ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СНАБЖЕННОЕ КОМПОНЕНТОМ, ОХЛАЖДАЕМЫМ С ПОМОЩЬЮ МАССОВОГО ПОТОКА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА
CARRIER WITH COMPONENT COOLED BY MASS FLOW OF COOLING AIR

Изобретение касается рельсового транспортного средства, снабженного по меньшей мере одним компонентом, который в целях охлаждения обдувается нагнетаемым с помощью по меньшей мере одного нагнетательного устройства, такого как вентилятор или спойлер, массовым потоком охлаждающего воздуха, для которого предопределено номинальное значение, обеспечивающее для принятой максимальной тепловой нагрузки указанного по меньшей мере одного компонента достаточное для его эксплуатации охлаждающее действие, причем упомянутый подлежащий охлаждению компонент образован подлежащим охлаждению преобразователем или трансформатором рельсового транспортного средства, а также способа эксплуатации такого рельсового транспортного средства в отношении функции охлаждения.
Такое рельсовое транспортное средство и такой способ известны, например, из ЕР 1512601 А1. Там представлен способ для эксплуатации вентилятора для климатической установки, причем частота вращения вентилятора уменьшается при приближении, например, к вокзалу, чтобы сократить шумовое воздействие в транспортном средстве. Также ЕР 1 112 872 A1, US 2006/086113 А1, DE 10 2004 053 226 В3, DE 10 2008 059 886 A1, DE 101 32 891 А1 и US 2006/144581 A1 касаются воздействия на частоту вращения вентилятора при эксплуатации личного автотраспорта.
У рельсовых транспортных средств подлежащая отводу тепловая мощность регулярно с помощью радиаторов охлаждения отдается окружающему воздуху. Такие радиаторы охлаждения имеются, например, в виде теплообменников в установке для кондиционирования или же в виде ребер охлаждения в тяговом преобразователе рельсового транспортного средства. В целях охлаждения окружающий воздух, который, например, всасывается с помощью вентилятора, должен направляться в радиатор охлаждения или вокруг него и снова отдаваться в окружающую среду.
У находящихся в движении рельсовых транспортных средств предусмотренный в целях охлаждения массовый поток воздуха, забираемого из окружающей среды, должен ускоряться до скорости, которая состоит из скорости движения и скорости протекания или, соответственно, скорости обтекания радиатора охлаждения. При движении рельсового транспортного средства это приводит к дополнительному сопротивлению движению, при этом с возрастающей скоростью движения тяговая мощность, которая должна затрачиваться на ускорения массового потока воздуха, возрастает в квадратной зависимости. У снабженных радиатором охлаждения компонентов рельсовых транспортных средств всех видов, в частности, автобусов, грузовых автомобилей и рельсовых транспортных средств, посредством вентилятора воздух всасывается из окружающей среды рельсового транспортного средства и направляется через радиатор охлаждения или, соответственно, вокруг него. В простейшем случае можно обойтись без радиатора охлаждения, так чтобы компонент сам непосредственно обдувался охлаждающим воздухом.
Часто невозможно регулирование или, соответственно, управление массовым потоком воздуха, который определяется вентилятором. Более того, он имеет номинальное значение, которое обеспечивает достаточное охлаждающее действие для принятой максимальной тепловой нагрузки этого компонента. При таком подходе необходимая тяговая мощность сильно повышается с возрастающей скоростью движения, так как должно дополнительно компенсироваться возникающее при ускорении массового потока воздуха сопротивление движению.
Исходя из этого, в основу изобретения положена задача, предложить рельсовое транспортное средство, а также способ его эксплуатации, при котором рельсовому транспортному средству необходима меньшая мощность при эксплуатации компонента в его допустимом температурном диапазоне по сравнению с уровнем техники.
