Система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства
COOLING SYSTEM OF TRACTION TRANSISTOR OF ELECTRIC RAIL VEHICLE

Изобретение относится к области электротяговых рельсовых транспортных средств и может быть использовано для регулирования температуры транзисторов тягового преобразователя различных видов рельсового электрического транспорта при преобразовании электрической энергии.
Известна система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства (тепловоза) (Российская Федерация, патент №2344953, опубл. 27.01.2009), содержащая жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя и систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, они состоят из горячего и холодного жидкостных охлаждающих контуров, а также масляного охлаждающего контура. Горячий охлаждающий контур включает в себя жидкостные полости охлаждения двигателя внутреннего сгорания, первый циркуляционный насос и первый жидкостно-воздушный теплообменник, холодный охлаждающий контур - второй циркуляционный насос, второй жидкостно-воздушный теплообменник и охладители наддувочного воздуха и масла, включенного в холодный охлаждающий контур холодной стороной, а масляный охлаждающий контур - масляный циркуляционный насос, масляные полости двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла, включенный в масляный охлаждающий контур горячей стороной, горячий и холодный охлаждающие контуры соединены между собой ветвями межконтурного перепуска.
Однако в указанной системе охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства имеется ряд недостатков:
- большое количество циркуляционных насосов, значительно увеличивающих габариты системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства;
- значительные затраты энергии, расходуемые на приводы циркуляционных насосов;
- в качестве охлаждающего вещества в одном из вариантов системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства используется вода;
- ограниченная надежность при эксплуатации в условиях низких отрицательных температур окружающей среды;
- наличие на тепловозе трех охлаждающих контуров (горячий, холодный, масляный), что существенно увеличивает их суммарные габариты, массу и в итоге затрудняет общую компоновку тепловоза.
Кроме того, известна система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства (газотурбовоза) (Российская Федерация, патент №2398682, опубл. 10.09.2010), являющаяся прототипом предлагаемого изобретения, содержащая охлаждающий контур, включающий любую жидкость в качестве охлаждающего вещества, расширительный бак с охлаждающим веществом, циркуляционный насос с приводом для прокачки охлаждающего вещества, индивидуальные для транзисторов тягового преобразователя охладители, перепускной трубопровод, термостат и жидкостно-топливный теплообменник, включенный в систему подачи топлива. Расширительный бак с охлаждающим веществом связан с циркуляционным насосом, за которым следуют индивидуальные для транзисторов тягового преобразователя охладители, далее идет перепускной трубопровод, на выходе которого установлен термостат, который в зависимости от температуры охлаждающего вещества проводит его через жидкостно-топливный теплообменник либо, минуя его, возвращает в циркуляционный насос охлаждающего контура.
Однако указанная система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства обладает группой недостатков, а именно:
- использование жидкости в качестве охлаждающего вещества, что снижает эффективность индивидуальных для транзисторов тягового преобразователя охладителей и теплообменника;
- охлаждающий контур и система подачи топлива являются совмещенными, что снижает надежность системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства, так как при выходе из строя каких-либо элементов охлаждающего контура возможен перегрев транзисторов тягового преобразователя и нарушение работы системы подачи топлива;
- использование термостата снижает надежность системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства, так как его отказ приведет к нарушению работы системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства и системы подачи топлива;
- теплообмен между транзисторами тягового преобразователя и охлаждающим веществом происходит через индивидуальные для транзисторов тягового преобразователя охладители, что усложняет компоновку и снижает надежность системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства.
- привод циркуляционного насоса для прокачки охлаждающего вещества работает постоянно, что повышает эксплуатационные затраты.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение эффективности, надежности и снижение эксплуатационных затрат системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства.
