.
Известна система управлени двигателем с наддувом (за вка Японии, № 60-75721, кл. F 02 В 37/00, опубл. 30.04.85), включающа в себ три нагнетател , из которых пер- вый и третий - турбинного типа, а второй - в виде инерционного устройства. Дл обеспечени эффективного питани двигател воздухом на всех режимах нагнетатели включаютс соответственно при высоких, средних и низких частотах вращени вала двигател . Система представл ет интерес, так как позвол ет регулировать наддув двигател в зависимости от режима его работы исключением того или иного нагнетател . Од- нако многозвенность переключений механизмов вызывает сложность их устойчивой настройки и поддержание работоспособности , что сужает возможный диапазон регулировани . Кроме того, в такой системе отсутствует утилизаци энергии выпускных газов после каждого из нагнетателей.
Известна установка дл наддува двигател внутреннего сгорани (а.с. № 178243, к . F 02 С 1966), содержаща две турбины, работающие на выпускных газах двигател перва из которых вращает компрессор наддува, а втора - вентил тор, просасывающий воздух окружающей среды через радиатор системы жидкостного охлаждени двигател . Причем с целью повышени экономичности двигател на частичных режимах его работы турбины включаютс последовательно по ходу газов. Такое техническое решение представл ет интерес не
только с точки зрени охлаждени двигател , но и дл регулировани наддува. Однако оно имеет существенные недостатки: совместимость работы вентил тора и турбины возможна только через механический редуктор , что не только усложн ет установку, но и снижает надежность ее работы: отсутствуют признаки регулировани охлаждени наддувочного воздуха (эта за вка выбрана в качестве прототипа).
Целью изобретени вл етс повышение эффективности работы установки во всем диапазоне эксплуатационных режимов , надежности охлаждени двигател и утилизации энергии выпускных газов.
Цель достигаетс тем, что в силовой установке , содержащей дизельный двигатель внутреннего сгорани с дефлекторами, турбокомпрессор (ТК), турбовентил тор (ТВ), работающий на выпускных газах ТК, охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) и масла (ОМ), по крайней мере одно активное газовое сопло, эжектирующее воздух окружающей среды, регулирующий газораспределительный орган , соединенный с блоком управлени , выпускна магистраль турбины ТК соединена через регулирующий орган с впускной магистралью турбины ТВ и дополнительно соединена с по крайней мере одним активным газовым соплом, установленным в аэродинамическом канале, в котором расположены охладители наддувочного воздуха и масла. Активные газовые сопла располагаютс в аэродинамическом канале, имеющем конфузорную геометрию по направлению движени охлаждающей среды, после охладителей наддувочного воздуха и масла, а выходна магистраль конфузорного канала соединена с газовым эжектором, установленным на выпускном патрубке турбины ТВ, При этом турбовентил тор преимущественно осевого типа подключен выпускной магистралью к приемным окнам дефлектора, в который заключены охлаждаемые элементы двигател внутреннего сгорани .
Новым вл етс то, что охлаждение двигател , наддувочного воздуха, масла и регулирование степени наддува на различных режимах работы двигател производ тс единой системой турбокомпрессор-турбо- вентил тор-теплообменник-аэродннэмиче ский конфусорный канал и активные сопла через регулирующий дроссель с помощью энергии выпускных газов основного турбокомпрессора , что повышает степень утилизации энергии выпускных газов двигател и воздуха окружающей среды. В этом случае отпадает необходимость в испопьзовании громоздкого привода вентил тора дл одновременного охлаждени двигател и теплообменных аппаратов потоком воздуха малых скоростей (как это предусмотрено в базовом двигателе); исключаетс необходимость многореагентности наддувочных агрегатов при регулировании наддува последовательным их включением или выключением. Турбовентил тор, подключенный к выпускной магистрали турбокомпрессора наддувочного воздуха, работает параллельно с аэродинамическим каналом, о котором установлены охладители наддувочного воздуха и масла, и последовательно с) аз овым эжектором, установленным на выходе системы, что позвол ет осуществить гибкое регулирование наддува и охлаждени наддувочного воздуха, масла и поверхностей двигател в широком диапазоне режимов работы силовой установки.
На чертеже представлена схема предложенной установки.
Установка содержит дизельный двигатель 1 воздушного охлаждени с дефлекторами 2, выпускным 3 и впускным 4 трубопроводами, основной турбокомпрессор 5-6, компрессор 6 которого соединен через охладитель 7 наддувочного воздуха с впускным трубопроводом4 двигател 1,тур- бовентил тор 8-9, св занный с основным турбокомпрессором выпускной магистралью 10, подающей выпускные газы через регулирующий орган 11, соединенный с Споком 12 управлени по трубопроводу 13 на активные сопла 14, установленные в кон- фузорном аэродинамическом канале 15, в котором расположены охладители наддувочного воздуха 7 и масла 16. Выход аэродинамического канала 15 соединен трубопроводом 17с газовым эжектором 18, установленным на выхлопном патрубке турбины 8 турбовентил тора. Турбовентил тор 9, преимущественно осевого типа, подключен выпускной магистралью 19 к приемным окнам дефлектора 2, в который заключены охлаждаемые элементы двигател t внутреннего сгорани .