Эта задача в отношении рельсового транспортного средства решается благодаря тому, что предусмотрено устройство управления для управления силой массового потока охлаждающего воздуха и выполнено таким образом, что массовый поток охлаждающего воздуха ниже предопределенной скорости движения принимает свое предопределенное номинальное значение и с учетом тепловых требований компонента по меньшей мере в одном верхнем диапазоне скорости движения рассчитан так, что сумма потребляемой мощности указанного по меньшей мере одного компонента, указанного по меньшей мере одного нагнетательного устройства и приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха доли тяговой мощности рельсового транспортного средства меньше, чем сумма потребляемой мощности указанного по меньшей мере одного компонента, указанного по меньшей мере одного нагнетательного устройства и приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха с его предопределенным номинальным значением доли тяговой мощности рельсового транспортного средства.
Вместо приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха с его предопределенным номинальным значением доли тяговой мощности рельсового транспортного средства можно также говорить об обусловленной нагнетанием массового потока охлаждающего воздуха с его предопределенным номинальным значением доле тяговой мощности рельсового транспортного средства.
Благодаря принципу действия устройства управления, которое предусмотрено для управления массовым потоком охлаждающего воздуха, можно снизить при движении общую потребную мощность рельсового транспортного средства по сравнению с уровнем техники. Потому что сумма потребляемых мощностей компонента, вентилятора и дополнительно затрачиваемой на ускорение массового потока охлаждающего воздуха тяговой мощности при движении уменьшается.
Это преимущество влечет за собой другие преимущества. Например, может снижаться инсталлированная тяговая мощность рельсового транспортного средства, благодаря чему также могут уменьшаться затраты на изготовление. Получающаяся меньшая требуемая тяговая мощность может, кроме того, приводить к уменьшению веса рельсового транспортного средства, в результате чего получается еще более сниженная потребная мощность.
Предпочтительно, устройство управления воздействует на частоту вращения по меньшей мере одного предусмотренного в качестве нагнетательного устройства вентилятора, так что, например, при понижении этой частоты вращения меньший массовый поток охлаждающего воздуха используется для охлаждения указанного по меньшей мере одного компонента.
В том случае, если предусмотрено несколько вентиляторов для нагнетания массового потока охлаждающего воздуха, устройство управления может при необходимости подключать или отключать по меньшей мере один вентилятор. Благодаря этой мере также осуществляется управление массовым потоком охлаждающего воздуха.
В другом варианте осуществления изобретения управление массовым потоком охлаждающего воздуха может также осуществляться за счет того, что лопасти указанного по меньшей мере одного вентилятора могут регулироваться по своей установке и устройство управления для регулирования массового потока охлаждающего воздуха воздействует на установку лопастей.
Другая альтернатива управления массовым потоком охлаждающего воздуха может заключаться в том, чтобы на траектории течения массового потока охлаждающего воздуха была предусмотрена дроссельная заслонка и устройство управления для регулирования массового потока охлаждающего воздуха воздействовало на эту дроссельную заслонку.
Рельсовое транспортное средство может иметь несколько подлежащих охлаждению компонентов, причем тогда устройство управления управляет величиной массового потока охлаждающего воздуха для каждого из этих нескольких компонентов.
Устройство управления может получать сигнал по меньшей мере одного рабочего параметра рельсового транспортного средства, который выбран из группы, включающей в себя скорость движения, потребляемую мощность указанного по меньшей мере одного компонента, тепловую нагрузку указанного по меньшей мере одного компонента, потребляемую мощность указанного по меньшей мере одного вентилятора, силу массового потока охлаждающего воздуха, частоту вращения указанного по меньшей мере одного вентилятора и тяговую мощность рельсового транспортного средства. Эти параметры могут использоваться по отдельности, в группах или в совокупности, чтобы предоставлять устройству управления надлежащие значения измерений, так чтобы оно могло управлять массовым потоком охлаждающего воздуха, экономя мощность.
В том случае, если предусмотрены несколько вентиляторов, устройство управления может предпочтительно получать сигнал о количестве подключенных или отключенных вентиляторов.
