Силова установка

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к силовым установкам с поршневыми двигателями и может быть использовано для создания силовых установок, предусматривающих предпусковой разогрев основного или главного двигателя. Известны транспортные и судовые силовые установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС), оборудованные различными типами подогревателей, обеспечивающих предпусковой нагрев жидкости системы охлаждения двигателя и масла в баке или картере. К таким конструкциям относится, например, силовая установка, содпржащий основной дизель и пусковой двигатель, связанный при помощи кинематической породами с генератором, который, в спою очередь, подключен к электронагревателям, установленным в контуре циркуляции охлаждающей жидкости (ОЖ) и воздухоснабжения дизеля [1]. Недостатком такой силовой установки является нерациональное использование энергии пускового двигателя, в частности, полная потеря тепловой энергии его выхлопных газов. Это приводит к увеличению затрат времени и энергии на предпусковую подготовку силовой установки. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой силовой установке является устройство для прогрева и запуска ДВС с жидкостной системой охлаждения, содержащее пусковой газотурбинный двигатель (ГТД) с выхлопным патрубком, в котором размещен газовый водонагреватель, снабженный электроприводным водяным насосом и сообщенный с системой охлаждения ДВС, при этом к выходному валу пускового ГТД подсоединен вспомогательный электрогенератор, обеспечивающий питание электропривода водяного насоса и силового генератора [2]. Недостатком последнего устройства также является длительное время предпускового разогрева для подготовки основного ДВС к пуску. Например, после 30 минут предпускового нагрева дизеля ЯМЗ-238 путем разогрева ОЖ сохраняется большое сопротивление для прокручивания его коленчатого вала (KB), составляющее порядка 60% от общего момента сопротивления. Для пуска дизеля 5ДН при температуре минус 10°С необходимое время предпускового разогрева составляет 30-40 минут. Как показывает опыт, основной причиной столь значительных затрат времени на подготовку дизелей к пуску при использовании известных систем разогрева является медленный прогрев подшипниковых узлов двигателя, осуществляемый путем теплопередачи от нагретых деталей рубашки системы охлаждения. Так, темп нагрева коренных подшипников коленчатого вала дизеля 5ДН при предпусковом разогреве на порядок ниже темпа прогрева ОЖ. Задачей данного изобретения является сокращение затрат времени на пуск силовой установки и подготовку транспортного средства к движению при низкой температуре окружающего воздуха путем более эффективного нагрева подшипников KB поршневого двигателя. Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в увеличении (от 5 до 10 раз) темпа разогрева коренных подшипников коленчатого вала основного двигателя, определяющего его готовность к пуску. Это достигается благодаря тому, что разогрев каждого из коренных подшипников коленчатого вала осуществляется с двух сторон: со стороны блока путем теплопередачи от нагретых деталей рубашки системы охлаждения и со стороны подвески путем теплового контакта боковых поверхностей подвески с плоскими металлокерамическими электронагревателями. Электрообогрев подвесок коренных подшипников коленчатого вала в процессе предпускового разогрева основного двигателя и использование для этой цели плоских металлокерамических нагревателей являются, по мнению авторов, новыми признаками в предлагаемом решении, имеющими изобретательский уровень. Из наличие дает следующие преимущества предполагаемого изобретения перед известными из материалов патентной и научно-технической литературы решениями: возможность получения высокого градиента температур между поверхностью нагревателя и подшипником коленчатого вала (допустимая температура разогрева поверхности нагревателя составляет 600°С, в то время как температура горячей охлаждающей жидкости в прототипе не может превышать 100°С); возможность реализации высокого коэффициента теплоотдачи от нагревателя к подвеске (шлифование контактирующих друг с другом поверхностей нагревателей и подвесок); возможность размещения нагревателя в зазоре между боковой поверхностью подвески и щекой коленчатого вала (толщина нагревателя составляет от 1,5 до 2 мм), Решение задачи обеспечивается тем, что предлагаемая силовая установка содержит основной или главный поршневой ДВС с воспламенением от сжатия и вспомогательный энергоагрегат, масляную систему с обогреваемыми баком и трубой, соединяющей масляный бак с основным двигателем, при этом основной двигатель имеет картер, коленчатый вал с коренными подшипниками, каждый из которых выполнен в виде двух вкладышей, уложенных соответственно в ложе блока и в подвеске, а вспомогательный