Дизель-генераторна установка, переважно силова установка тепловоза

Изобретение относится к области двигателестроения, преимущественно к силовым установкам тепловоза, и может быть использовано в них для утилизации теряемого тепла. Известна дизель-генераторная установка (ДГУ) [1], содержащая электрогенератор, связанный с ним дизель, парогенератор, пароперегреватель. паровую турбину и конденсатор пара. Дизель снабжен задатчиком (не показан) режима работы, системой охлаждения и магистралью выпуска отработавших газов. Греющие секции парогенератора и пароперегревателя размещены последовательно в магистрали выпуска отработавших газов, а охлаждающие секции подключены к контуру циркуляции жидкости системы охлаждения. Паровая турбина связана с потребителем мощности и подключена выпускным патрубком к запорному клапану пароперегревателя. Конденсатор пара установлен в выхлопном патрубке паровой турбины и подключен через выпускной трубопровод к охлаждающей секции парогенератора. Недостатком данной силовой установки является то, что при работе ДГУ на режимах малих нагрузок (когда система утилизации не эффективна) происходит остановка ротора паровой турбины, что при набросе нагрузки на ДГУ и подаче пара на паровую турбину затягивается период ее пуска, увеличивается время переходного режима ДГУ, что ведет к перерасходу топлива, ухудшению смесеобразования в цилиндрах двигателя, повышению температуры в деталях цилиндропоршневой группы (ЦПГ), отложению сажи на деталях ЦПГ и выпускном трубопроводе, а также при работе ДГУ на малых нагрузках нет возможности поддерживать температуру системы охлаждения дизеля на уровне, близком к 100°C, что не позволяет на этих режимах добиться высокого индикаторного КПД и уменьшить потери на трение. Целью изобретения является повышение экономичности и уменьшение массогабаритных показателей ДГУ за счет дополнительного повышения степени перегрева пара. Цель изобретения достигается тем, что в дизель-генераторной установке, преимущественно силовой установке тепловоза, содержащей электрогенератор и связанный с ним дизель, снабженный задатчиком режима работы, системой охлаждения и магистралью выпуска отработавших газов, парогенератор и пароперегреватель, греющие секции которых размещены последовательно в магистрали выпуска отработавших газов и охлаждающие секции - подключены к контуру циркуляции жидкости системы охлаждения, паровую турбину, связанную с потребителем мощности и подключенную впускным патрубком к запорному клапану пароперегревателя, конденсатор пара, установленный в выхлопном патрубке паровой турбины и подключенный через выпускной трубопровод к охлаждающей секции парогенератора, охладитель конденсата, установленный в обводном канале выпускного трубопровода конденсатора, согласно изобретению система охлаждения заявляемой ДГУ снабжена паросепаратором низкого давления, паровой объем которого через охлаждающую секцию пароперегревателя подключен к впускному патрубку паровой турбины, а водяной объем - к выпускному тр убопроводу конденсатора перед охладителем конденсата, при этом охлаждающая секция парогенератора трубопровода сообщена с водяным объемом паросепаратора. Это дает возможность поддерживать паровую турбину в рабочем состоянии на долевых режимах работы дизеля, существенно сократить время ее раскрутки при набросе нагрузки на дизель и выходе ее на номинальную мощность, повысить экономичность ДГУ на долевых режимах за счет повышения индикаторного КПД дизеля и уменьшения потерь на трение. На чертеже (фиг.) представлена схема предлагаемой ДГУ. Установка содержит электрогенератор 1, связанный с ним дизель 2, пароперегреватель 3, парогенератор 4, паровую турбину и конденсатор пара (не показаны). Генератор 1 соединен с дизелем 2, который снабжен задатчиком (не показан) режима работы, системой охлаждения 5 и магистралью 6 выпуска отработавших газов. Греющие секции пароперегревателя 3 и парогенератора 4 размещены последовательно в магистрали 6 выпуска отработавших газов, а их охлаждающие секции подключены к контуру 7 циркуляции рабочей жидкости системы утилизации. Между охлаждающими секциями парогенератора 4 и пароперегревателя 3 установлен запорный клапан 8. Паровая