СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО КАНАЛА ВОЗДУХОЗАБОРНОЙ СИСТЕМЫ
METHOD FOR CLEANING THE VENTILATION DUCT OF THE AIR INTAKE SYSTEM

Изобретение относится к способу очистки канала воздуха, в частности, рельсового транспортного средства, а также к воздухозаборной системе для направления воздуха и к осуществлению способа.
Вследствие различных воздействий окружающей среды, например, пыли, смога и загрязнения атмосферного воздуха, для технических систем или потребителей требуются при подаче воздуха фильтрационные системы. В зависимости от технической необходимости и преобладающего загрязнения атмосферного воздуха, воздух нужно очищать с помощью отличающихся по стоимости фильтрационных систем. В зависимости от воздействий окружающей среды и требований, фильтрационные системы могут быть выполнены также многоступенчатыми.
В зависимости от степени очистки и количества ступеней фильтрации, между ступенями фильтрации или фильтрами и потребителями воздуха существуют вентиляционные каналы. В вентиляционных каналах могут накапливаться частицы грязи, и засорять, вследствие этого, вентиляционные каналы. Хотя воздушный фильтр и может снижать поступление частиц грязи, но никогда не может предотвратить их введения. В частности, в пыльных районах их применения вследствие отложений могут уменьшаться поперечные сечения вентиляционных каналов, что отрицательно сказывается на объемном потоке воздуха по вентиляционным каналам. В противном случае, вентиляционные каналы могут блокироваться загрязнениями и вызывать системный сбой. Поэтому вентиляционные каналы нужно очищать с регулярными временными интервалами, прежде всего, на участках с высокой пылевой нагрузкой временные интервалы для очистки вентиляционных каналов могут быть короткими.
Для очистки каналы могут открываться, и, например, чиститься вручную. Тем не менее, во время фазы очистки вентиляционных каналов, могут происходить завихрения пыли и последующие за ними отрицательное обратное воздействие на объемный поток. Например, вследствие увеличенного из-за очистки поперечного сечения вентиляционного канала может быстро увеличиться объемный поток. При быстром увеличении объемного потока, например, двигатели внутреннего сгорания могут кратковременно получать обедненную смесь и быть подверженными повышенному износу. При подаче воздуха на пассажиров, внезапное повышение объемного потока может иметь отрицательные влияния на комфортное восприятие. Поскольку при неблагоприятных ситуациях неожиданные взаимные перемещения больших количеств пыли и частиц грязи при неблагоприятных ситуациях, могут кратковременно перегружать технические системы или засорять воздушные фильтры.
Альтернативно может использоваться автоматизированный способ очистки от пыли. Известно решение по автоматизированной очистке вентиляционного канала, в котором используют два расположенных друг с другом вентиляционных канала для снабжения потребителя воздухом. Что делает возможным непрерывную очистку подвода воздуха к потребителю. Один вентиляционный канал используется для снабжения потребителя воздухом, в то время как второй вентиляционный канал может автоматически закрываться и очищаться. Благодаря этому, процесс очистки исключает отрицательные обратные воздействия на потребителей. После завершившейся очистки вентиляционного канала очищенный вентиляционный канал открывается, а не очищенный вентиляционный канал блокируется для начала процесса очистки. Такая компоновка может обеспечить оптимальную очистку с совсем не подверженным воздействию воздушным потоком. Проблематичным в этом решении являются, тем не менее, более высокие затраты, так как требуются удвоенное количество вентиляционных каналов с соответствующими запорными устройствами и устройствами очистки. Кроме того, такое решение может иметь большую необходимость в конструктивном пространстве.
Задача настоящего изобретения заключается в создании эффективного и недорогого способа очистки вентиляционного канала и разгрузки воздушных фильтров. Кроме того, задача изобретения - предложить воздухозаборную систему для осуществления такого способа.
