СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУХООСУШИТЕЛЕМ СИСТЕМ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
MAIN AND AUXILIARY AIR SUPPLY SYSTEMS AIR DRYER, IN PARTICULAR, FOR THE RAIL VEHICLE, CONTROLLING METHOD AND DEVICE

Изобретение относится к способу и устройству для управления, по меньшей мере, воздухоосушителем систем основного и резервного воздухоснабжения транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства, в котором, по меньшей мере, посредством компрессора с приводом от соответствующего электромотора осуществляют как основное воздухоснабжение основного воздушного резервуара, так и резервное воздухоснабжение резервного воздушного резервуара, причем произведенный компрессором сжатый воздух направляют, по меньшей мере, через последовательно подключенный воздухоосушитель для осушения произведенного компрессором сжатого воздуха, причем осушенный сжатый воздух регенерирует используемый в зависимости от соответствующего типа воздухоосушителя сушильный агент.
Областью применения изобретения является в первую очередь производство рельсовых транспортных средств. Приводимый от электромотора компрессор производит сжатый воздух, используемый для питания пневмоагрегатов, например тормозной системы транспортного средства. Для этого произведенный компрессором сжатый воздух сначала подают в воздухоосушитель, максимально удаляющий влагу из сжатого воздуха.
Наряду с таким основным воздухоснабжением согласно общеизвестному уровню техники используют автономный компрессор резервного воздуха с питанием от аккумулятора транспортного средства для осуществления резервного воздухоснабжения. Резервное воздухоснабжение обеспечивает пневмоэнергию, необходимую для сервопривода пантографа и т.п. Пантограф в разложенном состоянии обеспечивает электропитание транспортного средства от воздушной контактной линии. Пневматический сервопривод переставляет пантограф из разложенного состояния в сложенное, которое прерывает электроконтакт с воздушной контактной линией. Для запуска транспортного средства, т.е. для обеспечения готовности к эксплуатации, в том числе путем обеспечения электроконтакта с воздушной контактной линией, отдельный компрессор резервного воздуха получает электропитание от аккумулятора транспортного средства, работая с относительно небольшой производительностью. При этом электроэнергия аккумулятора транспортного средства достаточна для электромоторного привода компрессора резервного воздуха, т.е. для производства необходимого объема сжатого воздуха для резервного воздухоснабжения.
В DE 10 2013 109 475 A1 раскрыто другое техническое решение, при котором такой отдельный резервный воздушный компрессор не нужен, так как его функцию выполняет основной воздушный компрессор транспортного средства. Для резервного воздухоснабжения посредством компрессора его приводной электромотор запитывают через частотный преобразователь электроэнергией от аккумулятора транспортного средства. Такой приводной энергии достаточно для работы компрессора на низких оборотах и для отбора сжатого воздуха для системы резервного воздухоснабжения через ответвление питающего пневмопровода основного резервуара сжатого воздуха. Такой отбор резервного воздуха осуществляют после последовательно подключенного к компрессору блока воздухоосушителя, чтобы обеспечить наличие осушенного резервного воздуха.
Воздухоосушитель в таком уровне техники выполнен в виде адсорбционного воздухоосушителя. Адсорбционный воздухоосушитель выполнен по типу двухкамерного осушителя и включает два заполненных сушильным агентом воздухоосушительных патрона с возможностью параллельной работы по известному принципу попеременно в сушильной фазе и фазе регенерации. Таким образом, часть сухого сжатого воздуха постоянно используют для регенерации.
Однако в альтернативном варианте воздухоосушитель выполнен в виде мембранного воздухоосушителя. Мембранный воздухоосушитель работает по принципу диффузии и состоит из большого количества проходящих параллельно друг другу в продольном направлении полых волокон. Осушаемый сжатый воздух проходит в продольном направлении сквозь эти волокна. Благодаря особому строению и свойствам материала полых волокон вода быстрее проникает сквозь их стенки, чем воздух. Разница концентрации влажности воздуха между внутренним пространством полых волокон и окружающей средой вызывает диффузию удаленной из воздуха влаги изнутри волокон наружу. Оттуда конденсат отводят посредством уже осушенного сжатого воздуха, пропускаемого в противоположном направлении снаружи вдоль полых волокон, осуществляют регенерацию сушильного агента, выполненного в виде полых волокон.
В WO 2013/150110 раскрыт другой адсорбционный воздухоосушитель с двумя включенными параллельно друг другу с возможностью попеременной работы в режиме сушки и режиме регенерации воздухоосушительными патронами. В нем установлен регенерационный коллектор с возможностью пропускания осушенного сжатого воздуха вокруг, по меньшей мере, одного из осушительных патронов обратно к стороне входа адсорбционного воздухоосушителя. За счет этого осуществляют регенерацию.
