[Главная] [Очерки] [Журнал]

2. Пример конструктивного выполнения двигателя

На рис. 2 представлена принципиальная гидравлическая схема двигателя и конструктивные схемы основных его элементов и агрегатов.

Свободнопоршневой ДВС "Интеллектуал" содержит следующие основные элементы.

1. Блок поршней 1, – основной рабочий элемент двигателя, в котором происходит преобразование тепловой энергии сгоревшего топлива в энергию давления жидкости. Он включает в себя рабочий цилиндр 2 с продувочными (слева) и выхлопными (справа) окнами и два рабочих, противоположно движущихся поршня 3, выполненные с использованием керамики для нагреваемых поверхностей, а так  же механизм синхронизации движения поршней 4 с рейками 5 и 6 и шестернями 7, 8 и 9. Шестерни 7 и 8 размещены на общем валу, причём диаметр второй существенно меньше диаметра первой, чем достигается заметное снижение инерционной массы механизма синхронизации. Штоки 10 поршней выполняют функции плунжеров силовых гидронасосов СПДН.

2. Аккумулятор низкого давления (НД) 11, обеспечивающий накопление энергии рабочей жидкости для совершения тактов сжатия. Давление в аккумуляторе НД составляет 70…100 кгс/см².

3. Аккумулятор высокого давления (ВД) 12, обеспечивающий накопление энергии рабочей жидкости при цикле расширения (рабочем ходе) для привода нагрузки и всех агрегатов двигателя. Давление в аккумуляторе ВД составляет 200…250 кгс/см². Для снижения гидравлических потерь в трубопроводах и улучшения компоновки двигателя аккумуляторы ВД и НД на чертеже имеют вытянутую цилиндрическую форму и по длине близки к длине двигателя.

4. Механизм включения и регулирования мощности двигателя с вращающимся золотником 13, цилиндрическими золотниками 14 и 15, гидравлическим миниаккумулятором 16 пружинно-поршневого типа, обеспечивающие периодическое включение двигателя на совершение одного полного цикла (сжатие – рабочий ход) и правильное его функционирование, а также автоматическую ликвидацию аварийных или нерасчётных режимов работы двигателя (например, при пропуске вспышки в цилиндре). Это достигается следующими регулировками:

– При вращении золотника 13 против часовой стрелки с ограниченной скоростью полости слева от золотника 15 и сверху над поршнем миниаккумулятора 16 соединяются между собой. При этом поршень имеет такое ограниченное перемещение вниз, чтобы обеспечить чёткое перемещение золотника 15 в крайнее левое положение. В этом случае полость слева от поршня 17 соединяется со сливом, обратный клапан 18 СПДН открывается и происходит включение двигателя (такт сжатие – сближение поршней 3) под воздействием рабочей жидкости аккумулятора НД на плунжеры 10.

– Пружина 19 имеет такую затяжку, чтобы при рабочем ходе (поршни 3 расходятся, обратные клапаны 20 открыты) сигнал от аккумулятора ВД проходил через обратный клапан 21 и быстро перемещал золотник 15 в крайнее правое положение.

– Дроссель 22 имеет такую настройку, чтобы при отсутствии сигнала от клапана 21 обеспечить относительно медленный возврат золотника 15 в крайнее правое положение под воздействием рабочей жидкости из аккумулятора ВД.

– Золотник 14 и поршень 23 имеют такие диаметральные размеры, чтобы обеспечить перемещение золотника 14 в крайнее верхнее положение при падении давления над золотником (в полости А) ниже давления в аккумуляторе ВД (p_A < p_ВД) и давлениях p_B = 0 и p_С @ p_НД. Такой случай – аварийный – означает, что поршни 3 в силу каких-то причин (некачественное сгорание, полное отсутствие вспышки и др.) не вернулись в исходное (изображённое на схеме) положение. При этом золотник 14 соединяет рабочую полость плунжеров 10 со сливом и механизм синхронизации 4 под давлением жидкости от аккумулятора НД на правый торец рейки 6 будет разводить поршни 3 до тех пор, пока последние не займут исходное положение и сигнал об этом пройдёт от аккумулятора НД через золотник рейки 6 к поршню 23, опустив золотник 14 вниз. Схема будет подготовлена к следующему циклу.

