ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
GENERATOR PLANT

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 горения.
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 с дизельным двигателем, пульт 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 большие тепловые потери, потери на трение в дизельном двигателе, большой вес и сильная вибрация дизельного двигателя, сильный шум и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.
Указанные недостатки обусловлены высокотемпературными процессами, протекающими в дизельном двигателе, наличием кривошипно-шатунного механизма, большими движущимися массами.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик генераторной установки.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что кривошипно-шатунный дизельный двигатель заменен роторно-поршневым дизельным двигателем, содержащим цилиндр, размещенный горизонтально и выполненный заодно с фундаментальной рамой, закрытый передней и задней крышками, имеющими соответственно выпускные и впускные продувочные окна, расположенные соосно друг с другом, первые из которых соединены с выпускными трубами, а вторые с ротационной воздуходувкой и воздушным фильтром, причем внутрь цилиндра вставлен Z-образный ротор с элементами уплотнения, выполненный заодно с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, причем на противоположных концах ротора выполнено по два выступа в форме треугольников, обращенных своими вершинами в сторону, противоположную вращению ротора, кроме того, на противоположных сторонах ротора установлено по одному поршню с элементами уплотнения, каждый из которых выполнен в форме сегмента, обращенного своей сферической поверхностью к внутренней поверхности цилиндра, причем оба поршня установлены с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, причем ротор и поршни размещены в поперечной плоскости относительно вала, кроме того, каждый поршень имеет выступ и наклонную направляющую, входящие соответственно в паз и наклонный канал ротора, а на задней поверхности каждого поршня закреплен палец, входящий в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки, причем сферические и боковые поверхности поршней, зубчатые поверхности ротора и внутренняя поверхность цилиндра образуют две камеры сгорания, имеющие форсунки, соединенные с системой питания, кроме того, на свободных концах вала установлены маховик и ротор ротационной воздуходувки, закреплены ведущие шестерни, входящие в зацепление с ведомыми шестернями привода насоса высокого давления, топливного, масляного и водяного насосов, а на передней крышке закреплен стартер, шестерня которого взаимодействует с зубчатым венцом маховика.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид генераторной установки, на фиг.2 - общий вид силовой установки, на фиг.3 - вид на силовую установку слева, на фиг.4 - вид на силовую установку справа, на фиг.5 - кинематическая схема силовой установки, на фиг.6 - схема системы питания роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.7 - поперечный разрез роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.8 - общий вид ротора двигателя, на фиг.9 - вид на ротор слева, на фиг.10 - вид на ротор сверху, на фиг.11 - общий вид поршня роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.12 - вид на поршень слева, на фиг.13 - вид на поршень сверху, на фиг.14 - вид на Г-образные элементы уплотнения спереди, на фиг.15 - вид на Г-образные элементы уплотнения сзади, на фиг.16 - вид на Г-образные элементы уплотнения сверху в разрезе, на фиг.17, 18, 19, 20 - схемы принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя.
Генераторная установка содержит раму 1, на которой закреплены силовая установка 2, генератор электрического тока 3, который через разобщительную муфту 4 соединен с силовой установкой, тепловой щит управления 5 с клеммовой коробкой 6 для соединения с потребителями. На раме установлены аккумуляторные батареи 7 для запуска силовой установки. Силовая установка выполнена в форме роторно-поршневого дизельного двигателя. Роторно-поршневой дизельный двигатель содержит цилиндр 8 с рубашкой охлаждения 9, размещенный горизонтально, выполненный заодно с фундаментальной рамой 10 и закрытый передней 11 и задней 12 крышками. Передняя крышка имеет выпускные продувочные окна 13, соединенные с выпускными трубами 14. Задняя крышка имеет впускные продувочные окна 15 пневматически соединенные с выпускными трубами 16 ротационной воздуходувки 17, впускная труба 18 которой соединена с воздушным фильтром 19. Впускные и выпускные продувочные окна соосны друг другу. Внутрь цилиндра вставлен Z-образный ротор 20 с Г-образными уплотняющими элементами 21 и пружинами 22, вставленными в пазы 23. Ротор выполнен заодно с валом 24, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек. На противоположных