СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ДВУХДИЗЕЛЬНОГО ТЕПЛОВОЗА (ВАРИАНТЫ)
COOLING SYSTEM OF POWER UNIT AT TWO-DIESEL LOCOMOTIVE

Изобретение относится к системам охлаждения силовых установок тепловозов, оснащенных двигателями внутреннего сгорания - дизелям, в которых в качестве теплоносителя используется жидкость (вода и др.).
Известна система жидкостного охлаждения силовой установки тепловоза серии D145.1000 (фирма Fiat), включающая два дизеля, в которой тепло, выделяемое дизелями в охлаждающую жидкость, отводится в окружающий воздух в водовоздушных радиаторах, обдуваемых вентиляторами.
Каждый из двух дизелей имеет собственную систему охлаждения, не связанную с системой охлаждения другого дизеля. Система охлаждения каждого дизеля двухконтурная: в одном контуре охлаждается вода дизеля, в другом - наддувочный воздух и масло. Водовоздушные радиаторы сгруппированы в отдельные блоки со своим воздушным вентилятором с гидроприводом. (Тепловозы зарубежных стран. Каталог-справочник. Коломна, ВНИТИ, 1992, с.141).
Недостатком такой системы является необходимость оснащения каждого из дизелей собственной системой подогрева ввиду возможности размораживания водяной системы неработающего дизеля в случае низкой температуры окружающей среды и связанное с этим усложнение конструкции системы охлаждения силовой установки и тепловоза в целом. Работа систем подогрева требует дополнительных затрат топлива.
Известна система жидкостного охлаждения двухдизельной силовой установки тепловоза ТГ16, который оснащен двумя дизелями типа М756В, принятая за прототип. Эта система охлаждения двухдизельной силовой установки также состоит из систем охлаждения каждого из дизелей, но отличается наличием дополнительных труб с управляемыми вручную вентилями, которые позволяют при определенном положении вентилей производить подогрев неработающего дизеля от системы охлаждения работающего дизеля путем перепуска воды с высокой температурой в систему охлаждения неработающего дизеля.
Система охлаждения каждого дизеля содержит центробежный насос охлаждающей жидкости, полости охлаждения дизеля, полости жидкости в воздушном радиаторе и теплообменнике масла, воздушный вентилятор радиатора с приводом, трубопровод охлаждающей жидкости, датчик (реле) температуры жидкости с преобразователем сигналов датчика, систему автоматического включения двигателя воздушного вентилятора (блок автоматического регулирования системы охлаждения), котел обогрева, использующий жидкое топливо и оборудованный двумя циркуляционными насосами. (Тепловоз ТГ16. Москва, «Транспорт», 1976; с.25, 93, 111).
Недостатками такой конструкции системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза являются:
- усложнение и удорожание системы из-за применения котла подогрева, дополнительных циркуляционных насосов и управляемых вручную вентилей;
- повышенная трудоемкость операции подогрева неработающего дизеля от работающего дизеля, связанная с ручным открытием и закрытием вентилей до и после подогрева;
- невозможность автоматического дистанционного управления процессом взаимного подогрева дизелей, которое позволяло бы чередовать их одиночную и совместную работу,
- невозможность использования в автоматическом режиме теплорассеивающего потенциала радиатора неработающего дизеля для охлаждения теплоносителей работающего дизеля.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является поддержание теплового состояния силовой установки двухдизельного (а также многодизельного) тепловоза в постоянной готовности к запуску и приему нагрузки любым дизелем или двумя дизелями вместе за счет предлагаемой конструкции системы охлаждения силовой установки, которая автоматически обеспечивает прогрев неработающего дизеля за счет работающего дизеля, постоянную готовность неработающего дизеля к запуску и приему нагрузки без дополнительных затрат времени и энергии, а также повышение экономичности тепловоза путем уменьшения затрат мощности на привод вентиляторов охлаждающего устройства за счет естественного рассеяния тепла в системе охлаждения неработающего дизеля.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая конструкция системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза соединяет системы охлаждающей жидкости обоих дизелей таким образом, что автоматически обеспечивает подогрев неработающего дизеля и его поддержание в состоянии готовности к пуску и приему нагрузки за счет тепловыделения работающего дизеля.
