ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к установкам для автономного электро- и теплоснабжения потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы.
Известна энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии, содержащая электрический генератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС), имеющего систему газовыхлопа, в которой установлен теплообменник-утилизатор теплоты отработавших газов ДВС, SU1760147A1.
Недостатком этой установки является ее низкая экономичность, так как в ней не утилизируется теплота, отводимая с моторным маслом, охлаждающей жидкостью блока цилиндров и наддувочным воздухом.
Известна энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии, содержащая электрический генератор с приводом от ДВС, имеющего системы газовыхлопа и охлаждения блока цилиндров, в которых установлены теплообменники-утилизаторы теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости, SU 1560763 A1.
Недостатком известной установки является ее низкая экономичность, ввиду того, что в ней не утилизируется теплота, отводимая с моторным маслом и надувочным воздухом.
Известна также энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии, содержащая электрический генератор с приводом от ДВС, имеющего системы: охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров, наддува и газовыхлопа, в которых установлены теплообменники-утилизаторы теплоты, при этом система охлаждения моторного масла включена между выходом двигателя и его входом, система охлаждения блока цилиндров включена между другим выходом и другим входом двигателя, система наддува подсоединена к следующему входу двигателя, а система газовыхлопа подсоединена к следующему выходу двигателя, RU 2171913.
Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели.
Известная установка не обеспечивает достаточного охлаждения наддувочного воздуха, моторного масла и блока цилиндров ДВС ввиду отсутствия соответствующего теплоотвода при высоких температурах или малых расходах теплоносителя внешней тепловой сети потребителей теплоты. В результате возникает перегрев ДВС и соответственно снижаются эффективность выработки энергии и надежность установки.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи обеспечения необходимого отвода тепла от ДВС при любых
эксплуатационных режимах и тем самым повышения эффективности и надежности установки.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что в энергетической установке для совместной выработки электрической и тепловой энергии, содержащей электрический генератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, имеющего системы: охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров, наддува, газовыхлопа, каждая система имеет теплообменник-утилизатор теплоты, при этом система охлаждения моторного масла включена между первым выходом двигателя и его первым входом, система охлаждения блока цилиндров включена между вторым выходом и вторым входом двигателя, система наддува подсоединена к третьему входу двигателя, а система газовыхлопа подсоединена к третьему выходу двигателя, теплообменники-утилизаторы теплоты системы наддува и системы охлаждения моторного масла последовательно включены в систему охлаждения блока цилиндров двигателя, в которую между вторым выходом двигателя и ее теплообменником-утилизатором теплоты последовательно включены первый и второй терморегулирующие клапаны, каждый из которых имеет один вход и два выхода, причем ко второму выходу двигателя подключен вход первого терморегулирующего клапана, первый выход которого соединен со входом второго терморегулирующего клапана, при этом
установка снабжена дополнительным теплообменником, подключенным к первому выходу второго терморегулирующего клапана и к магистрали между теплообменниками-утилизаторами теплоты систем наддува и охлаждения блока цилиндров, в указанную магистраль между теплообменником-утилизатором теплоты системы наддува и точкой подсоединения дополнительного теплообменника включен циркуляционный насос, при этом участок указанной магистрали между циркуляционным насосом и теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения блока цилиндров двигателя соединен со вторым выходом первого терморегулирующего клапана.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии содержит электрический генератор 1 с приводом 2, который соединяет его с двигателем 3 внутреннего сгорания, например, дизелем. Двигатель 3 имеет системы: охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров, наддува и газовыхлопа; система охлаждения моторного масла имеет теплообменник-утилизатор теплоты 4, система охлаждения блока цилиндров дизеля имеет теплообменник-утилизатор теплоты 5; система наддува имеет теплообменник-утилизатор
теплоты 6, с воздухозаборником 7, система газовыхлопа имеет теплообменник-утилизатор теплоты 8; система охлаждения моторного масла включена между первым выходом двигателя 3 и его первым входом; система охлаждения блока цилиндров двигателя включена между вторым выходом и вторым входом двигателя; система наддува подсоединена к третьему входу двигателя, а система газовыхлопа подсоединена к третьему выходу двигателя; теплообменники-утилизаторы теплоты 4 и 6 соответственно системы наддува и системы охлаждения моторного масла последовательно включены в систему охлаждения блока цилиндров двигателя, в которую между вторым выходом двигателя и ее теплообменником-утилизатором теплоты 5 последовательно включены первый и второй терморегулирующие клапаны 9 и 10, каждый из которых имеет один вход и два выхода; ко второму выходу двигателя 3 подключен вход первого терморегулирующего клапана 9, первый выход которого соединен со входом второго терморегулирующего клапана 10, при этом установка снабжена дополнительным теплообменником 11, подключенным к первому выходу второго терморегулирующего клапана 10 и к магистрали между теплообменниками-утилизаторами теплоты 6 и 5 систем наддува и охлаждения блока цилиндров; в указанную магистраль между теплообменником-утилизатором теплоты 6 системы наддува и точкой 12 подсоединения дополнительного теплообменника 11
включен циркуляционный насос 13, при этом участок указанной магистрали между циркуляционным насосом 13 и теплообменником-утилизатором теплоты 5 системы охлаждения блока цилиндров двигателя соединен со вторым выходом первого терморегулирующего клапана 9. В системе газовыхлопа между двигателем 3 и теплообменником-утилизатором теплоты 8 имеется запорно-регулирующий орган (ЗРО) 14. Выброс отработавших газов от двигателя в атмосферу осуществляется через ЗРО 15. Потребители электрической энергии подключаются к генератору 1 через коммутационное устройство 16.