Получающаяся в целом для рельсового транспортного средства эксплуатационная мощность становится особенно низкой тогда, когда устройство управления выполнено таким образом, что с учетом тепловых требований указанного по меньшей мере одного компонента сумма потребляемой мощности указанного по меньшей мере одного компонента, указанного по меньшей мере одного вентилятора и приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха доли тяговой мощности рельсового транспортного средства сокращена до минимума. Однако преимущества изобретения обеспечиваются даже тогда, когда устройство управления управляет массовым потоком охлаждающего воздуха таким образом, что он остается ниже своего предопределенного значения.
Устройство управления выполнено таким образом, чтобы массовый поток охлаждающего воздуха ниже некоторой предопределенной скорости движения принимал свое предопределенное номинальное значение. Так как со снижающейся скоростью движения рельсового транспортного средства экономия мощности уменьшается, может быть целесообразным, ниже предопределенной скорости движения не осуществлять управление массовым потоком охлаждающего воздуха, а вместо этого предусмотреть его номинальное значение. В любом случае при состоянии останова рельсового транспортного средства массовый поток охлаждающего воздуха должен принимать свое номинальное значение, потому что в этом рабочем состоянии указанный по меньшей мере один компонент имеет свой максимальный коэффициент полезного действия.
Указанный по меньшей мере один компонент представляет собой преобразователь или трансформатор рельсового транспортного средства. Предпочтительно устройство управления получает сигнал текущих значений измерений массового потока охлаждающего воздуха или отражающего его параметра в целях регулирования, так что устройство управления работает как устройство регулирования. Этот подход позволяет более точно поддерживать массовый поток охлаждающего воздуха, считающийся оптимальным для определенной скорости движения.
Для обеспечения нагнетания массового потока охлаждающего воздуха у всасывающего отверстия и/или выпускного отверстия для массового потока охлаждающего воздуха могут быть предусмотрены аэродинамические элементы. Это позволяет сократить количество имеющихся вентиляторов, что, например, может осуществляться путем отключения или установки отдельных вентиляторов на пониженную мощность.
Предпочтительно эти аэродинамические элементы представляют собой направляющие заслонки, которые расположены в продольном направлении рельсового транспортного средства друг за другом. Таким образом, удается предпочтительно воздействовать на втекание и вытекание массового потока охлаждающего воздуха эффективным образом.
Направляющие заслонки, относительно рельсового транспортного средства, могут быть установлены каждая с возможностью поворота вокруг поперечной оси. Это позволяет точно юстировать положение направляющих заслонок, например, в отношении имеющейся в данный момент потребности в охлаждающем воздухе и сопротивления воздуха. Например, положение направляющих заслонок может регулироваться посредством давления, так чтобы противодавление для вентилятора поддерживалось нейтральным. Благодаря возможности перестановки направляющих заслонок, кроме того, можно, чтобы, в зависимости от соответствующего направления движения рельсового транспортного средства, одно отверстие служило всасывающим или выпускным отверстием. Тогда для этого направляющие заслонки могут позиционироваться надлежащим образом.
Может быть предпочтительно, если всасывающее отверстие и/или выпускное отверстие оснащены направляющей решеткой для массового потока охлаждающего воздуха. Эта направляющая решетка обеспечивает впуск или, соответственно, выпуск массового потока охлаждающего воздуха на соответствующем отверстии. В том случае, если по наружной поверхности рельсового транспортного средства расположено друг за другом несколько направляющих заслонок, при необходимости можно обойтись без направляющей решетки.
Указанная выше задача в отношении способа решается с помощью способа, охарактеризованного в пункте 15 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления способа содержатся в пп.16-23 формулы изобретения.
Признаки способа и его предпочтительные варианты осуществления уже были пояснены выше при описании рельсового транспортного средства.
Примеры осуществления изобретения поясняются еще более подробно ниже с помощью чертежей. Показано:
Фиг. 1 - схематичное изображение системы, служащей в целях охлаждения, внутри рельсового транспортного средства;
Фиг. 2 - вид продольного сечения крышного отверстия рельсового транспортного средства, и
Фиг. 3 - вид продольного сечения альтернативно выполненного крышного отверстия рельсового транспортного средства.
