УСТРОЙСТВО ПРЕДПУСКОВОГО ГРУППОВОГО НАГРЕВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к устройствам предпускового нагреватекучих сред, используемых в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Известно устройство для группового газового обогрева ДВС (см. Крамаренко Г.В., Николаев В.А., Шаталов А.И. «Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах» / М.: Транспорт, 1984 г. 136 с), включающее горелки, подводимые к ДВС автомобилей и обеспечивающие электромагнитное излучение длинной волны 1 мкм - 1 мм, патрубки для подвода газа к горелкам.
Недостатками данного устройства является то, что:
- газ, используемый в горелках, взрывоопасен;
- необходимо постоянно контролировать герметичность всех патрубков и качество герметизации всего оборудования до, во время и после работы, что требует затрат на системы контроля и сигнализации.
Известно устройство группового электронагрева ДВС (см. Крамаренко Г.В., Николаев В.А., Шаталов А.И. «Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах» / М.: Транспорт, 1984 г. 136 с), включающее трансформаторный узел, от которого отведены линии электропередачи, нагревательные элементы, установленные в систему охлаждения каждого обслуживаемого ДВС автомобиля, с электропроводом, снабженным системой соединения с одной из линий электропередач, систему аварийного отключения при перегрузках.
Недостатками данного устройства являются:
- неравномерность нагрузки на сеть при использовании в автопарках с количеством машин более двадцати, приводящая к частым срабатываниям систем аварийного отключения, особенно при температурах ниже минус 10°С, что снижает эффективность использования;
- отсутствие защиты от аварийных ситуаций на одной из фаз и/или линий электропередач;
- отсутствие защиты линии от перегрузок при подключении конечного пользователя
- ДВС с нагревательными элементами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство предпускового группового нагрева двигателей внутреннего сгорания (патент на полезную модель RU №76084, МПК F02N 17/06, опубл. 10.09.2008 Бюл. №25), включающее трансформаторный узел, от которого отведены линии электропередачи, нагревательные элементы, установленные в систему охлаждения каждого обслуживаемого ДВС автомобиля, с электропроводом, снабженным системой соединения с одной из линий электропередач, систему аварийного отключения при перегрузках, трансформаторный узел, соединенный с линиями электропередачи через вводно-распределительное устройство, распределяющее токопотребление между линиями в зависимости от нагрузки, причем каждая система соединения электропровода снабжена индивидуальной защитой от перегрузки и соединена с линией электропередач через щит распределения, каждый из которых соединен индивидуальной линией электропередач с вводно-распределительным устройством, снабженным дополнительной системой аварийного отключения при перегрузках, причем суммарное количество ДВС с нагревательными элементами, подключаемыми через линии электропередач к одному трансформаторному узлу по мощности не превышает допустимую мощность этого трансформаторного узла, а количество обслуживаемых ДВС автомобилей, подключаемых через электропровод системой соединения к одному щиту распределения, не менее одного.
Недостатками устройства являются:
- повышенное электропотребление, так как нагревательные элементы снабжены только реле термоотключения при достижении максимальной температуры нагрева, а нагреватель работают на полную мощность независимо от температуры в системе охлаждения ДВС;
- необходимость применения кабелей большего сечения при увеличении количества нагревателей для ДВС и, как следствие, большие затраты;
- при возможных перегрузках полное отключение последнего пользователя, который остается без подогрева, независимо от снижения нагрузки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства предпускового группового нагрева двигателей внутреннего сгорания, позволяющего повысить эффективность использования за счет регулирования потребляемого тока нагревателями на ДВС от нагрева охлаждающей жидкости, снижение затрат за счет увеличения количества потребителей без увеличения затрат на оборудование и кабелей повышенного сечения, подогрев всех потребителей после превышения допустимой общей нагрузки и по мере снижения этой нагрузки по мере прогрева двигателей.