Установка работает следующим образом.
Возможны три режима функционирования:
1) режим запуска и прогрева двигателя.
2) режим совместной выработки электрической и тепловой энергии для нужд потребителей.
3) режим выработки электрической энергии с отводом теплоты наддувочного воздуха, моторного масла, охлаждающей жидкости блока цилиндров через дополнительный теплообменник в окружающую среду.
Режим функционирования №1.
При запуске и прогреве двигателя коммутационное устройство 16 отключено, и генератор 1 не вырабатывает электрическую энергию. При этом также закрыт ЗРО 14 и открыт ЗРО 15, и отработавшие газы
двигателя 3 выбрасываются в атмосферу. В системе охлаждения блока цилиндров закрыт первый и соответственно открыт второй выход терморегулирующего клапана 9, и вся жидкость системы охлаждения блока цилиндров после двигателя поступает на вход циркуляционного насоса 13, который подает ее через подключенные последовательно теплообменники-утилизаторы 6 и 4 на вход двигателя, при этом теплообменник-утилизатор 5 отключен от внешней тепловой сети потребителей теплоты. После достижения температурой жидкости на выходе из двигателя значения нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем, (например, 75°С) установка переходит в режим функционирования №2.
Режим функционирования №2.
Коммутационное устройство 16 включено, генератор 1 вырабатывает электрическую энергию для питания потребителей. ЗРО 15 закрыто, а ЗРО 14 открыто и отработавшие газы двигателя 3 поступают в теплообменник-утилизатор 8. В системе охлаждения блока цилиндров закрыт второй и соответственно открыт первый выход терморегулирующего клапана 9, и вся жидкость системы охлаждения блока цилиндров после двигателя поступает на вход терморегулирующего клапана 10, у которого соответственно закрыт первый и открыт второй выход, через который жидкость поступает в теплообменник-утилизатор 5, где охлаждается,
нагревая теплоноситель внешней тепловой сети потребителя теплоты. Охлажденная жидкость насосом 13 подается последовательно в теплообменники-утилизаторы 6 и 4, где охлаждает поступающий через воздухозаборник 7 и сжатый в агрегате наддува (на чертеже не показан), наддувочный воздух и выходящее из двигателя 3 моторное масло, после чего поступает на вход двигателя 3. Теплообменник-утилизатор 5 подключен к внешней тепловой сети потребителей теплоты. При этом «холодный» теплоноситель внешней тепловой сети проходит последовательно через теплообменники-утилизаторы 5 и 8, где нагревается до расчетной температуры тепловой сети, охлаждая соответственно жидкость системы охлаждения блока цилиндров и отработавшие газы двигателя 3, которые после охлаждения выбрасываются в атмосферу. Таким образом, установка вырабатывает и тепловую энергию для потребителей теплоты. При изменении расчетного режима работы потребителей теплоты (уменьшении теплоотвода), когда уменьшается расход или возрастает температура теплоносителя внешней тепловой сети до значений, не обеспечивающих нормальное охлаждение жидкости системы охлаждения блока цилиндров, начинает увеличиваться температура жидкости на выходе из двигателя 3. После достижения температурой жидкости на выходе из двигателя значения верхнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 95°С),
установка переходит в режим функционирования №3.
Режим функционирования №3. Коммутационное устройство 16 включено, генератор 1 вырабатывает электрическую энергию для питания потребителей. ЗРО 14 закрыт, а ЗРО 15 открыт и отработавшие газы двигателя 3 выбрасываются в атмосферу. В системе охлаждения блока цилиндров закрыты вторые и соответственно открыты первые выходы терморегулирующих клапанов 9, 10 и вся жидкость системы охлаждения блока цилиндров после двигателя поступает в дополнительный теплообменник 11 (например, воздушный радиатор с автономным приводом вентилятора или приводом от коленчатого вала ДВС), где охлаждается, отдавая теплоту окружающей среде. После охлаждения жидкость поступает на вход насоса 13 и далее через теплообменники-утилизаторы 6 и 4 - на вход двигателя 3.