Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом
Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом с рядным или V-образным расположением цилиндров предназначен для эксплуатации на газообразном топливе нетрадиционного состава в т.ч. на попутном нефтяном газе, и позволяет существенно улучшить стабильность мощностных показателей. Тракт 4 подачи газо-воздушной смеси выполнен автономным для цилиндров каждого блока 1 и сообщен с газовой магистралью 7 посредством основного и дополнительного трубопроводов 13 и 15 соответственно, каждый из которых снабжен газовым редуктором 14 и 16 соответственно, а дополнительный трубопровод 15 дополнительно снабжен дозирующим элементом 17, размещенным между газовым редуктором 14 и газо-воздушным смесителем 8. Двигатель выполнен с турбокомпрессором, подключенным с возможностью создания эжекционной системы подачи газа и снабжен охладителем газо-воздушной смеси. Полезная модель содержит 5 зав. форм. и 3 илл.
Предложение относится к области двигателестроения и может быть использовано в устройствах для питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на газообразном топливе нетрадиционного состава, в частности на попутном нефтяном газе.
Известен 8-цилиндровый газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащий впускной и выпускной коллекторы, газовые и воздушную магистрали и сообщенные с ними и с впускным коллектором тракт подачи газо-воздушной смеси, снабженный газо-воздушным смесителем, турбокомпрессором, подключенным с возможностью создания эжекционной системы подачи газа и охладителем газо-воздушной смеси и по меньшей мере один регулирующий орган, выполненный в виде дроссельной заслонки. (Свидетельство РФ №28895, F 02 B 43/00, 2002 г.)
Известный двигатель внутреннего сгорания работает успешно на газообразных топливах, имеющих постоянное давление в газовой магистрали. При использовании попутного нефтяного газа в качестве топлива давление в магистрали может значительно уменьшится во время работы двигателя внутреннего сгорания, что приводит к снижению расхода газа, поступающего в цилиндры, более чем на 30% и к значительному снижению мощности двигателя внутреннего сгорания, особенно при работе с турбонаддувом.
Задачей предложения является улучшение стабильности мощностных показателей двигателя внутреннего сгорания на попутном нефтяном газе путем регулирования смешивания газа с воздухом, позволяющего организовать рабочий процесс в двигателе независимо от изменения давления в газовой магистрали.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащий по меньшей мере один блок цилиндров, по меньшей мере один впускной и выпускной коллекторы, газовую и воздушную магистрали и сообщенный с ними и с выпускным коллектором тракт подачи газо-воздушной смеси, снабженный газо-воздушным смесителем, турбокомпрессором, подключенным с возможностью создания эжекционной системы подачи газа и охладителем газо-воздушной смеси, и содержащий по меньшей мере один регулирующий орган управления, выполненный в виде дроссельной заслонки, согласно предлагаемой полезной модели двигатель внутреннего сгорания дополнительно снабжен электронным блоком управления подачей газо-воздушной смеси и связанным с ним датчиком положения дроссельной заслонки, а тракт подачи газо-воздушной смеси выполнен автономным для каждого ряда блока цилиндров и сообщен с газовой магистралью посредством основного и дополнительного трубопроводов, каждый из которых снабжен газовым редуктором, а дополнительный трубопровод дополнительно снабжен дозирующим элементом, размещенным между газовым редуктором и газо-воздушным смесителем.
В выпускном коллекторе может быть размещен датчик температуры отработавших газов, связанный с электронным блоком управления.
Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом может быть как с рядным расположением цилиндров одного блока цилиндров, так и с V-образным расположением цилиндров двух блоков цилиндров.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых представлена как одноблочная конструкция, так и многоблочная конструкция двигателя.
Так на фиг.1 показана принципиальная схема газового двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, который имеет один блок с рядным расположением цилиндров, а на фиг.2 - принципиальная схема газового двигателя
внутреннего сгорания с турбонаддувом, который имеет два одинаковых блока с V-образным расположением цилиндров и один общий охладитель газо-воздушной смеси. На фиг.3 - принципиальная схема газового двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, который имеет 2 одинаковых блока с V-образным расположением цилиндров, охладитель газо-воздушной смеси и датчик положения для дроссельной заслонки для каждого блока цилиндров.
Представленный на фиг.1 газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, выполненный с рядным расположением цилиндров, содержит один блок цилиндров 1, сообщенный с цилиндрами впускной коллектор 2 и выпускной коллектор 3. Тракт 4 подачи газо-воздушной смеси сообщен с одной стороны с впускным коллектором 2, а с другой стороны - через воздушный фильтр 5 с воздушной магистралью 6 и с газовой магистралью 7.
В тракте 4 подачи газо-воздушной смеси последовательно расположены воздушный фильтр 5, газо-воздушный смеситель 8, центробежный компрессор 9 с охладителем 10 газо-воздушной смеси, выполненным в виде радиатора, регулирующий орган управления подачей газо-воздушной смеси, выполненный в виде дроссельной заслонки 11 с датчиком 12 ее положения.
Газо-воздушный смеситель 8 сообщен с основным газовым трубопроводом 13, который через основной газовый редуктор 14 сообщен с газовой магистралью 7 с попутным нефтяным газом. Кроме того, газовая магистраль 7 с попутным нефтяным газом сообщена с газо-воздушным смесителем 8 посредством дополнительного трубопровода 15, в котором установлены дополнительный газовый редуктор 16 и дозирующий элемент 17, размещенный между газовым редуктором 16 и газо-воздушным смесителем 8.
Выпускной коллектор 3 снабжен датчиком 18 температуры отработавших газов и соединен с турбиной 19, которая сблокирована с компрессором 9.
Выходной вал 20 двигателя внутреннего сгорания, предназначенный для механического привода различных объектов, может быть снабжен датчиком 21 частоты вращения.
