система обогрева кабины электровоза

Формула изобретения

1. Система обогрева кабины электровоза постоянного тока, содержащая высоковольтный электронагреватель, состоящий из последовательно соединенных трубчатых нагревательных элементов, мотор-вентиляторы, подающие нагретый воздух к рабочим местам в кабине, блок управления электронагревателем и мотор-вентиляторами, отличающаяся тем, что высоковольтный электронагреватель размещенен в кузове электровоза в баке с жидким теплоносителем, мотор-вентиляторы в кабине установлены в калориферах совместно с радиаторами, соединенными с баком нагнетательным и приточным трубопроводами, в качестве теплоносителя применена незамерзающая жидкость.

2. Система обогрева кабины электровоза по п.1, отличающаяся тем, что в кабине установлены, по крайней мере, три параллельно включенных калорифера, из которых два установлены в нижней части задней стенки кабины напротив рабочих мест персонала, а один - под пультом и оснащен воздуховодами, направленными к подножкам и стеклам.

3. Система обогрева кабины электровоза по п.1 или 2, отличающаяся тем, что нагнетательный трубопровод имеет уклон от бака к радиаторам калориферов, а приточный трубопровод - обратный, причем понижения в уклонах не превышают величины диаметра трубы на всей длине каждого трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области рельсового транспорта и касается системы обогрева салона транспортного средства, в частности кабины электровоза, преимущественно постоянного тока.

Известна система обогрева кабин электровозов переменного тока низковольтными электрическими печами, состоящими из трубчатых металлических нагревателей, наполненных кварцевым песком, с пропущенными внутри спиралями, изготовленными из провода с высоким сопротивлением (нихром, фехраль и т.п.), подключаемых ко вторичной обмотке тягового трансформатора, расположенного в кузове электровоза и получающего, в свою очередь, питание от высоковольтной контактной сети переменного тока 25 кВ 50 Гц [1].

Недостатком такой системы является невозможность ее применения на электровозах постоянного тока без сложных по устройству специальных силовых полупроводниковых преобразователей или высоковольтных электромашинных преобразователей.

Известна система обогрева кабины грузового электровоза постоянного тока ВЛ11М, в которой электрические печи подключены к высоковольтному напряжению 3 кВ контактной сети. Каждая печь имеет восемь трубок, заполненных кварцевым песком, через которые пропущены высокоомные проволочные спирали. Трубки укреплены на изоляторах и закрыты перфорированными кожухами. В кабине установлено восемь печей: две группы по четыре последовательно включенных [2].

Недостатком такой системы является наличие к кабине аппаратов высокого напряжения в непосредственной близости от персонала. Кроме того, печи обогревают кабину только за счет конвекции, без принудительной циркуляции воздуха. Также отсутствует автоматическое управление системой обогрева.

Известна система обогрева кабины пассажирского электровоза постоянного тока ЧС2Т, в которой электрические печи подключены к напряжению контактной сети. Система является замкнутой, в нее входят высоковольтный электронагреватель, мотор-вентилятор с двумя крыльчатками, расположенными по обоим концам вала двигателя, шахты забора воздуха и воздухопровод. Электронагреватель состоит из трубчатых нагревательных элементов, содержащих высокоомный провод в среде керамического (фарфорового) порошка. Вся система смонтирована под полом кабины, подогретый воздух выходит через патрубки в полу передней части кабины. Вентилятор может включаться как в режиме отопления, так и в режиме охлаждения воздуха в кабине. Схема управления предусматривает ручное включение нагревателя на полную или на половину мощности [3].

Недостатком системы является, во-первых, наличие высоковольтного напряжения вблизи зоны работы персонала (локомотивной бригады). Во-вторых, высокая температура корпусов нагревательных элементов не только пожароопасна, но еще приводит к тому, что воздух в кабине становится слишком сухим, провоцирует повышение скорости окисления углерода и азота (эффект «выжигания» кислорода). Кроме того, местный (локальный) прогрев воздуха в кабине приводит к интенсивным циркуляционным (конвективным) потокам воздуха, что создает неблагоприятный климат в кабине. В совокупности это негативно сказывается на экологической обстановке в кабине и отрицательно влияет на здоровье персонала, а также повышает риск возникновения аварийных ситуаций.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности и обеспечение комфортности условий работы персонала (локомотивной бригады) электровоза, преимущественно постоянного тока.

Указанный результат достигается тем, что в системе обогрева кабины электровоза, содержащей высоковольтный электронагреватель, состоящий из последовательно соединенных трубчатых нагревательных элементов, мотор-вентиляторы, подающие нагретый воздух к рабочим местам в кабине, блок управления электронагревателем и мотор-вентиляторами, высоковольтный электронагреватель размещен в кузове электровоза в баке с жидким теплоносителем, мотор-вентиляторы в кабине установлены в калориферах совместно с радиаторами, соединенными с баком нагнетательным и приточным трубопроводами. В качестве теплоносителя применена незамерзающая жидкость.

В кабине установлены по крайней мере три параллельно включенных калорифера, из которых два установлены в нижней части задней стенки кабины напротив рабочих мест персонала, а один - под пультом и оснащен воздуховодами, направленными к подножкам и стеклам.

Нагнетательный трубопровод имеет уклон от бака к радиаторам калориферов, а приточный трубопровод - обратный, причем понижения в уклонах не превышают величины диаметра трубы на всей длине каждого трубопровода.

На фиг.1 представлена структурная схема системы обогрева кабины электровоза; на фиг.2 - электронагреватель (в разрезе); на фиг.3 дано расположение элементов системы на электровозе; на фиг.4 - разрез А-А с фиг.3.

