ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
GENERATOR PLANT

Настоящее изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве генераторной установки для получения электрического тока.
Известен термогенератор ТГК-3, содержащий 20-линейную керосиновую лампу, теплопередатчик, два блока термобатарей, вытяжную трубу, ребра охлаждения. Напряжение анодной батареи 2 В, ток анодной батареи 2 А, напряжение накальной батареи 2 В, ток накальной батареи 0,5 А, расход керосина 60-70 г/час [Справочник радиолюбителя, ред. А.А. Куликовский, изд.3, Государственное энергетическое издательство, М. - Л., 1961, с.318-319, рис.16-1].
Недостатками известного термогенератора ТГК-3 являются: небольшой ток и напряжение на выходе, низкий КПД, большие тепловые потери, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией термогенератора.
Известна также дизель-генераторная установка ДГА-100-2, содержащая раму, на которой установлены дизельный двигатель с топливным баком, генератор электрического тока, который посредством соединительной муфты связан c дизельным двигателем, тепловой щит управления. Число оборотов дизеля 1500, мощность дизель-генератора 100 кВт, род тока - переменный 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: недостаточная мощность, большие тепловые потери, потери на трение, низкий КПД, шум и вибрация при работе, загрязнение окружающей среды выхлопными газами.
Указанные недостатки обусловлены процессами, протекающими в дизельном двигателе, наличием кривошипно-шатунного механизма и большими движущимися массами.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик генераторной установки.
Технический результат обеспечивается тем, что в генераторной установке, содержащей раму, силовую установку, генератор электрического тока, механически соединенный c силовой установкой, закрепленные на раме, тепловой щит управления, согласно изобретению силовая установка выполнена в форме четырехтактного дизельного двигателя, каждый цилиндр которого содержит внутри перегородку, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения, делящую внутренний объем цилиндра на две равные полости, и закрыт снизу нижней крышкой, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения, закрепленной кольцом, привернутым болтами к блоку цилиндров, кроме того, внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни с элементами уплотнения, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки, нижний конец которого соединен с шатуном, а последний - связан с кривошипом коленчатого вала, причем перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускной блок с впускным клапаном, взаимодействующим с кулачком впускного газораспределительного вала и форсункой, гидравлически соединенной с насосом высокого давления, механически связанным с коленчатым валом, причем впускной блок посредством трубопроводов соединен с воздушным фильтром нагнетателя воздуха и выпускной блок - с выпускным клапаном, связанным с кулачком выпускного газораспределительного вала, причем выпускной блок через вытяжной вентилятор и выпускную трубу соединен с атмосферой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид генераторной установки;
на фиг.2 - общий вид садовой установки;
на фиг.3 - кинематическая схема силовой установки;
на фиг.4 - выпускной блок цилиндра;
на фиг.5 - кинематическая схема газораспределительного механизма;
на фиг.6 - впускной блок цилиндра;
на фиг.7- принципиальная схема силовой установки;
на фиг.8 - схема системы питания силовой установки;
на фиг.9, 10, 11, 12 - схема принципа действия силовой установки.
