КОМБИНИРОВАННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности силовой установки.
Известна комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов, (см. патент RU на ПМ №70690, м. кл. F01K 7/00, опубл. 2008 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор пневматический двигатель с внешним подводом теплоты, работающий по двухтактному циклу, и содержащий цилиндр с впускными и выпускными окнами, компрессор, вал которого через первый фрикцион соединен с валом двигателя внутреннего сгорания, и через второй фрикцион соединен с валом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты, с которого снимается мощность силовой установки. Для нагнетания сжатого воздуха в баллон используется компрессор с теплообменником, в зависимости от потребности через регулировочный кран и теплообменник сжатый воздух подается в цилиндр пневматического двигателя, где, соединяясь с горячими газами, совершает работу. Для дожигания топлива и аккумулирования теплоты отработавших газов между выпускным трубопроводом ДВС и впускным трубопроводом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты установлен каталитический нейтрализатор с аккумулятором теплоты.
Недостатком этой комбинированной установки являются потери теплоты, образуемой при сжатии воздуха и неэкономичная работа двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности аккумулирования и использования теплоты и сжатого воздуха в комбинированной силовой установке и повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания.
Решение поставленной задачи достигается тем, что комбинированная силовая установка, содержит двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор, пневматический двигатель, баллон с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, при этом она снабжена тепловой трубой, связанной с одной стороны - с баллоном, а с другой стороны - со вторым компрессором с золотниковым клапаном через теплообменник соединенным через фрикцион с пневматическим двигателем, причем первый компрессор с приводом от двигателя внутреннего сгорания связан трубопроводом через теплообменник с тепловой трубой.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется чертежом (фиг. 1 - изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки с разделенными потоками газов - вид сбоку, фиг. 2 - вид сверху, в разрезе).
Предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов содержит: двигатель внутреннего сгорания 1, вал которого соединен с первым компрессором 2, пневматический двигатель 3 вал которого через фрикцион 4 соединен со вторым компрессором 5. Выпускной трубопровод 6 двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с каталитическим нейтрализатором 7, который выполнен в одном корпусе с тепловым аккумулятором 8 и соединен через трубопровод 9 с пневматическим двигателем 3. В верхней части цилиндра 10 выполнена нагревательная рубашка 11 и размещен клапан 12 для подачи сжатого воздуха. Первый компрессор 2 соединен трубопроводом 13 через теплообменник 14 и тепловую трубу 15 с баллонном 16, а второй компрессор 5 соединяется с трубопроводом 13 через золотниковый клапан 17. Воздух из баллона 16 через тепловую трубу 15, регулировочный кран 18 и теплообменник 14 подается к клапану 12.
Предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов работает на трех режимах, причем двигатель внутреннего сгорания 1 на всех режимах непрерывно работает на установившемся экономичном режиме, передавая мощность первому компрессору 2, который нагнетает воздух по трубопроводу 13, через теплообменник 14 и тепловую тубу 15 для аккумулирования в баллон 16.
Первый режим - экономичный, нагрузка до 30%:
Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания 1 поступают в каталитический нейтрализатор 7, при прохождении через который их температура повышается, затем они поступают в тепловой аккумулятор 8, где при высокой температуре отработавших газов часть теплоты отдается рабочему телу теплового аккумулятора 9, а при низкой температуре от рабочего тела отдает теплоту газам.
После теплового аккумулятора 8 горячие газы в зависимости от режима работы пневматического двигателя 3 распределяются между нагревательной рубашкой 17 и цилиндром 10, нагревая последний. Управление подачей сжатого воздуха в цилиндр 10 пневматического двигателя от баллона 16 производится через тепловую трубу 15, где происходит частичный нагрев воздуха горячим воздухом из теплообменника 14, далее через регулировочный кран 18, теплообменник 14 и клапан 12.
Второй режим - максимальной мощности:
Пневматический двигатель 3 вырабатывает максимальную мощность только на нагрузку, фрикцион 4 выключен и передачи крутящего момента на второй компрессор 5 нет.
Третий режим - рекуперации:
При рекуперации крутящий момент передается от нагрузки пневматическому двигателю 3, который через фрикцион 4 соединен с компрессором 5. Компрессор 5 нагнетает воздух через золотниковый клапан 17, предотвращающий обратный ход воздуха в компрессор в трубопровод 13 через теплообменник 14 и тепловую тубу 15 для аккумулирования в баллон 16.
Для повышения эффективности использования энергии сжимаемого воздуха в первом 2 и втором 5 компрессорах теплота, выделяемая при его сжатии, отбирается в теплообменнике 14 и перераспределяется в тепловой трубе 15, холодный воздух после которой направляется в баллон 16, а горячий поступает на регулировочный кран 18, через теплообменник 14 в клапан 12 для подачи в цилиндр 10 пневматического двигателя 3, который работает по двухтактному циклу.
По сравнению с прототипом предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов имеет значительно больший КПД, так как возможно более эффективное использование энергии сжимаемого в компрессоре воздуха и повышение мощности пневматического двигателя за счет дополнительного подогрева впускаемого сжатого воздуха в тепловой трубе и повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания за счет его работы на экономичных установившихся режимах.