СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателе-строению, и может быть использовано для повышения эффективности силовых установок, а также для получения из углеводородного сырья (нефти или газового конденсата) топлив для дизельных силовых установок, работающих в труднодоступных районах.
Известны силовые установки, в которых теплота отработавших газов используется для теплоснабжения потребителей. Отработавшие газы используются для подогрева воды, играющей роль теплоносителя, которая затем подается к потребителю и передает ему полученную теплоту (Кривов В.Г., Синатов С.А. Повышение эффективности дизельных электроустановок путем утилизации отходящей теплоты - Двигателестроение, 1979, №10, с. 14-18).
Однако для реализации преимуществ таких силовых установок необходимо наличие в непосредственной близости к ним потребителя тепловой энергии.
Известны силовые установки, в которых теплота отработавших газов используется для подогрева воды, которая, превращаясь в пар в испарителе, подается к турбине турбокомпрессора дизеля для совершения дополнительной работы (Кривов В.Г., Синатов С.А. Повышение эффектив-
ности дизельных электроустановок путем утилизации отходящей теплоты - Двигателестроение, 1979, № 10, с. 14-18). Это позволяет увеличить мощность турбины турбокомпрессора.
Однако резервы повышения экономичности дизеля за счет увеличения мощности турбины турбокомпрессора ограничены, что не позволяет значительно повысить эффективность и экономичность силовой установки. Силовая установка существенно усложняется и требует питания водой из внешнего источника.
Известна силовая установка (авторское свидетельство СССР № 1321880, МПК F 02 G 5/02, 1985, опубл. 07.07.87, бюл. № 25), включающая в себя дизель, соединенный с электрическим генератором, котел-утилизатор с топочной камерой, подключенный газовпускным патрубком к выхлопному коллектору дизеля, магистраль подачи питательной воды и теплоизоляционный кожух камеры. Магистраль впуска воздуха в дизель подключена к воздушной рубашке топочной камеры. Каждая из магистралей выполнена в виде двух параллельных перекрываемых ветвей. В одну из ветвей соответствующей магистрали включен водовоздушный теплообменник. Отработавшие газы из выпускного коллектора дизеля по соединительному трубопроводу подаются к выпускному патрубку регистра котла. Регистром отработавшие газы направляются в топочную камеру, в которой, благодаря наличию в них недоиспользованного в дизеле возду-
ха, осуществляется сгорание подаваемого в котел топлива. Образующиеся дымовые газы отдают свое тепло питательной воде. Воздух в дизель поступает из атмосферы через впускной патрубок кожуха. В цилиндры дизеля поступает подогретый воздух, что улучшает процесс сгорания и повышает температуру отработавших газов.
Этой силовой установке присущи следующие недостатки:
1. Эффективное использование установки возможно лишь при наличии в непосредственной близости от нее потребителя тепловой энергии. При отсутствии такового эффективность работы силовой установки такая же, как у дизеля, работающего в ее составе.
2. Не решается проблема обеспечения топливом силовых установок, работающих в удалении от населенных пунктов, к которым затруднен подвоз топлива.
Известна также силовая установка (патент России RU № 2200241, С2 F 02 G 5/02, С 10 G 7/00, 2001, опубл. 10.03.03, бюл. № 7), содержащая дизель, соединенный с электрическим генератором, топливный бак дизеля, котел-утилизатор, соединенный газовпускным патрубком с выпускным патрубком дизеля, магистраль подачи теплоносителя в котел-утилизатор согласно изобретению снабжена баком для углеводородного сырья, который соединен с магистралью подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор, оборудована испарительной колонной, соединенной входным
патрубком с патрубком вывода углеводородного сырья из котла-утилизатора, снабжена теплообменником для мазута, полость для углеводородного сырья которого включена в магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор, снабжена охлаждающим теплообменником, причем теплообменники своими входными патрубками соединены соответственно с нижним и верхним выходными патрубками испарительной колонны, а также имеет бак для мазута и бак для светлых топливных фракций, соединенные с выходными патрубками соответственно теплообменника для мазута и охлаждающего теплообменника, причем воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены трубопроводом с впускным патрубком системы питания воздухом дизеля.