Недостатком уровня техники является расходование на регенерирование воздухоосушителя осушенного сжатого воздуха, предназначенного в первую очередь для повторного заполнения резервного воздушного резервуара. Это замедляет процесс заполнения резервного воздушного резервуара, в частности, при запуске рельсового транспортного средства с использованием электропитания пантографа, так как это дополнительно увеличивает время приведения транспортного средства в рабочее состояние, т.е. раскладывание пантографа, на этапе резервного воздухоснабжения с питанием от аккумулятора.
Задача данного изобретения – предложить способ и устройство для управления воздухоосушителем систем основного и резервного воздухоснабжения транспортного средства, обеспечивающие простыми техническими средствами непрерывное воздухоснабжение и, тем самым, быстрый запуск транспортного средства.
Эта задача решена посредством способа, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения. Также задача решена посредством устройства, охарактеризованного признаками пункта 7 формулы изобретения. В соответствующих зависимых пунктах формулы раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Техническим решением по данному изобретению является сокращение или полное прекращение использования воздушного потока для регенерирования, по меньшей мере, одного воздухоосушителя во время резервного воздухоснабжения, чтобы во время резервного воздухоснабжения в отличие от основного воздухоснабжения увеличить объем использования произведенного компрессором воздушного потока или использовать его полностью для заполнения резервного воздушного резервуара.
Преимуществом решения по данному изобретению является, в частности, сокращение регенерирования сушильного агента в воздухоосушителе за счет простых технических средств управления, чтобы добавить сэкономленный таким образом осушенный сжатый воздух в резервное воздухоснабжение. Это значительно сокращает время запуска транспортного средства по сравнению с уровнем техники и обеспечивает более быстрый перевод транспортного средства в режим готовности к эксплуатации.
Согласно одному из усовершенствований изобретения предложено после выключения, по меньшей мере, одного компрессора системы воздухоснабжения направить осушенный сжатый воздух из резервуара основного воздухоснабжения и/или из резервуара резервного воздухоснабжения на регенерирование сушильного агента, по меньшей мере, через один воздухоосушитель. Другими словами, после выключения системы воздухоснабжения опустошение резервуаров через воздухоосушитель обеспечивает стоянку транспортного средства с достаточно регенерированным сушильным агентом. При возобновлении эксплуатации транспортного средства обеспечена возможность начального резервного воздухоснабжения с питанием от аккумулятора через воздухоосушитель посредством осушенного сжатого воздуха, хотя в этой фазе регенерирование сушильного агента блокировано. С этой технологией управления интеллектуальное устройство переключения обеспечивает простым образом, по меньшей мере, частичное использование резервного осушенного сжатого воздуха для регенерирования воздухоосушителя при постановке транспортного средства на стоянку. Для этого указанное устройство переключения при деактивированной системе воздухоснабжения направляет, например, сжатый воздух из основного воздушного резервуара обратно к воздухоосушителю. Воздухоосушитель должен быть выполнен таким образом, чтобы автоматически отключать расход сжатого воздуха после паузы осушения для экономии сжатого воздуха. Таким образом, при следующем запуске обеспечено наличие достаточного объема сжатого воздуха в резервном воздушном резервуаре, за счет чего в определенных условиях можно даже отказаться от заполнения компрессором резервного воздушного резервуара.
В альтернативном варианте выключение воздухоосушителя в осушенном состоянии осуществляют посредством системы слежения компрессора. При этом компрессор работает дольше, чем необходимо для заполнения резервуара. Выравнивание параметров управления воздухоосушителем на этом этапе обеспечивает возможность оптимизации осушающего эффекта.
Предпочтительно переключение, по меньшей мере, одного воздухоосушителя на этапе резервного воздухоснабжения осуществляют в зависимости от давления в резервном воздушном резервуаре. При этом переключение осуществляют механическим, пневматическим, электрическим или гидравлическим образом. В альтернативном варианте осуществления изобретения для основного и резервного воздухоснабжения также используют несколько компрессоров, предпочтительно с разной производительностью, причем на этапе резервного воздухоснабжения, в частности, при запуске транспортного средства один компрессор или часть компрессоров более малой производительности запитывают от аккумулятора транспортного средства. Другими словами, несколько включенных параллельно компрессоров заполняют основной т резервный воздушный резервуар, по меньшей мере, через один воздухоосушитель. Если при этом для резервного воздухоснабжения используют предпочтительно только один компрессор малой производительности, то он потребляет меньше электромощности от аккумулятора транспортного средства, что обеспечивает последнему щадящий режим.
