Система подачи криогенного топлива для питания двигателя
CRYOGENIC FUEL SUPPLY SYSTEM FOR ENGINE FEED

Изобретение относится к системам подачи топлива для двигателей, в частности газообразного топлива, и может быть использовано в системе подачи криогенного топлива газотурбовозов и газотепловозов.
Известна система подачи криогенного топлива для питания двигателя, принятая за прототип, которая содержит криогенную емкость, соединенную через криогенный насос, топливный фильтр, масляный теплообменник, газовый теплообменник с газовыми форсунками двигателя, обратный газопровод для «захолаживания» агрегатов системы, клапаны, блок управления. В качестве криогенного насоса использован регулируемый объемный криогенный насос повышенного давления. Система снабжена управляемым дросселем, газовым смесителем, газовым ресивером, управляемым дозатором газа. Криогенная емкость соединена с газовыми форсунками двигателя через криогенный насос, масляный теплообменник, газовый теплообменник, смеситель газовый, газовый ресивер, топливный фильтр, управляемый дозатор газа. Параллельно масляному и газовому теплообменникам к входам смесителя газового и масляного теплообменника подсоединен управляемый дроссель. Обратный трубопровод подсоединен к криогенному насосу и к криогенной емкости. Выход криогенного насоса соединен с криогенной емкостью дополнительным трубопроводом с управляемым клапаном для сброса избытка криогенного топлива. Между криогенной емкостью и выходом топливного фильтра установлен дополнительный трубопровод с управляемым клапаном для обеспечения постоянства давления в емкости (RU, патент №2427724, МПК F02M 21/02, опубл. 27.08.2011 г.).
Недостатками системы подачи криогенного топлива являются сложность системы трубопроводов, длительное время подготовки системы подачи криогенного топлива к работе, ненадежность системы.
Техническим результатом изобретения является оптимальное расположение трубопроводов подачи криогенного топлива, уменьшение времени подготовки к работе и переводу в режим «хранения» системы подачи криогенного топлива, повышение надежности работы системы подачи криогенного топлива, уменьшение времени на ремонт и обслуживание локомотива.
Технический результат достигается тем, что в системе подачи криогенного топлива для питания двигателя, размещенной на двух секциях локомотива, содержащей криогенную емкость для хранения сжиженного криогенного топлива, объемный криогенный насос повышенного давления, масляный теплообменник, газовый теплообменник, газовый смеситель, газовый ресивер, топливный фильтр, управляемый дозатор газа, трубопроводы, вентили, управляемые клапаны, блок управления, между криогенной емкостью и объемным криогенным насосом повышенного давления установлен промежуточный буфер, соединенный трубопроводами с криогенной емкостью и трубопроводом и двумя дополнительными трубопроводами с объемным криогенным насосом повышенного давления, на трубопровод к входам масляного и газового теплообменников, газового смесителя дополнительно установлены управляемые клапаны для более точного и надежного регулирования подачи топлива в газовый ресивер, на трубопроводе подачи криогенного топлива установлено межсекционное соединение для передачи топлива из одной секции в другую.
Также технический результат достигается тем, что промежуточный буфер установлен на минимальном расстоянии от криогенной емкости и объемного криогенного насоса повышенного давления, а дополнительный трубопровод, соединяющий выход объемного криогенного насоса повышенного давления с промежуточным буфером, используется как для сброса избытка криогенного топлива из насоса в промежуточный буфер, так и для обеспечения необходимого давления в промежуточном буфере и криогенной емкости.
На чертеже представлена функциональная схема предполагаемой системы подачи криогенного топлива для питания двигателя.
Система подачи криогенного топлива для питания двигателя размещена на двух секциях 28, 29 локомотива, соединенных между собой межсекционным соединением 4, и содержит соединенные между собой трубопроводами 22, 23, 24, 25 криогенную емкость 1 для хранения сжиженного криогенного топлива, промежуточный буфер 2 для бесперебойной работы объемного криогенного насоса 3 повышенного давления (далее по тексту насос), насос 3 для регулировки и подачи топлива в двигатель 11, масляный теплообменник 5, газовый теплообменник 6, смеситель газовый 7, газовый ресивер 8, топливный фильтр 9, управляемый дозатор газа 10, двигатель 11, управляемые клапаны 12, 13, 14, 15, 16, блок управления 17, вентили 18, 19, 20 и 21, дополнительный трубопровод 26, соединяющий холодный конец насоса 3 с промежуточным буфером 2, дополнительный трубопровод 27, соединяющий выход насоса 3 с промежуточным буфером 2.
