СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована для повышения эффективности работы силовой установки на основе пневмодвигателя с экологически чистым выхлопом.
Из уровня техники известна силовая установка, содержащая последовательно включенные баллон со сжатым воздухом, снабженный запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой, устройство подогрева, регулировочный клапан, связанный с рычагом управления, и пневмодвигатель, впускной трубопровод - вход которого соединен с выходом регулировочного клапана (А.В.Моравский, История автомобиля, М., «ИнтерД», 1996, с.123-125). К недостатку такого решения можно отнести невысокую эффективность работы устройства подогрева, выполненного с использованием бензиновых горелок, а также связанное с этим наличие пожаро-взрывоопасности и отсутствие экологической чистоты.
Кроме того, известна силовая установка, включающая поршневую расширительную машину в виде пневмодвигателя, содержащего блок цилиндров, снабженный тепловой рубашкой, и распределительный механизм с вращающимся золотником, подключенным к источнику сжатого воздуха (RU 2244834 С1, F 01 B 1/02, 2005). Основным недостатком данной конструкции является низкая эффективность использования энергии сжатого воздуха из-за отсутствия регулируемой системы подогрева.
Полезная модель направлена на повышение эффективности работы силовой установки с пневмодвигателем при обеспечении экологической чистоты и пожаро-взрывобезопасности.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в силовой установке, содержащей последовательно включенные баллон со сжатым воздухом, снабженный запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой, устройство подогрева, регулировочный клапан, связанный с рычагом управления, и пневмодвигатель, впускной трубопровод - вход которого сообщен с выходом регулировочного клапана, согласно полезной модели, пневмодвигатель выполнен в виде поршневой расширительной машины, содержащей блок цилиндров, снабженный тепловой рубашкой, и распределительный механизм с вращающимся золотником, устройство подогрева выполнено двухступенчатым и включает низкотемпературный подогреватель первой ступени, вход которого соединен с баллоном, а выход соединен со входом регулировочного клапана, и высокотемпературный подогреватель второй ступени, вход которого подключен к выходу регулировочного клапана, а выход связан с впускным трубопроводом - входом пневмодвигателя, между входом и выходом высокотемпературного подогревателя второй ступени включен смесительный клапан, связанный рычагом управления с регулировочным клапаном обратной пропорциональной зависимостью, при этом низкотемпературный подогреватель первой ступени выполнен в виде погружного теплообменника, греющая жидкость которого включена в циркуляционный контур с радиатором обдува окружающим воздухом, снабженным вентилятором, а высокотемпературный подогреватель второй ступени выполнен в виде теплового аккумулятора, снабженного нагревательным элементом и
теплообменником, включенным в циркуляционный контур по нагреваемой жидкости с тепловой рубашкой блока цилиндров.
Кроме того, высокотемпературный подогреватель второй ступени содержит солевую эвтектику в качестве теплоаккумулирующей жидкости и газовый компенсатор, а нагревательный элемент выполнен в виде трубчатого электронагревателя.
Заявленное конструктивное выполнение устройства подогрева двухступенчатым с использованием теплового аккумулятора обеспечивает высокую эффективность использования тепловой энергии для подогрева воздуха без значительных потерь в окружающую среду, экологическую чистоту и пожаро-взрывобезопасность. При этом наличие смесительного клапана, включенного между входом и выходом высокотемпературного подогревателя второй ступени - теплового аккумулятора и связанного рычагом управления с регулировочным клапаном, обеспечивает эффективное регулирование параметров сжатого воздуха при его подачи в пневмодвигатель путем смешивания подогретых потоков на первой и второй ступенях упрощает процесс регулирования рабочих и, соответственно, повышает эффективность использования запасенной энергии (как сжатого воздуха, так и тепловой энергии в аккумуляторе), что также способствует повышению эффективности работы силовой установки.
На чертеже схематично представлен общий вид силовой установки.
