ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВЫСОКОЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ И ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ ПРИЕМА НАГРУЗКИ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH HIGH RESTRICTIVE CHARACTERISTIC AND HIGH LOAD RECEIVING SPEED

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.
Известен V-образный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два турбокомпрессора различной настройки с раздельным подводом к ним выпускных газов и обводным трубопроводом между газоприемными патрубками (патент РФ №2383756). Турбокомпрессор отключается запорными устройствами, установленными в газоприемном патрубке и полости нагнетания. Полость нагнетания и газоприемный патрубок неотключаемого турбокомпрессора соединены трубопроводом с запорным устройством, а между газоприемным патрубком и выпускным трактом установлен байпасный трубопровод с устройством для выпуска части выпускных газов с целью ограничения частоты вращения неотключаемого турбокомпрессора. В газоприемных патрубках перед каждой турбиной могут быть установлены дополнительные камеры сгорания.
Указанное техническое решение имеет ряд недостатков. Двигатель имеет две зоны регулирования. При переходе из зоны работы с одним турбокомпрессором в зону работы с двумя турбокомпрессорами наблюдается уменьшение давления наддува и мощности двигателя из-за недостаточной мощности, развиваемой включаемой газовой турбиной турбокомпрессора на этих режимах. Для компенсации уменьшения давления наддува при переходе из одной зоны в другую и для достижения высокой ограничительной характеристики необходим подвод дополнительной энергии к выпускным газам перед турбиной за счет камеры сгорания. Применение камеры сгорания ограничено допустимым значением температуры выпускных газов перед турбиной.
Предлагаемый согласно настоящему изобретению двигатель позволяет обеспечить высокую ограничительную характеристику без потери мощности при включении второй турбины за счет увеличения давления наддува.
Задачей изобретения является повышение мощности и экономичности дизелей, работающих в широком диапазоне изменения нагрузок и частоты вращения коленчатого вала за счет того, что на двигатель, имеющий два турбокомпрессора с различными сечениями сопловых аппаратов, дополнительно устанавливаются запорные устройства, позволяющие обеспечить раздельную и совместную работу турбокомпрессоров, а на отдельных режимах работы двигателя - подключение приводного нагнетателя, за счет чего достигается увеличение давления наддува, хорошее согласование гидравлической характеристики двигателя и турбокомпрессоров, осуществляется аварийный останов.
Указанная задача достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий два турбокомпрессора с различной настройкой, один из которых имеет большее сечение соплового аппарата, подвод выпускных газов к каждому турбокомпрессору осуществляется по отдельным газоподводящим трактам с соединительным трубопроводом, согласно изобретению на газоподводящих трактах установлены запорные устройства, входные устройства компрессоров объединены общим патрубком, от которого отходят параллельные трубопроводы с установленными на них запорными органами, причем на одном трубопроводе установлен приводной нагнетатель.
За турбиной турбокомпрессора с меньшим сечением соплового аппарата установлен орган, регулирующий расход газа.
Приводной нагнетатель, расположенный в одном из параллельных дополнительных трубопроводов, включается от постороннего источника.
На чертеже показаны основные элементы двигателя.
V-образный двигатель внутреннего сгорания 1 содержит два турбокомпрессора 2 и 3, один из них, турбокомпрессор 2 имеет большее сечение соплового аппарата турбины (Т), другой турбокомпрессор 3 - меньшее на 25…30%, чем у турбокомпрессора 2. Подвод выпускных газов к каждому из турбокомпрессоров осуществляется по отдельным газоподводящим трактам 4, 5, соединенным соединительным трубопроводом 6. На газоподводящих трактах 4, 5 установлены запорные устройства 7, 8, позволяющие включать (отключать) каждый из двух турбокомпрессоров и обеспечивать их совместную работу с дополнительным включением регулирующего органа 11 за турбокомпрессором 3. Для отключения каждого из турбокомпрессоров предусмотрены дополнительные запорные устройства 9, 10 на напорных трубопроводах компрессоров (К).
Входные устройства компрессоров объединены одним общим трубопроводом 12, к нему подключены два дополнительных параллельных трубопровода 13, 14 с установленными на них запорными органами 15, 16. На трубопроводе 13 установлен приводной нагнетатель 17, который включается при необходимости.
При этом запорный орган 16 закрыт, а запорный орган 15 открыт. При работе двигателя без приводного нагнетателя запорный орган 16 - открыт, а 15 - закрыт. Для аварийного останова двигателя предусматривается закрытие запорных органов (запорных устройств) 15, 16 и 9, 10.
На статических режимах в области низких частот вращения коленчатого вала двигатель 1 работает с турбокомпрессором 3, имеющим меньшую площадь соплового аппарата, при этом запорные устройства 7, 9 закрыты, а запорные устройства 8, 10 и регулирующий орган 11 открыты. Выпускные газы с двигателя из обоих газоподводящих трактов 4 и 5 поступают в турбину (Т) турбокомпрессора 3, причем газ из тракта 4 поступает через трубопровод 6. При необходимости для повышения давления наддува может включаться приводной нагнетатель 17. В момент включения приводного нагнетателя запорный орган 15 открыт, а запорный орган 16 - закрыт. Воздух через фильтр 18 поступает в нагнетатель 17, где происходит его предварительное сжатие, затем воздух поступает в компрессор (К) турбокомпрессора 3 и далее через охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) 19 - в ресивер двигателя. Турбокомпрессор 3 обеспечивает работу двигателя в зоне низких частот вращения коленчатого вала (первая зона эксплуатационных режимов).
С увеличением частоты вращения коленчатого вала и крутящего момента включается турбокомпрессор 2 с большим сечением соплового аппарата, а турбокомпрессор 3 отключается, при этом запорные устройства 7, 9 открыты, а устройства 8, 10 - закрыты. Турбокомпрессор 2 обеспечивает работу двигателя на средних частотах вращения коленчатого вала (вторая зона эксплуатационных режимов).
При переходе на эксплуатационные режимы, близкие к номинальным (третья зона эксплуатационных режимов), параллельно турбокомпрессору 2 подключается турбокомпрессор 3, все запорные устройства 7, 8, 9, 10 открыты. Для ограничения частоты вращения ротора турбокомпрессора 3 и перераспределения расходов между турбокомпрессорами 2 и 3 служит регулирующий орган 11.
При переходе на работу с турбокомпрессора 3 на турбокомпрессор 2 (из первой зоны эксплуатационных режимов двигателя во вторую) или при переходе с работы турбокомпрессора 2 на работу двух одновременно 2 и 3 (из второй зоны в зону три) из-за резко увеличивающегося суммарного проходного сечения сопловых аппаратов происходит снижение давления наддува.
Для компенсации снижения давления наддува при переходе из одной зоны эксплуатационных режимов в другую при работе вблизи ограничительной характеристики и для ускорения переходных процессов включается приводной нагнетатель 17. Если система воздухоснабжения обеспечивает режимы работы двигателя турбокомпрессорами, то приводной нагнетатель не включается.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания позволяет включать в работу каждый турбокомпрессор в отдельности или оба вместе, а по мере необходимости подключать и приводной нагнетатель. При этом обеспечиваются три зоны работы двигателя с высоким давлением наддува, высокой ограничительной характеристикой и экономичностью.