Задача решается с помощью предмета, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения и предмета, охарактеризованного признаками пункта 10 формулы изобретения, предпочтительные варианты исполнения изобретения являются предметом соответственно зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно одному аспекту изобретения, предоставляется способ очистки накопительного участка в вентиляционном канале, в частности, рельсового транспортного средства. Согласно изобретению, определяют необходимость охлаждения по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя и необходимость очистки вентиляционного канала, причем процесс очистки вентиляционного канала начинают при не имеющейся или незначительной необходимости охлаждения по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя и при наличии необходимости очистки вентиляционного канала.
Вследствие этого, по меньшей мере один участок вентиляционного канала может использоваться в качестве зоны накопления пыли или накопительного участка, этот участок целенаправленно благоприятствует отложению частиц грязи. Транспортирование частиц грязи зависит от скорости воздушного потока. Чем выше скорость воздушного потока, тем больше захватывается частиц грязи. И считается, наоборот: при более низких скоростях воздушного потока воздушный поток транспортирует меньше частиц грязи. Таким образом, накопительный участок может быть участком вентиляционного канала, имеющим большее поперечное сечение, вследствие чего скорость воздушного потока может быть ниже по сравнению с меньшим поперечным сечением. Благодаря этому, в участках вентиляционного канала с меньшими скоростями воздушного потока могут оседать частицы грязи. Дополнительные завихрения воздушного потока могут создаваться при структурировании в стенках вентиляционного канала и вследствие геометрической формы вентиляционного канала и благоприятствовать оседанию частиц грязи.
По меньшей мере одним потребителем может быть, например, двигатель внутреннего сгорания. По меньшей мере одним потребителем может быть также система вентиляции кабины водителя или пассажиров. Воздушное охлаждение электронных компонентов, например, трансформаторов или электромоторов, также может быть охлаждением потребителя.
В зависимости от необходимости очистки вентиляционного канала, определяют оптимальный момент времени для проведения процесса очистки, исходя из определения необходимости охлаждения по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя и осуществляют процесс очистки канала. Процесс очистки начинается только тогда, когда скорость воздушного потока по вентиляционному каналу наименьшая. Предпочтительно, если процесс очистки осуществляют только тогда, когда в вентиляционном канале отсутствует воздушный поток. Вследствие этого, процесс очистки можно осуществлять в зависимости от необходимости очистки по меньшей мере одного потребителя, поэтому оказывается минимальное влияние на снабжение воздухом по меньшей мере одного потребителя.
Так, как при процессе очистки, как правило, частицы грязи поднимаются, поднятыми частицами грязи нагружаются подсоединенные далее потребители или фильтры. Процесс очистки осуществляют предложенным согласно изобретению способом только тогда, когда по меньшей мере один потребитель не нуждается в подводе воздуха. Вследствие этого, автоматическую очистку вентиляционного канала можно осуществлять так, что предотвращается нагрузка на подсоединенные далее потребители или фильтры.
Благодаря этому, меньше нагружаются подключенные к вентиляционным каналам фильтрационные системы и фильтрационные системы тонкой очистки, и они реже подлежат техническому обслуживанию или замене.
С помощью способа один из вентиляционных каналов может использоваться в качестве следующей ступени фильтрования в воздухопроводе. В частности, находящиеся в воздуховоде вентиляционные каналы, могут переоборудоваться, например, благодаря целенаправленному расширению поперечного сечения или их структурирования в дополнительные компоненты фильтрации. Посредством расширения поперечного сечения или структурирования вентиляционного канала можно создавать накопительные участки для целенаправленного отложения частиц грязи.
Благодаря этому, не обязательна реализация второго параллельного вентиляционного канала с крупногабаритными компонентами для безнагрузочной очистки компонентов вентиляционного канала.