Система обогрева кабины электровоза по структуре и принципу действия является комплексной. Она включает электрическую и гидравлическую части. Электрическая часть системы (фиг.1) содержит высоковольтный электронагреватель 1, контактор 2, блок питания 3 через кабель (шинопровод) 4 и токоприемник 5, подключенные к контактной сети 6 высокого напряжения.

К низковольтному выходу блока питания 3 (фиг.1) подключены: кабелем 7 электродвигатель насоса 8, а кабелем 9 мотор-вентиляторы 10, обдувающие радиаторы 11.

Высоковольтный электронагреватель 1 размещен в баке 12 с жидким теплоносителем 13 (фиг.2) в кузове электровоза (фиг.3) и состоит из последовательно соединенных трубчатых нагревательных элементов 14. В качестве жидкого теплоносителя 13 применена незамерзающая жидкость, например тосол.

Гидравлическая часть системы обогрева (фиг.1-4) содержит радиаторы 11, бак 12 с жидким теплоносителем 13, соединяющие их нагнетательный трубопровод 15 с блоком датчиков 16 и кранами 17 и 18 и приточный трубопровод 19 с насосом 8. Бак 12 заправочной трубой 20 соединен с расширительным баком 21, оснащенным датчиком уровня 22 и краном 23. Расширительный бак 21 паровоздушной трубой 24 соединен с приточным трубопроводом 19.

Баки 12 и 21 устанавливаются в средней части кузова электровоза (фиг.3, 4). Нагнетательный трубопровод 15 имеет уклон от бака 12 к радиаторам 11, а приточный трубопровод 19 - обратный, причем понижения в уклонах не превышают величины диаметра трубы на всей длине каждого трубопровода.

Блок 16 содержит (фиг.1) датчики: давления 25, контроля заданной максимальной температуры нагрева теплоносителя 26 и регулируемого нижнего предела минимальной температуры теплоносителя 27. Блок 16 соединен кабелем (шиной) 28 с блоком управления 29, установленным на пульте или на задней стенке кабины.

В каждой кабине установлены по крайней мере три параллельно включенных калорифера 30, два из которых установлены на нижней части задней стенки напротив рабочих мест персонала - машиниста и помощника и по крайней мере один - под пультом управления, причем последний снабжен воздуховодами 31, направленными к подножкам и к стеклам. Каждый калорифер 30 (фиг.4) содержит жидкостно-воздушный радиатор 11, мотор-вентилятор 10, регулятор потока воздуха (направляющий аппарат) 32.

Для контроля температуры воздуха в кабине установлены датчики 33, 34 соответственно в нижней и верхней ее части, которые кабелем (шиной) 35 связаны с блоком управления 29, в свою очередь, соединенным кабелем 36 с блоком питания 3. Возможно ручное включение и регулирование работы мотор-вентиляторов 10, калориферов 30.

Система обогрева кабины электровоза работает следующим образом.

По сигналу датчиков 33, 34 контроля температуры воздуха в кабине (автоматически или вручную) с блока управления 29 включаются блок питания 3 и контактор 2 и напряжение от контактной сети 6 через токоприемник 5 по кабелю (шинопроводу) 4 подается на высоковольтный электронагреватель 1, который разогревает жидкий теплоноситель 13 в баке 12. По нагнетательному трубопроводу 15 через блок датчиков 16 разогретый жидкий теплоноситель 13 подается к калориферам 30 (в радиаторы 11). От калориферов 30 отдавший тепло жидкий теплоноситель 13 по приточному трубопроводу 19 возвращается в бак 12 с помощью насоса 8 либо самотеком, поскольку трубопроводы установлены с уклоном.

В калорифере 30 радиатор 11 обдувается мотор-вентилятором 10 и горячий воздух через направляющий аппарат (регулятор потока воздуха) 32 подается в кабину в зоны размещения персонала, а через воздуховод 31 - к подножкам и стеклам. При нагреве воздуха в кабине до температуры верхнего предельного значения сигнал с датчика 34 поступает в блок управления 29, а от него на блок питания 3 (для отключений низковольтных потребителей системы) и контактор 2, который отключает питание электронагревателя 1 от контактной сети 6.

При понижении температуры воздуха в кабине до нижнего предельного уровня, зарегистрированного датчиком 33, снова происходит включение блока питания 3 и электронагревателя 1 от контактной сети 6 и процесс повторяется. Включение и отключение могут производиться как автоматически, так и вручную с блока управления 29, который может быть размещен, например, на задней стенке кабины либо на пульте управления. В целях экономии энергии нерабочая кабина (без персонала) может быть отключена от системы обогрева кранами 17 или 18.

Безопасность работы системы обеспечивается срабатыванием датчиков: 25 - при превышении допустимого давления, 26 - при превышении максимальной допустимой температуры нагрева жидкого теплоносителя 13, а также датчика 27 - при превышении регулируемого нижнего предела минимальной температуры жидкого теплоносителя 13 в трубопроводе 15.

Рассмотренная система позволяет эффективно обогревать кабину и одновременно обеспечивает безопасность персонала локомотивной бригады от попадания под высоковольтное напряжение контактной сети, что наиболее актуально для электровозов постоянного тока, поскольку высоковольтное напряжение подается не в кабину, а на электрическое оборудование, находящееся в кузове электровоза.

Источники информации

1. Магистральные электровозы переменного тока. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Транспорт, 1976 (с.289).

2. Электровоз ВЛ11М. Руководство по эксплуатации, М., Транспорт, 1994, 416 с.

3. Пассажирский электровоз ЧС2Т. Под общей ред. А.Л.Лисицына, М., Транспорт, 1979, 288 с. (с.56-59, 145-146).