Техническая задача решается устройством предпускового группового нагрева двигателей внутреннего сгорания, включающим трансформаторный узел, от которого отведены линии электропередачи, нагревательные элементы, установленные в систему охлаждения каждого обслуживаемого ДВС автомобиля, с электропроводом, снабженным системой соединения с одной из линий электропередач, систему аварийного отключения при перегрузках, трансформаторный узел, соединенный с линиями электропередачи через вводно-распределительное устройство, распределяющее токопотребление между линиями в зависимости от нагрузки, причем каждая система соединения электропровода снабжена индивидуальной защитой от перегрузки и соединена с линией электропередач через щит распределения, каждый из которых соединен индивидуальной линией электропередач с вводно-распределительным устройством, снабженным дополнительной системой аварийного отключения при перегрузках, причем суммарное количество ДВС с нагревательными элементами, подключаемыми через линии электропередач к одному трансформаторному узлу по мощности не превышает допустимую мощность этого трансформаторного узла, а количество обслуживаемых ДВС автомобилей, подключаемых через электропровод системой соединения к одному щиту распределения, не менее одного
Новым является то, что нагревательный элемент снабжен переменным сопротивлением, а система охлаждения - термодатчиком, технологически соединенной с переменным сопротивлением для уменьшения тока, подаваемого на нагревательный элемент с увеличением температуры жидкости в системе охлаждения.
Новым является также то, что трансформаторный узел соединен с вводно-распределительным устройством через токоизмерительное устройство, которое технологически соединено с вводно-распределительным устройством для недопущения включения при превышении допустимого тока линий электропередач, соединенных с не включенными нагревательными элементами до снижения тока меньше допустимого
На чертеже показана схема устройства.
Устройство предпускового группового нагрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС) включает трансформаторный узел 1, от которого отведены линии электропередачи 2, нагревательные элементы 3 (показаны условно), установленные в систему охлаждения 4 (показаны условно) каждого обслуживаемого ДВС 5 (показаны условно) автомобиля 6 (показаны условно), с электропроводом 7, снабженным системой соединения 8 с одной из линий электропередач 2, систему аварийного отключения при перегрузках 9. При этом трансформаторный узел 1 соединен с линиями электропередачи 2 через вводно-распределительное устройство 10, распределяющее токопотребление между линиями 2 в зависимости от нагрузки. Каждая система соединения 8 электропровода 7, соединенная с линией электропередач 2 через щит распределения 11, снабжена индивидуальной защитой от перегрузки (на черт, не показана). Каждый щит распределения 11 соединен индивидуальной линией электропередач 2 с вводно-распределительным устройством 10, снабженным дополнительной системой аварийного отключения при перегрузках (на черт, не показан), вмонтированного непосредственно внутрь этого устройства 10. Причем количество ДВС 5 с нагревательными элементами 3, подключаемыми через линии электропередач 2 к одному трансформаторному узлу 1, по суммарной мощности не превышает допустимую мощность этого трансформаторного узла 1. Количество обслуживаемых ДВС 5 автомобилей 6, подключаемых через электропровод 7 системой соединения 8 к одному щиту распределения 11, не менее одного. Нагревательный элемент 3 снабжен переменным сопротивлением 12, а система охлаждения - термодатчиком 13, технологически соединенной с переменным сопротивлением 12 для уменьшения тока, подаваемого на нагревательный элемент 3 с увеличением температуры жидкости в системе охлаждения 4. Трансформаторный узел 1 соединен с вводно-распределительным устройством 10 через токоизмерительное устройство 14, которое технологически соединено с вводно-распределительным устройством 10 для недопущения включения при превышении допустимого тока линий электропередач 2, соединенных с не включенными нагревательными элементами 3 до снижения тока меньше допустимого.
Пример конкретного выполнения.