Согласно одному варианту осуществления способа, прохождение воздуха по вентиляционному каналу небольшое или прерывается при не имеющейся или незначительной необходимости охлаждения. Предпочтительно, если процесс очистки начинается тогда, когда в вентиляционном канале присутствует наименьший воздушный поток. Это препятствует завихрениям и неконтролируемой пылевой нагрузке на фильтры. Более того, предотвращается внезапно возникающее колебание объемного потока воздуха с такими последствиями, как, например, обеднение горючей смеси двигателя внутреннего сгорания.
Согласно другому примеру осуществления способа, необходимость очистки определяет с помощью по меньшей мере одного датчика. Датчик может использоваться, например, для определения скорости воздушного потока по вентиляционному каналу. Увеличивающиеся отложения в вентиляционном канале могут изменять скорости воздушного потока и предоставлять, благодаря этому, информацию о степени загрязнения вентиляционного канала. Кроме того, например, ультразвуковые датчики могут использоваться, например, для локального определения отложения частиц грязи. Датчики быстро и эффективно определяют необходимость очистки.
Согласно другому примеру осуществления способа, о существовании необходимости очистки автоматически, с временным интервалом подается сигнал. Посредством способа также могут осуществляться процессы очистки с определенными временными интервалами. Для этого сигнал может передаваться, например, блоком управления о необходимости очистки повторяющимся, после определенного промежутка времени. При переданном сигнале о необходимости очистки, вслед за этим, может ожидаться разрешение на проведение процесса очистки. Разрешение на это может выдаваться, например, тогда, когда по меньшей мере один подключенный к вентиляционному каналу потребитель не имеет или имеет только небольшую необходимость в охлаждении. Если по меньшей мере один потребитель не имеет или имеет только небольшую необходимость очистки, то в вентиляционном канале существует воздушный поток с минимальной скоростью. Это предотвращает и уменьшает завихрения и нежелательные эффекты, производимые на фильтры и потребителей, во время процесса очистки.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, необходимость очистки определяют, исходя из степени нагрузки по меньшей мере на один вентилятор. Например, может использоваться расположенный на впуске вентиляционного канала вентилятор для введения воздуха в вентиляционный канал и по меньшей мере к одному потребителю. Альтернативно, расположенный на выпуске вентиляционного канала вентилятор может всасывать также свежий воздух по вентиляционному каналу по меньшей мере для одного потребителя. Поперечное сечение вентиляционного канала может уменьшаться отложениями в вентиляционном канале для воздушного потока, направляемого по вентиляционному каналу. Для обеспечения постоянного объемного потока по меньшей мере к одному потребителю, вентилятор или несколько вентиляторов должны эксплуатироваться с более высокой мощностью. Таким образом, можно измерять расход электроэнергии по меньшей мере одного из вентиляторов, например, непрерывно или с регулярными временными интервалами. Изменение необходимого по меньшей мере для одного вентилятора электрического тока может следовать при превышении определенного критического значения из необходимости очистки. Благодаря этому, необходимость очистки вентиляционного канала можно распознавать без дополнительных датчиков. Кроме того, также и другие эксплуатационные и физические величины могут приобщаться для определения необходимости очистки вентиляционного канала. Например, при определении необходимости очистки вентиляционного канала учитываются вес пыли в канале, температура внешней среды и влажность воздуха.
Согласно следующему варианту осуществления способа изобретения, необходимость охлаждения определяют, исходя из данных измерений по меньшей мере одного датчика температуры. Для этого нужно осуществлять температурный контроль по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя. Если потребитель является, например, электромотором или другим подверженным нагрузке конструктивным элементом, охлаждаемым посредством воздушного охлаждения, то при превышении определенных критических значений температуры конструктивного элемента или потребителя создается воздушный поток. В различных потребителях уже имеются датчики температуры для контроля соответствующих рабочих температур и для регулирования воздушного потока. В частности, по меньшей мере один вентилятор может приводиться в действие для создания воздушного потока в вентиляционном канале, в зависимости от температуры по меньшей мере одного потребителя или регулироваться число оборотов вентилятора. Процесс очистки вентиляционного канала может начинаться, исходя из информации температурного контроля работы по меньшей мере одного потребителя. Например, процесс очистки может инициироваться только тогда, когда температура потребителя опустится ниже критического значения и эксплуатация вентилятора больше не требуется. Таким образом, процесс очистки может осуществляться во время перерывов в работе вентилятора.