Силовая установка содержит последовательно включенные баллон 1 со сжатым воздухом, снабженный запорно-регулирующей (вентили, редуктор) и контрольно-измерительной (манометры) аппаратурой (на чертеже не показано), двухступенчатое устройство
подогрева, которое включает низкотемпературный подогреватель 2 первой ступени, выполненный в виде погружного теплообменника 3, вход которого соединен с баллоном 1, а выход соединен со входом регулировочного клапана 4, и высокотемпературный подогреватель 5 второй ступени, выполненный в виде теплового аккумулятора с теплообменником 6, вход которого подключен к выходу регулировочного клапана 4, а выход соединен с впускным трубопроводом - входом 7 пневмодвигателя 8, между входом и выходом высокотемпературного подогревателя 5 второй ступени включен смесительный клапан 9, связанный рычагом 10 управления с регулировочным клапаном 4 обратной пропорциональной зависимостью. При этом пневмодвигатель 8 выполнен в виде поршневой расширительной машины, содержащей блок 11 цилиндров, снабженный тепловой рубашкой 12, и распределительный механизм 13 с вращающимся золотником 14, погружной теплообменник 3 низкотемпературного подогревателя 2 первой ступени по греющей жидкости включен в циркуляционный контур с радиатором 15 обдува окружающим воздухом, снабженным вентилятором 16, насосом 17 и расширительным бачком 18, а тепловой аккумулятор высокотемпературного подогревателя 5 второй ступени содержит солевую эвтектику в качестве теплоаккумулирующей жидкости и снабжен нагревательным элементом в виде трубчатого электронагревателя 19, теплообменником 20, включенным в циркуляционный контур по нагреваемой жидкости с тепловой рубашкой 12 блока 11 цилиндров, и газовым компенсатором 21. Для обеспечения оперативного подключения устройства подогрева к пневмодвигателю 8 и замены баллона 1 соединительные трубопроводы снабжены быстродействующими, например байонетными, муфтами 22.
Заявленная силовая установка работает следующим образом.
2
1
p
2
(n-1)
n
Сжатый воздух из баллона 1, сдросселированный до рабочего давления, подают в погружной теплообменник 3 низкотемпературного подогревателя 2 первой ступени, где подогревают до температуры, близкой к температуре окружающего воздуха, и через регулировочный клапан 4 направляют в теплообменник 6 высокотемпературного подогревателя 5 второй ступени, где нагревают теплотой фазового перехода эвтектики в тепловом аккумуляторе, запасенной от трубчатого электронагревателя 19, и по впускному трубопроводу 7 подают в пневмодвигатель 8. Рабочие параметры сжатого воздуха регулируют посредством регулировочного клапана 4 и смесительного клапана 9, связанных между собой обратной пропорциональной зависимостью с помощью рычага 10 управления, при этом при полностью открытом регулировочном клапане 4 смесительный клапан 9 закрыт, а сжатый воздух поступает в пневмодвигатель 8 с повышенными рабочими параметрами (максимальным значением температуры и давления), и при закрывании регулировочного клапана 4 смесительный клапан 9 открывается, обеспечивая смешивание разнотемпературных потоков сжатого воздуха, нагретых в низкотемпературном подогревателе 2 первой ступени и в высокотемпературном подогревателе 5 второй ступени. В процессе расширения в цилиндре сжатый воздух дополнительно подогревают аккумулированным теплом, подводимым от высокотемпературного подогревателя 5 второй ступени через тепловую рубашку 12 блока цилиндров 11, обеспечивая совместно с регулировочным клапаном 4 и смесительным клапаном 9 поддержание температуры сжатого воздуха на входе - впуске в цилиндр пневмодвигателя 8, равной (или очень близкой) Т=ТP /, где Т - температура сжатого воздуха на впуске - входе в
1
р
O
1
O
1
цилиндр пневмодвигателя 8; T - температура окружающей среды - воздуха в атмосфере; Р - рабочее давление сжатого воздуха на впуске - входе в пневмодвигатель; n=(1,38÷1,39) - показатель политропы, и поддержание температуры «Т» отработавших газов на выпуске - выхлопе из цилиндра пневмодвигателя 8 в атмосферу, который производят через выпускной трубопровод 23, равной (или очень близкой) температуре «T» температура окружающей среды -воздуха в атмосфере, при давлении «Р» выпуска - выхлопа из цилиндра, равном (или очень близком) давлению «P» окружающей среды - воздуха в атмосфере. Согласование рабочих параметров пневмодвигателя 8 с нагрузкой силовой установки обеспечивает автоматическая коробка передач - вариатор (на чертеже не показано).