способ обогрева водяной системы тепловоза и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обогрева водяной системы тепловоза периодическим запуском дизеля, отличающийся тем, что отключение дизеля осуществляется автоматически при заданной не зависящей от температуры окружающей среды рабочей температуре элемента системы, обладающего наибольшей теплоемкостью, автоматическое включение дизеля в работу - при заданном снижении температуры в этом элементе или при снижении температуры ниже допустимого предела в элементе системы с наименьшей теплоемкостью, причем контроль запуска дизеля ведется по наличию крутящего (эффективного) момента на валу дизеля.

2. Устройство для обогрева водяной системы тепловоза, содержащее установленные на тепловозе дизель, тяговый генератор, вспомогательный генератор, аккумуляторную батарею и систему пуска-остановки дизеля, отличающееся тем, что оно снабжено двумя термореле, блоком контроля возбуждения вспомогательного генератора, блоком контроля самостоятельной работы дизеля на топливе и автоматическим двухпозиционным регулятором температуры воды в системе, при этом одно термореле установлено на элементе системы с наибольшей теплоемкостью, а другое - на элементе системы с наименьшей теплоемкостью, выходы обоих термореле, блока контроля возбуждения вспомогательного генератора, блока контроля самостоятельной работы дизеля на топливе связаны с входом автоматического двухпозиционного регулятора температуры воды, выход которого подключен к входу тепловозной системы пуска-остановки дизеля, взаимодействующей с тяговым генератором, выход дизель-генератора связан с входом блока контроля самостоятельной работы дизеля на топливе, а вспомогательный генератор подключен к блоку контроля возбуждения вспомогательного генератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к его деятельности по поддержанию заданной температуры водяной системы тепловоза при его оперативном отстое в резерве в условиях отрицательной температуры окружающей среды.

Известен способ обогрева водяной системы тепловоза, заключающийся в прокачке находящейся в системе воды установленными на тепловозе электронасосами через электронагреватели [1]. Разновидностью его является прокачка посторонними нагнетателями воды, подогреваемой посторонним нагревателем.

Для тепловозов, не имеющих электроподогрева и электронасосов, это требует значительных трудовых и капитальных затрат.

Известен также способ обогрева водяной системы тепловоза периодическим запуском дизеля дежурным персоналом [2], более широко используемый в режиме непрерывной работы дизеля без пауз.

Известное устройство для осуществления этого способа, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства [2], содержит установленные на тепловозе дизель, тяговый генератор, вспомогательный генератор, аккумуляторную батарею и систему пуска-остановки дизеля.

Недостаток известных способов и устройств, в том числе и выбранного способа и устройства, взятых в качестве прототипа [2], заключается в том, что затраты топлива и электроэнергии существенно превышают реальную потребность тепловой энергии на обогрев, определяемую изменяющейся температурой окружающей среды. Периодичность запуска дизеля в целях перестраховки от замораживания воды, а также во избежание потери комфорта дежурным персоналом из-за снижения температуры в кабине машиниста, определяется в пользу времени работы дизеля по сравнению со временем паузы, как правило, с полным исключением паузы. Сказываются и ограниченные возможности ручного управления по сравнению с автоматическим.

Тепловыделение в системе работающего дизеля на холостом ходу остается неизменным при любой температуре окружающей среды. Поэтому с ее повышением совершенно бесполезно повышается и температура обогреваемой системы, увеличивается без надобности расход топлива.

Целью изобретения является уменьшение расхода топлива на обогрев водяной системы тепловоза и снижение трудовых затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обогрева водяной системы тепловоза периодическим запуском дизеля согласно изобретению выключение дизеля осуществляется всегда при одной и той же заданной температуре элемента водяной системы с наибольшей теплоемкостью, т.е. с самым медленным остыванием, включение дизеля в работу производится при заданной температуре охлаждения этого элемента или по минимально допустимой температуре элемента водяной системы с наименьшей теплоемкостью, т.е. с самым быстрым остыванием, а контроль фактического включения дизеля на обогрев ведется по наличию крутящего (эффективного) момента на его валу. Все элементы водяной системы с промежуточными значениями теплоемкости гарантированы от недопустимого снижения температуры.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для обогрева водяной системы тепловоза, содержащем установленный на тепловозе дизель, тяговый генератор, вспомогательный генератор, аккумуляторную батарею и систему пуска-остановки дизеля, согласно изобретению устройство снабжено двумя термореле, блоком контроля возбуждения вспомогательного генератора, блоком контроля самостоятельной работы дизеля на топливе и автоматическим двухпозиционным регулятором температуры воды, при этом одно термореле установлено на элементе системы, скорость нагрева и охлаждения которого минимальна, другое термореле - на элементе, скорость нагрева и охлаждения которого максимальна, выходы обоих термореле, блока контроля возбуждения вспомогательного генератора и блока контроля самостоятельной работы дизеля на топливе связаны со входом автоматического двухпозиционного регулятора температуры воды, выход которого подключен ко входу штатной системы пуска-остановки дизеля, взаимодействующей с тяговым генератором, вспомогательный генератор подключен ко входу блока контроля возбуждения вспомогательного генератора, а выход дизель-генератора по параметру работы дизеля на топливе связан со входом блока контроля самостоятельной работы дизеля на топливе.