Недостатком этой силовой установки являются:
1. Зависимость температурного режима в котле-утилизаторе и производительности утилизационной установки от режима работы дизеля, так как температура отработавших газов последнего существенно изменяется при изменении режима работы дизеля.
2. Невозможность получения из углеводородного сырья (нефти или газового конденсата) топлив для дизельных силовых установок при неработающем дизеле.
Данная конструкция силовой установки является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является обеспечение стабильности температурного режима в котле-утилизаторе и производительности утилизационной установки при изменениях режима работы дизеля, а также возможности получения топлив из углеводородного сырья (нефти или газового конденсата) в течение 10-12 часов после остановки дизеля.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в силовой установке, содержащей дизель, соединенный с электрическим генератором; топливный бак дизеля; котел-утилизатор, соединенный газовпускным патрубком с выпускным патрубком дизеля; магистраль подачи теплоносителя в котел-утилизатор; бак для углеводородного сырья, который соединен с магистралью подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор; испарительную колонну, соединенную входным патрубком с патрубком вывода углеводородного сырья из котла-утилизатора; теплообменник для мазута, полость для углеводородного сырья которого включена в магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор; теплообменник-охладитель, который своими входными патрубками соединен соответственно с нижним и верхним выходными патрубками испарительной колонны; бак для мазута и бак для светлых топливных фракций, соединенных с выходными патрубками соответственно теплообменника для мазу-
та и теплообменника-охладителя, так, что воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены трубопроводом с впускным патрубком системы питания воздухом дизеля, внутреннее пространство котла-утилизатора заполнено промежуточным теплоносителем (теплоаккумулирующим материалом фазового перехода с высокой энергоемкостью), который получает теплоту от походящих через окружающую наружную стенку котла-утилизатора рубашку, теплоизолированную снаружи.
Использование промежуточного теплоносителя позволяет стабилизировать температуру во внутреннем контуре котла-утилизатора при работе дизеля на различных режимах, а также сохранять высокую температуру во внутреннем контуре котла-утилизатора в течение 10-12 часов после остановки дизеля за счет высокой энергоемкости теплоаккумулирующего материала и его теплоизоляции от окружающей среды.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство предлагаемой силовой установки.
Силовая установка содержит дизель 1 с воздушным фильтром 2, впускным патрубком 3, турбокомпрессором 4, выпускным патрубком 5, топливным баком 6, топливными фильтрами грубой 7 и тонкой 8 очистки,
топливоподкачивающим насосом 9, топливным насосом высокого давления 10. Дизель соединен с электрическим генератором 11. Выпускной патрубок 5 дизеля соединен с газовпускным патрубком котла-утилизатора 12, внутреннее пространство которого заполнено промежуточным теплоносителем (теплоаккумулирующим материалом фазового перехода с высокой энергоемкостью) 13, а наружная поверхность окружена рубашкой 14 для прохождения отработавших газов дизеля. Наружная поверхность рубашки 14 изолирована от окружающей среды теплоизолирующей оболочкой 15. Газовыпускной патрубок котла-утилизатора соединяется с выхлопной трубой 16. Магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор включает насос 17, полость для углеводородного сырья теплообменника 18 мазута. Насос 17 муфтой с валом электродвигателя 19. Магистраль углеводородного сырья котла-утилизатора соединена с входным патрубком испарительной колонны 20. На трубопроводе, соединяющем котел-утилизатор с испарительной колонной, установлен измеритель 21 температуры. Верхний выходной патрубок испарительной колонны соединен с теплообменником-охладителем 22, имеющим воздушный вентилятор 23, установленный на валу электродвигателя 19. На трубопроводе, соединяющем испарительную колонну с охлаждающим теплообменником, и на трубопроводе подачи углеводородного сырья в теплообменник 18 для мазута установлены манометры 24. Ниж-
ний выходной патрубок испарительной колонны соединяется с мазутной полостью теплообменника 18 для мазута. Силовая установка содержит также бак 25 для углеводородного сырья, бак 26 для мазута и бак 27 для светлых топливных фракций. Каждый бак имеет трубку 28 для контроля уровня жидкости в баке. Баки для мазута и светлых топливных фракций имеют сливные патрубки с кранами соответственно 29 и 30. Бак для светлых топливных фракций соединен с топливным баком дизеля трубопроводом 31 с краном 32. Воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены с впускным патрубком дизеля трубопроводом 33 с вентилем 34. На трубопроводе слива светлых топливных фракций в бак 27 для светлых топливных фракций имеется смотровое окно 35.