Согласно другому варианту осуществления способа изобретения, необходимость охлаждения определяют, исходя из эксплуатационного режима по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя. У различных потребителей нет необходимости в непрерывной подаче воздуха. Например, в локомотивах, тяговые двигатели должны охлаждаться только в процессе ускорения локомотива или при регенеративном торможении локомотива. При постоянном выдерживании скорости локомотива или в ситуациях выбега для медленного снижения скорости локомотива, воздушное охлаждение тяговых двигателей не требуется. Такие эксплуатационные режимы по меньшей мере одного потребителя можно использовать для проведения процесса очистки вентиляционного канала. Вследствие этого, процесс очистки можно осуществлять в щадящем режиме, не влияя на фильтры или по меньшей мере на одного потребителя.
Согласно другому примеру осуществления способа изобретения, эксплуатационный режим по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя регулируют во время начатого процесса очистки до сниженной необходимости охлаждения. Предпочтительно, если управление двигателем или управление по меньшей мере одного потребителя связано с устройством для очистки. Это максимально снижает возможную нагрузку по меньшей мере одного потребителя, например, после начатого процесса очистки так, что во время процесса очистки блокируется запуск вентилятора, а вместе с ним и создание воздушного потока в вентиляционном канале. Благодаря этому обеспечивается, что во время процесса очистки, подлежащие очистке частицы грязи не завихряются воздушным потоком.
Согласно следующему примеру осуществления способа изобретения, процесс очистки планируют и начинают, исходя из продольного профиля пути. Альтернативно или дополнительно, для контроля работы эксплуатационного режима по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя, эксплуатационный режим по меньшей мере одного потребителя определяют по будущему или проезжаемому в настоящее время продольному профилю пути. Это можно, например, применить для приводного двигателя в локомотиве. Таким образом можно (могли бы) определять (определяться) участки пути, на которых локомотив поддерживает постоянную скорость, а вследствие этого имеет относительно низкую потребность в действующем охлаждении приводных двигателей. Такие участки пути могут использоваться для проведения процесса очистки. Благодаря этому, можно уже заранее планировать оптимальный момент времени для осуществления способа очистки.
Согласно другому аспекту изобретения предоставляется воздухозаборная система, в частности, для рельсового транспортного средства, для направления воздуха и для осуществления предлагаемого согласно изобретению способа очистки вентиляционного канала. Воздухозаборная система имеет по меньшей мере один вентилятор для создания воздушного потока и для охлаждения по меньшей мере одного потребителя и по меньшей мере один вентиляционный канал для направления воздушного потока для охлаждения по меньшей мере одного потребителя. Согласно изобретению, по меньшей мере один вентиляционный канал имеет по меньшей мере один накопительный участок для накопления частиц грязи, причем по меньшей мере один накопительный участок может автоматически очищаться устройством для очистки, в зависимости от необходимости охлаждения по меньшей мере одного потребителя.
По меньшей мере один вентилятор может создавать воздушный поток для охлаждения по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу потребителя. При этом вентиляционный канал может состоять из одного или нескольких последовательных сегментов вентиляционного канала. Кроме того, вентиляционный канал имеет один или несколько всасывающих участков для направления или всасывания имеющегося в вентиляционном канале воздушного потока по меньшей мере к одному потребителю. Вентиляционный канал имеет по меньшей мере один накопительный участок, в котором могут накапливаться частицы грязи. В частности, имеющиеся в воздушном потоке частицы грязи могут оседать, вследствие локальной формы вентиляционного канала или локального изменения скорости воздушного потока по меньшей мере одном накопительном участке.
