Комбинированная дизель-газотурбинная установка

Номер патента: 1567804

Автор: Тетюшин

Есть еще 14 страниц.

Смотреть все страницы или скачать ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(57) Изобрет машиностроен е относит к энерго преднаэнач качестве с но дляационарных спользовани или транспор большой агре д ред,про ых силовы тановок и позво тнои мощност их эффективн шленности. Л., . 7.21. яет повысит ть за а лбФиг. 1 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕ ГЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ9156мым снизить вес, металлоемкость иуменьшить габариты установки,Внешнее расположение модульных малогабаритных блоков и системы синхро"низирующего управления позволяетулучшить условия эксплуатации эа счетудобного осмотра и быстрой заменыцефектн х узлов,Выполнение системы с наддувом ох;.:,дающим паром или воздухом зазорамежду гильзой цилиндра и поршнем, канала перепускного клапана в рабочем,оршне и канала выпускного клапанав крышке с образованием внутреннего1 лено ного охлаждения камеры сгораия позволяет увеличить температурупроцесса сгорания и ресурс ДГГ.Наддув всех пустотелых клапановохлаждающим паром уменьшает вероятность заседаний и прилипаний клапановпри их автоматической работе и темсамым повышает ресурс и надежность.Использование охлаждающего воздуха или пара в качестве рабочего телав процессах установки способствуетповышению КПД.Тщательная отработка процессовфонтанного заполнения, теплообменагорячих стенок и применение термостойкой теплоиэолирующей керамикибудет способствовать дальнейшему повышению КПД и увеличению ресурса.Управление КДГТУ командно-синхронизирующим двигателем с регулируемойподачей топлива в его насос и в насос ДГГ в зависимости от давления эакомпрессором ВД и давления перед турбиной ВД позволяет расширить диапазонустойчивой работы при изменении нагрузки на силовой турбине.Формула изобретения1. Комбинированная дизель-газотурбинная установка, содержащая кольцевой патрубковый корпус, соединенный с лопаточным компрессором и турбиной, снабженной выходным валом,дизельный генератор газа с системами газораспределения и охлаждения, поршень, которого кинематически связан с коленчатым валом, а входной и выходной патрубки сообщены соответственно с выходным коллектором компрессора и входным устройством турбины, системупуска и управления, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, ,с целью повышения эффективности пу 7804 20 10 15 20 2530 35 40 45 50 55 включения. тем рациональной компоновки узлов, - компрессор и турбина соединены по трехвальной схеме со свободной силовой турбиной, дизельный генератор га. эа выполнен в виде модульных блоков, размещенных в несколько рядов вокруг кольцевого патрубкового корпуса, каждый модульный блок генератора газа содержит корпус с модульными крышками, цилиндрами и размещенными в них дизельным и компрессорным поршнями двухстороннего действия, связанным между собой при помощи шатунов и рычагов первого рода, а кинематическая связь поршней генераторов газа с коленчатым валом осуществляется при помощи шарнирных тяг, размещенных вокруг кольцевого патрубкового корпуса, и приводных качалок треугольной формы, жестко закрепленных на осях вращения рычагов первого рода.2. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что система газораспределения дизельного генератора газа содержит автоматически действующие впускной, выпускной и перепускной клапаны, размещенные в модульных крышках при помощи уллотнительных и направляющих втулок оразующих элементы гаэовоздушного тракта, каждый клапан снабжен меридиональными каналами и глухим осевым каналом, закрытым упорной деталью с дроссельным отверстием, причем впускной и выпускной клапаны унифицированы.3. Установка по п,1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что система охлаждения дизельного генератора газа содержит источник дозированной подачи воды и водно-паровой тракт, обеспечивающий наддув подпоршневого пространства и охлаждение цилиндров, поршней модульных крышек и клапанов,4. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что система охлаждения дизельного генератора газа содержит замкнутый жидкостной контур с насосом, каналами охлаждения цилиндров и радиатором, и воздушный тракт, обеспечивающий наддув подпоршневого пространства и охлаждение поршней, модульных крышек и клапанов.5. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что система пуска и управления содержит командно-синхронизирующий двигатель, соединенный с коленчатым валом при помощи муфты1567804 счет рациональной компоновки узлов.