КОМБИНИРОВАННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Комбинированная силовая установка.
Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности силовой установки, включающей газотурбинный двигатель, винтовой компрессор, пневматический мотор-компрессор, тепловой аккумулятор-теплообменник и пневмоаккумулятор.
Известна комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов. (Руднев В.В., Хасанова М.Л., и др. Патент на полезную модель №70690, приоритет от 21 мая 2007 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор пневматический двигатель с внешним подводом теплоты, работающий по двухтактному циклу. Головка ДВС и головка пневмодвигателя установлены в тепловом аккумуляторе, а компрессор соединен с баллоном через теплообменник.
Недостатком этой комбинированной установки является ограниченный ресурс двигателя с внешним подводом теплоты, так как отработавшие газы ДВС проходят непосредственно через него.
Известна комбинированная силовая установка. (Руднев В.В., Хасанова М.Л., и др. Патент на полезную модель №145689, приоритет от 11 марта 2014 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, пневмоаккумулятор с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, мотор-компрессором с выпускным регулируемым запорным клапаном.
Недостатками этой комбинированной установки являются низкие эффективные показатели поршневого двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах, малый коэффициент полезного действия и низкая надежность фрикционных передач.
Данная конструкция силовой установки является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности комбинированной силовой установки за счет увеличения коэффициента полезного действия компрессора и механизма передачи крутящего момента.
Решение поставленной задачи достигается тем, что вместо поршневого двигателя внутреннего сгорания установлен тепловой аккумулятор-теплообменник с газотурбинным двигателем с валом, муфтой соединенный с винтовым компрессором, а выходной трубопровод винтового компрессора через золотниковый клапан с теплообменником Крутящий момент с газотурбинного двигателя (работающего на установившемся экономичном режиме) передается только на винтовой компрессор. Газотурбинный двигатель и винтовой компрессор имеют высокие по сравнению с поршневыми двигателями и поршневыми компрессорами эффективные показатели на установившихся режимах работы.
Анализ предлагаемого решения и известных, позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели. Предложение поясняется рисунком (фиг. 1), где изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки.
Предлагаемая комбинированная силовая установка содержит: газотурбинный двигатель 1, выпускной коллектор 2, тепловой аккумулятор-теплообменник 3, пневмоаккумулятор 4 с впускным регулируемым запорным клапаном 5 и теплообменником 6. Вал 7 газотурбинного двигателя 1 муфтой 8 соединен с валом 9 винтового компрессора 10. Выходной трубопровод 11 мотор-компрессора 12 соединяется с выпускным регулируемым запорным клапаном 13 и золотниковым клапаном 14. Входной трубопровод 15 мотор-компрессора 12 соединяется с атмосферным золотниковым клапаном 16, тепловым аккумулятором-теплообменником 3, который через золотниковый клапан 17 соединен с теплообменником 6. Выходной трубопровод 18 винтового компрессора 10 соединяется через золотниковый клапан 19 с теплообменником 6.
Предлагаемая комбинированная силовая установка работает на двух режимах:
Первый режим - рабочий:
Газотурбинный двигатель 1 работает на установившемся экономичном режиме, передавая мощность с вала 7 через муфту 8 на вал 9 винтового компрессора 10, который забирает воздух из атмосферы и нагнетает через золотниковый клапан 19 и охладитель теплообменника 6 в баллон пневмоаккумулятора 4, где происходит его накопление.
Теплота газотурбинного двигателя 1 и теплота его отработавших газов поступают в тепловой аккумулятор-теплообменник 3, накапливаются в нем.
Из пневмоаккумулятора 4 сжатый воздух, управляемый впускным регулируемым запорным клапаном 5, нагреваясь сначала в теплообменнике 6, проходит через золотниковый клапан 17, затем, нагреваясь в тепловом аккумуляторе-теплообменника 3, разогретый сжатый воздух подается в пневматический мотор-компрессор 12, заставляя его вырабатывать в режиме «мотора» полезную эффективную мощность, передаваемую на нагрузку (например колеса автомобиля). Воздух из мотор-компрессора 12 через выпускной регулируемый запорный клапан 13 поступает в атмосферу. Мощность на валу мотор-компрессора 12 регулируется пропускной способностью впускного регулируемого запорного клапана 5 и выпускного регулируемого запорного клапана 13.
Второй режим - рекуперации:
Газотурбинный двигатель 1 работает на установившемся экономичном режиме, передавая мощность с вала 7 через муфту 8 на вал 9 винтового компрессора 10, который в забирает воздух из атмосферы и нагнетает через золотниковый клапан 19 и охладитель теплообменника 6 в баллон пневмоаккумулятора 4, где происходит его накопление.
Крутящий момент передается от нагрузки (с колес автомобиля) через вал мотор-компрессора 12, который в режиме «компрессора» забирает воздух из атмосферы через золотниковый клапан 16 и нагнетает через золотниковый клапан 14 и охладитель теплообменника 6 в баллон пневмоаккумулятора 4, где происходит его накопление.
По сравнению с прототипом предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов имеет значительно большую приемистость, так как отсутствует жесткая связь с газотурбинным двигателем, имеет более высокие эффективные показатели по причине работы последнего на установившее мся экономичном режиме. Газотурбинный двигатель и винтовой компрессор имеют высокие по сравнению с поршневыми двигателями и поршневыми компрессорами эффективные показатели на установившихся режимах работы.