ТЕПЛОВОЗ
DIESEL LOCOMOTIVE

Настоящее изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может найти применение в качестве тепловоза.
Известен маневровый тепловоз ТГМ-6А, содержащий рану с ходовыми тележками и подвесками, кузов, имеющий водительское и моторное отделения, дизельный двигатель, размещенный внутри моторного отделения, гидропередачу, которая соединена с дизельным двигателем, а посредством валов и осевых редукторов связана с колесными парами, трехцилиндровый компрессор, который посредством гидромуфты связан с гидропередачей, холодильник, вентилятор которого через редуктор соединен с дизельным двигателем, системы: тормозную, электрическую, охлаждения, смазки и запуска, песочную, механизмы управления.
/Г.Я.Белобаев, В.И. Бурьяница, М.К.Гавриленко и др. Маневровые тепловозы, ред. Л.С.Назаров. М.: Транспорт, 1977, с.5-30, рис.7, табл.2, 4/.
Недостатками известного маневрового тепловоза являются: большой расход топлива, значительная вибрация и большой шум дизельного двигателя, большие тепловые потери, сложность конструкции дизельного двигателя.
Указанные недостатки обусловлены работой дизельного двигателя, инерцией подвижных частей, трением в кривошипно-шатунном механизме, процессами, протекающими в двигателе.
Известен также двухсекционный тепловоз ТЭ-3, каждая секция которого содержит раму с ходовыми тележками и подводками, кузов, установленный на раме и имеющий водительское и моторное отделения, десятицилиндровый бескомпрессорный дизельный двигатель 2Д-100 с вертикальными встречно движущимися поршнями, установленный в моторном отделении и имеющий муфту сцепления, тяговый генератор, связанный с дизельным двигателем, тяговые электродвигатели, механически соединенные с колесными парами, а электрически через контроллер подключены к выходу тягового генератора, двухмашинный агрегат, содержащий возбудитель тягового генератора и генератор для зарядки аккумуляторов, механически соединенный с дизельным двигателем, трехцилиндровый двухступенчатый компрессор, механически соединенный с дизельным двигателем, системы: питания, охлаждения, смазки, электрическую, пневматическую, запуска, механизмы управления. /В.А.Раков. Локомотивы отечественных железных дорог, 1845-1955, изд. 2, М.: Транспорт, с.382-384/.
Одна секция тепловоза ТЭ-3, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.
Недостатки секции тепловоза ТЭ-3, принятой за прототип, те же.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией дизельного двигателя.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик тепловоза.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что дизельный двигатель 2Д-100 заменен силовой энергетической установкой, выполненной в форме нескольких одинаковых по конструкции блоков, каждый из которых представляет собой пустотелый тор, установленный вертикально, имеющий внутри верхней части клапан, а в нижней части соединенный с впускной и выпускной полостями лопастного двигателя, причем ротора всех лопастных двигателей закреплены на общем валу, который соединен с тяговым генератором, кроме того, в средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, топка которого имеет выпускную трубу и связана с насосным узлом, включающим в себя воздухонагнетатель, форсунку, насос подачи жидкого топлива, приводимые в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, воспламеняющее устройство, с другой стороны - водотрубный охладитель, связанный с системой охлаждения, имеющей компрессор, приводимый в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, радиатор охлаждения, фильтр-осушитель, капиллярную насадку, открывающуюся внутрь корпуса-испарителя, соединенных между собой трубопроводами, терморегулятор, включенный в цепь электродвигателя привода компрессора, причем система охлаждения заполнена фреоном, кроме того, внутренняя полость каждого тора заполнена низкокипящей жидкостью, являющейся рабочим телом силовой энергетической установки, механизмы управления которой связаны с системой регулирования подачи топлива и воздуха водотрубного нагревателя и системой регулирования степени охлаждения водотрубного охладителя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид тепловоза, на фигуре 2 - расположение силовой энергетической установки в моторном отделении, на фигуре 3 - блок-схема силовой передачи, на фигуре 4 - общий вид силовой энергетической установки, на фигуре 5 - вид спереди на силовую энергетическую установку, на фигуре 6 - разрез но АА фигуры 5, на фигуре 7 - разрез по ББ фигуры 5, на фигуре 8 - принципиальная схема блока силовой энергетической установки.