Предварительно все системы охлаждения 4 ДВС 5 обслуживаемых автомобилей 6 оборудуют нагревательными элементами 3 (на практике применен ЭПД-1,0 220, ЭПД-1,5 220 ЭПД-2,0 220 и ЭПД-3,5-220 соответственно на 1, 1, 5, 2 и 3,5 КВт при 220 В, выпускаемые ЗАО «Лидер», г. Тюмень, соответствующий ТУ 4573-013-00232443-98, см. также патент RU №2258832, F02N 17/06, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2005 г.). Причем легковые автомобили 6 оснащаются нагревательными элементами 3 мощностью 1,0 кВт, автомобили повышенной проходимости и грузовые автомобили 6 грузоподъемностью до трех с половиной тонн (малотоннажные) - 1,5 кВт, грузовые автомобили 6 грузоподъемностью до пяти тонн (среднетоннажные) - 2,0 кВт а грузовые автомобили 6 большей грузоподъемностью - 3 кВт. Таких мощностей нагревательных элементов 3 достаточно, чтобы разогреть ДВС 5 любого автомобиля 6 за два часа от минус 30°C до плюс 80°C. Трансформаторный узел 1 подсоединяется к линиям электропередач 2 через вводно-распределительное устройство 10 (на практике применено ВРУ-8, выпускаемое фирмой ООО «Рисар», РТ, г. Казань, соответствующее ТУ 3434-007-33866909-2002), которое в случаях значительной неравномерности нагрузок между линиями электропередач 2 увеличивает подачу электроэнергии на наиболее нагруженную линию 2 за счет менее нагруженной. Каждая линия электропередач 2 соединена с щитом распределения 11 (на практике применен ЩРЭ-1/63-В6/22, выпускаемое ООО НПП «Теплотехника», РБ, г. Октябрьский, соответствующий ТУ 3434-004-27313253-00 и оснащены реле включения по времени, устанавливаемые дистанционно - радиомодуль, выпускаемые ЗАО «Лидер», г. Тюмень или в ручную, выпускаемые ЗАО «Меандр», г. Санкт-Петербург) для систем соединения 8 через электропроводы 7 с нагревательными элементами 3 ДВС 5 автомобиля 6, количество систем соединения 8 на каждом щите 11 одна или более (на практике оптимальным является 2-4 системы соединения 8). Щиты распределения 11 устанавливают для удобства пользования на вертикальных металлических стойках (на черт, не показаны) высотой 1,7 м с промежутком между ними 2,75 м для легковых, малотоннажных и среднетоннажных грузовых автомобилей 6, и 3,75 м - для грузовых автомобилей 6 большей тоннажности. Нагревательный элемент 3 снабжен переменным сопротивлением 12, а система охлаждения - термодатчиком 13 (на практике были применены Терморегулятор термостат ТУДЭ-1 ТУДЭ-2 ТУДЭ-4, выпускаемые ОАО «Теплоконтроль», г. Смоленск и ТУДЭ-1М1, ТУДЭ-2М1, ТУДЭ-3М1, ТУДЭ-4М1, выпускаемые ОАО «КППЗ», г. Каменец-Подольск) технологически соединенной с переменным сопротивлением 12 для постепенного уменьшения тока, подаваемого на нагревательный элемент 3 с увеличением температуры жидкости в системе охлаждения 4 и отключения по достижении 80°C. Трансформаторный узел 1 соединен с вводно-распределительным устройством 10 через токоизмерительное устройство 14 (MODULE SAH0012UG-200), которое технологически соединено с вводно-распределительным устройством 10 для недопущения включения при превышении допустимого тока линий электропередач 2 (снабженных реле управления нагрузкой ABB LSS1/2 или реле приоритета нагрузки РПН-2 УХЛ4ТУ 3425-003-31928807-2014, выпускаемые ЗАО «Меандр», г. Санкт-Петербург) соединенных с не включенными нагревательными элементами 3 до снижения тока меньше допустимого, определяемого в зависимости от сечения жил кабеля и линий электропередач 2.
Из практики выяснено, что к одному трехфазному трансформаторному узлу 1 можно подсоединять (при тех же базовых элементах: трансформатор 1, кабели линии электропередач 2 и щиты распределения 11) не более восьмидесяти автомобилей 6 (у прототипа не более 50 автомобилей 6, то есть эффективность составляет не менее 37,5%), чтобы исключить перегрузку и срабатывание системы аварийного отключения 9. Оптимальным числом для подключения к трансформаторному узлу 1 является не более семидесяти автомобилей 6.
