Силовая установка

Техническое решение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения экономичности автономных силовых установок, а также для получения из углеводородного сырья топлива для дизельных силовых установок, работающих в труднодоступных районах.
Известна силовая установка (патент на полезную модель № 50256, F02G 5/02, опубл. 27.12.2005), содержащая дизельный двигатель с воздушным фильтром, впускным и выпускным патрубками, турбокомпрессором, топливным баком, топливными фильтрами грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающим насосом и топливным насосом высокого давления. Дизельный двигатель соединен с электрическим генератором. Выпускной патрубок дизельного двигателя соединен с газовпускным патрубком котла-утилизатора, внутреннее пространство которого заполнено промежуточным теплоносителем, а наружная поверхность окружена рубашкой для прохождения отработавших газов дизеля. Наружная поверхность рубашки изолирована от окружающей среды теплоизолирующей оболочкой. Газовыпускной патрубок котла-утилизатора соединяется с выхлопной трубой. Магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор включает насос, полость для углеводородного сырья в теплообменнике  для мазута. Насос соединяется муфтой с валом электродвигателя. Магистраль углеводородного сырья котла-утилизатора соединена с входным патрубком испарительной колонны. На трубопроводе, соединяющем котел-утилизатор с испарительной колонной, установлен измеритель температуры. Верхний выходной патрубок испарительной колонны соединен с теплообменником-охладителем, имеющим воздушный вентилятор, установленный на валу электродвигателя. На трубопроводе, соединяющем испарительную колонну с охлаждающим теплообменником, и на трубопроводе подачи углеводородного сырья в теплообменник для мазута установлены манометры. Нижний выходной патрубок испарительной колонны соединяется с мазутной полостью теплообменника для мазута. Силовая установка содержит также бак для углеводородного сырья, бак для мазута и бак для светлых топливных фракций. Каждый бак имеет трубку для контроля уровня жидкости в баке. Баки для мазута и светлых топливных фракций имеют сливные патрубки с кранами. Бак для светлых топливных фракций соединен с топливным баком дизеля трубопроводом с краном. Воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены с впускным патрубком дизеля трубопроводом с вентилем. На трубопроводе слива светлых топливных фракций в бак для светлых топливных фракций имеется смотровое окно.
Недостатком этой силовой установки являются затраты энергии, которая по причине автономности силовой установки может быть получена только от электрического генератора, приводимого в действие дизелем, на привод воздушного вентилятора, установленного на валу электродвигателя и охлаждающего теплообменник-охладитель. Отмеченные дополнительные затраты энергии ведут и к увеличению расхода топлива дизелем, т.е. к снижению экономичности установки в целом.
Данная конструкция силовой установки является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Техническая задача предложения направлена на сокращение затрат энергии и повышение экономичности силовой установки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что силовая установка, содержащая дизельный двигатель, соединенный с электрическим генератором и системой перегонки углеводородного сырья в моторное топливо, работающей за счет теплоты отработавших газов дизельного двигателя, содержит в системе перегонки углеводородного сырья в моторное топливо на выходе отработавших газов из теплообменника-нагревателя вихревую трубу Ранка-Хилша, холодный поток из которой направляется на обдув теплообменника-охладителя, чем обеспечивается в нем конденсация паров светлых топливных фракций углеводородного сырья в моторное топливо, что в прототипе осуществлялось за счет работы вентилятора. Теплый поток выбрасывается в атмосферу.
Поскольку вихревая труба представляет собой простое и сравнительно дешевое устройство (Суслов А.Д. Вихревые аппараты / А.Д. Суслов, С.В. Иванов, А.В. Мурашкин, Ю.В. Чижиков - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.), ее использование позволяет исключить затраты энергии на привод вентилятора и, тем самым, повысить экономичность силовой установки при одновременном упрощении ее конструкции и повышении ее надежности.
Предложение поясняется рисунком, где изображено принципиальное устройство предлагаемой силовой установки.
Силовая установка содержит дизельный двигатель 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. Дизельный двигатель 1 соединен с электрическим генератором 11.
Выпускной патрубок 5 дизельного двигателя 1 соединен с газовпускным патрубком теплообменника-нагревателя 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 теплообменника-нагревателя 12 соединяется с вихревой трубой Ранка-Хилша 16, где поток отработавших газов разделяется на два: холодный и горячий. Холодный поток по каналу 17 поступает на охлаждение теплообменника-охладителя 18, а горячий выбрасывается в атмосферу через патрубок 19.