Поступающий из атмосферы воздух сжимается последовательно в компрессоре низкого давления 1 и высокого давле 5 ния 4, а далее поступает в модульные блоки дизельного генератора 8 газа, установленного на кольцевом патрубко" вом корпусе 7. В модульных блоках воздух дополнительно сжимается и в 10 него.впрыскивается топливо, Образовавшиеся при сгорании выпускные газы вращают турбины 9 и 6 высокого давления и турбину 3 низкого давления компрессоров, а также силовую турби Изобретение относится к энергомашиностроению и предназначено для использования в качестве стационарныхили транспортных силовых установокбольшой агрегатной мощности,Целью изобретения является повышение эффективности силовой установки путем рациональной компоновки ееузлов,На Фиг.1 изображен разрез А-А нафиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1, 30на фиг.3 - разрез В-Вна Фиг. (модульный блок цилиндро-поршневых группс водно-паровым охлаждением), нафиг.4 - разрез Г -Г на фиг,3 по ра 1бочим цилиндро-поршневым группам; нафиг.5 - узел 1 на фиг,4 (элемент перепускного клапана в рабочем поршне);на фиг.6 - сечение Д-Д на Фиг.3 порычагу и валу; на Фиг.7 - сечениеЕ -Е на фиг4 по змеевику с отвер1стиями; на фиг.8 - сечение Ж,-Ж нафиг.4 по змеевику с отверстиями; нафиг.9 - разрез В-Вна Фиг.1 (модульный блок цилиндро-поршневых группс жидкостно-воздушным охлаждением); 45на фиг. 10 " разрез Г-Г на фиг.9 порабочим цилиндро-поршневым группам;на фиг.11 - сечение Д -Д на Фиг.9По рычагу и валу на Фиг.12 - сечениеЕ -Е на Фиг.10 по штуцеру подводажидкости; на Фиг.13 - сечение Ж -Жна фиг.10 по штуцеру отвода жидкостина фиг.14 - сечение К,-К, на фиг.15модульной крышки в положении закрытыхклапанов перепуска и выпуска; нафиг. 15 - сечение Л, -Л, на фиг, 14 попетлевым частям каналов и патрубкамна Фиг.16 - сечение М -Г 1 на Фнг.14крышки по закрытому перепускному и ну 10, отдающую мощность потребителю.Запуск силовой установки и синхронизация работы модульных блоков генератора газа обеспечиваются командносинхронизирующим двигателем 28, соединенным через коленчатый вал 23 смеханизмом синхронизации модульныхблоков. Широкий диапазон устойчивойработы силовой установки обеспечивается регулированием подачи топливав дизельный генератор газа в зависимости от давления эа компрессором высокого давления и перед турбиной высокого давления, 4 з.п. Ф-лы, 30 ил. открытому впускному клапанам; на фиг.17 - сечение К -К на фиг.15 мо 1дульной крышки в положении открытых клапанов перепуска и выпуска; на Фиг.18 - вид Н на фиг.17 на отверстия в днище камеры сгорания на Фиг,19 сечение М-Мна Фиг.17 по открытому перепускному клапану и закрытому впускному клапану; на фиг.20 - сечение П-П на Фиг.17 по поршчевому клапану в варианте жидкостно-воздушного охлаждения; на Фиг.21 - схема пульсирующей подачи воды; на фиг.22 - схема управления комбинированной дизельгаэотурбинной установкой; на фиг.23 схема рабочего цикла комбинированной дизель-газотурбинной установки; на фиг,24 - схема выпуска в компрессорной камере; на фиг,25 - схема предварительного сжатия в компрессорной камере; на фиг,26 - схема перепуска из компрессорной камеры в рабочую с Фонтанным наполнением; на фиг.27 - схема окончания впуска из рабочей камеры; на Фиг.28 - схема окончательного сжатия в рабочей камере; на фиг,29 - схема расширения газов (первый этап рабочего хода), на фиг.30 - схема инерционного движения рабочего поршня (второй этап рабочего хода).Комбинированная дизель-газотурбинная установка (Фнг.1,2) содержит компрессор 1 низкого давления (КНД), ротор которого соединен валом 2 с роторса турбины 3 низкого давления (ТНД), и компрессор 4 высокого давления (КВД), ротор которого соединен ваЛом 5 с ротором турбины 6 высокого давления (ТВД). За КВД 4 концентрично валу 5 установлен на кольцевом патрубковом1567804 Раг Корректо Редакт Циткин Пата твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Произ ставитель К.Ахред Л,Сердю аказ 1311 Тираж 434 ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рафоновова Подписноетениям и открьггиям при ГКНТ СССРская наб., д, 4/555 корпусе 7 дизельный генератор газа(ЛГГ) 8, а между ДГГ 8 н ТВД 6 на валу 5 установлена дополнительная тур 1бина 9. Кроме того за ТНД Э смонти 1 рована силовая турбина 1 О с выходным валом для потребителя мощности.