Система прогрева тепловозного дизеля

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к системам по поддержанию заданных температур теплоносителей (вода, масло) дизелей в условиях отрицательных температур и может быть использовано при оперативном отстое тепловозов в резерве.
Известна система подогрева двигателя внутреннего сгорания, состоящая из теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего теплообменник, соединяемый при помощи запорно-регулирующей арматуры как с системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты), газовых трубопроводов с установленной на них запорно-регулирующей арматурой [Патент РФ №2170851, МПК F02N 17/00, опубл. 20.07.2001 автор Шульгин В.В., и др. «Система подогрева двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком данного технического решения является отсутствие обогрева как масляной, так и водной систем дизеля.
Известна система обогрева тепловозного дизеля, состоящая из многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего теплообменники, соединенные как с системой выпуска отработавших газов ДВС (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты), блок управления, датчики температуры воды и масла, шесть электроклапанов, которые установлены - первый клапан - на выходе второй секции теплового аккумулятора, второй клапан - между выходом из второй секции и входом в третью секцию теплового аккумулятора, третий - на выходе из третьей секции, четвертый, пятый и шестой электроклапаны установлены на дополнительном контуре водяной системы дизеля, причем все электроклапаны и датчики температуры воды и масла соединены с блоком управления, а секции теплового аккумулятора фазового перехода расположены в порядке уменьшения интервала рабочих температур теплоаккумулирующего материала. [Полезная модель РФ №70552, МПК F02N 17/02, C09K 5/06, опубл. 27.01.2008 авторы Носырев Д.Я., Чертыковцева Н.В. «Система обогрева тепловозного дизеля»].
Недостатком данной системы обогрева является низкая функциональная возможность при неработающем (выключенном) дизеле в условиях низких температур окружающей среды.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, за счет накопления в условиях низких температур окружающей среды выделенного тепла при работающем и выключенном двигателе.
Технический результат достигается тем, что в систему обогрева тепловозного дизеля, состоящую из многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода, секции которого расположены в порядке уменьшения интервала рабочих температур теплоаккумулирующего материала, контуров дизеля - топливной системы, водяной системы охлаждения и масляной, и на них установлены датчики температуры воды, масла и электроуправляемые клапана, соединенные с блоком управления, согласно полезной модели дополнительно введены датчик температуры топлива и два тепловых аккумулятора фазового перехода с саморегулирующими устройствами электроподогрева, один из которых установлен на линии масляного контура, другой - на линии водяной системы охлаждения, датчик температуры топлива соединен с блоком управления, а тепловые аккумуляторы фазового перехода с саморегулирующими устройствами соединены с аккумуляторной батареей.
Введение в систему дополнительных тепловых аккумуляторов фазового перехода с саморегулирующими устройствами электроподогрева позволяет получить дополнительную тепловую энергию, используя ее в условиях низких температур окружающей среды для подогрева топлива, масла и воды для охлаждения дизеля.
На фиг. представлена система обогрева тепловозного дизеля.
Система обогрева состоит из дизеля 1, аккумуляторной батареи 2, генератора 3, теплового аккумулятора фазового перехода с саморегулирующим устройством электроподогрева 4, теплового аккумулятора фазового перехода с саморегулирующим устройством электроподогрева 5, трехходового электроуправляемого крана 6, трехходового электроуправляемого крана 7, топливного трубопровода 8, трубопровода системы охлаждения 9, масляного трубопровода 10, датчика температуры масла 11, датчика температуры воды 12, датчика температуры топлива 13, водотопливного теплообменника 14, водяных секций 15, масляных секций 16, блока управления с программатором 17, электромагнитного контактора 18, электромагнитного контактора 19, электромагнитного контактора 20, топливо-подкачивающего насоса 21, водяного насоса 22, маслопрокачивающего насоса 23, расширительного бака 24, воздухопровода обогрева картера 25, воздухопровода нагрева трехсекционного теплового аккумулятора 26, выхлопного коллектора 27, многоходового газового крана 28, трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, электроуправляемых клапанов 30, 31, 32, 33, 34, 35, многоходового газового крана 36, газовых трубопроводов 37, 38, выхлопной трубы 39, фильтра 40, центробежного вентилятора 41, электромагнитного контактора 42, картера 43.
Система обогрева работает следующим образом.
При отсутствии необходимости заряжать тепловые аккумуляторы фазового перехода 4, 5, 29 (например, в летний период) заслонка многоходового газового крана 28 и положение трехходовых электроуправляемых кранов 6, 7 устанавливается в положение 1, при котором перекрывается вход в тепловые аккумуляторы. Поток выхлопных газов из дизеля 1 направляется по коллектору 27, газовому трубопроводу 38 и через выхлопную трубу 39 выбрасывается в атмосферу.
В период снижения температур окружающей среды до отрицательных значений для накопления теплоты трехсекционным тепловым аккумулятором, заслонка многоходового газового крана 28 устанавливается в положение, при котором перекрываются входы в газовый трубопровод 38 и воздуховод 26, а заслонка многоходового крана 36 - в положение, перекрывающее вход в воздухопровод 25.
Поток выхлопных газов из дизеля 1 направляется по выхлопному коллектору 27 в секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, затем по газовому трубопроводу 37 в выхлопную трубу 39. Трехходовые электроуправляемые краны 6, 7, устанавливаются в открытое положение, при котором открывается вход в трехсекционный тепловой аккумулятор фазового перехода 29 и закрывается прямой проток по трубопроводу. Масло и вода, циркулируя по своим контурам 10 и 9, направляются через дополнительно установленные тепловые аккумуляторы фазового перехода для обогрева масла 5 и обогрева воды 4.
