Двигатель для дизель-генераторных установок

Полезная модель относится к области дизелестроения и предназначена для использования в составе дизель-генераторных установок для выработки электроэнергии.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Дизельный двигатель V-типа (заявка Японии на изобретение №10252493, заявитель Yanmar diesel engine CO, опубл. 22.09.1998). Двигатель содержит коленчатый вал, насос впрыска топлива, расположенный между цилиндрами, отсек термостата. Охлаждающая жидкость идет от головок цилиндров в трубопровод холодной воды по трубе, которая связана с соединителем охлаждающей жидкости в отсеке термостата. При снижении температуры ниже фиксированной охлаждающая жидкость возвращается к блоку цилиндров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является дизельный двигатель V2000Gx5 немецкой фирмы MTU (см. ссылку на техническое описание: https://www.mtu-online.com/fileadmin/fm-dam/mtu-global/technical-info/operating-instructions/neu_04_04_2016/MS15019_04E.pdf), включающий блок-картер V-образного исполнения, головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с охладителем наддувочного воздуха, систему выпуска, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок управления, вентилятор с муфтой привода.
Однако у всех известных аналогов элементы и агрегаты систем двигателя установлены раздельно на корпусных деталях (блок-картер, головки цилиндров и др.), что усложняет конструкцию корпусных деталей и увеличивает трудоемкость сборки двигателя в целом. Кроме того, для ремонта двигателя необходимо демонтировать каждый из элементов и агрегатов его систем по отдельности, что ухудшает его ремонтопригодность.
Технической проблемой является создание двигателя, характеризующегося низкой трудоемкостью сборки и высокой ремонтопригодностью.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении процесса сборки двигателя, снижении трудоемкости с одновременным повышением его ремонтопригодности.
Поставленная проблема решена за счет того, что в двигатель для дизель-генераторных установок, включающий блок-картер V-образного исполнения, головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с охладителем наддувочного воздуха, систему выпуска, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок управления, согласно настоящей полезной модели введена съемная одноуровневая рама, на которой установлен охладитель наддувочного воздуха, при этом рама выполнена с возможностью обеспечения подвода и отвода к нему охлаждающей жидкости низкотемпературного контура от системы охлаждения.
В вариантах исполнения:
– рама закреплена на головках цилиндров или на блок-картере V-образного исполнения;
– рама выполнена из герметично соединенных друг с другом полых профилей или из соединенных друг с другом профилированных балок и закрепленных на них труб;
– рама снабжена дополнительными несущими элементами;
– введен по меньшей мере один фильтр картерных газов, установленный на раме;
– введен по меньшей мере один фильтр воздушный, установленный на раме.
Таким образом, с помощью заявляемой совокупности существенных признаков достигается упрощение процесса сборки двигателя за счет введения съемной одноуровневой рамы, обеспечивающей одновременно установку на ней охладителя надувочного воздуха и подвод и отвод охлаждающей жидкости к нему. Это приводит к реализации принципа крупноблочной сборки и модульности, поскольку сначала собирается рама с установленным на ней охладителем, а затем рама в сборе с охладителем устанавливается на двигатель, снижая трудоемкость процесса сборки и разборки. Одновременно с этим для ремонта двигателя демонтируется вся рама в сборе с охладителем, что повышает его ремонтопригодность.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами: на фиг. 1 представлен вид двигателя для дизель-генераторных установок в изометрии спереди-слева, на фиг. 2 представлен вид дизельного двигателя в изометрии сзади-справа, на фиг. 3 представлен вид рамы дизельного двигателя в изометрии спереди-слева.
Принятые обозначения:
1 – блок-картер,
2 – головка цилиндра,
3 – охладитель наддувочного воздуха,
4 – электронный блок управления,
5 – рама,
6 – точечные опоры,
7 – маховик,
8 – картер маховика,
9 – гильза с рубашкой охлаждения,
10 – узел привода клапанов,
11 – форсунка впрыска топлива,
12 – насос охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
13 – термостаты охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
14 – турбокомпрессоры,
15 – выхлопные коллекторы,
16 – патрубок выхлопной,
17 – фильтры тонкой очистки топлива,
18 – масляный поддон,
19 – полнопоточные фильтры масла,
20 – охладитель масла,
21 – частичнопоточные центробежные фильтры масла,
22 – фильтр картерных газов,
23 – генератор собственных нужд,
24 – вентилятор с муфтой привода,
25 – электростартеры,
26 – лапы крепления рамы,
27 – фильтр воздушный.
Двигатель для дизель-генераторных установок включает (фиг. 1, 2) блок-картер 1 V-образного исполнения, головки 2 цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с по меньшей мере одним охладителем 3 наддувочного воздуха, систему выпуска, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок 4 управления.
Введена съемная одноуровневая рама 5, на которой установлен охладитель 3 наддувочного воздуха. При этом рама 5 выполнена с возможностью обеспечения подвода и отвода к охладителю 3 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура от системы охлаждения. Блок-картер 1 V-образного исполнения выполнен с углом развала 90° и является основной несущей деталью двигателя с закрепленными на нем точечными опорами 6, обеспечивающими монтаж двигателя к фундаменту силовой установки (на чертеже не показано). Внутри блок-картера 1 установлен кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала (на чертеже не показано), шатунов (на чертеже не показано), поршней (на чертеже не показано) и маховика 7. На заднем торце блок-картера 1 установлен картер 8 маховика 7.