На кольцевом патрубковом корпусе 7 устаноглены модульные блоки 11 дизельного генератора газа. Каждый такой блок с торцов закрыт левой 12 и правой 13 модульными крышками. На модульной крышке имеется впускной патрубок 14, который соединен трубопроводом 15 с впускным патрубком, 16 корпуса 7. Кроме того, на модульнойкрышке имеется выпускной патрубок 17,который соединен трубопроводом 18 свыпускным патрубком 19 корпуса 7,Каждый модульный блок 11 снабженприводной качалкой треугольной формы20, которая соединена шарнирно тягой2 1 с качалкой соседнего модульного блока, находящегося в одном кольцевом ряду. При этом каждые две соседние качалки и тяга между ними образуют шарнирный параллелограмм шпро многоэвенника, который через шатун 22 шарнирно соединен с коленчатым валом23, смонтированным снаружи корпуса 7 на опорах 24. Коленчатый вал 23 с одного конца соединен с топливным насосом 25 высокого давления и с жидкостным насосом 26 высокого давления,а с другого конца через муфту 27 включения - с командно-синхрониэирующим двигателем 28, имеющим топливный насос 29.Каждый модульный блок цилиндропоршневых групп имеет :.орпус 11 (фиг.3-13), в котором эапрессованы соосно две гильзы цилиндров 30 компрессорного поршня 31 двойного действия и две параллельные им гильзы цилиндров 32 рабочего поршня 33 двойного действия. В каждом поршне выполнен продольный вал 34, в котором размещен шатун 35 с втулкой 36, соединенный шарнирно с поршневым пальцем 37, эастопоренным кольцом 38. Шатуны 35 также шарнирно соединены с рычагом перього рода 39 через втулки 40 пальцами 37, застопоренными кольцами 38. Этот рычаг размещен в центральной полости 4 1, образованной в корпу. се 11, и смонтирован на валу 42, который установлен на втулках 43 и 44с уплотнениями 45 и 46, затянутыхболтом 47, закрывающим одновременно 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 . 50 каналы 48 подвода смазки, соединенные со штуцером 49.Вал 42 выполнен за одно целое сприводной качалкой 20. При этом втулки 43 и 44 запрессованы в отверстии50, выполненном в корпусе таким образом, что его ось перпендикулярнаосям гильз цилиндров,30 и 32.Для монтажа деталей этого узла вкорпусе образовано окно 51, закрываемое крышкой 52, и отверстия 53 сзаглушками 54,Каждая гильза цилиндра 30 и поршень 31 образуют компрессорную камеру 55, уплотняемую в зазоре К поршневыми кольцами 56, а каждая гильза цилиндра 32 и поршень 33 - рабочую камеру 57, уплотняемую в зазоре Р поршневыми кольцами 58.На каждом днище 59 рабочего поршня33 выполнено отверстие 60, в которомустановлен пустотелый перепускнойклапан 61, имеющий внутри меридиональные каналы 62 и осевой канал 63,закрываемый деталью 64 с дроссельнымотверстием 65.На наружной поверхности каждойгильзы цилиндра 32 выполнена резьбовидная канавка 66, образующая совместно с корпусом 11 спиральный канал67, при этом на дне канавки установлен трубчатый змеевик 68.Предусмотрено два варианта охлаждения дизельного генератора газа.В варианте водно-парового охлаждения спиральный канал 67 соединен сканалом 69 пульсирующей подачи водычерез штуцер 70 (фиг.7), а также сканалом змеевика 68 через дроссельныеотверстия 71. При этом один конец канала змеевика 68 соединен каналом 72с центральной полостью 41, а другойего конец имеет выход на торец Т,В варианте жидкостно-воздушногоохлаждения. один конец змеевика 68 соединен с каналом 73 подачи охлаждающей жидкости через штуцер 74, а другой его конец - с каналом 76 отводажидкости через штуцер 75 (фиг.9-13). При этом спиральный канал 67 соединеа каналом 77 с торцом Т и каналом 78 с центральной полостью 4 1. Эта полость также соединена продольными каналами 79, выполненными в корпусе 11, с торцом Т.Каждая правая модульная крышка (фиг.14-20) образована корпусом 13, в котором установлена чашеобразнаякамера сгорания 80 с днищем и с уплотнительной направляющей втулкой 8 1.Во втулке 81 смонтирован пустотелыйвыпускной клапан 82, имеющий внутри5меридиональные каналы 83 и осевойканал 84, закрытый упорной деталью64 с дроссельным отверстием 65 (фиг.14,17), В корпусе 13 также запрессованауплотнительная направляющая втулка85, в которой смонтирован унифицированный с выпускным клапаном впускнойклапан 82, имеющий внутри меридиональные каналы 83и осевой канал 84, закрытый упорной деталью 64 с дроссельным отверстием 65 (фиг.16,19).Кроме того, в корпусе установленауплотнительная втулка 86 и сооснаяс ней направляющая втулка 87, междукоторыми смонтирован пустотелый перепускной клапан 88 с осевым каналом89, меридианальными каналами 90 и установленной в осевом канале деталью1с дроссельным отверстием 91. Петлевойканал 92 впускного клапана 82 соединен с каналом впускного трубопровода15, стык которых уплотнен кольцом 93и затянут гайкой 94 в патрубке 14(Фиг.15,16),Петлевой канал 95 перепускного 30клапана 88 соединен каналом 96 с петлевым каналом 97, имеющим теплоизолирующий экран 98. Канал 97 имеет выходные, равнорасположенные по окружности, отверстия 99 в днище камерысгорания 80.,Петлевой канал 100 выпускного клапана 82 соединен с каналом выпускного трубопровода 18, стык которых уплотнен кольцом 93 и затянут гайкой 4094 в патрубке 17. Внутри каналов 100и 18 установлены теплоизолирующиеэкраны 101.