Система охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза может быть выполнена по одному из трех вариантов с последовательным или параллельным соединением трубопроводов охлаждающей жидкости дизелей, каждый из которых описан ниже и является предметом предлагаемого изобретения.
На фиг.1 представлена конструкция системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза с последовательным соединением трубопроводов охлаждающей жидкости дизелей.
На фиг.2 представлена конструкция системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза с параллельным соединением трубопроводов охлаждающей жидкости дизелей.
На фиг.3 представлена конструкция системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза с параллельным соединением трубопроводов охлаждающей жидкости дизелей и дополнительным перепускным трубопроводом.
На двухдизельном тепловозе размещены дизели 1 и 2 (фиг.1), которые могут работать как поочередно, так и совместно. В систему охлаждения силовой установки входят центробежные насосы охлаждающей жидкости 3 и 4 соответственно дизелей 1 и 2, полости охлаждения дизелей 1 и 2 и соответственно дизелям 1 и 2 полости охлаждающей жидкости в воздушных радиаторах 5 и 6, охладителях наддувочного воздуха 7 и 8, охладителях масла 9 и 10, а также воздушные вентиляторы радиаторов 11 и 12 с двигателями вентиляторов 13 и 14, трубопроводы охлаждающей жидкости 15 и 16, датчики (реле) температуры жидкости 17 и 18 с преобразователями сигналов датчиков 19 и 20, уравнительные бачки 21 и 22, соединенные с полостями трубопроводов охлаждающей жидкости соответственно 15 и 16.
Нагнетательные полости центробежного насоса 3 дизеля 1 и центробежного насоса 4 дизеля 2 соединены с полостями жидкостного охлаждения соответствующих дизелей трубопроводами 23 и 24. Выход охлаждающей жидкости из полостей охлаждения дизеля 1 после радиатора 5, охладителя наддувочного воздуха 7, охладителя масла 9 соединен трубопроводом 15 с входом в центробежный насос 4 дизеля 2. Выход охлаждающей жидкости из системы охлаждения дизеля 2 после радиатора 6, охладителя наддувочного воздуха 8, охладителя масла 10 соединен трубопроводом 16 с входом в центробежный насос 3 дизеля 1.
Датчики температуры охлаждающей жидкости после дизелей 1 и 2 соответственно 17 и 18 соединены через преобразователи сигналов 19 и 20 с блоком автоматического управления 25 системы охлаждения, который сообщен с двигателями 13 и 14 вентиляторов 11 и 12 радиаторов 5 и 6 дизелей соответственно 1 и 2 для автоматического управления включением и выключением двигателей 13 и 14 вентиляторов 11 и 12.
Во втором варианте (фиг.2) в отличие от первого варианта (фиг.1) система жидкостного охлаждения каждого дизеля 1 и 2 соединена с системой жидкостного охлаждения другого дизеля параллельно так, что выходы охлаждающей жидкости из центробежных насосов 3 и 4 обоих дизелей 1 и 2 соединены между собой - нагнетательная полость центробежного насоса 3 дизеля 1 соединена трубопроводом 26 с нагнетательной полостью центробежного насоса 4 дизеля 2, при этом трубопроводы 23 и 24 от нагнетательных полостей центробежных насосов 3 и 4 к входам в полости охлаждения соответствующих дизелей 1 и 2 сохранены. Выходы охлаждающей жидкости из систем охлаждения дизелей 1 и 2 после соответствующих воздушных радиаторов 5 и 6, охладителей наддувочного воздуха 7 и 8, охладителей масла 9 и 10 каждого дизеля 1 и 2 соединены между собой трубопроводами 27 и 28 и трубопроводом-смесителем 29, который сообщен с входами в центробежный насос 3 дизеля 1 и центробежный насос 4 дизеля 2 через трехходовой дистанционно управляемый кран 30, который снабжен блоком управления крана 31, соединенным с блоком автоматического управления 25 системой охлаждения линией 32 для автоматического управлением включением и выключением двигателей 13 и 14 вентиляторов 11 и 12.