На привалочные поверхности блок-картера 1 установлены цилиндры (в данном варианте исполнения использовано двенадцать цилиндров), каждый из которых состоит из гильзы с рубашкой 9 охлаждения, головки 2 цилиндра, узла 10 привода клапанов механизма газораспределения и форсунки 11 впрыска топлива. Возможен вариант (на чертеже не показано), когда гильзы цилиндров установлены в блок-картер 1, а головки 2 цилиндров установлены на его привалочные поверхности. Внутри развала цилиндров на блок-картере 1 могут быть установлены топливный аккумулятор (на чертеже не показано) системы топливоподачи и первичный маслоотделитель (на чертеже не показано) картерных газов системы вентиляции картера.
Механизм газораспределения может быть расположен внутри блок-картера 1 и развала цилиндров и предназначен для управления впускными и выпускными клапанами, расположенными в головках 2 цилиндров.
Система охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров содержит насос (на чертеже не показано) охлаждающей жидкости высокотемпературного контура, насос 12 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура, термостаты (на чертеже не показано) охлаждающей жидкости высокотемпературного контура, термостаты 13 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура.
Система выпуска может содержать турбокомпрессоры 14, выхлопные коллекторы 15, патрубок 16 выхлопной.
Система топливоподачи содержит фильтры 17 тонкой очистки топлива, топливный насос (на чертеже не показано) высокого давления и может содержать фильтры (на чертеже не показано) грубой очистки топлива.
Система смазки содержит масляный поддон 18, маслонагнетающий насос (на чертеже не показано), полнопоточные фильтры 19 масла и может содержать охладитель 20 масла, дифференциальный масляный клапан (на чертеже не показано), термостаты (на чертеже не показано) масла, частичнопоточные центробежные фильтры 21 масла.
Масляный поддон 18, выполненный из листового металла с помощью сварки, является ёмкостью для хранения смазочного масла, на внутренней поверхности которого выполнены перегородки (на чертеже не показаны), снижающие амплитуду перемещения масла при переменных кренах и дифферентах. Маслонагнетающий насос (на чертеже не показано) с маслозаборным патрубком установлен внутри масляного поддона 18 на нижней поверхности блок-картера 1.
Система вентиляции картера дополнительно может содержать по меньшей мере один фильтр 22 картерных газов, установленный на раме 5.
Двигатель также может содержать генератор 23 собственных нужд, вентилятор 24 с муфтой привода, электростартеры 25.
Съемная рама 5 может быть сборно-разборно закреплена (на чертеже не показано) на блок-картере 1 V-образного исполнения или на головках 2 цилиндров с помощью лап 26 и крепежных изделий (на чертеже не показано).
Электронный блок 4 управления двигателем контролирует процессы топливоподачи, а также осуществляет контроль основных показателей систем двигателя с выдачей предупреждающих сигналов о нарушении работы. Электронный блок 4 управления может быть установлен в любом месте рамы 5 или на других элементах двигателя.
Рама 5 (фиг. 3) представляет собой одноуровневую пространственную конструкцию каркасного типа, выполненную из соединенных друг с другом профилированных балок (на чертеже не показано) и закрепленных на них труб (на чертеже не показано) и/или из герметично соединенных друг с другом полых профилей (квадратного и/или круглого сечений). Рама 5 может быть снабжена дополнительными несущими элементами, представляющими собой кронштейны, ребра жесткости, откосы, соединители и выполненными в виде балок, полых профилей и др., предназначенные для установки различных элементов и агрегатов систем двигателя на раме 5.
Функционально рама 5 служит для установки охладителя 3 наддувочного воздуха, а также подвода и отвода к нему охлаждающей жидкости низкотемпературного контура. Вход охлаждающей жидкости низкотемпературного контура в раму 5 осуществляется из термостатов 13. Далее охлаждающая жидкость через раму 5 поступает в охладитель 3 наддувочного воздуха. Из охладителя 3 наддувочного воздуха охлаждающая жидкость через раму 5 поступает на выход к термостатам 13.
Из дополнительно введенных несущих элементов рамы 5 может быть образован еще один функциональный уровень, обеспечивающий установку на нем фильтров 27 воздушных, фильтров 23 картерных газов, электронного блока 4 управления.
Заявляемый двигатель в варианте с одноступенчатым наддувом работает следующим образом.
Воздух для сгорания поступает в компрессорную часть турбокомпрессоров 14, откуда попадает в охладитель 3 наддувочного воздуха, откуда поступает во впускные коллекторы (на чертеже не показаны) и далее в цилиндры. Отработавшие газы из цилиндров по выхлопным коллекторам 15 поступают в турбинную часть турбокомпрессоров 14 и через патрубок 16 выхлопной выбрасывается в атмосферу.
Охлаждающая жидкость для отбора тепла от воздуха для сгорания в охладителях 3 подводится через раму 5.
Таким образом, за счет введения в двигатель съемной рамы 5, обеспечивающей установку элементов и агрегатов систем, подвод, отвод к ним охлаждающей жидкости и циркуляцию охлаждающей жидкости низкотемпературного контура, достигается упрощение установки элементов и агрегатов систем двигателя, благодаря уменьшению количества трубопроводов и разъемов системы охлаждения. Тем самым благодаря предлагаемой полезной модели обеспечивается технологичность за счет упрощения установки элементов и агрегатов систем двигателя с одновременным повышением ремонтопригодности дизельного двигателя.
Заявленная полезная модель прошла испытания в качестве опытного образца дизельного двигателя, который изготавливается и используется в промышленных условиях, а именно в составе энергетических установок для выработки электроэнергии, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».