На фиг. 1 показан подлежащий охлаждению компонент K рельсового транспортного средства. Компонент К оснащен радиатором KR охлаждения, который в целях охлаждения обдувается поступающим из канала КК кондиционирования и нагнетаемым вентилятором L воздухом. Обдувающий массовый поток охлаждающего воздуха способствует тому, чтобы при эксплуатации рельсового транспортного средства компонент K находился ниже температуры, которая обеспечивает бесперебойную эксплуатацию компонента K. Для этого в устройство S управления, которое может управлять массовым потоком охлаждающего воздуха различным образом, заложено максимально допустимое значение температуры для компонента K.
Устройство S управления выполнено таким образом, что массовый поток охлаждающего воздуха с учетом тепловых требований компонента K по меньшей мере в одном верхнем диапазоне скорости движения рассчитан так, что сумма потребляемой мощности компонента K, вентилятора L, который нагнетает массовый поток охлаждающего воздуха, и приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха доли тяговой мощности рельсового транспортного средства меньше, чем сумма потребляемой мощности компонента K и вентилятора L и приходящейся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха с его предопределенным номинальным значением доли тяговой мощности рельсового транспортного средства. При этом предопределенное номинальное значение для массового потока охлаждающего воздуха означает такой поток, который для принятой максимальной тепловой нагрузки компонента K обеспечивает достаточное для его эксплуатации охлаждающее действие.
В представленном примере осуществления канал КК кондиционирования оснащен вентилятором L и может дополнительно иметь другой вентилятор L и/или дроссельную заслонку D (изображено штриховой линией). В одном из вариантов осуществления изобретения устройство S управления воздействует на тот вентилятор L, который сплошной линией стрелки на фигуре соединен с устройством S управления. Устройство S управления может снижать частоту вращения вентилятора L для уменьшения массового потока охлаждающего воздуха, так чтобы приходящаяся на нагнетание массового потока охлаждающего воздуха доля тяговой мощности рельсового транспортного средства снижалась. Альтернативно этому возможно также, чтобы вентилятор L имел регулируемые по их установке лопасти, и устройство S управления для регулирования массового потока охлаждающего воздуха воздействовало на установку лопастей. Для регулирования массового потока охлаждающего воздуха устройство S управления получает сигнал его текущего значения.
Другую возможность управления массовым потоком охлаждающего воздуха представляет собой воздействие на дроссельную заслонку D, которая штриховой линией стрелки на фигуре соединена с устройством S управления. В этом случае частота вращения вентилятора L может оставаться постоянной, в то время как массовый поток охлаждающего воздуха определяется степенью открытия дроссельной заслонки D.
Другая возможность управления массовым потоком охлаждающего воздуха заключается в изображенном примере осуществления в том, чтобы устройство S управления воздействовало на оба изображенных вентилятора L таким образом, чтобы один из двух вентиляторов L отключался, когда получающийся при этом меньший массовый поток охлаждающего воздуха обеспечивает, чтобы не достигалась максимально допустимая температура компонента K.
Устройство S управления для управления массовым потоком охлаждающего воздуха получает несколько входных величин для следующих параметров: скорость движения, потребляемая мощность компонента K, тепловая нагрузка компонента K, потребляемая мощность вентилятора или вентиляторов L, сила массового потока охлаждающего воздуха, частота вращения вентилятора или вентиляторов L и тяговая мощность рельсового транспортного средства. Если обеспечено, что максимально допустимая тепловая нагрузка компонента K не превышается, можно обойтись без одного или нескольких из вышеназванных параметров. В идеальном случае устройство S управления для каждой скорости движения рельсового транспортного средства уменьшает до минимума его потребную мощность.
В примере осуществления, который предусматривает несколько вентиляторов L, устройство S управления может дополнительно получать сигнал о количестве подключенных или отключенных вентиляторов L. Если, например, в представленном примере осуществления в эксплуатации находится только один из двух вентиляторов L, однако температура компонента K приближается к недопустимому диапазону температуры, устройство S управления будет подключать второй вентилятор L.