В третьем варианте (фиг.3), как и в первом варианте, нагнетательные полости центробежного насоса 3 дизеля 1 и центробежного насоса 4 дизеля 2 соединены только с полостями охлаждения соответствующих дизелей трубопроводами 23 и 24, а выходы охлаждающей жидкости из систем охлаждения дизелей 1 и 2 в отличие от первого и второго вариантов соединены после воздушных радиаторов соответственно 5 и 6, охладителей наддувочного воздуха 7 и 8, охладителей масла соответственно 9 и 10 между собой параллельно трубопроводами 27 и 28 и трубопроводом-смесителем 33, который сообщен с входами в центробежный насос 3 дизеля 1 и центробежный насос 4 дизеля 2.
Кроме того, выходы охлаждающей жидкости из полостей охлаждения дизелей 1 и 2 соединены между собой дополнительным перепускным трубопроводом 34, который включен параллельно трубопроводам 27, 28 и 33. Площадь проходного сечения трубопровода 34 составляет от 15% до 30% площади проходного сечения трубопроводов 27, 28, 33.
Работа системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза осуществляется следующим образом.
При работе системы охлаждения по первому варианту (фиг.1) полости охлаждающей жидкости системы заполняют охлаждающей жидкостью с температурой, при которой запуск дизелей разрешен, с контролем заполнения системы по уровню жидкости в уравнительных бачках 21 и 22. Дизель 1 запускают. Работающий центробежный насос 3 дизеля 1 прокачивает охлаждающую жидкость по полостям охлаждения дизеля 1, через полости охлаждающей жидкости воздушного радиатора 5, охладителя наддувочного воздуха 7 и охладителя масла 9 по трубопроводу 15, через полости центробежного насоса 4 неработающего дизеля 2, по полостям охлаждения неработающего дизеля 2, через полости охлаждающей жидкости воздушного радиатора 6, охладителя наддувочного воздуха 8, охладитель масла 10 по трубопроводу 16 на всасывание центробежного насоса 3 работающего дизеля 1. Охлаждающая жидкость нагревается в охлаждаемых ею полостях работающего дизеля 1 и, проходя по полостям охлаждения неработающего дизеля 2, отдает им тепло, прогревает неработающий дизель 2, вследствие чего дизель 2 становится готовым к запуску и приему нагрузки. При этом исключается необходимость размещать на тепловозе и применять специальную систему подогрева дизелей.
Циркуляция охлаждающей жидкости, нагретой в полостях охлаждения работающего дизеля 1, через полости неработающего дизеля 2 и полости элементов системы охлаждения дизеля 2 приводит к рассеянию тепла, выделенного работающим дизелем 1, без включения двигателей вентиляторов 13 и 14 и самих вентиляторов 11 и 12, благодаря чему обеспечивается экономия затрат энергии на привод вентиляторов 11 и 12.
При повышении температуры охлаждающей жидкости выше установленного значения по сигналу датчика (реле) температуры 17, переданному через преобразователь 19 в блок автоматического управления 25 системой охлаждения, последний включает двигатель 13 вентилятора 11, который охлаждает воздухом жидкость, проходящую через радиатор 5, и поддерживает заданный уровень температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двухдизельного тепловоза.