Для регулирования расхода газа, поступающего в цилиндры двигателя, через дополнительный трубопровод 15 и дозирующий элемент 17 в зависимости от сигналов датчиков 12, 18 и 21 предназначен электронный блок 22 управления подачей газо-воздушной смеси.
Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом может иметь два блока 1 с V-образным их расположением, как это показано на фиг.2. В этом случае каждый из блоков 1 цилиндров имеет отдельный впускной коллектор 2, отдельный выпускной коллектор 3 и тракт 4 подачи газо-воздушной смеси, сообщенный с одной стороны с впускным коллектором 2, а с другой стороны через воздушный фильтр 5 с воздушной магистралью 6 и с газовой магистралью 7. В каждом тракте 4 также как и при рядном исполнении последовательно расположены: воздушный фильтр 5, газо-воздушный смеситель 8, центробежный компрессор 9 и регулирующий орган управления подачей газо-воздушной смеси, выполненный в виде дроссельной заслонки 11 с датчиком 12 ее положения. Каждый выпускной коллектор 3 соединен с турбиной 19. Газовая магистраль 7 с попутным нефтяным газом подсоединена к газо-воздушным смесителям 8 каждого автономно размещенного для каждого блока цилиндров тракта 4, через основной газовый трубопровод 13 с основным газовым редуктором 14 и через дополнительный газовый трубопровод 15 с дополнительным газовым редуктором 16 и дозирующим элементом 17. При этом может быть использован один общий охладитель-радиатор газо-воздушной смеси 10 или индивидуальные охладители 10 газо-воздушной смеси для каждого блока цилиндров при V-образном их расположении, т.е. в каждом тракте (фиг.3). Регулирующие органы управления подачей газо-воздушной смеси в каждом тракте 4 имеют общий привод и открываются одновременно на один и тот же угол, обеспечивая одинаковый расход газо-воздушной смеси в каждый блок 1 цилиндров. В этом случае для двух блоков 1 цилиндров можно использовать один датчик 12 положения органа управления 11, один датчик 18 температуры отработавших газов, размещенный в одном
из выпускных коллекторов 3 и общий электронный блок 22 управления подачей смеси для регулирования расхода газа каждым дозирующим элементом 17. Возможно использование датчика 12 положения для каждой дроссельной заслонки 11 в каждом выпускном коллекторе 3 (фиг.3).
При заданном расчетном давлении попутного нефтяного газа в магистрали 7 газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом работает с подводом газа в тракт 4 подачи газо-воздушной смеси во впускной коллектор 2 через газо-воздушный смеситель 8 только через основной газовый трубопровод 13 и основной газовый редуктор 14. Дозирующий элемент 17 полностью закрыт и газ в смеситель 8 через дополнительный трубопровод 15 не поступает. Дроссельная заслонка 11 открыта на угол, который регистрируется датчиком 12 и необходим для работы двигателя с турбонаддувом и промежуточным охлаждением газо-воздушной смеси при определенной мощности и с определенной частотой вращения выходного вала 20, которая регистрируется датчиком 21.
При снижении давления попутного нефтяного газа относительно заданного в газовой магистрали 7 уменьшается расход газа через основной трубопровод 13 и снижается частота вращения выходного вала 20 двигателя при фиксированном положении дроссельной заслонки 11. Сигнал от датчиков 12 и 21 поступает в электронный блок 22, который приоткрывает дозирующий элемент 17 и через дополнительный трубопровод 15 в смеситель 8 начинает поступать газ в количестве, необходимом для восстановления частоты вращения выходного вала 20 до первоначального значения при данном угле открытия дроссельной заслонки 11. Для контроля температуры отработавших газов перед турбиной 19, которая приводит в движение компрессор 9, в выпускном коллекторе 3 установлен датчик температуры 18. Сигнал от датчика 18 поступает в электронный блок 22, который прикрывает дозирующий элемент 17 и уменьшает расход газа через дополнительный трубопровод 15, в
случае, если температура отработавших газов превысит допустимое для турбины 19 значение.
Опытные образцы двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, изготовленные согласно совокупности конструктивных признаков по данному предложению, успешно прошли испытания и подготовлены к использованию на нефтяных месторождениях для привода различных агрегатов, в том числе для привода электрических генераторов.
1. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащий по меньшей мере один блок цилиндров, впускной и выпускной коллекторы, газовую и воздушную магистрали и сообщенный с ними и с впускным коллектором тракт подачи газо-воздушной смеси, снабженный газо-воздушным смесителем, турбокомпрессором, подключенным с возможностью создания эжекционной системы подачи газа и охладителем газо-воздушной смеси, и по меньшей мере одним регулирующим органом управления, выполненным в виде дроссельной заслонки, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания дополнительно снабжен электронным блоком управления подачей газо-воздушной смеси и связанным с ним по меньшей мере одним датчиком положения дроссельной заслонки, тракт подачи газо-воздушной смеси выполнен автономным для цилиндров каждого блока цилиндров и сообщен с газовой магистралью посредством основного и дополнительного трубопроводов, каждый из которых снабжен газовым редуктором, а дополнительный трубопровод дополнительно снабжен дозирующим элементом, размещенным между газовым редуктором и газо-воздушным смесителем.
2. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по п.1, отличающийся тем, что в выпускном коллекторе размещен датчик температуры отработавших газов, связанный с электронным блоком управления.
3. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с рядным расположением цилиндров одного блока цилиндров.
4. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с V-образным расположением двух блоков цилиндров.
5. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по п.4, отличающийся тем, что датчик положения дроссельной заслонки выполнен общим для двух блоков цилиндров.
6. Газовый двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по п.4, отличающийся тем, что охладитель газо-воздушной смеси выполнен общим для двух блоков цилиндров.
