Дизель-генераторная установка и система охлаждения такой дизель-генераторной установки
DIESEL GENERATOR SET AND COOLING SYSTEM OF SUCH A DIESEL GENERATOR SET

Группа изобретений относится к области электротехники, а именно к встраиваемым в отсек различного типа машин дизель-генераторным установкам для обеспечения таких машин электроэнергией постоянного тока при неработающем основном двигателе.
Из уровня техники известна дизель-генераторная установка, включающая дизель и генератор, с системами воздушного охлаждения и выпускной системой, дополнительно содержащая коллекторный узел для сбора и удаления отработанного охлаждающего дизель воздушного потока, отработанного охлаждающего генератор воздушного потока и выхлопных газов от глушителя, состоящих из неразъемно-связанных дефлектора и короба сброса, - (Патент РФ на полезную модель №118489, дата подачи заявки: 15.02.2012 г., опубликовано: 20.07.2012 г. Бюл. №20).
Из уровня техники также известна дизель-генераторная установка, работающая на базе двигателя внутреннего сгорания с воздушным охлаждением и выпускной системой, содержащая коллекторный узел для сбора и удаления отработанного охлаждающего дизель воздушного потока, дефлектор, направляющий поток охлаждающий дизель на ребра цилиндра и головку цилиндра двигателя (Патент РФ на полезную модель №117983, дата подачи заявки: 15.02.2012, опубликовано: 10.07.2012 г. Бюл №19).
Общим недостатком известных дизель-генераторных установок является сложность их применения в отсеке с ограниченным объемом при увеличении мощности установки. Проникающие через неплотности стыков узлов и деталей ДГУ газовые потоки от работы дизеля и воздушной системы охлаждения имеют высокую температуру, что существенно увеличивает температуру внутри отсека и, соответственно, дополнительно разогревает узлы и детали ДГУ, а обеспечить герметичность конструкции ДГУ невозможно. Негерметичность ДГУ приводит также и к значительным потерям охлаждающих дизель воздушных потоков. Все это снижает наполнение дизеля свежим воздухом и приводит к потере мощности дизеля или к его заклиниванию. Использование указанных выше известных ДГУ в ограниченном объеме отсека не обеспечивает их надежную работу при увеличении мощности установки из-за недостаточной эффективности системы охлаждения узлов и деталей ДГУ и расположения теплонапряженных узлов и деталей в непосредственной близости от узлов и деталей, которым требуется меньшая тепловая нагрузка для их стабильной работы.
В свете вышеизложенного единым техническим результатом для предлагаемой дизель-генераторной установки и системы охлаждения такой дизель-генераторной установки является увеличение надежности и долговечности работы дизель-генераторной установки и повышение развиваемой дизелем мощности при эксплуатации в отсеке с ограниченным объемом за счет выполнения компоновки ДГУ с распределением узлов и деталей в зависимости от требований к их теплонапряженности (п.1 формулы изобретения) и увеличения эффективности работы системы охлаждения ДГУ (п.6 формулы изобретения).
Технический результат достигается за счет того, что дизель-генераторная установка выполнена, содержащей силовой блок и блок воздухозаборника, пространственно удаленный от силового блока и объединенный с ним соединительным упругим элементом, при этом силовой блок включает дизель с воздушной системой охлаждения и установленные на его коленчатом валу генератор и закрытый кожухом с впускным и выпускным окном маховик-вентилятор, на ступице которого со стороны впускного окна установлен конусообразный шкив-вентилятор с ручьем под пусковой шнур для ручного резервного запуска; блок воздухозаборника содержит воздухозаборник в виде короба с установленными на нем преобразователем напряжения с выпрямительным блоком; соединительный упругий элемент выполнен в виде пластины со сквозными окнами, на одном конце которой неподвижно установлен блок воздухозаборника, а ее другой конец соединен с подрамником, на котором установлен силовой блок, а между стенкой ручья шкива и кожухом предусмотрен зазор, обеспечивающий дополнительный приток воздуха к маховик-вентилятору.
Предпочтительно, если зазор между стенкой ручья шкива и кожухом маховик-вентилятора будет составлять (0,07-0,1) диаметра впускного окна;
Целесообразно, чтобы суммарная площадь сквозных окон соединительного упругого элемента составляла (0,3-0,7) общей площади соединительного упругого элемента.
Рекомендуется, чтобы на подрамнике были предусмотрены, по крайней мере, четыре виброопоры, на которых установлен силовой блок.
Желательно, чтобы выпускное окно в кожухе маховик-вентилятора было выполнено со стороны цилиндра дизеля.