В примерах осуществления изобретения, в которых устройству S управления передаются информационные данные о скорости движения рельсового транспортного средства, устройство S управления рассчитано таким образом, чтобы в высоком диапазоне скорости осуществлялось уменьшение массового потока охлаждающего воздуха, так как именно в этом диапазоне скорости экономия мощности является наибольшей. Ниже некоторой предопределенной скорости движения массовый поток охлаждающего воздуха, напротив, может принимать свое номинальное значение.
В качестве компонента K рельсового транспортного средства речь идет о преобразователе или трансформаторе, который представляет собой электрическое устройство рельсового транспортного средства и который в качестве радиатора охлаждения обычно оснащен охлаждающим оребрением. Видно, что изображенная на фигуре система может дополняться другими компонентами рельсового транспортного средства, причем тогда устройство S управления должно было бы учитывать возможность тепловой нагрузки этих других компонентов.
На фиг.2 показан первый вариант осуществления крышного отверстия O1, действующего в качестве всасывающего или выпускного отверстия. Предусмотренные направляющие заслонки L1, которые расположены каждая на краю отверстия O1 в продольном направлении рельсового транспортного средства друг за другом, могут поворачиваться вокруг оси, проходящей поперечно относительно рельсового транспортного средства, так что отверстие может адаптироваться по своей функции к направлению движения рельсового транспортного средства. Направляющие заслонки L1 могут двигаться в пределах контура транспортного средства, так как они встроены компактно со смещением назад. Предусмотренная на краю отверстия O1 фаска F1 может, например, составлять 30°. Для направляющих заслонок L1 возможны нейтральные и промежуточные положения, чтобы обеспечить возможность оптимальной адаптации к существующей в данный момент потребности в охлаждающем воздухе и сопротивлению воздуха. Изображенное на фиг. 2 сплошной линией положение направляющей заслонки для направления движения вправо соответствует выпуску, а для направления движения влево впуску. В отличие от этого, штриховая линия для выпускного действия относится к направлению движения влево, а для впускного действия к направлению движения вправо. Направляющие заслонки L1 расположены соответственно параллельно друг другу.
При состоянии останова рельсового транспортного средства левая на фиг. 2 направляющая заслонка L1 расположена соответственно сплошной линии, а правая направляющая заслонка L1 соответственно штриховой линии.
В одном из дополненных примеров осуществления между двумя изображенными направляющими заслонками L1 предусмотрены другие направляющие заслонки, так что, например, возможно также закрытие отверстия O1. При таком количестве направляющих заслонок L при необходимости можно отказаться от того, чтобы предусматривать изображенную на фиг. 2 направляющую решетку G в области отверстия, которая тоже имеет задачу, благоприятным образом направлять поток охлаждающего воздуха.
В изображенном на фиг. 2 примере осуществления конфигурации крышного отверстия O2 рельсового транспортного средства предусмотрены также две направляющие заслонки L2 каждая вдоль рельсового транспортного средства в краевой области крышного отверстия O2. В то время как в примере осуществления на фиг. 2 поворотные оси для направляющих заслонок L смещены несколько внутрь от края отверстия O1, поворотные оси для направляющих заслонок L2 находятся непосредственно на внутренней кромке крышного отверстия O2. Направляющие заслонки L2 также могут, в зависимости от соответствующего направления движения, устанавливаться таким образом, чтобы крышное отверстие O2, в зависимости от потребности, служило всасывающим или выпускным отверстием.
В обоих примерах осуществления конфигурации крышного отверстия на фиг. 2 и 3 направляющие заслонки L1, L2 имеют изогнутый или граненый под небольшими углами контур в направлении впускного отверстия O1, O2. С выпускной стороны получается выступающий контур, в котором заключена направляющая решетка G, или, в случае, если конструктивное пространство это не допускает, сначала слегка вытянутый внутрь контур, за которым следует выступающий контур, симметрично выполненный в двух направлениях движения или регулируемый в зависимости от направления движения.