ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2435281

ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Григорчук Владимир Степанович
Имя патентообладателя: Григорчук Владимир Степанович
Адрес для переписки: 191036, Санкт-Петербург, ул. 6-я Советская, 25/20, кв.5, В.С. Григорчуку
Дата начала действия патента: 08.11.2010

Автономные электростанции предназначены для питания различных электрических приборов, их часто используют  в коммерческих и социальных организациях, специальных службах, частном секторе. Они могут использоваться в качестве аварийного источника электрической энергии напряжением 230/400 В, частотой 50 Гц.

Существуют различные типы автономных электростанций, одними из которых является дизель-генераторы или дизель-электростанция (ДЭС).

Дизель-генераторы появились в начале прошлого века. Основной функцией дизель-генератора является преобразование химической энергии дизельного топлива в кинетическую энергию и далее в электрическую энергию.

Дизельные генераторы пользуются большим спросом для удовлетворения потребностей малых и средних производств. Бизнес теряет доход, когда сталкивается с остановкой производства во время пропадания электрической энергии.

Дизельное топливо - это единственный вид топлива, который является полностью безопасным и стабильным в хранении.

Среди всех видов ископаемого топлива, дизельное топливо является самым легко доступным по всему миру. Найти его можно практически везде. Дизельное топливо может храниться без проблем до 2 лет. Наоборот, бензин сохраняется плохо и хранится не более 30 дней. Природный газ очень огнеопасен, представляет серьезную опасность для окружающих.

Дизельные генераторные установки остаются номер один для аварийного питания систем во всем мире. Дизель-генераторы производит гораздо больше энергии, их эксплуатация обходится дешевле. Длительный срок службы и низкие эксплуатационные затраты, что определяет их популярность. Современные дизель-генераторы не выделяют практически никакого видимого дыма и имеют меньше вредных выбросов в окружающую среду в отличии от бензиновых их аналогов.

Поскольку дизельное топливо сравнительно дешевле, по сравнению с обычным бензином, это коммерчески более выгодный вариант для использования в силовых установках электрических генераторов. Низкая стоимость дизельного топлива приводит к снижению затрат на производство энергии. Дешевая энергия приведет к снижению издержек производства, которая ощутимо влияет на цены произведенного продукта на рынке.

Дизель-генераторы, представленные на www.generatorprom.ru, предназначены для постоянного использования или резервного электроснабжения. Главной задачей данных типов генераторов является обеспечение бесперебойной подачи электроэнергии потребителю. Они имеют меньше движущихся деталей, чем другие типы генераторов. Как результат, они требуют меньше обслуживания и ремонта. Дизель-генератор может производить непрерывную подачу электроэнергии без пиков и провалов. Это очень важно, так как колебания электрического тока может привести к повреждению подключенных электронных устройств. Все современные дизельные генераторы и дизельные электростанции соответствуют самым высоким показателям качества и надежности.


Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве дизель-генераторной установки для более надежного и эффективного получения электрического тока.

Конструкция предложенного дизельного генератора соответствует всем современным требованиям относящимся к автономным источникам электрической энергии.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве дизель-генераторной установки для получения электрического тока. Предложенная дизель-электростанция (ДЭС) имеет: более высокие КПД, большую мощность силовой установки, пониженную вибрацию из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма, упрощенную конструкцию силовой установки, что в итоге приведет к значительному увеличению срока службы дизель-генераторной установки.

Термоэлектрогенератор ТГК-3Известен термогенератор электрического тока ТГК-3 (Справочник радиолюбителя, ред. А.А.Куликовский, изд.3, Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1961, с.318-319, рис.16-1),

Термоэлектрогенератор ТГК-3 предназначен для питания радиоприемников.

Действие термоэлектрического генератора основано на использовании термоэлектрического эффекта, заключающегося в том, что при нагревании места спая двух разных металлов между их свободными (холодными) концами, имеющими более низкую температуру, возникает постоянная э.д.с.

Он состоит из двух термобатарей с большим числом последовательно соединенных термоэлементов их металлокерамики. Одна из них, дающая напряжение 2 в при токе 2а, предназначена для питания анодных цепей приемника через вибропреобразователь, а другая, дающая напряжение 2 в при токе 0.5 ампер - для питания нитей накала. Эта батарея имеет еще отвод на 1.2 в(при токе 0.36 А). Термобатареи нагреваются 20-линейной керосиновой лампой, которая используется вместе с тем для освещения. Расход керосина в час составляет 60-70 г. Термогенератор обладает длительным сроком службы и не боится коротких замыканий.

Недостатками известного термогенератора электрического тока ТГК-3 являются небольшой ток и напряжение на выходе, низкий КПД, большие тепловые потери, загрязнение окружающей среды продуктами горения.

Указанные технические и эксплуатационные недостатки термогенератора обусловлены его конструкционным решением.