4
Тепловоз содержит раму 1 с ходовыми тележками 2 и подвесками, кузов 3, установленный на раме и имеющий водительское 4 и моторное 5 отделения, силовую энергетическую установку 6, размещенную в моторном отделении, тяговый генератор 7, связанный с силовой энергетической установкой, тяговые электродвигатели 8, механически соединенные с колесными парами, а электрически через контроллер 9 подключенные к выходу тягового генератора, двухмашинный агрегат 10, содержащий возбудитель тягового генератора и генератор для зарядки аккумуляторов и питания электродвигателей вспомогательных агрегатов, соединенный с силовой энергетической установкой, трехцилиндровый двухступенчатый компрессор. Тепловоз содержит системы: питания с топливным баком 11, охлаждения, смазки, запуска, электрическую, пневматическую, баллоны сжатого воздуха 12 которой расположены на верхней части кузова. Внутри кузова размещены вентиляторы 13 охлаждения тяговых электродвигателей. Силовая энергетическая установка выполнена в форме нескольких одинаковых по конструкции блоков 14. Каждый блок представляет собой пустотелый тор 15, установленный вертикально, имеющий внутри верхней части клапан 16, а в нижней части соединенный с впускной 17 и выпускной 18 полостями лопастного двигателя 19, имеющего корпус 20, ротор 21, продольная ось которого смещена относительно продольной оси корпуса, имеющего подпружиненные лопасти 22. Ротора всех лопастных двигателей закреплены на общем валу 23, который соединен с тяговым генератором. В средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, а с другой стороны - водотрубный охладитель. Водотрубный нагреватель содержит корпус 24, оканчивающийся выпускной трубой 25, внутренняя полость которого соединена с корпусом 26 топки, которая соединена с насосным узлом 27, содержащим воздухонагнетатель 28, топливный насос (не показан), трубопроводом соединенный с топливным баком, форсунку 29 и воспламеняющее устройство 30. Насосный узел приводится в движение электродвигателем 31, питаемым от аккумуляторов 32 или генератора двухмашинного агрегата. Водотрубный охладитель содержит корпус-испаритель 33, внутри которого размещены трубы тора, компрессор 34, приводимый в движение электродвигателем 35, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, радиатор охлаждения 36, фильтр-осушитель 37, капиллярную насадку 38, открывающуюся внутрь корпуса-испарителя, терморегулятор 39, пускатель 40, включенные в цепь электродвигателя привода компрессора. Все агрегаты системы охлаждения соединены между собой трубопроводами и размещены в шкафу 41. Система охлаждения заполнена фреоном. Внутрь каждого тора залита низкокипящая жидкость, являющаяся рабочим телом силовой энергетической установки. Состав низкокипящих жидкостей может быть: этиловый эфир 50%, углеводород низкокипящий 45%, изопропилиитрат 5%; CH, Ar, СЗНВ в воде, спирт технический 70%, вода 30% и др. Механизмы управления 42 силовой энергетической установкой связаны с системой регулирования подачи топлива и воздуха водотрубного нагревателя и системой регулирования степени охлаждения водотрубного охладителя.
Работа тепловоза
После проверки исправности всех систем производился запуск силовой энергетической установки. К аккумуляторам 32 через механизмы управления 42 подключаются электродвигатели 31 и 35 привода насосных узлов 27 водотрубных нагревателей и компрессоров 34 систем охлаждения. Тяговый генератор 7 отключен от силовой энергетической установки. Газообразный фреон засасывается компрессором 34 из корпуса-испарителя 33, сжимается, нагревается и в жидком виде поступает в радиатор охлаждения 36. Охлажденный жидкий фреон проходит через фильтр-осушитель 37 и далее поступает в капиллярную насадку 38, где и распыляется внутрь корпуса-испарителя 33, отбирая тепло от стенок водяных тpyб и охлаждая низкокипящую жидкость, находящуюся в правой части тора 15. В то же время в корпус 26 топки воздухонагнетателем 28 подает воздух, впрыскивается через форсунку 29 топливо, которое смешивается с воздухом и зажигается воспламеняющим устройством 30. Горячие газы поднимаются вверх, обтекают трубы тора и выходят в трубу 25. Нагретая до небольшой температуры низкокипящая жидкость закипает, испаряется, ее давление увеличивается, клапан 16 закрывается. Сильно увеличивающаяся в объеме низкокипящая жидкость производит давление на лопасти 22 лопастного двигателя, заставляя вал 23 вращаться. Пройдя через лопастной двигатель, низкокипящая жидкость охлаждается, уменьшается в объеме и через клапан 16 снова возвращается в зону нагрева (на фиг.8 показано стрелками). Клапан 16 обеспечивает однонаправленное движение низкокипящей жидкости и, соответственно, вращение вала 23 в одну и ту же сторону. Остальные блоки 14 работают также. Скорость перемещения низкокипящей жидкости внутри тора и, следовательно, частота вращения вала 23 регулируются изменением степени нагрева и охлаждения путем увеличения или уменьшения подачи воздуха и топлива и увеличением или уменьшением степени охлаждения посредством терморегулятора 39. Для ускорения запуска силовой энергетической установки возможно прокручивание вала 23 путем подачи напряжения от аккумуляторов на генератор двухмашинного агрегата 10. Мощность на валу 23 может регулироваться количеством работающих блоков 14. Как только вал 23 наберет необходимую частоту вращения, электродвигатели 31, 35 отключаются от аккумуляторов 32 и подключаются к выходу генератора двухмашинного агрегата 10. Затем посредством муфты тяговый генератор 7 соединяется с силовой энергетической установкой 6 и начинает вырабатывать электрический ток, который через контроллер 9 поступает на тяговые электродвигатели 8, заставляя тепловоз двигаться в нужном направлении. Для остановки силовой энергетической установки она отключается от тягового генератора 7, и затем выключается питание электродвигателей 31, 35, в результате чего прекращается подача топлива, воздуха, а также циркуляция фреона в системе охлаждения. Через некоторое время вал 23 останавливается. Остальные системы тепловоза работают в штатном режиме.
Положительный эффект: простота конструкции, меньшие потери на трение, уменьшение тепловых потерь, вибрации, шума.