энергоагрегат имеет пусковой газотурбинный двигатель, генератор и выхлопной патрубок, в котором размещен газовый водонагреватель, снабженный электроприводным водяным насосом и сообщенный с системой охлаждения основного двигателя, согласно изобретению, установка дополнительно снабжена плоскими металлокерамическими нагревателями, изготовленными из вакуумплотной керамики с расположенным внутри каждого нагревателя печатным рези-стивным элементом, установленными на обоих боковых поверхностях подвесок каждого коренного подшипника KB основного двигателя, подключенными через управляемый контактор к генератору вспомогательного энергоагрегата, при этом для увеличения коэффициента теплоотдачи от нагревателя к подшипнику KB рабочие поверхности нагревателей и боковые поверхности подвесок выполнены шлифованными. Изобретение поясняется графическим материалом, где: на фиг.1 представлен общий вид силовой установки с поршневым ДВС; на фиг.2 - подвеска коренного подшипника КВ. Силовая установка содержит основной или главный поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (дизель) 1 (фиг.1), вспомогательный энергоагрегат 2, масляную систему и систему обогрева коренных подшипников КВ. Основной двигатель 1 имеет картер 3, коленчатый вал 4 с коренными подшипниками, каждый из которых выполнен в виде двух вкладышей 5 и 6, уложенных соответственно в ложе блока 7 и в подвеске 8; Вспомогательный энергоагрегат 2 имеет пусковой газотурбинный двигатель 9, генератор 10 и выхлопной патрубок 11с размещенным в нем газовым водонагревателем 12, подключенным к жидкостной системе охлаждения основного двигателя 1 посредством трубопроводов 13 и 14. При этом в трубопроводе 14, соединяющем вход ОЖ в теплообменник с рубашкой системы охлаждения дизеля 1 установлен водяной насос 15 с приводом от управляемого электромотора 16. Система обогрева коренных подшипников включает комплект плоских металлокерамических нагревателей 17, изготовленных из вакуумплотной керамики с расположенным внутри каждого нагревателя печатным резистивным элементом, установленных с помощью крепежа 18 (фиг.2) на обоих боковых поверхностях подвесок 8 каждого коренного подшипника KB 4 дизеля 1 (фиг.1), изолированную от блока 7 клемму 19 для подключения выводов"+" всех нагревателей с внутренней стороны блока 7 и электропитания от генератора 10 с наружной стороны блока, нормально разомкнутый управляемый контактор 20. Включение нагревателей 17 и электромотора 16 осуществляется ключом 21, Исполнение системы обогрева подшипников KB по электрической схеме соединений - однопроводное с выводом клеммы "-" каждого нагревателя гибкой шиной 22 (фиг.2) на элемент 23 ее крепления к подвеске КВ. При этом общий "-" имеют и генератор 10 с блоком 7. Масляная система основного двигателя имеет обогреваемый масляный бак с разогревом масла любым из известных способов (выхлопными газами пускового двигателя, ТЭНами, подключенными к генератору 10, и ДР·). Прогрев силовой установки происходит следующим образом. Перед пуском основного двигателя 1 пускают газотурбинный двигатель 9, включают ключ 21 и переводят управляемую заслонку в положение перепуска выхлопных газов ГТД через газовый водонагреватель. Одновременно включают систему подогрева масла в масляном баке и обогрева трубы, соединяющей масляный бак с основным двигателем. После прогрева силовой установки выключают все системы предпускового разогрева и производят пуск основного двигателя. По сравнению с прототипом использование заявленного предложения позволяет одновременно с разогревом двигателя жидкостным подогревателем производить эффективный разогрев наиболее важных с точки зрения момента сопротивления двигателя прокручиванию узлов - коренных подшипников коленчатого вала. Значительный рост эффективности разогрева подшипников KB определяется высокими значениями градиента температур между рабочей поверхностью нагревателя и подшипником и коэффициента теплоотдачи от нагревателя к подвеске (допустимая температура разогрева поверхности нагревателя составляет 600°С, в то время как температура горячей ОЖв прототипе не может превышать 100°С). Вместе с тем практически отсутствуют потери энергии при ее передаче от генератора 10 к нагревателям 17. Экспериментально установлено, что установка на одну подвеску KB двух нагревателей общей мощностью 160 Вт обеспечивает темп разогрева вкладышей коренного подшипника 14...16°С/мин, что даже превышает максимальный темп прогрева охлаждающей жидкости системы предпускового разогрева известных силовых установок (до 10°С/мин). Таким образом, использование заявляемого предложения позволяет в значительной степени сократить время подготовки поршневого двигателя к пуску и ускорить подготовку транспортного средства к движению при низкой температуре окружающего воздуха Это характеризует заявленное предложение высокоэффективным.