ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
GENERATOR PLANT

Настоящее изобретение относится к области энергетического машиностроения и может найти применение в качестве генераторной установки для получения электрического тока.
Известен термогенератор ТГK-3, содержащий 20-линейную керосиновую лампу, теплопередатчик, два блока термобатарей, вытяжную трубу, ребра охлаждения. Напряжение анодной батареи - 2 В, напряжение накальной батареи - 2 В, ток накальной батареи 0,5 А, расход керосина - 60-70 г/час. [Справочник радиолюбителя под ред. А.А. Куликовского, изд. 3, Государственное энергетическое издательство, М-Л., 1961, с.318-319, рис.16,1].
Hедостатками аналога являются: небольшой ток и напряжение, низкий КПД, большие тепловые потери, загрязнение окружающей среды продуктами горения.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией термогенератора.
Известна также дизель-генераторная установка ДГА-100-2, содержащая раму, на которой установлены дизельный двигатель, генератор электрического тока, механически соединенные между собой, пульт управления. Число оборотов - 1500, мощность дизель-генератора - 100 кВт, род тока - переменный, напряжение - 230 и 400 В. [Государственный Комитет Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению, 1 серия, Машиностроение и автоматика, Дизелестроение, ЦБТИ, М., 1961, с.71-76, рис.10].
Известная дизель-генераторная установка ДГА-100-2, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.
Недостатками известной дизель-генераторной установки, принятой за прототип, являются: большой расход топлива, большие тепловые потери, недостаточная мощность.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией дизельного двигателя.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик генераторной установки.
Технический результат обеспечивается тем, что в дизель-генераторной установке, содержащей раму, силовую установку, генератор электрического тока, механически соединенный с силовой установкой, закрепленные на раме, тепловой щит управления, согласно изобретению силовая установка представляет собой двухтактный дизельный двигатель с вибромеханизмами, по одному на каждый цилиндр, одинаковыми по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и содержит две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом во внешнее зацепление, закрепленные на осях с возможностью вращения навстречу друг другу, каждая из которых имеет по одному дебалансу, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен, кроме того, на оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, которая расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек, повернутых друг к другу своими зубьями, привернутых болтами к цилиндру, и входящая c ними попеременно в зацепление, причем количество цилиндров в двигателе четное.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид генераторной установки;
на фигуре 2 - общий вид силовой установки;
на фигуре 3 - вид на силовую установку сзади;
на фигуре 4 - вид на силовую установку спереди;
на фигуре 5 - кинематическая схема силовой установки;
на фигуре 6 - принципиальная схема силовой установки;
на фигуре 7 - общий вид поршня;
на фигуре 8 - вид на поршень справа;
на фигуре 9 - вид на поршень сверху;
на фигуре 10 - вид на поршень снизу;
на фигуре 11 - положение вибромеханизма в поршне в разрезе;
на фигуре 12 - общий вид вертикальных зубчатых неподвижных реек;
на фигуре 13 - вид сверху на вертикальные зубчатые неподвижные рейки;
на фигурах 14, 15 - работа двухтактного дизельного двигателя;
на фигурах 16, 17 - работа вибродвигателя.
Генераторная установка содержит раму 1, силовую установку 2, которая посредством соединительного вала через разобщительную муфту 3, имеющую рычаг управления 4, соединена с генератором электрического тока 5, на корпусе которого закреплен возбудитель 6, вал которого механически соединен с валом генератора, а выход электрически связан с его обмотками возбуждения. Силовая установка и генератор электрического тока привернуты болтами к раме. К ней же на стойках 7 прикреплен тепловой щит управления 8, имеющий коробку 9 для подключения потребителей электрического тока. Силовая установка представляет собой четырехцилиндровый двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров 10 с рубашкой охлаждения 11 и продувочными окнами 12, одно из которых соединено с выпускной трубой 13, а другое - с выпускным патрубком воздуходувки 14, имеющей воздушный фильтр 15, головку блока 16 с форсунками 17. В нижней части блока цилиндров имеется картер 18, в котором установлен коленчатый вал 19, который посредством штоков 20 и шатунов 21 соединен с поршнями 22, вставленными в цилиндры 23. Картер закрыт крышкой 24. Дизельный двигатель содержит также системы: питания с топливным баком 25, охлаждения, смазки и запуска. На переднем конце коленчатого вала закреплен маховик 26, зубчатый венец которого через шестерню 27 соединен с валом генератора-стартера 28. Зубчатая шестерня 29, закрепленная на заднем конце коленчатого вала, через шестерни 30, 31, 32 приводит в движение насос высокого давления 33 с рычагом регулирования подачи топлива 34, топливный 35, масляный 36, водяной 37 насосы и воздуходувку. Вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости 38 поршня. Каждый из них представляет собой две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом во внешнее зацепление. Шестерни закреплены на осях 40, установленных в подшипниках поршня и зафиксированных заглушками 41. Шестерни установлены с возможностью вращения навстречу друг другу и каждая имеет по одному дебалансу 42, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке (фиг.16), расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения цилиндрических шестерен. На оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня 43, имеющая зубья на одной половине наружной окружности. Она расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек 44, повернутых друг к другу своими зубьями и выполненных заодно с поперечной планкой 45, которая привернута болтами к цилиндру. Приводная шестерня попеременно входит в зацепление то с одной, то с другой зубчатой рейкой.