Силова установка работает следующим образом. Газы, отработавшие в двигателе 1, подаютс в турбину 5 компрессора, откуда по трубопроводу 10 через регулирующий орган 11, управл емый блоком 12, распредел ютс между силовой турбиной в гурбовентил тора, вращающей вентил тор 9, и активными соплами 14, эжектмру- ющими воздух окружающей среды через охладители наддувочного воздуха 7 и масла 18, расположенные в конфузорном аэродинамическом канале 15. Смесь подогретого при смывании теплообменных ал- паратое 7 и 16 потока воздуха окружающей и затопленных струй газов после сопл
14 по отводному трубопроводу 17 подаетс в газовый эжектор 18, в котором в зависимости от режима работы установки либо понижают давление на выходе силовой турбины
8, либо отсасываютс потоком выход щим из нее газов. Регулирование температурного режима двигател производитс с помощью регулирующего органа 11, управл емого блоком 12, имеющего датчики
0 температуры, установленные на соответствующих элементах установки. На максимальном и номинальном режимах работы двигател примерно половина выпускных газов турбины 5 поступает на силовую тур5 бину 8, обеспечива охлаждение с помощью осевого вентил тора 9 теплонапр женных элементов двигател . Друга часть газов подаетс на активные сопла 14, эжектирую- щие затопленными стру ми газа воздух
0 окружающей среды и прокачивающие его через охладитель 7 наддувочного воздуха и охладитель 16 масла, обеспечива тем самым поддержание необходимого температурного режима.
5 На частичных режимах работы двигател больша часть выпускных газов турбины 5 перепускаетс на силовую турбину 8, вращающую вентил тор 9, и меньша часть - на активные сопла 14, В этом случае возраста0 ет противодавление за турбиной 5 (силова турбина 8 создает большее противодавление , чем сопла 14), увеличиваетс частота вращени ее вала и компрессора 6, вследствие чего повышаетс давление и количество
5 воздуха, поступающего в двигатель. В известных системах при таких услови х происходит снижение как давлени наддува, так и производительности компрессора вследствие качественного изменени параметров
0 выпускных газов двигател .
Охлаждение наддувочного воздуха и масла на частичных режимах при малом перепуске выпускных газов турбины 5 на сопла 14 обеспечиваетс , во-первых, за счет
5 снижени температурного уровн сжатого воздуха в компрессоре 6 и, во-вторых, за счет эжектировзни воздуха отход щими газами турбины 8 в эжекторе 18, а также за счет самот ги в аэродинамическом канале
0 15 вследствие его конфузорностет а направлении потока охлаждающего воздуха.
Предлагаема силова установка имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом и аналогами: охлаждение теп5 лонапр женных поверхностей двигател , наддувочного воздуха и масла, а также регулирование степени наддува на частичных режимах работы установки производитс за cnet вторичных энергоресурсов путем использовани энергии выпускных газов основного турбокомпрессора в турбовентил - торе и в активных соплах, струи которых эжектируют воздух окружающей среды через аэродинамический канал с расположенными в нем охладител ми наддувочного воздуха и масла; отпадает необходимость в использовании громоздкого вентил тора (как это предусмотрено в базовом двигателе ), приводимого через гидромуфту от вала отбора мощности двигател дл одновре- менного охлаждени двигател , наддувочного воздуха и масла, вследствие раздельного охлаждени двигател высокоскоростным осевым вентил тором, приводимым от силовой турбины и охладителей наддувочного воздуха и масла, установленных в конфузорном аэродинамическом канале , воздухом окружающей среды, эжектируемым затопленными стру ми газа из активных сопл; отпадает необходимость регулировани давлени перед двигателем путем использовани многореагентного наддува (как это предусмотрено в за вке 60-75721 и др.) вследствие предлагаемого регулировани наддува перепуском выпуск- ных газов на турбовентил тор или на эжек- тирующее устройство аэродинамического канала с теплообменными аппаратами; позвол ет использовать свойства затопленной струи выпускных газов турбокомпрес- сора и смеси их с эжектируемым воздухом окружающей среды не только дл охлаждени наддувочного воздуха и масла в теплообменниках аэродинамического канала, но и дл снижени давлени на выходе газов из силовой турбины, обеспечивающей вращение вентил тора и повышающей противодавление на выпуске газов из турбокомпрессора; позвол ет использовать турбовентил тор дл непосредственного интенсивного охлаждени теплонапр жен- ных поверхностей двигател потоком воздуха вместо опосредованного при жидкостном охлаждении, как это предусмотрено в прототипе (а.с. № 178243); раздельное охлаждение наддувочного воздуха и масла в аэродинамическом канале и двигател с помощью турбовентил тЬра позвол ет по сравнению с прототипом увеличить степень регулировани давлени наддува на частичных нагрузках путем перепуска выпускных газов турбокомпрессора на активные сопла или силовую турбину; позвол ет эффективно охлаждать наддувочный воздух и масло на номинальном и близких к нему режимах в теплообменниках, установленных в аэродинамическом канале, за счет использовани потока эжектируемого воздуха окружающей среды с помощью струй газа из активных сопл и на частичных режимах при работающем турбовентил торе - за счет эжектировзни воздуха окружающей среды, протекающего в конфузорном аэродинамическом канале, газами, выход щими из силовой турбины турбовентил тора; позвол ет по сравнению с прототипом увеличить степень утилизации энергии отработавших газов путем использовани смеси газов, выход щих из активных сопл, и эжектируемого воздуха окружающей среды дл снижени давлени на выпуске газов силовой турбины.