Именно заявляемые элементы устройства и их взаимосвязь между собой обеспечивают согласно способу поддержание заданной, не зависящей от температуры окружающей среды температуры самого теплоемкого элемента водяной системы тепловоза при его оперативном отстое в резерве в условиях отрицательной изменяющейся по случайному закону температуры окружающей среды и, тем самым, достижение цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что все блоки и способ заявляемого изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже показана структура устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для обогрева водяной системы тепловоза содержит установленные на тепловозе дизель 1, тяговый генератор 2, вспомогательный генератор 3, аккумуляторную батарею 4, систему 5 пуска-остановки дизеля, термореле 6 и 7, блок 8 контроля возбуждения вспомогательного генератора, блок 9 контроля самостоятельной работы дизеля на топливе и автоматический двухпозиционный регулятор 10 температуры воды. Термореле 6 установлено на элементе, скорость нагрева и охлаждения которого минимальна (т.е. на элементе с наибольшей теплоемкостью), термореле 7 - на элементе, скорость нагрева и охлаждения которого максимальна (т.е. на элементе с наименьшей теплоемкостью). Выходы термореле 6 и 7 блоков 8 и 9 связаны со входом регулятора 10, выход которого подключен ко входу системы 5 пуска-остановки дизеля, взаимодействующей с тяговым генератором 2. Вспомогательный генератор 3 подключен ко входу блока 8 контроля возбуждения вспомогательного генератора.

Способ обогрева водяной системы тепловоза периодическим запуском дизеля с помощью указанного устройства реализуется следующим образом.

При снижении температуры в точке контроля до ее заданного значения контакты термореле 6, установленного на элементе с наименьшей скоростью охлаждения, размыкаются и автоматический регулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал, подающийся на вход системы 5 пуска, которая вводит в действие штатную систему запуска дизеля, при этом тяговый генератор 2 подключается к аккумуляторной батарее и начинает работать как стартер в режиме двигателя последовательного возбуждения, приводя во вращение коленвал дизеля 1. После вспышки топлива дизель работает самостоятельно, приводя во вращение вспомогательный генератор 3. Блок контроля возбуждения вспомогательного генератора при достижении номинальной ЭДС отключает регулятор 10, чем переводит процесс пуска дизеля в штатный самостоятельный режим работы, предусмотренный системой тепловоза, при этом тяговый генератор 2 отключается от аккумуляторной батареи 4. Так же осуществляется пуск дизеля при снижении температуры ниже допустимой в элементе, состояние которого контролируется термореле 7. Размыкание его контакта предотвращает падение ниже допустимого значения температуры во всех элементах водяной системы путем своевременной подачи через регулятор 10 сигнала на пуск дизеля.

В процессе работы дизеля на холостом ходу водяная система дизеля тепловоза прогревается. По достижении заданной, не зависящей от температуры окружающей среды рабочей температуры воды в наиболее теплоемком элементе системы термореле 6 включается, передавая сигнал через регулятор 10 на штатный выключатель остановки дизеля в системе пуска-остановки 5. Дизель останавливается. Затем указанный цикл включения и выключения дизеля повторяется.

При срыве пуска из-за неисправностей пусковой системы или разрядки аккумуляторной батареи собственный вращающий момент на валу дизеля 1 отсутствует и тогда блок 9 контроля самостоятельной работы дизеля на топливе отключает регулятор 10 автоматического пуска, включает нулевую защиту и выдает звуковой и световой сигналы обслуживающему персоналу. В качестве входного сигнала блока 9 может служить любой рабочий параметр дизеля, тягового генератора или вспомогательного генератора, связанный с появлением собственного вращающего момента дизеля.

Экспериментальная проверка, проведенная в локомотивном депо станции Горький-Сортировочная на тепловозе ЧМЭ3, подтвердила эффективность предлагаемого способа обогрева водяной системы тепловоза и устройства для его осуществления. При температуре наружного воздуха минус 21^oC продолжительность работы дизеля составляла 28 мин, продолжительность паузы 64 мин. Перед началом работы были определены элементы системы с максимальной скоростью нагрева-охлаждения и минимальной скоростью нагрева-охлаждения. Одно термореле было установлено на трубопроводе отвода воды от калорифера кабины машиниста (элемент с наименьшей теплоемкостью), другое - на водомасляном теплообменнике (элемент с наибольшей теплоемкостью). Включение и выключение дизеля осуществлялось автоматически, без участия машиниста. На теплообменнике перепад температуры наблюдался в 3^oC, а на трубопроводе калорифера он составил 27^oC. Акт о проведенных испытаниях прилагается.

Заявляемое техническое решение позволит сэкономить значительное количество дизельного топлива и уменьшить трудозатраты на обогрев водяной системы тепловозов при их оперативном отстое в резерве в условиях отрицательной температуры окружающей среды. Ожидаемый экономический эффект документально определен службами локомотивного депо станции Горький-Сортировочная и его данные также прилагаются.

Источники информации

1. З.Х.Нотик. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э. - М.: Транспорт, 1996, стр. 135, рис. 73.

2. З.Х.Нотик. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э. - М.: Транспорт, 1996, стр. 435.