5. Систему воздухоснабжения с турбокомпрессором 24 и воздушным фильтром 25, обеспечивающую продувку, наддув и охлаждение рабочего цилиндра и поршней. В другом варианте для этих целей используется продувочный компрессор объёмного типа (не показан) с приводом.

6. Обратимый высокооборотный регулируемый или нерегулируемый (например, винтовой) гидронасос 26, кинематически связанный с валом турбокомпрессора и гидравлически – с аккумуляторами ВД и НД. При пуске двигателя он работает в режиме гидромотора (среднее положение золотника 27) и создаёт предварительную закрутку турбокомпрессора для продувки полости цилиндра. При работе в режиме гидронасоса (изображённое на чертеже положение золотника 27) он снимает энергию паро-газовой смеси с турбины и преобразует её в энергию давления рабочей жидкости. Переключение с первого режима на второй осуществляется с помощью центробежного регулятора 28, приводимого от вала насоса 26. Таким образом, потери с выхлопными газами и на охлаждение двигателя сводятся к минимуму, определяемому в основном КПД турбины.

7. Выхлопную систему 29 с конденсатором пара, влагоотделителем и насосом для возврата воды в ёмкость 30.

8. Гидронасос 31, питающий аккумулятор НД. Производительность насоса регулируется в зависимости от падения давления в аккумуляторе НД посредством автомата разгрузки 32 насоса.

9. Расходомер-гидромотор 33, обеспечивающий привод насоса 31, вращающегося золотника 13 механизма включения и регулирования мощности двигателя, компрессора, электрогенератора и других вспомогательных агрегатов, на рисунке не показанных.

10. Силовой реверсивный гидромотор 35 регулируемого крутящего момента для привода нагрузки.

11. Управляющий распределитель 36, обеспечивающий изменение скорости вращения нагрузки и ругулирование числа циклов двигателя.

12. Бак 37 и гидравлические трубопроводы для хранения, сбора и транспортировки рабочей жидкости.

13. Систему топливопитания двигателя для подачи жидкого топлива в цилиндр двигателя в строго дозированных неизменных количествах. Она содержит диафрагменный топливный насос 38 с гидравлическим приводом, регулятор подачи топлива 39, топливную форсунку 40, топливный бак 41 и топливные трубопроводы с обратным клапаном 42. В общем случае в схеме присутствуют также дополнительный подкачивающий топливных насос и аварийный ручной гидронасос для закачки рабочей жидкости в аккумуляторы ВД и НД (не показаны). Привод топливного регулятора 39 осуществляется от шестерни 9 механизма синхронизации. Разворотом профилированного кулачка или эксцентрика 43 относительно оси шестерни 9 осуществляется регулировка момента впрыска топлива, а с помощью болта 44 с контргайкой 45 – количество подаваемого топлива. Впрыск топлива в цилиндр происходит в конце процесса сжатия при сближении поршней 3 и крайнем левом положении золотника 15; в этот момент гидравлическая полость топливного насоса 38 сообщена с аккумулятором ВД. При рабочем ходе поршней золотник 15 занимает крайнее правое положение и гидравлическая полость топливного насоса переключается с аккумулятора ВД на слив рабочей жидкости в бак 37.

14. Систему подачи воды, включающую диафрагменный насос 46 с приводом от аккумулятора НД или ВД и регулятор подачи воды (и топлива) 39, ёмкость 30, форсунки 47 и 48 и трубопроводы с обратным клапаном 49.

< НАЗАД] [ДАЛЬШЕ >