При этом происходит теплообмен между выхлопными газами, водой, маслом и теплоаккумулирующим материалом тепловых аккумуляторов фазового перехода, в результате которого последний нагревается до температуры плавления твердой фазы, плавится, а затем в жидкой фазе нагревается до температуры теплового равновесия с взаимодействующим веществом.
В процессе хранения тепловой энергии вакуумированный корпус теплового аккумулятора препятствует ее диссипации.
Отдача теплоты осуществляется в следующих режимах.
Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 1. При необходимости прогрева дизеля 1 при оперативном отстое тепловоза в «горячем» резерве заслонку многоходового крана 28 устанавливают в положение, при котором перекрываются входы в выхлопной коллектор 27 и газовый трубопровод 38, а заслонку многоходового крана 36 устанавливают в положение, при котором закрывается вход в газовый трубопровод 37.
При включении центробежного вентилятора 41 от аккумуляторной батареи 2 электромагнитным контактором 42, создаем вынужденную циркуляциию воздуха по замкнутому контуру: вентилятор 41 - воздуховод 25 - картерное пространство дизеля 43 - воздуховод 26 - многоходовой газовый кран 28 - первая и вторая секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 - многоходовой газовый кран 36 - воздуховод 25 - фильтр 40 - вентилятор 41, при этом электроклапан 30 открыт, а электроклапаны 31, 32 закрыты. Воздух нагревается в процессе прохождения его потока по первой и второй секциям трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, а теплоаккумулирующий материал остывает и претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое, выделяя при этом скрытую теплоту кристаллизации. Горячий воздух очищается от механических примесей в фильтре 41 и поступает в картерное пространство дизеля, где отдает часть своей тепловой энергии коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, а они передают тепло моторному маслу, циркулирующему по масляному трубопроводу штатной масляной системы дизеля. При понижении температуры масла до 40°С датчик температуры масла 12 подает сигнал на блок управления 17 и с помощью дополнительного аккумулятора 2 через замкнутый электромагнитный контактор 20 включается маслопрокачивающий насос 23, масло начинает циркулировать по масляному трубопроводу 10, электроуправляемый кран 6, дополнительно установленный тепловой аккумулятор фазового перехода 5, масляные секции 16, масло нагревается, а теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора 5 остывает и претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое, выделяя при этом скрытую теплоту кристаллизации. При достижении температуры 70°С датчик температуры масла 12 передает сигнал на отключение масляного насоса 23 и циркуляция масла прекращается.
Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 2. При необходимости подогрева воды водяной системы тепловозного дизеля электроклапаны 33, 34 устанавливают в положение «открыто», 30, 31, 32 и 35 в положение «закрыто», трехходовой электроуправляемый кран 35 во 2-ое положение. При включении водяного насоса 22 штатной водяной системы дизеля возникает вынужденная циркуляция воды по замкнутому контуру: дизель 1 - трубопровод штатной водяной системы дизеля 9 - электроуправляемый кран 7 - дополнительный тепловой аккумулятор фазового перехода 4 - расширительный бак 24 - водяные секции 15 - третья секция трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 - водяной насос 22 - дизель 1. Начинается процесс обогрева штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 1 за счет прохождения потока воды по третьей секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 и секции дополнительного теплового аккумулятора фазового перехода 4 (вода нагревается, а теплоаккумулирующий материал остывает - процесс отдачи тепла повторяется).
Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 3 (комбинированный). Циркуляция теплоносителей осуществляется одновременно по описанным выше траекториям, при этом электроклапаны 30, 34, 33 находятся в положении «открыто», а клапаны 31, 32 и 35 - в положении «закрыто».
При температуре наружного воздуха ниже - 10°С будет наблюдаться парафинирование дизельного топлива, в связи с чем топливо подогревается в водо-топливном теплообменнике 14, электропривод топливо-подкачивающего насоса 21 подключается через электромагнитные контакторы 18 к блоку управления 17, питающегося от аккумуляторной батареи 2.
Предлагаемое устройство позволяет накапливать теплоту при работающем и выключенном ДВС и отдавать ее теплоносителю (охлаждающей жидкости - системы охлаждения, или маслу - системы смазки), с целью поддержания их требуемой температуры, необходимой для подготовки пуска двигателя в условиях низких температур окружающей среды, используя энергию электросети самой машины, с минимальными затратами электроэнергии.
Съем температурных показаний теплоносителей осуществляется датчиками температуры масла 11, воды 12, топлива 13. Управление электроклапанами 30, 31, 32, 33, 34, 35 и электромагнитными контакторами 18, 19, 20, 42 осуществляет блок управления 17. Аккумуляторная батарея 2 обеспечивает питание электроуправляемых клапанов 30, 31, 32, 33, 34, 35 и электроприводов топливоподкачивающего насоса 21, водяного насоса 22, маслопрокачивающего насоса 23, через электромагнитные контакторы 18, 19, 20, трехходовых электроуправляемых кранов 6, 7. Генератор 3 обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи 2.
Предлагаемая система обогрева стабилизирует тепловой режим работы дизеля, позволяет сократить энергозатраты на обогрев тепловозного дизеля в условиях низких температур и сократить расходы топлива и масла на 4-6%.