В другом альтернативном варианте осуществления изобретения предложено установить в системе воздухоснабжения несколько воздухоосушителей, подключенных параллельно. При таком параллельном подключении установлен, по меньшей мере, один клапан для активации одного из воздухоосушителей или определенного количества воздухоосушителей на этапе резервного воздухоснабжения. Существует также возможность последовательного подключения нескольких воздухоосушителей, причем в этом случае также установлен, по меньшей мере, один клапан для активации, по меньшей мере, одного воздухоосушителя на этапе резервного воздухоснабжения. Необходимо указать на то, что каждый воздухоосушитель, как конструктивный блок, оборудован одним или несколькими фильтрами грубой очистки или сепараторами конденсата. При активировании одного или нескольких воздухоосушителей для резервного воздухоснабжения обеспечена возможность выравнивания осушительной нагрузки с объемным расходом при заполнении резервного воздушного резервуара.
Во всех указанных выше и других возможных вариантах осуществления изобретения блок управления посредством команд соответствующим клапанам обеспечивает возможность сократить или блокировать регенерирование сушильного агента на этапе резервного воздухоснабжения, в частности, при запуске транспортного средства и при этом подавать команды предпочтительно только на один единственный воздухоосушитель. Блок управления выполнен предпочтительно в виде электронного блока управления, а управляемые им клапаны, реализующие управление по данному изобретению, выполнены предпочтительно в виде электропневматических клапанов. Однако существует также возможность осуществления механического, пневматического или гидравлического управления. Другие усовершенствования изобретения более подробно раскрыты в описании примеров вариантов осуществления изобретения на основе чертежей, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - принципиальная блок-схема устройства управления воздухоосушителем системы основного и резервного воздухоснабжения с функцией обратного тока,
фиг. 2 - принципиальная блок-схема части системы воздухоснабжения с несколькими параллельно подключенными воздухоосушителями,
фиг. 3 - принципиальная блок-схема части системы воздухоснабжения с несколькими последовательно подключенными воздухоосушителями.
Согласно фиг. 1 в рамках системы основного и резервного воздухоснабжения рельсового транспортного средства на электротяге (не показано) установлен компрессор 1 для производства сжатого воздуха для заполнения основного воздушного резервуара 2, а также соединенного с ним пневмопровода 3 резервного воздушного резервуара. Привод компрессора 1 осуществлен от электромотора 4. В обычном рабочем режиме рельсового транспортного средства электроэнергию для привода электромотора 4 снимают через пантограф 5 с воздушной контактной линии. Для дополнительного электрического энергопитания на борту транспортного средства установлен аккумулятор 6. Энергопитанием через пантограф 5 и от аккумулятора 6 управляют посредством электронного блока 7 управления (пунктирные линии) со встроенным, в том числе, преобразователем для выравнивания напряжения и частоты привода электромотора 4, выполненного в виде трехфазного двигателя.
Соотнесенный с пантографом 5 пневматический сервопривод получает в качестве привода для складывания и раскладывания пантографа 5 произведенный компрессором 1 и осушенный воздухоосушителем 8 сжатый воздух. Так как на этапе запуска транспортного средства, когда пантограф 5 еще сложен, от воздушной контактной линии не поступает электроэнергия, электромотор 4 компрессора 1 получает электропитание от аккумулятора 6 транспортного средства. На этапе запуска транспортного средства выдаваемой аккумулятором 6 электроэнергии хватает для работы компрессора 1 с малой производительностью, достаточной для заполнения резервного воздушного резервуара 10 и для последующего раскладывания пантографа 5 посредством его пневматического сервопривода.
С этой целью сжатый воздух, произведенный компрессором 1 с приводом от аккумулятора, направляют по команде электронного блока 7 управления в резервный воздушный резервуар 10 через распределительный клапан 9, выполненный в виде трехходового двухпозиционного электропневматического клапана. Резервный воздушный резервуар 10 содержит запас сжатого воздуха для привода пантографа 5. Вне этапа запуска транспортного средства распределительный клапан 9 направляет произведенный компрессором 1 и осушенный в воздухоосушителе 8 сжатый воздух в основной воздушный резервуар 2 транспортного средства. Заполнение основного воздушного резервуара 2 осуществляют предпочтительно во время обычного рабочего режима транспортного средства с электропитанием через пантограф 5.
Если на момент запуска транспортного средства в основном воздушном резервуаре 2 еще достаточно сжатого воздуха, то из него также можно осуществить заполнение пустого резервного воздушного резервуара 10. Для этого установлен подключенный параллельно распределительному клапану 9 обратный клапан 11 с направлением пропуска от основного воздушного резервуара 2 к резервному воздушному резервуару 10.