Предпочтительно, если по меньшей мере в одном накопительном участке расположено по меньшей мере одно устройство для очистки. Таким образом, по меньшей мере одно устройство для очистки может эффективно убирать отложения частиц грязи. Устройство для очистки активируют в зависимости от необходимости охлаждения по меньшей мере одного потребителя. Вследствие этого, процесс очистки осуществляют предпочтительно при отключенной вентиляции. Альтернативно охлаждение по меньшей мере одного потребителя может осуществляться в вентиляционном канале во время процесса очистки с помощью небольшого воздушного потока. Это предотвращает завихрения во время процесса очистки вентиляционного канала. Требуемое конструктивное пространство для воздухозаборной системы можно минимизировать при установке устройства для очистки в накопительных участках вентиляционного канала. Оптимальный момент времени для осуществления процесса очистки можно определяться при согласовании процесса очистки с необходимостью охлаждения по меньшей мере одного потребителя. В частности, благодаря этому, можно обеспечить автоматическую очистку вентиляционного канала, не нагружая по меньшей мере одного потребителя или один фильтр.
При неудовлетворительном техническом обслуживании, в противном случае, вентиляционный канал может заблокироваться вследствие отложения частиц грязи и привести к системному сбою. Автоматическая очистка вентиляционного канала исключает такой сценарий отказа. Оптимально осуществленная очистка вентиляционного канала может защитить подключенные к другому вентиляционному каналу компоненты и повысить прочность фильтров.
Согласно одному примеру выполнения воздухозаборной системы, может очищаться по меньшей мере один накопительный участок, в зависимости от необходимости очистки. Процесс очистки начинается предпочтительно только при существовании необходимости очистки. Благодаря этому, исключается ненужная эксплуатация по меньшей мере одного устройства для очистки и экономится энергия.
Согласно другому примеру выполнения воздухозаборной системы, необходимость очистки зависит по меньшей мере от одного временного интервала. Необходимость очистки может быть определена предпочтительно заданными временными интервалами. В частности, могут быть реализованы регулярно повторяющиеся интервалы очистки по меньшей мере одного накопительного участка.
Согласно другому примеру выполнения воздухозаборной системы, по меньшей мере один накопительный участок очищают, исходя из данных измерений по меньшей мере одного датчика или одной опытной величины. Степень загрязнения вентиляционного канала можно определять с помощью датчиков. Например, потребность в электрическом токе вентилятора может предоставлять информацию о степени загрязнения вентиляционного канала. Кроме того, ультразвуковые датчики могут определять, например, рост оседающего слоя частиц грязи. Благодаря этому, можно точно определить необходимость очистки. Если опытные величины показывают, что момент времени процесса очистки был выбран неблагоприятным, то для поиска благоприятного интервала очистки привлекают другие параметры и условия внешней среды. В частности, опытные величины могут быть эмпирически определенными величинами для оценки и проверки оптимального момента времени для начала процесса очистки.
Согласно другому примеру выполнения воздухозаборной системы, устройство для очистки очищает по меньшей мере один накопительный участок посредством очистки щетками, сжатым воздухом и/или пониженным давлением. По меньшей мере один накопительный участок можно очищать предпочтительно разными устройствами для очистки. Например, осевшие частицы грязи могут удаляться сжатым воздухом из вентиляционного канала. Устройство для очистки может также всасывать осевшие частицы грязи в накопительном участке посредством пониженного давления и таким образом очищать накопительный участок. При применении автоматической очистки щетками частицы грязи в накопительном участке могут удаляться механически. Комбинация из сжатого воздуха и пониженного давления также может использоваться для очистки по меньшей мере одного накопительного участка. Благодаря этому можно особенно быстро и эффективно очищать по меньшей мере один накопительный участок.