Поставленная задача достигается тем, что в известную систему охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства, состоящую в том, что охлаждающий контур, включающий циркуляционный насос с приводом для прокачки охлаждающего вещества, введены ресивер с охлаждающим веществом, которым является водород, связанные с ним прямой патрубок и прямой вентиль, обратный патрубок и обратный вентиль, приводы для прямого и обратного вентилей, рубашка охлаждения транзисторов тягового преобразователя, водородно-атмосферный теплообменник, датчик температуры, контроллер, причем ресивер с охлаждающим веществом соединен с прямым патрубком, который посредством прямого вентиля, включенного в охлаждающий контур, соединен с циркуляционным насосом, который связан с рубашкой охлаждения транзисторов тягового преобразователя, включенной в охлаждающий контур, которая соединена с водородно-атмосферным теплообменником, включенным в охлаждающий контур и связанным посредством обратного патрубка с ресивером с охлаждающим веществом, причем обратный патрубок оснащен обратным вентилем с приводом, соединенным посредством прямого патрубка с циркуляционным насосом, датчик температуры непосредственно связан с транзисторами тягового преобразователя и контроллером, который соединен с приводом циркуляционного насоса, приводом прямого вентиля и приводом обратного вентиля.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства.
Предлагаемая система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства включает ресивер с охлаждающим веществом 1, оснащенный прямым патрубком 2 и обратным патрубком 3, охлаждающий контур 4, который включает оснащенный приводом 5 циркуляционный насос 6, связанную с ним рубашку охлаждения транзисторов тягового преобразователя 7, соединенный с ней водородно-атмосферный теплообменник 8, связанный через обратный вентиль 9, оснащенный приводом 10, обратным патрубком 3 с ресивером с охлаждающим веществом 1 и через прямой вентиль, 11 оснащенный приводом 12, с циркуляционным насосом 6, датчик температуры 13, подключенный к транзисторам тягового преобразователя, который соединен с контроллером 14, непосредственно связанным с приводами 5, 10 и 12.
Система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства работает следующим образом. При нагреве транзисторов тягового преобразователя датчик температуры 13 подает соответствующий сигнал на контроллер 14. От него одновременно подается управляющее воздействие на приводы 5 и 12, управляющие работой циркуляционного насоса 6 и открытием прямого вентиля 11 соответственно. При открытии прямого вентиля 11 водород, используемый в качестве охлаждающего вещества, из ресивера с охлаждающим веществом 1 высасывается циркуляционным насосом 6 по прямому патрубку 2 в охлаждающий контур 4, откуда попадает в рубашку охлаждения транзисторов тягового преобразователя 7. Далее нагретый водород поступает в водородно-атмосферный теплообменник 8, где посредством теплообмена с атмосферой охлаждается. После этого охлаждающее вещество проходит через прямой вентиль 11, и цикл повторяется вновь до тех пор, пока транзисторы тягового преобразователя не охладятся до приемлемых значений. По достижении этого датчик температуры 13 подает на контроллер 14 соответствующий сигнал. На его основании контроллер 14 формирует управляющее воздействие о закрытии прямого вентиля 11, направляемое на привод 12, и воздействие об открытии обратного вентиля 9, направляемое на привод 10. Циркуляционным насосом 6, продолжающим работу от привода 5, по обратному патрубку 3 через обратный вентиль 9 в ресивер с охлаждающим веществом 1 нагнетается водород, оставшийся в охлаждающем контуре 4. По прошествии времени, равного времени открытия прямого вентиля 11, контроллер 14 формирует управляющие воздействия об отключении циркуляционного насоса 6, закрытии обратного вентиля 9 и направляет их на приводы 5 и 10 соответственно.
При охлаждении транзисторов тягового преобразователя в условиях низких температур окружающей среды система охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства работает аналогично, только датчик температуры 13 посылает сигнал на контроллер 14 о низких значениях температуры. При этом необходимо поддерживать такую температуру охлаждающего вещества, которая способна предотвратить замерзание транзисторов тягового преобразователя.
Технический результат:
- повышение эффективности системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства обеспечено за счет использования водорода как охлаждающего вещества, так как он обладает теплопроводностью, много большей, чем у различных видов охлаждающих жидкостей;
- повышение надежности системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства обеспечено за счет разделения с системой подачи топлива, упрощения компоновки путем создания рубашки охлаждения транзисторов тягового преобразователя взамен индивидуальных для транзисторов тягового преобразователя охладителей, использования датчика температуры и контроллера взамен термостата, так как контроллер и датчик температуры предназначены для работы в тяжелых условиях;
- снижение эксплуатационных затрат системы охлаждения тягового преобразователя электротягового рельсового транспортного средства обеспечено за счет того, что привод циркуляционного насоса будет приводиться в действие контроллером только при определенных значениях температуры транзисторов тягового преобразователя.