Генераторная установка содержит раму 1, на которой закреплены силовая установка 2, генератор электрического тока 3 с возбудителем 4, питающим обмотки возбуждения генератора электрического тока, который через разобщительную муфту 5 соединен с силовой установкой, тепловой щит управления 6 с клеммовой коробкой 7 для соединения с потребителями. На раме установлены аккумуляторные батареи 8 для запуска силовой установки. Силовая установка выполнена в форме четырехцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя, содержащего блок цилиндров 9, верхнюю цилиндровую крышку 10, привернутую болтами к блоку цилиндров. Каждый из цилиндров 11 содержит внутри перегородку 12, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения 13, которая делит внутренний объем цилиндра на две разные полости. Снизу каждый цилиндр закрыт нижней крышкой 14, имевшей центральное отверстие с элементами уплотнения 15, закрепленной кольцом 16, привернутым болтам к блоку цилиндров. Внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни 17 с элементами уплотнения 18, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком 19, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки. Нижний конец штока шарнирно соединен с шатуном 20, который связан с кривошипом коленчатого вала 21, размещенного в картере 22 и имеющего маховик 23. Снизу картер закрыт крышкой 24. Перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры 25, 26, 27, 28, каждая из которых имеет впускное отверстие 29, соединенное с впускным блоком 30, имеющим впускной клапан 31 и форсунку 32, выпускное отверстие 33, соединенное с выпускным блоком 34, имеющим выпускной клапан 35. Посредством трубопроводов впускные блоки пневматически соединены c воздушным фильтром 36 нагнетателя воздуха 37, приводимого в движение электродвигателем 38, питаемым от генератора-стартера 39, шестерня 40 которого входит в постоянное зацепление с зубчатым венцом маховика. Посредством трубопроводов выпускные блоки связаны с вытяжным вентилятором 41, приводимым в движение электродвигателем, питаемым от генератора-стартера, и через выпускную трубу 42 соединены c атмосферой. Газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной 43 и выпускной 44 валы, установленные в подшипниках блока цилиндров и имеющие зубчатые шестерни 45, 46, которые посредством цепных передач 47 соединены с шестернями 48 коленчатого вала. Впускной горизонтальный вал посредством шестерен 49 соединен с вертикальными впускными валами 50, имеющими кулачки 51, взаимодействующие с впускными клапанами впускных блоков.Выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с вертикальными выпускными валами 52, имеющими кулачки, взаимодействующие с выпускными клапанами выпускных блоков. Система питания дизельного двигателя содержит топливный бак 53, который посредством трубопроводов соединен с топливным насосом 54, связанным посредством шестерен 55, 56 с коленчатым валом. Система питания содержит также насос высокого давления 57, соединенный механически через шестерни 58, 59 с коленчатым валом, а гидравлически с форсунками впускных блоков. Насос высокого давления имеет рычаг регулирования подачи топлива 60. Системы охлаждения и смазки имеют водяной 61 и масляный 62 насосы, механически соединенные с коленчатым валом, дизельный двигатель включает в себя все другие узлы, присущие четырехтактным дизельным двигателям.
Работа генераторной установки
Перед запуском силовой установки 2 поворотом ручки разобщительной муфты 5 она отсоединяется от генератора электрического тока 3. Посредством генератора-стартера 39, подключенного к аккумуляторным батареям 8, производится запуск четырехтактного дизельного двигателя. Шестерня 40 генератора-стартера начинает вращаться и через зубчатый венец вращает маховик 23, а вместе с ним коленчатый вал 21. Четырехтактный дизельный двигатель запускается и работает следующим образом. В исходном положении (фиг.9) верхний и нижний поршни 17 находятся в верхней мертвой точке (ВМТ). В рабочей камере 25 воздух сжат и нагрет до высокой температуры, впускной 31 и выпускной 35 клапаны закрыты и через форсунку 32 в нее насосом высокого давления 57 впрыскивается топливо (показано стрелкой). Топливо от высокой температуры в рабочей камере 25 воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на верхнюю поверхность верхнего поршня 17, который движется вниз, совершая рабочий ход, а через шток 19 заставляет двигаться вниз нижний поршень 17, причем