Технический результат достигается также за счет того, что система охлаждения для указанной выше дизель-генераторной установки содержит воздушную систему охлаждения головки и цилиндра дизеля, и одновременно работающую с ней жидкостно-масляную систему охлаждения, состоящую из контура охлаждающей жидкости и контура охлаждения масла, при этом контур охлаждающей жидкости выполнен замкнутым, непрерывно циркулирующим и включает связанные между собой трубопроводами через патрубки подвода и отвода радиатор охлаждения выпрямительного блока преобразователя напряжения, вход которого связан с выходом радиатора охлаждения жидкости, а выход - с жидкостным электронасосом; жидкостно-масляный теплообменник, обеспечивающий охлаждение масла посредством охлаждающей жидкости, вход которого связан с жидкостным электронасосом, а выход с радиатором охлаждения жидкости; расширительный бачок, выход которого связан с жидкостным электронасосом, а вход - с трубопроводом, подающим охлаждающую жидкость от радиатора охлаждения жидкости к радиатору охлаждения выпрямительного блока преобразователя напряжения, чем обеспечивается стравливание воздуха и поддержание в контуре требуемого давления; а контур охлаждения масла выполнен замкнутым, непрерывно циркулирующим и включает последовательно установленные и связанные между собой масляными каналами поддон картера под масло, масляный насос, с помощью которого масло из поддона через фильтр грубой очистки подается в жидкостно-масляный теплообменник, установленный на картере дизеля с помощью переходника с подводящими и отводящими масляными каналами, связанными с соответствующими каналами теплообменника, масляный фильтр и масляные каналы дизеля, обеспечивающие подачу к трущимся деталям дизеля охлажденного в теплообменнике и очищенного в масляном фильтре масла, которое после смазывания и охлаждения трущихся деталей стекает в поддон картера дизеля, причем объем охлаждающей жидкости, заправляемой в контур охлаждающей жидкости, составляет (0,7-0,9) объема масла, заправляемого в масляный контур.
Предпочтительно, если радиатор охлаждения выпрямительного блока будет встроен в преобразователь напряжения.
Рекомендуется, чтобы расширительный бачок и радиатор охлаждения жидкости были установлены на воздухозаборнике, а жидкостной электронасос - на подрамнике.
Желательно, чтобы на радиаторе охлаждения жидкости был предусмотрен осевой электрический вентилятор для дополнительного охлаждения жидкости, при этом указанные радиатор и вентилятор были установлены на воздухозаборнике таким образом, чтобы осевой электрический вентилятор находился напротив дизеля, что обеспечит еще и дополнительное охлаждение дизеля.
Изобретение поясняется с помощью графических материалов, на которых:
на фиг. 1 - изображена дизель-генераторная установка;
на фиг. 2 - изображен силовой блок со стороны шкива-вентилятора;
на фиг. 3 - изображен силовой блок со стороны генератора;
на фиг. 4 - изображен блок воздухозаборника, общий вид;
на фиг. 5 - изображена схема воздушной системы охлаждения дизеля;
на фиг. 6 - изображена схема контура охлаждающей жидкости;
на фиг. 7 - изображена схема масляного контура;
на фиг. 8 - изображен соединительный упругий элемент.
Дизель-генераторная установка содержит силовой блок 1 и блок воздухозаборника 2, пространственно удаленный от силового блока 1 и объединенный с ним соединительным упругим элементом 3.
Силовой блок 1 включает дизель 4 с воздушной системой охлаждения головки и цилиндра (фиг. 5) и установленные на коленчатом валу дизеля генератор 5 и закрытый кожухом 6 с впускным 7 и выпускным 8 окном для подачи охлаждающего воздуха маховик-вентилятор 9, на ступице которого со стороны впускного окна 7 установлен конусообразный шкив-вентилятор 10 с ручьем под пусковой шнур для ручного резервного запуска. При этом шкив-вентилятор 10 установлен с зазором 0,07 - 0,1 диаметра впускного окна 7 между стенкой ручья и кожухом 6 маховик-вентилятора 9, через который подается основной поток охлаждающего воздуха к маховик-вентилятору 9, а затем через указанное выпускное окно 8, выполненное со стороны головки и цилиндра дизеля 4, к указанным головке и цилиндру дизеля 4. Лопасти шкив-вентилятора 10 работают аналогично лопастям осевого вентилятора и обеспечивают дополнительный напор воздуха к маховик-вентилятору 9.
Величина зазора выбрана экспериментально для обеспечения необходимого притока воздуха.
Для увеличения площади контакта с охлаждающим потоком воздуха и, соответственно, лучшего отведения тепла на цилиндре и головке цилиндра дизеля 4 выполнены ребра 11.
Блок воздухозаборника 2 состоит из воздухозаборника 12, выполненного в виде открытого сверху короба, на котором, в частности, установлен требующий низкой тепловой нагрузки во время работы ДГУ преобразователь напряжения 13 с выпрямительным блоком 14.
Соединительный упругий элемент 3 представляет собой изогнутую пластину со сквозными окнами 15, на одном конце которой неподвижно с помощью крепежных элементов установлен блок воздухозаборника 2, а другой соединен с подрамником 16 силового блока 1. Силовой блок 1 смонтирован на подрамнике 16 с помощью, по крайней мере, четырех виброопор 17. Размещение упомянутых блоков на удалении друг от друга позволяет отделить наиболее теплонапряженные узлы дизель-генераторной установки от узлов, которым требуется низкая тепловая нагрузка.