Работа установки осуществляется следующим образом. Углеводородное сырье из бака 25 насосом 17, привод которого осуществляется от электродвигателя 19, поступает в полость углеводородного сырья теплообменника 18 для мазута, где происходит подогрев сырья за счет теплообмена с горячим мазутом. Далее углеводородное сырье подается в котел-утилизатор 12. Отработавшие газы дизеля 1 из выпускного патрубка 5 поступают в котел-утилизатор 12, где передают часть теплоты промежуточному теплоносителю 13 и от него углеводородному сырью, температура которого повышается до требуемой величины. Далее отра-
ботавшие газы через выхлопную трубу 16 выбрасываются в атмосферу. Из котла-утилизатора нагретое углеводородное сырье подается в испарительную колонну 20. Светлые топливные фракции превращаются в испарительной колонне в пар и поднимаются в ее верхнюю часть, откуда поступают в теплообменник-охладитель 22, обдуваемый воздухом, который нагнетается вентилятором 23, приводимым в движение от электродвигателя 19. В теплообменнике-охладителе происходит конденсация паров светлых топливных фракций. После этого жидкие светлые топливные фракции подаются в бак 27 для светлых топливных фракций. Мазут стекает в нижнюю часть испарительной колонны и поступает в мазутную полость теплообменника 18 для мазута, где отдает часть теплоты холодному углеводородному сырью. После этого охлажденный мазут сливается в бак 26 для мазута. Для контроля температуры углеводородного сырья на входе в испарительную колонну, давления паров светлых топливных фракций на выходе из испарительной колонны и давления углеводородного сырья на входе в теплообменник для мазута предусмотрены измеритель 21 температуры и манометры 24. Контроль уровня углеводородного сырья и продуктов его переработки осуществляется с помощью трубок 28. Для наблюдения за агрегатным состоянием светлых топливных фракций, поступающих в бак 27, предусмотрено смотровое окно 35. Поддержание температуры углеводородного сырья на входе в испарительную
колонну на требуемом уровне на различных режимах работы дизеля обеспечивается за счет промежуточного теплоносителя (теплоаккумулирующего материала фазового перехода с высокой энергоемкостью) 13, стабилизирующего температуру во внутренней полости котла-утилизатора 12 на уровне его фазового перехода из твердого состояния в жидкое или наоборот.
Отбор готовых продуктов из баков осуществляется по сливным патрубкам с кранами 29 на баке 26 для мазута и 30 на баке 27 для светлых топливных фракций.
При необходимости пополнения запаса топлива в топливном баке 6 дизеля 1 кран 32 переводится в открытое положение, и светлые топливные фракции из бака 27 по трубопроводу 31 перетекают в топливный бак 6 дизеля, что позволяет использовать их в качестве топлива для дизеля.
Не сконденсировавшиеся пары мазута и светлых топливных фракций из воздушных пространств баков 26 для мазута 27 и для светлых топливных фракций по трубопроводу 33 с вентилем 34 поступают во впускной патрубок 3 дизеля, где перемешиваются с чистым воздухом, образую горючую топливовоздушную смесь. Это позволяет использовать пары мазута и светлых топливных фракций в качестве топлива для дизеля 1.
Регулирование расхода паров мазута и светлых топливных фракций осуществляется вентилем 34.