Между корпусом 13 и камерой сгорания 80 выполнена кольцевая полость 45102, которая соединяется отверстием103 во втулке 81 с полостью 104 выпускного клапана 82, а каналами 105и 106 через дроссельное отверстие107 во втулке 87 с полостью 108 перепускного клапана 88. Камера сгорания 80 снабжена топливной форсункой 109, установленной на корпусе 13.55В варианте водно-парового охлаждения кольцевая полость 102, при стыковке крышки с корпусом блока, соединена с каналом змеевика 68. В варйанте жидкостно-воздушного охлаждения кольцевая полость 102 при стыковке крышки с корпусом блока соединена с продольными каналами 79.В этом варианте перепускной канал 96 (фиг.20) соединен каналом 110 с каналом 77 в корпусе блока. В канале 110 установлен поршневой клапан 111 с упорной деталью 64. Через крышку 112 в поршневую камеру 113 подведен канал 114 подачи жидкости высокого давления и она соединена с каналом 115 низкого давления через дроссельное отверстие 116.В варианте водно-парового охлаждения предлагается система пульсирующей подачи воды (фиг.24), включающая водяной бак 117 с запорным краном 118, трубопроводом 119 подачи, насосом 120 низкого давления, трубопровод 121 низкого давления, насос 122 высокого давления, трубопровод 123 высокого давления, соединенный байпасным трубопроводом 124 через обратный клапан 125 с трубопроводом 119 подачи. Трубопровод 123 высокого давления также соединен через водбраспределительную гильзу 126 с каналом 127 золотника 128. Золбтник 128 имеет контакт с кулачком 129, установленным на валу 130 водяного насоса 26, При этом постоянный контакт обеспечивается поджатием пружины 131.Канал 127 золотника 128 соединен индивидуальными дроссельными каналами 132 с дроссельными каналами 133 в водораспределительной гильзе 126. При этом дроссельные каналы 133 соединены с каналами 69 (фиг.7) пульсирующей подачи воды в модульные блоки 11.Система пуска и управления комбинированной диэель-гаэотурбинной установкой (фиг.22) содержит командносинхрониэирующий двигатель 28 с муфтой 27 включения, которая соединяет его вал с коленчатым валом 23 ДГГ 8. Эта система также имеет блок 134 автоматического и ручного управления, соединенный командной связью 135 с регулируемым клапаном 136 подачи топлива внасос 29 командно-синхронизирующего двигателя 28 и командной связью137 с регулируемым клапаном 138 подачи топлива в насос 25 ДГГ 87. Прй этом регулируемый клапан 136 соединен еще командной связью 139 с датчиком 140 давления, установленным в выходном7804 9156 канале КВД 4, а регулируемый клапан 138 - командной связью 14 1 с датчиком 142 давления, установленным во нходном канале дополнительной турбины 9.Работа комбинированной дизель-гаэотурбинной устанонки происходит согпасно рабочему циклу, изображенному на фиг.23.Участок о 1 соответствует политропическому сжатию воздуха, вошедшего в КНД 1, а участок 11 - политропическому сжатию воздуха в КВД 4. Далее воздух по патрубкам 16 и трубопроводам 15 поступает в патрубки 14 крышек 12 и 13 модульных блоков 11. Здесь в каждой компрессорной камере 55 начинается цикл ДГГ с процесса всасынания (фиг.24). При этом перед тактом всасывания при движении компрессор- ного поршня от нерхней мертвой точки (ВМТ) до точки о происходит расширение остаточного от предыдущего цикла объема воздуха Ч до давления всасывания Р меньшего на величину потерь во нсасывающем трубопроводе и впускном клапане (участок 1) чем данление Р за КВД. Далее под действиемксил разрежения открываетгя нпускной клапан 82, и при движении компрессор- ного поршня от точки о до нижней мертвой точки (НМТ) происходит напол кение компрессорной камеры с объемом Чк, в которой поступивший воздух занимает объем Чводяной пар, прорвавшийся через поршневые кольца иэ полости наддува, - объем дЧ и остаточный воздух - объем Ч, причем объем Ч соответствует рабочему ходу ком- Ьпрессорного поршня.