шатун 20 поворачивает коленчатый вал 21 в направлении, показанном стрелкой, на 180 градусов. Одновременно с этим в рабочей камере 26 происходит сжатие воздуха и оба клапана 31, 35 закрыты, в рабочей камере 27 открыт впускной клапан 31 и происходит подача нагнетателем воздуха 37 новой порции свежего воздуха, в рабочей камере 28 открыт выпускной клапан 35 и отработанные газы удаляются вытяжным вентилятором 41 через выпускную трубу 42 в атмосферу. Достигнув нижней мертвой точки (НМТ), верхний и нижний поршни 17 занимают положение, показанное на фигуре 10. Далее в рабочую камеру 26, где воздух сжат и нагрет до высокой температуры, насосом высокого давления 57 через форсунку 32 впрыскивается топливо (показано стрелкой), которое воспламеняется, и образующиеся газы производят давление на нижнюю поверхность верхнего поршня 17. Под действием давления газов верхний поршень 17 движется вверх, совершая рабочий ход, через шток 19 перемещает в ту же сторону и нижний поршень 17. Одновременно с этим в рабочей камере 25 открыт выпускной клапан 35 и вытяжной вентилятор 41 удаляет отработанные газы в атмосферу, в рабочей камере 27 оба клапана закрыты и происходит сжатие воздуха, в рабочей камере 28 открыт впускной клапан 31 и нагнетатель воздуха 37 засасывает воздух из атмосферы через воздушный фильтр 36 и подает его в нее. Шток 19 и шатун 20 поворачивают коленчатый вал 21 еще на 180 градусов в положение, показанное на фигуре 11. Топливо насосом высокого давления 57 через форсунку 32 подается в рабочую камеру 27. Топливо от высокой температуры воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на верхнюю поверхность нижнего поршня 17, который начинает двигаться вниз, перемещает за собой верхний поршень 17, совершая рабочий ход. Шток 19 и шатун 20 поворачивают коленчатый вал 21 еще на 180 градусов. При этом в рабочей камере 25 открыт впускной клапан 31 и происходит впуск чистого воздуха нагнетателем воздуха 37, в рабочей камере 26 открыт выпускной клапан 35 и происходит удаление отработанных газов вытяжным вентилятором 41, в рабочей камере 28 оба клапана 31, 35 закрыты и происходит сжатие воздуха, достигнув нижней мертвой точки (НМТ), поршни 17 занимают положение, показанное на фигуре 12. В это время насос высокого давления 57 подает топливо в рабочую камеру 28, где оно воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на нижнюю поверхность нижнего поршня 17, заставляя его перемещаться к верхней мертвой точке (ВМТ) и через шток 19 передвигать в этом же направлении верхний поршень 17. При этом в рабочей камере 25 происходит сжатие воздуха, впускной 31 и выпускной 35 клапаны закрыты, в рабочей камере 26 открыт впускной клапан 31 и нагнетатель воздуха 37 подает в нее чистый воздух, в рабочей камере 27 открыт выпускной клапан 35 и вытяжной вентилятор 41 удаляет отработанные газы в атмосферу. После возвращения поршней в исходное положение (фигура 9) все начинается сначала. Также происходят процессы и в других цилиндрах.
Таблица 1
№ раб. камеры
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
25
0°
раб.x
360°
выпуск
360°
впуск
720°
сжатие
26
<maths num="1"><math display="block"><mo>↓</mo></math><img file="00000001.tif" he="6" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
сжатие
<maths num="2"><math display="block"><mo>↑</mo></math><img file="00000002.tif" he="6" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
раб.x
<maths num="3"><math display="block"><mo>↓</mo></math><img file="00000003.tif" he="6" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
выпуск
<maths num="4"><math display="block"><mo>↑</mo></math><img file="00000004.tif" he="6" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
впуск
27
впуск
сжатие
раб.х
выпуск
28
180°
выпуск
180°
впуск
540°
сжатие
540°
раб.x
Из таблицы 1 видно, что за один ход поршней совершается полный цикл четырехтактного дизельного двигателя при повороте коленчатого вала на 180 градусов, в то время как в классическом четырехтактном дизельном двигателе полный цикл совершается за четыре хода поршня и за 720 градусов поворота коленчатого вала.
После того как достигнуты необходимые обороты дизельного двигателя, включается разобщительная муфта 5, генератор электрического тока 3 начинает вырабатывать электроэнергию для потребителей, которые подключены к клеммовой коробке 7.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в получении большего количества электроэнергии и ее удешевлении.