турбина 9 связана с потребителем мощности 10 и подключена впускным патрубком к пароперегревателю 3. После паровой турбины 9, пар через выхлопной патрубок 11 поступает в конденсатор пара 12, который через выпускной трубопровод 13 соединен с охлаждающей секцией парогенератора 4. Для достижения цели запорный клапан 8 подключен к задатчику режима работы, конденсатор 12 выполнен смешивающим, выпускной трубопровод 13 конденсатора 12 выполнен с обводным каналом 14, в котором установлен охладитель 15 конденсата. Обводной канал 14 подключен к зоне смешения конденсатора 12. Система охлаждения 5 двигателя 2 снабжена паросепаратором 16 низкого давления, паровой объем которого трубопроводом 17 через запорный клапан 18 и охлаждающую секцию пароперегревателя 3 подключен к впускному патрубку паровой турбины 9, а водяной объем - к выпускному трубопроводу 13 конденсатора 12 перед охладителем конденсата 15. Охлаждающая секция парогенератора 4 сообщена трубопроводом 19 с водяным объемом паросепаратора 16. Дизель-генераторная установка работает следующим образом. В цилиндры дизеля 2 подается воздух и впрыскивается топливо. Количество впрыскиваемого топлива регулируется по сигналам задатчика режима работы. Затем в цилиндрах топливо сжигается, продукты сгорания расширяются и энергия расширения передается через вал дизеля 2 на электрогенератор 1. Отработавшие газы из цилиндров дизеля 2 выпускаются в выпускную магистраль 6. Теплом отработавших газов в греющей секции парогенератора 4 подогревается и испаряется под давлением вода системы утилизации в контуре 7 циркуляции. Под тем же давлением получается перегретый пар в греющей секции пароперегревателя 3. Перегретый пар, периодически, в момент наброса на ДГУ нагрузки по сигналу от задатчика режима работы, выпускается через запорный клапан 8 во впускной патрубок паровой турбины 9, которая передает мощность на потребитель 10. После окончания переходного процесса запорный клапан 8 закрывается. Отработавший в турбине 9 через выхлопной патрубок 11 подается в конденсатор 12 (бак), где осуществляется конденсация пара и подача конденсата (воды) в контур 7 циркуляции на подогрев и испарение. Для повышения экономичности и уменьшения массогабаритных показателей производят дополнительное повышение степени перегрева пара путем снижения давления в замкнутом объеме пароперегревателя 3, в период выпуска через запорный клапан 8. Величиной снижения давления управляют при помощи воздействия на открытие клапана 8 по сигналам задатчика режима работы. Конденсацию отработавшего в турбине 9 пара осуществляют путем смешения с охлажденным конденсатом в зоне смешения конденсатора 12. При этом отделяют от образовавшейся смеси часть, необходимую для подогрева и испарения в парогенераторе 4 и пароперегревателе 3, а оставшуюся часть подают в обводной канал 14 и охлаждают воздухом в охладителе 15, используя ее для повторного смешения с отработавшим паром в процессе его конденсации в зоне смешения конденсатора 12. При работе дизеля 2 в паросепараторе 16 системы охлаждения 5 образуется пар низкого давления, который по трубопроводу 17 через охлаждающую секцию пароперегревателя 3 и запорный клапан 18 подается в паровую турбину 9. Благодаря этому, ротор турбины постоянно вращается, что позволяет существенно уменьшить время его раскрутки при подаче пара из парогенератора 4 в момент наброса на дизель 2 нагрузки. Это будет способствовать сокращению времени переходного процесса. Для пополнения системы охлаждения 5 дизеля 2 водяной объем паросепаратора 16 сообщен с конденсатором 12 системы утилизации. При работе дизеля 2 на долевых режимах обеспечивается подогрев системы охлаждения 5 путем подачи нагретой воды по трубопроводу 19 из водяного объема парогенератора 4. Это позволяет повысить экономичность ДГУ на долевых режимах за счет повышения индикаторного КПД дизеля и уменьшения потерь на трение, а также позволяет уменьшить количество радиаторных секций, необходимых для поддержания двигателя в оптимальном температурном режиме, снизить его температурные колебания, что ведет к повышению его надежности, обеспечит подогрев рабочего тела, что улучшает процесс сгорания, снижает расход топлива.