При движении компрессорного поршня от НМТ до точки г (участок аг) происходит предварительное сжатие до давления Рг и объема Чг+Ч (степеньЧг+Ч,сжатия Е= , фиг.25). Приккдавлении Р большем, чем давление Р (после процесса расширения) в рабочей камере 57 (фиг.26) на величину потерь в перепускном клапане 88, в каналах 96, 97 и отверстиях 99, а также после преодоления усилий от наддува в полости 108 открывается клапан 88. Воздух по каналам 96, 97, через отверстия 99 поступает в рабочую камеру 57 (фиг,26), где в это время закончился процесс расширения предыдущего цикла с объемом газа Ч . Ввиду того, что в камере 104 поддерживается 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 давление наддува выше, чем давление Р , одновременно с перепускным клапаном 88 открывается и выпускной клапан 82. В результате при движении компрессорного поршня от точки г до ВМТ и рабочего поршня от точки ш до НМТ происходит фонтанное заполнение рабочей камеры воздухом через отверстия 99 и частично одновременный выход выпускных газов через кольцевую щель вокруг центрально расположенного выпускного клапана. При фонтанном наполнении происходит частичное смешение поступившего воздуха с газом и ныходящего газа с воздухом. Оставшаяся в рабочей камере воздушно-газовая смесь занимает объем Ч 1 больший, чем поступающий объем Ч менее горячего воздуха. В то же время выходящие газы, частично смешавшиеся с воздухом, занимают меньший объем Ч, чем чистый гаэ с объемом Ч . В гроцессе смешения давления воздушно-газовой смеси Р равно давлению гаэо%воздушной смеси Ри равно давлению газов после расширения Р . При этом часть перепускаемого воздуха, вытеснив объем перепускного канала Ч, остается в нем, и рабочая камера заполняется лишь объемом Ч-ЧПроцесс фонтанного наполнения должен сопровождаться минимальным процессом смешения воздуха с газом. Здесь необходим тщательный подбор размеров и числа отверстий 99 в днище камеры сгорания, их расположения по радиусу, а главное, величины перепада давления в перепускном канале и скорости истечения через отверстия 99, т.к. при малой скорости истечения будет недостаточна пробивная способность струи воздуха, а при большой скорости возможно значительное смешение с газом при отраженных от днища поршня обратных токах.При движении рабочего поршня от НМТ до точки 1 (фиг.27) компрессорный поршень начинает двигаться от ВМТ, образуя разрежение в компрессорной камере, при котором перепускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается и здесь происходит начало такта впуска для следующего цикла. В это время в рабочей камере происходит дальнейшее вытеснение выпускных газов через кольцевую щель вокруг выпускного клапана при закрытом перепускном клапане.Во время процессов наполнения ивыпуска в рабочую камеру поступает пар, объем которого увеличивается до значения ЬЧао,. Этот пар прорывается из полости наддува через поршневые кольца рабочего поршня, а также поступает через клапан в днище поршня и через каналы перепускного клапана.При движении рабочего поршня отточки о до ВМТ (фиг.28) происходит окончательное сжатие воздуха, который занимает объем Ус (окончательнаясстепень сжатия Е = ). В этот мо 1 сЧмент в компрессорной камере завершается такт всасывания последующего цикла.В момент нахождения рабочего поршня у ВМТ производится подача топлива из форсунки 109, которое воспламеняется от высокой температуры. сжатого воздуха (дизельный цикл). В начальный период подвод тепла происходит при постоянном объеме, что соответствует процессу У=сопя (участок су), а затем процесс подвода тепла идет при постоянном давлении - процесс Р=сопз (участок уг). Большой объем камеры сжатия (камеры сгорания) Ч, обусловленный низкой окончательной степенью сжатия, способствует высокой полноте сгорания топлива даже при значительной величине быстроходности рабочего поршня.При движении рабочего поршня от ВМТ к точке ш (фиг.29) происходит первый этап рабочего хода (Ч) под действием сил давления расширяющихся газов, На этом участке догорает топливо и идет интенсивное выделение тепла через стенки рабочей камеры.Условно можно принять, что эти процессы взаимно уравновешены и в целом процесс расширения газа можно считать псевдоадиабатным, т.е,ЬЦ = О,На втором этапе рабочего хода (Чз , фиг.30) рабочий поршень движет 5 Уфся от точки ш до НМТ под действием затухающих сил инерции поршня, шатуна и синхрониэирующего механизма. В конце этого этапа к затухающим силам инерции добавляется сила от крутящего момента командно-синхронизирующего двигателя 28, В процессе второго этапа, как указывалось выше, происходит вытеснение 5 1 О 15 20 25 30 3540 45 50 55 тор которой через вал 2 вращает КНД 1.На участке дЬ заканчивается процесс расширения газов в силовой турбине 10, вал передает мощность потребителю.