При необходимости увеличить мощность силовой установки тепловоза свыше 50% номинальной мощности производят запуск дизеля 2, тепловое состояние которого благодаря циркуляции в полостях охлаждения дизеля 2 жидкости, нагретой в дизеле 1, позволяет запуск и немедленный прием нагрузки без потери времени и без затрат энергии на прогрев дизеля 2. При повышении температуры жидкости, охлаждающей дизель 2, выше установленного значения по сигналу датчика (реле) 18, переданному через преобразователь 20 в блок автоматического управления 25 системой охлаждения, последний включает двигатель 14 вентилятора 12. Одновременная работа вентиляторов 11 и 12 в предлагаемой системе при одновременной работе двух дизелей в диапазоне от 50% до 100% полной мощности силовой установки двухдизельного тепловоза обеспечивает заданный уровень температуры охлаждающей жидкости в полостях охлаждения дизелей 1 и 2. При остановке одного из дизелей блок автоматического управления 25 системой охлаждения выключает двигатель соответствующего вентилятора и тепловое состояние обоих дизелей 1 и 2 поддерживается за счет тепловыделения работающего дизеля благодаря продолжению циркуляции охлаждающей жидкости во всей системе охлаждения двухдизельного тепловоза, обеспечиваемой центробежным насосом работающего дизеля. Естественное рассеяние тепла в неработающем дизеле снижает затраты мощности и топлива на привод вентилятора.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает прогрев неработающего дизеля за счет работающего дизеля, постоянную готовность неработающего дизеля к запуску и приему нагрузки без дополнительных затрат времени и энергии, а также повышение экономичности тепловоза путем уменьшения затрат мощности на привод вентиляторов охлаждающего устройства за счет естественного рассеяния тепла в системе охлаждения неработающего дизеля. Давление охлаждающей жидкости, создаваемое центробежным насосом работающего дизеля, должно быть достаточным для обеспечения циркуляции жидкости по полостям двух последовательно соединенных систем охлаждения дизелей. Благодаря симметричности предложенной системы работающим может быть любой из двух дизелей 1 и 2 тепловоза.
Работа системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза по второму варианту (фиг.2) отличается тем, что центробежный насос 3 работающего дизеля 1 прокачивает охлаждающую жидкость по трубопроводу 23, 24 и 26 одновременно:
- через полости охлаждения дизеля 1, воздушного радиатора 5, охладителя наддувочного воздуха 7, охладителя масла 9 в трубопроводы 27 и 29 и далее к трехходовому крану 30 и входу в центробежный насос 3 работающего дизеля 1, поскольку одновременно с запуском дизеля 1 блок автоматического управления 25 системой охлаждения воздействует на исполнительный механизм 31 трехходового крана 30 так, что охлаждающая жидкость из трубопровода 29 по каналам трехходового крана 30 направляется на всасывание центробежного насоса 3 работающего дизеля 1, откуда снова поступает под давлением по трубопроводам 23, 24 и 26 в полости охлаждения обоих дизелей 1 и 2;
- через полости охлаждения дизеля 2, воздушного радиатора 6, охладителя наддувочного воздуха 8, охладителя масла 10 в трубопроводы 28 и 29 и далее к трехходовому крану 30 и входу центробежного насоса 3.
В трубопроводе-смесителе 29 потоки охлаждающей жидкости, прошедшие через полости охлаждения работающего дизеля 1 и неработающего дизеля 2, смешиваются. Вследствие того, что охлаждающая жидкость нагревается в охлаждаемых ею полостях работающего дизеля 1, температура смеси двух потоков охлаждающей жидкости возрастает. Проходя по полостям охлаждения неработающего дизеля 2, поток подогретой жидкости прогревает неработающий дизель №2 и подготавливает его к запуску при отсутствии отдельной системы подогрева.
Циркуляция половины охлаждающей жидкости через полости неработающего дизеля 2 и всей системы охлаждения дизеля 2 способствует рассеянию тепла без включения двигателей 13, 14 вентиляторов 11 и 12, благодаря чему обеспечивается экономия затрат энергии на привод вентиляторов.
При повышении температуры охлаждающей жидкости выше установленного предела по сигналу датчика (реле) температуры 17, передаваемому через преобразователь 19, блок автоматического управления 25 системой охлаждения включает двигатель 13 вентилятора 11, работа которого поддерживает заданный уровень температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения тепловоза.