Электронный блок 7 управления подает на электропневматический распределительный клапан 9 эклектический сигнал (пунктирная линия) для осуществления основного и резервного воздухоснабжения транспортного средства по указанной выше логической схеме. На электронный блок 7 управления со стороны входа поступает сигнал давления от первого датчика давления 12 в основном воздушном резервуаре 2 и от второго датчика давления 13 в резервном воздушном резервуаре 10 (пунктирные линии). На этой основе электроны блок 7 управления по указанной выше логической схеме определяет коммутационный сигнал для электропневматического распределительного клапана 9. Электронный блок 7 управления выдает также команды на компрессор 1 и на воздухоосушитель 8 относительно режима осушения и регенерирования.
Что касается распределительного клапана 9, то в первом положении коммутации трехходовой двухпозиционный клапан направляет произведенное компрессором 1 рабочее давление в резервный воздушный резервуар 10, в частности на этапе запуска транспортного средства, а во втором положении коммутации – в основной воздушный резервуар 2 для обеспечения основного воздухоснабжения. Кроме этого электронный блок 7 управления во время основного воздухоснабжения блокирует или сокращает соответствующим изобретению образом воздушный поток для регенерирования воздухоосушителя 8. Таким образом, на этапе резервного воздухоснабжения весь или основная часть произведенного компрессором 1 воздушного потока направлена, в отличие от этапа основного воздухоснабжения, на заполнение резервного воздушного резервуара 10 и через соответствующий выпуск наружу не выходит или выходит малая доля регенерирующего воздуха.
В рамках функции обратного тока переходной клапан 14, управляемый электронным блоком 7 управления, при выключенном компрессоре 1 направляет осушенный сжатый воздух из основного воздушного резервуара 2 или резервного воздушного резервуара 10 через воздухоосушитель 8 для регенерирования содержащегося в нем сушильного агента после отключения системы воздухоснабжения. Использованный сжатый воздух через выпуск воздухоосушителя 8 выходит наружу.
В показанном на фиг. 2 другом варианте осуществления изобретения внимание сконцентрировано на зоне производства и осушения сжатого воздуха для основного и резервного воздухоснабжения, осуществляемого путем заполнения основного воздушного резервуара 2 и резервного воздушного резервуара 10. В этом варианте осуществления изобретения в отличие от выше описанного варианта для основного и резервного воздухоснабжения применены несколько компрессоров 1 – 1с с соответствующими электромоторами 4а – 4с. Однако на этапе резервного воздухоснабжения для запуска транспортного средства задействуют только один единственный компрессор 1а с питанием от аккумулятора транспортного средства (не показан), обеспечивающего необходимое для энергопитания предвключенного электромотора 4а.
Система воздухоснабжения по этому варианту осуществления изобретения включает также несколько воздухоосушителей 8а – 8с, подключенных параллельно друг другу. Соответственно соотнесенные с ними клапаны 15а – 15с активируют по командам электронного блока 7 управления воздухоосушители 8а – 8с (пунктирная линия). С каждым из воздухоосушителей 8а – 8с соотнесен фильтр грубой очистки 16а – 16с.
В варианте осуществления по Фигуре 3 в отличие от варианта по Фигуре 2 воздухоосушители 8а – 8с подключены последовательно для заполнения основного воздушного резервуара 2 в рамках основного воздухоснабжения. Для этого в данном варианте осуществления используют только один компрессор 1 с соответствующим электромотором 4.
Для резервного воздухоснабжения задействуют только первый воздухоосушитель 8а из этой последовательности, после которого по команде блока 7 управления резервный воздух отбирают через клапан 15. Резервный воздух предназначен для заполнения резервного воздушного резервуара 10.
Изобретение не ограничено вышеописанными вариантами его осуществления. Возможны различные его вариации без нарушения объема правовой защиты по нижеследующей формуле изобретения. Например, при последовательном подключении нескольких воздухоосушителей возможно применение и нескольких компрессоров для производства сжатого воздуха. Клапаны 15 или 15а – 15с для активации соответствующих воздухоосушителей 8, 8а – 8с могут быть установлены и по направлению основного воздушного потока перед воздухоосушителями. Обратные клапаны устанавливают в пневмопроводах в местах предотвращения обратного воздушного потока из резервуаров. Воздухоосушители 8, 8а – 8с могут быть выполнены в виде адсорбционных, мембранных и т.п. осушителей, если предусмотрен режим регенерирования осушенным сжатым воздухом.