В варианте системы водно-парового охлаждения с наддувом модульного блока цилиндро-поршневых групп и его модульных крышек дистиллированная (дождевая, снеговая) вода из бака 117 (фиг.21), пройдя через насосы 120, 122, поступает в трубопровод 123 высокого давления. При этом ее постоянное давление поддерживается обратным клапаном 125. При вращении кулачка 129 происходит кратковременное совмещение дроссельных каналов 132 с дроссельными каналами 133, Это обеспечивает импульсный впрыск воды в каналы 69 (фиг.7) подвода для модульных блоков 11. Далее вода через штуцер 70 поступает в спиральный канал 67, где, нагреваясь от стенок корпуса, через дроссельные отверстия 71 поступает в змеевик 68. В змеевике она, испаряясь, охлаждает его стенки, а следовательно, и стенки гильзы рабочего цилиндра 32. Образовавшийся пар в змеевике с одного его газов и заполнение рабочей камерысвежей порцией воздуха. Гашение силинерции во втором этапе рабочего хода и плавный вывод поршня из положения НМТ крутящим моментом командносинхронизирующего двигателя позволяет осуществлять быстроходную и безударную работу ДГГ, увеличив приэтом его ресурс.После расширения в рабочей камере газ, обтекая выпускной клапан 82,движется по каналам 100, 18 по патрубку 19 и поступает на вход дополнительной турбины ВД 9 (участок пе).Здесь он незначительно теряет давление из-за конфузорного течения вканалах и у него снижается температура из-эа теплоотдачи в стенки илииз-за теплозащитного экранного охлаждения стенок каналов паром или воздухом,На участя е 1 происходит рабочийпроцесс расширения газов в турбинахВД 9 и 6, ротор которых вращает через вал 5 ротор КВД 4.На участке ЕВ происходит рабочийпроцесс расширения газов в ТНД 3, ро 15678045 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 конца выходит в центральную полость141, являющуюся полостью наддува паром зазора К между гильзой цилиндраи компрессорным поршнем, уплотняемого поршневыми кольцами, а также зазора Р между гильзой цилиндра и рабочимпоршнем. При этом прорыв газов иэ ра,бочей камеры в центральную полость41 происходит только тогда, когдадавление н ней выше давления наддува.Наддув зазоров К и Р обеспечиваетвнутреннее охлаждение стенок гильзцилиндров, цилиндрических поверхностей поршней, а главное, трущихся поверхностей поршневых колец.Одновременно пар иэ центральнойполости 4 1 при давлении в рабочей качере меньшем, чем давление наддува,поступает по дроссельному отверстию65 н упорной детали 64 и по каналам63, 62 в клапане 61 через кольцевующель между открытым под перепадомдавления клапаном и днищем поршня,смывая его поверхность, образует пленочное охлаждение днища поршня. Приэтом важно отметить, что дроссельноеотверстие 65 лимитирует расход пара,особенно при низком давлении н рабо- Фчей камере (процесс выплеска). При наличии давления в рабочей камере вышедавления наддува клапан 61 автоматически закрывается под перепадом давления.Пар из другого конца змеевика выходит н кольцевую полость 102, являющуюся камерой наддува клапанов и,возможно, эазорон между экранами икорпусом модульной крышки в горячихперепускном и особенно выпускном каналах при отсутствии керамическойтеплозащиты. В рассматриваемом вариантеон поступает только н каналы перепускного клапана и выпускного клапана.Пар иэ кольцевой полости 102 черезотверстие 103 во втулке 81 поступаетн полость 104 и далее по дроссельному отверстию 65 в упорной детали 64по каналам 83 и 84 выпускного клапана 82, отжимая клапан при давлениив камере сгорания (рабочей камере)меньшем, чем давление наддува. Далееон выхсцит через кольцевую щель междуклапаном и днищем камеры сгорания,образуя пленочное охлаждение днищакамеры сгорания.При унеличении перепада давленияи полостях 104 и в рабочей камереклапан 82 полностью открывается и становится на упорный торец детали 64 (процесс выпуска). В случае слиш,. ком большого давления н полости 104 рекомендуется отверстие 103 выполнить дроссельным. При очень большом давлении в рабочей камере клапан закрывается, прекращая вытекание пара.Пар иэ кольцевой полости 102 по каналам 105 и 106 через дроссельные отверстия 107 но втулке 87 также поступает в полость 108 перепускного клапана 88. Далее он идет по дроссельному отверстию 91, осевому каналу 89 и меридиональным отверстиям 90 в коиф прессорную камеру при открытом перепускном клапане. Это происходит тоГда, . когда давление в компрессорной камере выше, чем в перепускном канале 96. При этом в полости 108 поддерживается давление, близкое к давлению в канале 96 за счет подбора проходных сечений в дроссельных отверстиях 107 и 91. При больших давлениях в канале 96 (окончательное сжатие и рабочий ход) и при малых давлениях в компрессорной камере (впуск и предварительное сжатие) перепускной клапан закрыт, а пар проходит только через дроссельное отверстие 91, поддерживая указанное выше давление в полости 108. Таким образом наддун паром обеспечивает не только охлаждение перепускного и выпускного клапанов, но и совместно с давлениями в рабочей и компрессорной камерах автоматическую работу этих клапанов.