В холодное время (зима, поздняя осень, ранняя весна при температуре ниже плюс 5°C) автомобили 6 устанавливаются на места стоянки в непосредственной близости от щитов распределения 11, к которым посредством системы соединения 8 (например: вилкой в розетку) через электропровод подсоединяют нагревательным элементам 3 систем охлаждения 4 ДВС 5. В диспетчерской (на черт. не показана), из которой осуществляется контроль и выпуск автомобилей 6, устанавливается график выпуска этих автомобилей 6, после чего таймеры на нагревательных приборах 3. Таймеры в автоматическом режиме заранее перед выпуском автомобилей 6 подключают нагревательные элементы 3 их систем охлаждения 5 через щиты распределения 11 к соответствующим линиям электропередач 2. Время перед выездом, необходимое для нагрева систем охлаждения 4 ДВС 5 до рабочей температуры (примерно до 80°C), когда нужно подключить нагревательные элементы 3 ДВС 5 к линиям электропередачи 2, выбирают в зависимости от температуры окружающей среды, например: ниже минус 30°C - за 2,5 часа до выезда; от минус 30°C до минус 25°C - за 2 часа; от минус 25°C до минус 20°C - за 1,5 часа; от минус 20°C до минус 5°C - за 1 час; а от минус 5°C до плюс 5°C - за полчаса. Вводно-распределительное устройство 10 устроено так, что если нагрузка, определяемая амперметром 14 (например: подключены дополнительные источники), на трансформаторный узел 1 превышает допустимую, то линии электропередач 2, соединяющие с подключенными нагревательными элементами 3 автомобилей 6, не будут включены до снижения нагрузки(на практике такой запрет длится не более 5-10 мин.). Нагрузка на трансформаторный узел 1 снижается за счет использования перед нагревателями 3 переменных сопротивлений 12 с термодатчиками 13 при нагреве соответствующих подключенных к линии 2ДВС 5, при этом исключается перегрузка всего трансформаторного узла 1 и срабатывание системы аварийного отключения 9, обесточивающей все линии 2 сразу. Вводно-распределительное устройство 10 также распределяет токопотребление в зависимости от нагрузки каждой из линий электропередач 2, выравнивая напряжения на каждой из линий электропередач 2. Дополнительной системой защиты вводно-распределительного устройства 10 при аварийных ситуациях на одной из линий 2 (например, короткое замыкание) является отключение только аварийной линии 2 (например, реле выключателем), а при перегрузках на одной из фаз трансформаторного узла 1 (например, короткое замыкание на фазе) - только аварийной фазы (например, реле-выключателем), после чего нагрузка перераспределяется по линиям 2. После начального подогрева любого из ДВС 5 автомобилей 6 нагрузка за счет сопротивления 12 автоматически снижается в соответствующей линии электропередач 2, при этом автомобили 6, который не мог быть подключен из-за перегрузки трансформаторного узла 1, посредством вводно-распределительного устройства 10 подключают к линии электропередач 2. То есть система аварийного отключения при перегрузках 9 задействуется только при аварийных ситуациях на большинстве щитах распределения 11 и при не срабатывании дополнительной аварийного отключения при перегрузках водно-распределительного устройства 10, что маловероятно.
Предлагаемая конструкция устройства предпускового группового нагрева ДВС позволяет повысить эффективность (до 37%) использования конструкции (по сравнению с наиболее близким аналогом) за счет регулирования потребляемого тока нагревателями на ДВС от нагрева охлаждающей жидкости, снижение затрат за счет увеличения количества потребителей без увеличения затрат на оборудование и кабелей повышенного сечения, подогрев всех потребителей после превышения допустимой общей нагрузки и по мере снижения этой нагрузки в результате последовательного прогрева ДВС автомобилей.