сторонах ротора установлены поршни 25 с Г-образными уплотнительными элементами, выполненные в форме сегментов, обращенных своими сферическими поверхностями к внутренней поверхности цилиндра. Каждый поршень установлен с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, имеет для лучшего уплотнения выступ 26 и наклонную направляющую 27, установленную под углом α, равным 68 градусам, входящие в паз 28 и наклонный канал 29 ротора. На задней поверхности поршня закреплен палец 30, входящий в профилированный паз 31, выполненный на внутренней поверхности задней крышки. В цилиндре имеются впускные-выпускные полости 32, образовавшие поршнями и ротором. Чтобы при давлении поршней между ними и ротором не возникало разрежения и сжатия воздуха на задней крышке выполнены пазы 33, соединенные с атмосферой. Внутренняя поверхность цилиндра, сферические и боковые поверхности поршней и зубчатые поверхности ротора образуют камеры сгорания 34, имеющие форсунки 35, связанные с системой питания двигателя. Система питания включает в себя топливный бак 36, топливный насос 37, топливный фильтр 38, насос высокого давления 39 с ручкой управления подачей топлива 40. Все узлы топливной системы связаны между собой трубопроводами. На свободных концах вала двигателя закреплены маховик 41 с зубчатым венцом, ротор воздуходувки 42, ведущие шестерни 43, входящие в зацепление с ведомыми шестернями 44 привода насоса высокого давления, топливного, масляного 45, водяного 46 насосов, и генератора электрического тока для зарядки аккумуляторных батарей. На передней крышке установлен стартер 47, шестерня 48 которого взаимодействует с зубчатым венцом маховика. Генератор тока 49.
Работа генераторной установки.
1
2
3
4
5
Перед запуском силовой установки 2 поворотом ручки разобщительной муфты 4 она отсоединяется от генератора электрического тока 3. Посредством стартера 47, шестерня 48 которого входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 41, раскручивается вал 24 и запускается силовая установка, представляющая собой роторно-поршневой дизельный двигатель. После того как достигнуты необходимые обороты путем подачи необходимого количества топлива насосом высокого давления 39, обеспечиваемого установкой ручки 40 в нужное положение, включается разобщительная муфта 4, генератор электрического тока 3 начинает вырабатывать электроэнергию для потребителей, которые подключены к клеммовой коробке 6. Роторно-поршневой дизельный двигатель при этом работает следующим образом. В исходном положении ротор 20 занимает вертикальное положение (фиг.19). Впускные 15 и выпускные 13 продувочные окна открыты. Воздух через воздушный фильтр 19 засасывается ротационной воздуходувкой 17 и подается через впускные окна 15 во впускные полости 32, где он вытесняет отработанные газы через выпускные окна 13 и выпускные трубы 14 в атмосферу и заполняет впускные полости 32 чистым воздухом. Поршни 25 сдвинуты до конца к ротору 20. Далее ротор поворачивается в направлении, показанном стрелкой на фиг.20. Чистый воздух постепенно перемещается из впускных полостей 32 в камеры сгорания 34, а впускные 15 и выпускные 13 продувочные окна закрываются. Поршни 25 за счет пальцев 30, движущихся по профилированному пазу 31, перемещаются в сторону от оси вращения и сжимают находящийся воздух до необходимой величины. Как только ротор 20 займет положение, показанное на фиг.17, воздух будет полностью перемещен в камеры сгорания 34, сжат и нагрет до нужной температуры. За 10-20 градусов до указанного положения через форсунки 35 в камеры сгорания 34 подается топливо (на фиг.17 показано стрелками) насосом высокого давления 39. Топливо от высокой температуры воспламеняется и сгорает, а возникшие газы производят давление на сферические поверхности и торцевые площадки поршней 25 и выступы ротора 20. При этом силы F и F создают пару сил, которые приводят ротор во вращение. Силы F и F взаимно уравновешивают друг друга, так как равны по величине, направлены в противоположные стороны и действуют на равные площади. Силы F и F, действующие на сферические поверхности поршней 25, не мешают вращению ротора, так как направлены навстречу друг другу и их векторы направлены через центр вращения (на фиг.17 показано пунктиром). Далее, достигнув положения, показанного на фиг.18, все начинается сначала. Частота вращения ротора 20 и вала 24 регулируется посредством ручки 40 насоса высокого давления 39 путем увеличения или уменьшения количества подаваемого топлива. За один оборот вала 24 совершаются четыре рабочих хода.
Положительный эффект: за счет более высокого КПД и мощности силовой установки можно получить большее количество электроэнергии, уменьшение вибрации из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и упрощение конструкции силовой установки приведет к увеличению срока службы генераторной установки.