Работает генераторная установка следующим образом.
После запуска силовой установки 2 генератором-стартером 28 рычаг управления разобщительной муфтой 4 переводится в положение “включено” и разобщительная муфта 3 соединяет силовую установку 2 с генератором электрического тока 5. С ними вместе приходит во вращение и возбудитель 6, который вырабатывает электрический ток и питает им обмотки возбуждения генератора электрического тока 5. Напряжение с выхода генератора электрического тока 5 поступает на тепловой щит управления 8, а с него через коробку подключения 9 идет к потребителям, при этом четырехцилиндровый двухтактный дизельный двигатель силовой установки 2 работает следующим образом. В исходном положении (фиг.14) поршень 22 находится в нижней мертвой точке. Продувочные окна 12 открыты. Воздуходувка 14 засасывает из атмосферы воздух через воздушный фильтр 15 и подает его в цилиндр 23. Поступающий воздух вытесняет в выпускную трубу 13 отработанные газы. При этом цилиндрические шестерни 39 находятся в положении, показанном на фигуре 16, а приводная шестерня 43 своими зубьями вошла в зацепление с левой неподвижной зубчатой рейкой 44. Далее поршень 22 начинает подниматься вверх, перекрывает продувочные окна 12 и сжимает воздух в цилиндре. Вместе с поршнем 22 поднимается приводная шестерня 43. Она перекатывается по зубьям левой неподвижной зубчатой рейки 44, вращаясь в направлении, показанном на фигуре 16 стрелкой, приводя во вращение цилиндрические шестерни 39, а вместе с ними и дебалансы 42. За время движения поршня 22 от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки дебалансы 42 повернутся на 180 градусов, совершая криволинейное движение в верхней части цилиндра 23. Составляющие сил инерции Fи дебалансов 42, действующие вдоль цилиндра, в его верхней части суммируются и направлены в сторону движения поршня 22, а через поршень 22, шток 20 и шатун 21 приложены к коленчатому валу 19 и увеличивают давление на него. Достигнув верхней мертвой точки, дебалансы 42 займут положение, показанное на фигуре 17, а приводная шестерня 43 выйдет из зацепления с левой неподвижной зубчатой рейкой 44 и войдет в зацепление с правой неподвижной зубчатой рейкой 44. Составляющие сил инерции Fи, действующие поперек цилиндра, взаимно уравновешиваются. Как только поршень 22 займет положение, показанное на фигуре 15, сжатый воздух нагреется до высокой температуры. Топливо из топливного бака 25 топливным насосом 35 подается в насос высокого давления 33, а он через форсунку 17 впрыскивает его в цилиндр в необходимом количестве. Топливо воспламеняется и образовавшиеся газы давят на поршень 22, который начинает двигаться в сторону нижней мертвой точки, совершая рабочий ход. Приводная шестерня 43 обкатывается по зубьям правой неподвижной зубчатой рейки 44 в направлении, показанном стрелкой на фигуре 17, заставляя вращаться цилиндрические шестерни 39 в том же направлении, что и раньше. Дебалансы 42 совершают криволинейное движение в нижней части цилиндра. Составляющие сил инерции Fи снова суммируются, действуют в продольном направлении, совпадая с направлением движения поршня 22 под действием давления газов. Силы инерции дебалансов 42 через поршень 22, шток 20 и шатун 21 воздействуют на коленчатый вал 19. Когда поршень 22 достигнет мертвой точки, все повторится сначала. При изменении частоты вращения коленчатого вала изменяется и величина составляющих сил инерции дебалансов, прикладываемых к нему. Таким образом, при движении поршня 22 возникают дополнительные силы инерции, приложенные к кривошипам коленчатого вала 19. Так же действуют вибромеханизмы и в других цилиндрах. Чтобы во время работы двигателя не увеличивалась вибрация, количество цилиндров должно быть четное. После окончания работы генераторной установки двигатель останавливается и посредством разобщительной муфты 3 отключается от генератора электрического тока 5.
Изобретение позволяет увеличить давление на кривошипы коленчатого вала, улучшить характеристики двигателя, что позволит получить больше электроэнергии при экономии топлива.