Система подачи криогенного топлива для питания двигателя работает следующим образом.
Управление системой подачи криогенного топлива осуществляется с помощью блока управления 17, через который ведется управление насосом 3, управляемыми клапанами 12, 13, 14, 15, 16, управляемым дозатором газа 10.
Криогенное топливо из криогенной емкости 1 перед началом работы насоса 3, обеспечивающего регулировку и подачу топлива в двигатель 11, поступает на «захолаживание» промежуточного буфера 2, трубопровода 22, дополнительного трубопровода 26 и насоса 3 при открытых вентилях 18, 19, 20, 21 и открытом управляемом клапане 12, при этом все остальные управляемые клапаны находятся в положении «закрыто».
После «захолаживания» системы подачи криогенного топлива происходит выравнивание давления в криогенной емкости 1, промежуточном буфере 2, газовом ресивере 8 при открытых управляемых клапанах 12 и 14. Газовый ресивер 8 должен быть определенного объема и служит для обеспечения необходимого запаса топлива при изменении режима работы двигателя 11, что повышает надежность работы двигателя 11.
После выравнивания давления запускается криогенный насос 3, и после достижения заданного уровня давления в газовом ресивере 8 запускается двигатель 11.
Применение промежуточного буфера 2, установленного в системе подачи криогенного топлива, улучшает условия работы насоса 3 и снижает риск повреждений насоса 3 за счет отвода пузырьков газа, образовавшихся в трубопроводе 22, в газообразную фракцию промежуточного буфера 2, а кроме того, позволяет выполнить криогенную емкость 1 съемной, что делает возможным осуществить ремонт и обслуживание локомотива в условиях депо без слива топлива и его дегазации из криогенной емкости 1, тем самым уменьшить время на ремонт и обслуживание локомотива. Промежуточный буфер 2 установлен на минимальном расстоянии от насоса 3 и криогенной емкости 1, при этом трубопроводы 22 и 26 выполнены минимальной длины, что сокращает время «захолаживания» и уменьшает расход криогенного топлива на «захолаживание».
При работе локомотива на разных режимах количество криогенного топлива, поступающего в двигатель 11, в зависимости от потребляемой мощности двигателя 11 меняется по сигналам с блока управления 17, изменяя обороты насоса 3, при этом тонкое дозирование подачи газа осуществляется управляемым дозатором газа 10, управляемыми клапанами 14, 15, 16.
На трубопровод 24 к входам масляного 5 и газового 6 теплообменников, газового смесителя 7 установлены управляемые клапаны 14, 15, 16, которые обеспечивают надежный перепуск криогенного топлива в смеситель газовый 7, обеспечивающий поддержание заданной температуры топлива, что также повышает надежность работы системы подачи топлива в двигатель 11.
К насосу 3 и промежуточному буферу 2 подсоединен дополнительный трубопровод 27 с управляемым клапаном 13, через который выполняется как перепуск избыточного топлива при работе двигателя 11 в режиме холостого хода при открытом управляемом клапане 13, так и выравнивание давления между криогенной емкостью 1, промежуточным буфером 2 и газовым ресивером 8 за счет сжатого газа из газового ресивера 8 при падении давления в криогенной емкости 1 ниже допустимого при открытых управляемых клапанах 12, 13, 14 и неработающем насосе 3.
Для безаварийной работы системы подачи криогенного топлива на трубопроводе 23 установлено межсекционное соединение 4, которое предназначено для подачи криогенного топлива из одной секции локомотива в другую.
После остановки двигателя 11 для более быстрого перевода системы в режим «хранение» используется газ из ресивера газового 8.
Предлагаемая система подачи криогенного топлива обеспечивает стабильную работу двигателя 11 на сжиженном природном газе и позволяет уменьшить время подготовки системы подачи криогенного топлива к работе и переходу в режим «хранение».