Указанные преимущества позвол ют производить комплексную утилизацию энергии выпускных газов и воздуха окружающей среды, способствующую не только повышению эффективности охлаждени двигател и наддувочного воздуха, но и улучшению регулировани наддува, что существенно улучшает основные характеристики силовой установки и ее экологические свойства.
(56) Авторское свидетельство СССР № 179243, кл. F 02 С 3/00, 1966.
Формулэ изобретени
t. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержаща по меньшей мере один рабочий цилиндр двигател внутреннего сгорани с головкой , дефлектором и ребрами воздушного охлаждени , впускной и выпускной трубопроводы , турбокомпрессор, подключенный компрессором к впускному трубопроводу через охладитель наддувочного воздуха, а турбиной - к выпускному трубопроводу, и турбовентил тор, св занный входом турбины через регулирующий орган с турбиной турбокомпрессора, а выходом турбины - с атмосферой, отличающа с тем, что, с целью повышени эффективности, она снабжена газовыми соплами, охладителем
масла и аэродинамическим каналом, при- чем турбина турбокомпрессора через регулирующий орган св зана по меньшей мере с одним газовым соплом, установленным вместе с охладител ми масла и наддувочного воздуха в аэродинамическом канале. 2. Установка по п.1, отличающа с тем, что она снабжена газовым эжектором, св занным с выходом турбовентил гора, а аэродинамический канал выполнен конфу- зорным по направлению охлаждающего еоздуха и выходом подключен к газовому эжектору.
3. Установка no n.t, отличающа с тем, что турбовентил тор выполнен осевым и подключен выпускной магистралью к де- флектору.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU915012388A RU2003817C1 (ru) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | Силова установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU915012388A RU2003817C1 (ru) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | Силова установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003817C1 true RU2003817C1 (ru) | 1993-11-30 |
Family
ID=21589439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU915012388A RU2003817C1 (ru) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | Силова установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2003817C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740389C1 (ru) * | 2020-02-21 | 2021-01-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Искра-Нефтегаз" | Поршневая компрессорная установка и способ ее работы |
RU2787443C1 (ru) * | 2022-09-19 | 2023-01-09 | Денис Викторович Шабалин | Система глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя |
-
1991
- 1991-07-15 RU SU915012388A patent/RU2003817C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740389C1 (ru) * | 2020-02-21 | 2021-01-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Искра-Нефтегаз" | Поршневая компрессорная установка и способ ее работы |
RU2740389C9 (ru) * | 2020-02-21 | 2021-03-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Искра-Нефтегаз Компрессор" | Поршневая компрессорная установка и способ ее работы |
RU2787443C1 (ru) * | 2022-09-19 | 2023-01-09 | Денис Викторович Шабалин | Система глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU1111690A3 (ru) | Способ производства энергии в двигателе внутреннего сгорани и двигатель внутреннего сгорани | |
US4885911A (en) | Internal combustion engine turbosystem and method | |
US5577385A (en) | Electropneumatic engine supercharger system | |
US10634099B2 (en) | Passive pumping for recirculating exhaust gas | |
US4815282A (en) | Turbocharged compund cycle ducted fan engine system | |
US7685819B2 (en) | Turbocharged internal combustion engine system | |
US4918923A (en) | Internal combustion engine turbosystem and method | |
US6865891B2 (en) | Gas turbine engine | |
CN107636295B (zh) | 具有选择阀的发动机进气组件 | |
US5119624A (en) | Gas turbine engine power unit | |
US4996839A (en) | Turbocharged compound cycle ducted fan engine system | |
US20060219227A1 (en) | Toroidal intersecting vane supercharger | |
KR20020077098A (ko) | 파워 증강 입구 가압 시스템 및 가스 터빈 시스템과 파워증강 방법 | |
JPH0323728B2 (ru) | ||
JP2006518824A (ja) | ロータリエンジンと冷却装置とを組み合わせた装置およびロータリエンジンの冷却方法 | |
JPS63502202A (ja) | タ−ボ複合2ストロ−クピストンエンジンの作動サイクル | |
IL199803A (en) | Method and system for enhancing engine performance | |
US6609484B2 (en) | Engine cooling system | |
RU2301899C1 (ru) | Способ и устройство управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом | |
RU2003817C1 (ru) | Силова установка | |
US7008175B2 (en) | Radiator cooling fan replacement to increase engine efficiency | |
SU1815360A1 (ru) | Дизельная установка | |
SU1483069A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорани | |
CN215444259U (zh) | 用于向机动车辆的驱动装置供应运行气体的*** | |
SU935638A1 (ru) | Система запуска газотурбинного газоперекачивающего агрегата |