В варианте системы жидкостно-воздушного охлаждения с наддувом модульного блока иилиндро-поршневых групп и его модуной крышки охлаждающая жидкость, предпочтительно высокотемпературное масло, охлажденное в радиаторе (не показан), поступает по каналу 73 через штуцер 74 в змеевик 68, В змеевике оно отнимает тепло от его стенок, а .-". дательно, и от стенок гильзы цилиндра рабочего поршня. После нагрева масло отводится с другого конца змеевика через штуцер 75 по каналу 76 (фиг.12,13). При этом воздух для наддува и охлаждения отбирается импульсно - из перепускного канала 96 в модульной крышке (фиг.20) по каналу 110 через поршневой клапан 111 с упорной деталью 64. На поршень этого клапана действует требуемое давление, обеспечиваемое подводом масла по каналу 114 нысокого давле 1615678045ния в поршневую камеру 113 через крышку 112. Одновременно, охладив клапан, оно непрерывно отводится через дроссельное отверстие 116 в канал 115 низкого давления. Клапан выпускает воздух из канала 96 только в промежуточном положении при равенстве сил давления масла и воздуха, Это равенство сил будет устанавливаться дважды эа цикл, а именно при сжатии в рабочей камере и при расширении газов в ней, т.е. в тот момент, когда давление в них равно давлению наддува. При процессе расширения в перепускном канале устайавливается давление такое же, как в рабочей камере, но при этом сохраняется температура воздуха, а не газов из-эа отсутствия эффективного теплообмена между газом камеры и воздухом канала (объем канала должен быть достаточным).При низком давлении в перепускном канале клапан закрывает отводящий канал 110, а при высоком давлении в перепускном канале канал 110 запирается упорной деталью 64. Таким образом осуществляется автоматическая работа перепускного поршневого клапана, обеспечивающего требуемый наддув.При открытом поршневом клапане воздух по каналу 110 поступает в канал 77 и из него в спиральный канал 67, В этом канале происходит охлаждение воздуха наддува благодаря теплообмену со стенками змеевика 68 и со стенками корпуса блока, которые могут иметь наружное оребрение, обдуваемое, например, из ресивера присоединенной емкости над рабочим колесом первой ступени КНД (не показан). Далее охлажденный воздух по каналу78 поступает в центральную полость41 корпуса блока.Здесь воздух, аналогично пару в предыдущем варианте,наддувает зазоры К и Р между гильзами цилиндров и поршнями, а также про,изводит пленочное охлаждение днищарабочего порйня,Кроме того, воздух из центральнойполости 41 по продольным каналам 79поступает в кольцевую полость 102 модульной крышки. Здесь он наддуваетполости клапанов аналогично пару впредыдущем варианте.Режим работы комбинированной установки регулируется системой управления. Запуск установки осуществляетсяот командно-синхрониэирующего двигателя 28, работающего на низких оборотах, путем включения муфты 27. Этотдвигатель, увеличивая обороты, выполняет роль пускового устройства дпявсей установки, т.к, ДГГ имеет газодинамическую связь с КВД и ТВД, ко торые, в свою очередь, также имеютгазодинамическую связь с КНД и ТНД.Турбина НД, кроме того, имеет газодинамическую связь с силовой турбиной,отдающей мощность потребителю.15 При достижении давления в рабочихкамерах газогенератора 25-30 ат, не"обходимого для самовоспламенения топлива, начинается его подача в форсумки 109 от плунжерного насоса 25 вы сокого давления. В дальнейшем на всехрежимах идет совместная работа командно-синхрониэирующего двигателя сДГГ. При увеличении давления за КВДи уменьшении запаса его устойчивой 25 работы от датчика 140 давления, установленного в выходном канале КВД, через командную связь 139 поступаетсигнал на увеличение подачи топливачерез регулируемый клапан 136 в топ ливный насос 29. При этом происходитувеличение оборотов командно-синхронизирующего двигателя и увеличиваетсячисло качаний поршней в модульных блоках ДГГ, приводящих к увеличению расхода воздуха и к снижению давленияза КВД. Это может привести к нежелательному увеличению давления передТВД, и датчик 142 давления, установленный во входном канале 1 ВД, подает 40 сигнал по командной связи 14 1 науменьшение подачи топлива в регулируемый клапан 138 топливного насоса25 ДГГ.Такое регулирование установки в д 5 зависимости от нагрузки на силовойтурбине 10 обеспечивается программой,заложенной в электронном блоке 134управления, и команда от него подается по каналам 135, 137 на регулируе мые клапаны 136 и 138. Таким образом,благодаря поддержанию требуемого давления за КВД, вне зависимости от давления перед ТВД, обеспечивается ширркий диапазон устойчивости работывсей комбинированной дизель гаэотурбинной установки.