Известна также дизель-генераторная установка ДГУ-100-2  (Государственный Комитет Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению, 1 серия, Машиностроение и автоматика, Дизелестроение, ЦБТИ, М., 1961, с.71-76, рис.10).дизель-генераторная установка ДГА-100-2

Дизель-генератор ДГУ-100-2 представляет собой дизель и генератор, установленные на сварную раму и сочлененные упругой муфтой с резиновыми пальцами. Жидкостная система охлаждения, с принудительными водо-водяным и водо-масляным охладителями. Основные технические данные: 1. Мощность – 100 кВт; 2. Род тока – переменный, трехфазный; 3. Частота тока – 50 Гц; 4. Напряжение – 400 В; 5. Сила тока – 180 А; 6. Частота вращения коленвала дизеля – 1500 об/мин; 7. Удельный расход топлива – 280 г/кВт.ч.

Дизель-генераторная установка ДГУ-100-2, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатками известной дизель-генераторной установки ДГУ-100-2, принятой за прототип, являются большие тепловые потери на трение в дизельном двигателе, большой вес, сильная вибрация дизельного двигателя, сильный шум и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Все эти недостатки обусловлены ее техническим решением, а именно высокотемпературными процессами, протекающими в дизельном двигателе, наличием кривошипно-шатунного механизма, большими движущимися массами поршневого кривошипно-шатунного двигателя.

Техническим результатом данного изобретения является: повышение КПД и упрощение конструкции силовой установки генератора, как следствие - существенная экономия топлива, получении большего количества электроэнергии и ее удешевление. Достигнутый технический результат соответствует всем современным требованиям автономного электроснабжения объектов как государственной, так и частной форм собственности. 

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 двигателя 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 топливного насоса, высокого давления, водяного и масляного насосов, а на передней крышке закреплен стартер. Шестерня стартера взаимодействует с зубчатым венцом маховика.

Сущность изобретения поясняется чертежами

общий вид дизель-генераторной установки для выработки электрического тока общий вид силовой роторно-поршневого дизельного двигателя генераторной установки
  • фиг.1 изображен общий вид дизель-генераторной установки для выработки электрического тока

  • фиг.2 - общий вид силовой роторно-поршневого дизельного двигателя генераторной установки

вид на роторно-поршневую силовую установку слева вид на роторно-поршневую силовую установку справа
  • фиг.3 - вид на роторно-поршневую силовую установку слева

  • фиг.4 - вид на роторно-поршневую силовую установку справа

кинематическая схема силовой роторно-поршневой силовой установки схема системы питания роторно-поршневого дизельного двигателя
  • фиг.5 - кинематическая схема силовой роторно-поршневой силовой установки

  • фиг.6 - схема системы питания роторно-поршневого дизельного двигателя

поперечный разрез роторно-поршневого дизельного двигателя общий вид ротора дизельного двигателя
  • фиг.7 - поперечный разрез роторно-поршневого дизельного двигателя

  • фиг.8 - общий вид ротора дизельного двигателя

вид на ротор двигателя слева вид на ротор сверху общий вид поршня роторно-поршневого дизельного двигателя
  • фиг.9 - вид на ротор двигателя слева

  • фиг.10 - вид на ротор сверху

  • фиг.11 - общий вид поршня роторно-поршневого дизельного двигателя

вид на поршень силовой установки слева вид на поршень силовой установки сверху вид на Г-образные элементы уплотнения спереди вид на Г-образные элементы уплотнения сзади
  • фиг.12 - вид на поршень силовой установки слева

  • фиг.13 - вид на поршень силовой установки сверху

  • фиг.14 - вид на Г-образные элементы уплотнения спереди

  • фиг.15 - вид на Г-образные элементы уплотнения сзади

вид на Г-образные элементы уплотнения сверху в разрезе
схема 1 принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя схема 2 принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя
  • фиг.16 - вид на Г-образные элементы уплотнения сверху в разрезе

  • фиг.17, 18, 19, 20 - схемы принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя.

схема 3 принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя схема 4 принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя

Дизель-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 дизельного двигателя роторно-поршневого типа . Роторно-поршневой дизельный двигатель содержит размещенный горизонтально рабочий цилиндр 8 с рубашкой охлаждения 9, выполненный заодно с фундаментальной рамой 10 и закрытый передней 11 и задней 12 крышками. Передняя крышка цилиндра имеет выпускные продувочные окна 13, соединенные с выпускными трубами 14. Задняя крышка цилиндра 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 двигателя установлен с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, имеет для лучшего уплотнения выступ 26 и наклонную направляющую 27, установленную под углом , 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 дизельного двигателя 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 дизель-генераторной установки

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 силовой установки 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 F1 создают пару сил, которые приводят ротор во вращение. Силы F2 и F3 взаимно уравновешивают друг друга, так как равны по величине, направлены в противоположные стороны и действуют на равные площади. Силы F4 и F5, 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 при использовании данной дизель-генераторной установки достигается за счет более высокого КПД и мощности силовой установки. Можно получить большее количество электроэнергии. В данном техническом решении автономной электростанции уменьшена вибрация из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и упрощена конструкция самой силовой установки, что приведет к значительному увеличению срока службы дизель-генератора.

Версия для печати


вверх