Согласно следующему примеру выполнения воздухозаборной системы, воздухозаборная система имеет по меньшей мере один воздушный фильтр. Предпочтительно, если воздухозаборная система имеет по меньшей мере один воздушный фильтр. Благодаря ему, может удаляться часть частиц загрязнений, содержащаяся в направляемом через вентиляционный канал воздушном потоке. В частности, посредством дополнительных воздушных фильтров можно защищать чувствительных и подключенных к вентиляционному каналу потребителей от частиц грязи.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения, а также способ их достижения, становятся яснее и более понятно при разъяснении следующих схематических изображений предпочтительных примеров выполнения.
На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - схематическое изображение воздухозаборной системы согласно первому примеру выполнения;
фиг. 2 - схематическая блок-схема способа согласно одному варианту исполнения изобретения.
На фигурах одинаковые конструктивные элементы имеют соответственно одинаковые ссылочные позиции.
На фиг. 1 показано схематическое изображение воздухозаборной системы 1 согласно первому примеру выполнения. Воздухозаборная система 1 имеет вентиляционный канал 2 для направления воздушного потока к потребителю 4. Стрелками на чертеже схематически показано прохождение воздушного потока. Согласно исходному примеру выполнения, потребителем 4 является электромотор или приводной двигатель локомотива, который может охлаждаться воздушным потоком. Вентилятор 6 может создавать для этого воздушный поток. Предпочтительно, если вентилятор 6 включается при необходимости охлаждения потребителя 4. Вентилятор 6 всасывает воздух из внешней среды через фильтр 8 в вентиляционный канал 2 и направляет затем воздух к потребителю 4. Вентиляционный канал 2 имеет два накопительных участка 10 для отложения загрязняющих частиц. В вентиляционном канале 2 расположен датчик 12 для определения объемного потока воздуха. При помощи данных измерений датчика 12 и потребляемой мощности вентилятора 6 блок 14 управления может сообщать о необходимости очистки накопительных участков 10. В накопительных участках 10 соответственно расположено устройство 16 для очистки. Устройства 16 для очистки являются, согласно примеру выполнения, откачивающими устройствами для откачивания выпавших в осадок частиц грязи. Предпочтительно, если процесс очистки начинается только тогда, когда потребитель 4 не нужно охлаждать вентилятором 6. Альтернативно, начало процесса очистки возможно также в зависимости от потребности, при активном вентиляторе 6. Для этого блок 14 управления обрабатывает данные датчика 18 температуры потребителя 4. В зависимости от эксплуатационного режима потребителя 4, температуры потребителя 4 и числа оборотов вентилятора 6, блок 14 управления может определять оптимальный момент времени для проведения процесса очистки накопительных участков 10. В частности, процесс очистки может осуществляться устройством 16 для очистки только при отключенном вентиляторе 6. Это предотвращает нежелательные завихрения выпавших в осадок загрязняющих частиц.
На фиг. 2 схематически изображена блок - схема осуществления способа 20 согласно одному варианту выполнения изобретения. На первом этапе определяют необходимость 22 охлаждения по меньшей мере одного подключенного к вентиляционному каналу 2 потребителя 4. Затем, при помощи по меньшей мере одного датчика 12, определяют необходимость 24 очистки накопительных участков 10 вентиляционного канала 2. Исходя из определенной необходимости охлаждения, при установленной необходимости очистки, проверяют, когда можно осуществлять 26 процесс очистки посредством устройств 16 для очистки. При незначительной необходимости охлаждения, или при ее отсутствии по меньшей мере у одного подключенного к вентиляционному каналу 2 потребителя 4, в вентиляционном канале 2 не создается, или создается небольшой воздушный поток, поэтому возможно проведение 28 щадящей очистки накопительных участков 10.
Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано с помощью предпочтительных примеров его выполнения, оно не ограничено известными примерами, и специалист может заимствовать из них другие варианты, не выходя за рамки объема правовой охраны изобретения.