При необходимости увеличить мощность силовой установки тепловоза свыше 50% номинальной мощности производят запуск дизеля 2, тепловое состояние которого благодаря циркуляции в полостях охлаждения дизеля 2 жидкости, нагретой в работающем дизеле 1, позволяет запуск дизеля 2 и немедленный прием им нагрузки без потери времени и энергии на прогрев дизеля 2.
Одновременно с запуском дизеля 2 блок автоматического управления 25 системой охлаждения воздействует на исполнительный механизм 31 трехходового крана 30 так, что охлаждающая жидкость из трубопровода 29 направляется по каналам трехходового клапана 30 на всасывание как центробежного насоса 3 работавшего дизеля 1, так и на всасывание центробежного насоса 4 запускаемого дизеля 2.
При повышении температуры охлаждающей жидкости, выходящей из дизеля 2, выше установленного значения по сигналу датчика (реле) 18, передаваемому через преобразователь 20, блок автоматического управления 25 системой охлаждения включает двигатель 14 вентилятора 6. Одновременная работа вентиляторов 5 и 6 в предлагаемой системе охлаждения при одновременной работе двух дизелей в диапазоне от 50% до 100% полной мощности силовой установки тепловоза обеспечивает заданный уровень температуры охлаждающей жидкости в полостях охлаждения дизелей. При остановке одного из дизелей блок автоматического управления 25 системой охлаждения выключает соответствующий вентилятор и переводит трехходовой кран 30 в положение подачи жидкости к центробежному насосу работающего дизеля. Тепловое состояние обоих дизелей 1 и 2 поддерживается за счет тепловыделения работающего дизеля благодаря продолжению циркуляции во всей системе охлаждения двухдизельного тепловоза нагретой охлаждающей жидкости. Производительность центробежного насоса должна быть достаточной для прокачки охлаждающей воды по параллельно соединенным системам охлаждения двух дизелей.
Работа системы охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза по варианту 3 (фиг.3) отличается тем, что центробежный насос 3 работающего дизеля 1 прокачивает охлаждающую жидкость по трем каналам:
- через полости охлаждения дизеля 1, воздушного радиатора 5, охладителя наддувочного воздуха 7, охладителя масла 9 и далее через трубопроводы 27 и 33 на всасывание центробежного насоса 3;
- через полости охлаждения дизеля 1, воздушного радиатора 5, охладителя наддувочного воздуха 7, охладителя масла 9 и далее через трубопроводы 27, 28, охладитель масла 10, охладитель наддувочного воздуха 8, воздушный радиатор 6, полость охлаждения дизеля 2 и полость центробежного насоса 4 на всасывание центробежного насоса 3;
- через полость охлаждения дизеля 1, трубопровод 34, полость охлаждения неработающего дизеля 2, проточную часть центробежного насоса 4 на всасывание центробежного насоса 3 работающего дизеля 1.
По трубопроводу 34 в неработающий дизель 2 поступает нагретая жидкость непосредственно из полости охлаждения работающего дизеля 1; в связи с тем, что площадь проходного сечения трубопровода 29 составляет 15-30% площади проходного сечения трубопроводов 27, 28, расход жидкости через этот трубопровод соответственно уменьшен.
При одновременной работе дизелей 1 и 2 охлаждающая жидкость циркулирует в системах охлаждения каждого из дизелей 1 и 2, поскольку проток охлаждающей жидкости по трубопроводу 34 становится незначительным ввиду равенства давлений охлаждающей жидкости на концах трубопровода 34 - на выходах из полостей охлаждения дизелей 1 и 2, создаваемых обоими работающими насосами 3 и 4.
Предложенная система жидкостного охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза (варианты) обеспечивает прогрев и постоянную готовность к запуску и работе неработающего дизеля без применения дополнительного агрегата подогрева.