Окна 15 соединительного упругого элемента 3 помимо снижения массы установки дополнительно обеспечивают низкую теплопередачу от сильно нагревающегося силового блока 1 к элементам блока воздухозаборника 2. Для достижения снижения теплопередачи соединительного упругого элемента 3 целесообразно, чтобы суммарная площадь окон 15 составляла 0,3-0,7 общей площади соединительного упругого элемента 3. Это соотношение определено экспериментально из соображений баланса достаточной прочности и эффективной термоизоляции соединительного упругого элемента 3.
При работе дизель-генераторной установки вместе с элементами ДГУ нагревается и масло. При достижении температуры выше 135°С теряются свойства масла, что приводит к выходу из строя элементов всего двигателя. В связи с чем одновременно с воздушной системой охлаждения в дизель-генераторной установке целесообразно использовать принудительную жидкостно-масляную систему охлаждения, состоящую из контура охлаждающей жидкости (фиг. 6) и контура охлаждения масла (фиг. 7).
Контур охлаждающей жидкости выполнен замкнутым, непрерывно циркулирующим и включает связанные между собой через патрубки подвода и отвода трубопроводами 18 радиатор охлаждения (не показан) выпрямительного блока 14 преобразователя напряжения 13, вход которого связан с выходом радиатора охлаждения жидкости 19, а выход - с жидкостным электронасосом 20, жидкостно-масляный теплообменник 21, обеспечивающий охлаждение масла посредством охлаждающей жидкости, вход которого связан с жидкостным электронасосом 20, а выход с радиатором охлаждения жидкости 19, расширительный бачок 22, выход которого связан с жидкостным электронасосом 20, а вход - с трубопроводом, подающим охлаждающую жидкость от радиатора охлаждения жидкости 19 к радиатору охлаждения выпрямительного блока 14 преобразователя напряжения 13. В расширительном бачке 22 выполнена заливная горловина, через которую производится наполнение контура охлаждающей жидкостью до необходимого уровня. Заливная горловина закрывается пробкой с клапаном для обеспечения рабочего давления в контуре.
Контур охлаждения масла выполнен замкнутым, непрерывно циркулирующим и включает последовательно установленные и связанные между собой через масляные каналы поддон картера под масло (не показан), масляный насос 23, с помощью которого масло из поддона через фильтр грубой очистки 24 подается в жидкостно-масляный теплообменник 21, установленный на переходнике 25 с подводящими и отводящими масляными каналами, связанными с соответствующими каналами теплообменника 21, масляный фильтр 26 и масляные каналы дизеля, обеспечивающие подачу охлажденного в теплообменнике и очищенного в масляном фильтре масла к трущимся деталям дизеля 4, которое после смазывания и охлаждения трущихся деталей стекает в поддон картера дизеля.
Жидкостно-масляный теплообменник 21 установлен на картере дизеля 4 с помощью переходника 25 с подводящими и отводящими масляными каналами, связанными с соответствующими каналами теплообменника 21.
Экспериментально установлено, что для охлаждения масла до рабочей температуры, например, 90-110°С требуется, чтобы объем охлаждающей жидкости, заправляемой в контур охлаждающей жидкости, составлял 0,7-0,9 объема масла, заправляемого в масляный контур.
Расширительный бачок 22 и радиатор охлаждения жидкости 19 так же, как и преобразователь напряжения 13, установлены на воздухозаборнике 12, а жидкостной электронасос 20 - на подрамнике.
На радиаторе охлаждения жидкости 19 предусмотрен осевой электрический вентилятор 27 для дополнительного охлаждения жидкости, при этом указанные радиатор 19 и вентилятор 27 установлены на воздухозаборнике 12 таким образом, чтобы осевой электрический вентилятор 27 находился напротив дизеля 4.
В контуре охлаждающей жидкости используется, например, пластинчатый жидкостно-масляный теплообменник 21 с раздельными герметичными полостями, а в качестве охлаждающей жидкости, например, антифриз.
Дизель-генераторная установка работает следующим образом. Создаваемый маховиком-вентилятором 10 и шкивом-вентилятором 9 поток воздуха отводит тепло, выделяемое дизелем 4 через ребра цилиндра и головки цилиндра, и с помощью кожуха головки цилиндра оптимально распределяется и поддерживает необходимую рабочую температуру деталей дизеля 4.
Попадающий на силовой блок 1 поток воздуха от электрического вентилятора 27 создает дополнительное охлаждение дизеля 4.
Жидкостно-масляная система охлаждения работает следующим образом. Циркулирующая благодаря жидкостному насосу 20 охлаждающая жидкость в соответствующем контуре проходит через жидкостно-масляный теплообменник 21, в котором забирает тепло от нагретого масла масляного контура, после чего отдает тепло в радиаторе охлаждения жидкости 19 и поступает к радиатору охлаждения выпрямительного блока 14 преобразователя напряжения 13. Далее цикл повторяется.