Предлагаемая КДГТУ имеет ряд существенных преимуществ перед другимиизвестными КДГТУ.1567804 51 О1 с 20 25 30 К 71 ГТУ с Дп, имеющим кольцевой патрубковый корпус, и с,дополнительной турбиной В,1 позволяет осуществить цикл с бдьшим давлением и с большей темпер; ахурой, чем в маломощном тяжелом экономичном четырехтактном дизельном двигателе с низким наддувом и большой степенью сжатия, Это позволяет уменьшить удельный расход топлива по сравнению с ним не менее чем на 5-107, а по сравнению с лучшей легкой мощной ГТУ на ч 0-507В предлагаемой КДГТУ даже при выбранных параметрах возможно дальнейшее увеличение КП. эа счет перспективных мероприятий в ДГГ и эа счет улучшения работы КВД. Этот компрессор приводится от дополнительной турбины ВД, имеющей более высокое давление и, следовательно, меньший объемный расход, При этом КВД может получить более высокие обороты, чем в обычной ГТУ.Высокие обороты способствуют увеличению окружной скорости и увеличению высоты лопаток в компрессоре ВД, ч,з и приводит к повышению его КПД.Применение ЛГГ с кольцевым патрубковым корпусом позволяет выполнить компактную конструкцию установки иуменьшить гидравлические потери в тракте за счет осесимметричцого течения и укорочения подводящих и отводящих патрубков, например, по сравнению с КЛГТУ, имеющей Ч-образный дизельный газогенератор.Применение малогабаритных модульных блоков с их крышками позволяет мобильно увеличивать мощность путем увеличения числа соосных рядов этихмодулей на кольцевом патрубковом корпусе. Применение большого числа модульных блоков, унифицированных для дви гателей различных мощностей, позволяет организовать дешевое крупносерийное (поточное) производство для их изготовления. Кроме того, здесь возможна максимальная унификация других узлов, например патрубков, топливных коллекторов, или сборка узлов из уцифгцировацных модульных блоков, например топливных, масляных и водяных насосов.Снижение степени сжатия в ДГГ позволило уменьшить величину ходов поршней и применить простую кинематику, обеспецвающую работу поршней двойного де:.гвия через рычаг первого рода. Шатуны этого рычага во времяработы имеют малый угол отклонения(5-8) с направлением перемещения поршня, что позволяет уменьшить силу трения поршневых колец о гильзу цилиндра в несколько раэ по сравнению с обычным дизельным двигателем, имеющим кривошипно-шатунный привод.Низкая степень сжатия в ДГГ позволила уменьшить вес, габариты и получить большую камеру сгорания (камеру сжатия, в которой улучшается процесс сгорания и одновременно уменьшается относительная доля утечек через поршневые кольца),Применение последовательного сжатия с перепуском воздуха иэ компрессорной камеры в рабочую позволило уменьшить объем рабочей камеры, а следовательно, уменьшить вес и снизить теплоотдачу через горячие стенки.Такой цикл с перепуском также позволил отказаться от механизма газораспределения и при наличии наддуваохлаждения обеспечить автоматическуюработу клапанов под перепадом давления, применять в рабочей камере только центрально расположенный выпускнойклапан. При этом следует ожидать,что фонтанное заполнение рабочей камеры воздухом и выпуск газов через центрально расположенный клапан не менее эффективны, чем впуск и выпуск в четырехтактном двигателе с низкой степенью сжатия, имеющем большой остаточный (параэитцый) объем, и несравненно лучше, чем петлевая продувка в двухкоцтактном двигателе.Кроме того, при цикле с перепуском рабочий ход продолжается и после расширения газов за счет затухающих сил инерции и сил от командцо-синхронизирующего двигателя, что позволяет избавить ДГГ от ударных нагрузок и увеличить его ресурс.Отсутствц сил от газового расширения в конце рабочего хода также способствует увеличению быстроходности, а следовательно, и уменьшению веса.Применение болыного числа многорядных дизельных блоков с большим числом цилиндров, работа которых син" хронизирована в дизельном газогенераторе, позволяет в несколько раз увеличить быстроходность по сравне 35 40 45 50 55 нию с дизельным двигателем и тем са

Смотреть

Заявка

3971492, 20.09.1985

Г. А. Тетюшин

ТЕТЮШИН ГЕОРГИЙ АНДРЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: F02B 75/26, F02C 5/06

Метки: дизель-газотурбинная, комбинированная

Опубликовано: 30.05.1990

Код ссылки

<a href="https://patents.su/22-1567804-kombinirovannaya-dizel-gazoturbinnaya-ustanovka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Комбинированная дизель-газотурбинная установка</a>

Похожие патенты