ПРИВОД ТУРБОКОМПРЕССОРА ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроительной технике, конкретнее к приводу турбокомпрессора наддува двигателей внутреннего сгорания, в частности, маневровых тепловозов, и может найти применение как в стационарных так и мобильных дизельных энергетических установках для улучшения эксплуатационных характеристик.
Известен привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания, содержащий зубчатую передачу, подключенную к валу двигателя и к валу компрессора, гидромуфту регулирования передаточного отношения привода, размещенную в цепи зубчатой передачи между зубчатыми колесами, установленные на валах двигателя и компрессора, и дополнительную зубчатую передачу, присоединенную к валу турбины и к валу компрессора, с целью улучшения динамических характеристик и повышения надежности работы, путем разделения потока мощности от вала двигателя к валу компрессора, привод снабжен дополнительной гидромуфтой размещенной в цепи зубчатой передачи параллельно гидромуфте регулирования передаточного отношения привода, а муфта свободного хода подключена через дополнительную зубчатую передачу к валу турбины (АС СССР №1332051, МПК: F02D 23/00. Привод турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, авторов Б.В.Фрадкина и др., БИ №31, 1987 г.)
Недостатком данного привода является то, что на приведение в движение турбокомпрессора затрачивается большое количество энергии, за счет потерь в механическом редукторе и гидромуфтах.
Известен привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания, содержащий входной (впускной) и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, отличающийся тем, что привод содержит дополнительную турбину, ресивер с предохранительным клапаном, нагнетательный трубопровод, управляемый электроклапан и муфту, блок управления, входящий в систему управления, причем дополнительная турбина соединена через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, а вход в дополнительную турбину соединен подающим трубопроводом через управляемый электроклапан с ресивером, который в свою очередь нагнетательным трубопроводом через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, при этом управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером (патент РФ №27647, МПК: F02D 23/00; F02B 39/00, опуб. 10.02.2003, авторы Носырев Д.Я., Романов Д.В. «Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания»).
Недостатком этого привода является снижение надежности работы турбины дополнительного турбокомпрессора и ухудшение эффективных и индикаторных показателей двигателя внутреннего сгорания.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является увеличение производительности основного турбокомпрессора повышением мощности газовой турбины, а также повышение надежности работы дополнительного турбокомпрессора за счет снижения теплонапряженности его деталей.
Технический результат достигается тем, что в привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания, содержащий впускной и выпускной коллекторы, соединенные с основным турбокомпрессором, систему управления, состоящую из блока управления и контроллера машиниста, дополнительный турбокомпрессор, управляемый электроклапан, который выполнен в виде электроклапана-регулятора, дополнительно введены датчик температуры, который установлен в выпускном коллекторе, датчик частоты вращения, который установлен на двигателе внутреннего сгорания, теплообменник-испаритель, теплообменник-подогреватель, автономный водяной насос с приводом и перепускным клапаном, бак-аккумулятор горячей воды с подогревателем воды и сборник конденсата, выход бака-акккумулятора горячей воды через управляемый электроклапан-регулятор, автономный водяной насос с приводом и перепускным клапаном, теплообменник-подогреватель и теплообменник-испаритель соединен с турбиной дополнительного турбокомпрессора, выход которой через теплообменник-подогреватель соединен с входом бака-аккумулятора горячей воды, а выход турбины основного турбокомпрессора через теплообменник-испаритель соединен с подогревателем воды бака-акумулятора горячей воды, выход которого соединен со сборником конденсата и атмосферой, причем датчик температуры, датчик частоты вращения и контроллер машиниста соединены с блоком управления, который в свою очередь, управляет электроклапаном-регулятором и приводом автономного водяного насоса.
Дополнительное введение бака-аккумулятора горячей воды с подогревателем воды, автономного водяного насоса с приводом и перепускным клапаном, теплообменника-испарителя и теплообенника-подогревателя позволит повысить эффективность воздухообмена, его экономичность и снизить теплонапряженность деталей двигателя внутреннего сгорания, снизить время разгона ротора основного турбокомпрессора за счет сокращения времени переходных режимов и при форсировании двигателя внутреннего сгорания. Введение датчика температуры и датчика частоты вращения позволит более точно определить параметры работы двигателя внутреннего сгорания для выработки управляющих воздействий блока управления на переходных режимах и при форсировании двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, введение дополнительных элементов в привод турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, позволит повысить надежность работы дополнительного турбокомпрессора и улучшить его характеристики.
На фиг.1 представлена схема привода турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания.
Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания состоит из: теплообменник-испаритель - 1, теплообменник-подогреватель - 2, основной турбокомпрессор - 3, датчик температуры - 4, датчик частоты вращения - 5, выпускной коллектор - 6, двигатель внутреннего сгорания - 7, впускной коллектор - 8, контроллер машиниста - 9, блок управления - 10, управляемый электроклапан-регулятор - 11, дополнительный турбокомпрессор - 12, бак-аккумулятор горячей воды - 13, перепускной клапан - 14, автономный водяной насос с приводом - 15, подогреватель воды - 16, сборник конденсата - 17.
Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
После запуска двигателя внутреннего сгорания 7 и при смене режимов работы, перемещении рукоятки контроллера машиниста 9 блок управления 10, с учетом показаний датчиков температуры 4 и частоты вращения 5, подает команду на открытие управляемого электроклапана-регулятора 11 и запуск автономного водяного насоса с приводом 15 и перепускным клапаном 14, при этом вода из бака-аккумулятора горячей воды 13 поступает в теплообменник-подогреватель 2, где подогревается и поступает в теплообменник-испаритель 1, где испаряется. Перегретый пар поступает на вход турбины дополнительного турбокомпрессора 12. В турбине пар расширяется, совершает работу и передает энергию компрессору. В компрессоре дополнительного турбокомпрессора воздух сжимается и поступает по впускному коллектору 8 в цилиндры двигателя внутреннего сгорания 7. Подача дополнительного воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания увеличивает его мощность, в результате увеличивается количество отработавших газов, которые через выпускной коллектор 6 поступают на турбину основного турбокомпрессора 3. Количество воздуха подаваемого компрессору основного турбокомпрессора увеличивается, что приводит к увеличению мощности двигателя внутреннего сгорания и к сокращению времени переходных процессов. После совершения работы, отработавшие газы из турбины основного турбокомпрессора 3 поступают в теплообменник-испаритель 1, где испаряют воду, затем через теплообменник-подогреватель 2, где подогревают воду, и далее поступают в подогреватель воды 16 бака-аккумулятора горячей воды 13. В баке-аккумуляторе горячей воды 13 отработавшие газы подогревают воду и через сборник конденсата 17 (конденсат пара, несгоревшие углеводороды, сажа) отводятся в атмосферу. Расширившийся в турбине дополнительного турбокомпрессора 12 пар поступает в теплообменник-подогреватель 2, где также подогревает воду, и поступает в бак-аккумулятор горячей воды 13, где охлаждается и конденсируется.
Оценочные расчеты показывают, что использование дополнительного турбокомпрессора с турбиной, работающей на перегретом паре, позволяет дополнительно к основному турбокомпрессору утилизировать теплоту отработавших газов, подавать на переходных режимах и при форсировании двигателя внутреннего сгорания дополнительный воздух в количестве 15-25%, что приводит к сокращению времени переходных процессов в 1,2-1,5 раза. Одновременно увеличиваются частота вращения ротора основного турбокомпрессора на 3-5% и расход воздуха подаваемого компрессором на 4-6%. Все это увеличивает мощность двигателя внутреннего сгорания и снижает удельный расход топлива на 2-4%.