Магистраль подачи углеводородного сырья в теплообменник-нагреватель 12 включает насос 20, полость для углеводородного сырья в теплообменнике 21 для мазута. Насос 20 соединяется муфтой 22 с валом электродвигателя 23. Магистраль подачи углеводородного сырья теплообменника-нагревателя 12 соединена с входным патрубком испарительной колонны 24. На трубопроводе, соединяющем теплообменник-нагреватель 12 с испарительной колонной 24, установлен измеритель температуры 25. Верхний выходной патрубок испарительной колонны 24 соединен с теплообменником-охладителем 18. На трубопроводе, соединяющем испарительную колонну 24 с теплообменником-охладителем 18, и на трубопроводе подачи углеводородного сырья в теплообменник 21 для мазута установлены манометры 26. Нижний выходной патрубок испарительной колонны 24 соединяется с мазутной полостью в теплообменнике 21 для мазута. Силовая установка содержит также бак 27 для углеводородного сырья, бак 28 для мазута и бак 29 для светлых топливных фракций. Каждый бак имеет трубку 30 для контроля уровня жидкости в баке. Баки для мазута и светлых топливных фракций имеют сливные патрубки с кранами соответственно 31 и 32. Бак для светлых топливных фракций 29 соединен с топливным баком 6 дизеля 1 трубопроводом 33 с краном 34. Воздушные пространства бака для светлых топливных фракций 29 и бака для мазута 28 соединены с впускным патрубком дизеля дизельного двигателя 1 трубопроводом 35 с вентилем 36. На трубопроводе слива светлых топливных фракций в бак 29 светлых топливных фракций имеется смотровое окно 37
Работа установки осуществляется следующим образом.
Углеводородное сырье из бака 27 насосом 20, привод которого осуществляется от электродвигателя 23, поступает в полость для углеводородного сырья в теплообменнике 21 для мазута, где происходит подогрев сырья за счет теплообмена с горячим мазутом. Далее углеводородное сырье подается в теплообменник-нагреватель 12. Отработавшие газы дизельного двигателя 1 из выпускного патрубка 5 поступают в теплообменник-нагреватель 12, где передают часть теплоты промежуточному теплоносителю 13, температура которого остается неизменной и равной температуре фазового перехода независимо от температуры отработавших газов дизеля, которая изменяется в зависимости от режима его работы, и от него углеводородному сырью, температура которого повышается до требуемой величины. Далее отработавшие газы попадают в вихревую трубу Ранка-Хилша 16, где их поток разделяется на два: холодный и горячий. Холодный поток по каналу 17 поступает на охлаждение теплообменника-охладителя 18, а горячий выбрасывается в атмосферу через патрубок 19.
Из теплообменника-нагревателя 12 нагретое углеводородное сырье подается в испарительную колонну 24. Светлые топливные фракции превращаются в испарительной колонне в пар и поднимаются в ее верхнюю часть, откуда поступают в теплообменник-охладитель 18, обдуваемый холодным потоком, поступающим по каналу 17 из вихревой трубы Ранка-Хилша 16. В теплообменнике-охладителе 18 происходит конденсация паров светлых топливных фракций.
После этого жидкие светлые топливные фракции подаются в бак 29 для светлых топливных фракций. Мазут стекает в нижнюю часть испарительной колонны и поступает в мазутную полость теплообменника 21, где отдает часть теплоты холодному углеводородному сырью. После этого охлажденный мазут сливается в бак 28 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 температуры 25 и манометр 26. Контроль уровня углеводородного сырья и продуктов его переработки осуществляется с помощью трубок 30. Для наблюдения за агрегатным состоянием светлых топливных фракций, поступающих в бак 29, предусмотрено смотровое окно 37. Поддержание температуры углеводородного сырья на входе в испарительную колонну 24 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 теплообменника-нагревателя 12 на уровне его фазового перехода из твердого состояния в жидкое или наоборот. Отбор готовых продуктов из баков осуществляется по сливным патрубкам с кранами 31 на баке 28 для мазута и 32 на баке 30 для светлых топливных фракций. При необходимости пополнения запаса топлива в топливном баке 6 дизельного двигателя 1 кран 33 переводится в открытое положение, и светлые топливные фракции из бака 29 по трубопроводу 33 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 бака 28 для мазута и бака 29 для светлых топливных фракций по трубопроводу 35 с вентилем 36 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 дизельного двигателя 1. Регулирование расхода паров мазута и светлых топливных фракций осуществляется вентилем 36.
По сравнению с прототипом в предлагаемой силовой установке в связи с исключением воздушного вентилятора, приводимого в действие электродвигателем, получающим энергию от электрического генератора, исключены дополнительные затраты энергии, ведущие и к увеличению расхода топлива дизелем, и к снижению экономичности установки в целом, т.е. отсутствует недостаток, характерный для прототипа.