СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПО ПОТРЕБНОСТИ, В ЧАСТНОСТИ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND DEVICE FOR COMPRESSED AIR SUPPLY OF VEHICLE AS REQUIRED, IN PARTICULAR, RAIL VEHICLE

Настоящее изобретение относится к способу снабжения сжатым воздухом транспортного средства по потребности, в частности, рельсового транспортного средства, при котором за счет главного воздушного компрессора, соединенного с воздухопроводом главного ресивера, покрывается, по меньшей мере, потребность в главном воздухе рельсового транспортного средства для работы пневматической тормозной системы, а за счет, по меньшей мере, одного приводимого электродвигателем вспомогательного воздушного компрессора меньшей по сравнению с ним мощности вырабатывается дополнительный сжатый воздух для работы вспомогательных агрегатов. Кроме того, изобретение относится также к устройству, с помощью которого осуществляется такой способ, и к реализующей способ компьютерной программе.
Областью применения изобретения являются преимущественно рельсовые транспортные средства, главным образом рельсовые транспортные средства на электрической тяге, которые через пантограф снимают необходимую для работы электроэнергию с электрического контактного провода. Помимо этого первого источника энергии в высоковольтном диапазоне, представляющие здесь интерес транспортные средства содержат также второй источник энергии, например в виде одного или нескольких аккумуляторов, для накопления электроэнергии в низковольтном диапазоне. Аккумулятор транспортного средства предназначен для снабжения электрических вспомогательных агрегатов, в случае если в распоряжении отсутствует первый источник энергии, и при нормальной работе транспортного средства поддерживается в состоянии достаточной заряженности.
Выработанный главным компрессором сжатый воздух используется, в первую очередь, для снабжения пневматической тормозной системы транспортного средства. В транспортных средствах представляющего здесь интерес рода, помимо такого главного компрессора, существует, по меньшей мере, один вспомогательный компрессор, который по сравнению с главным компрессором имеет гораздо меньшую мощность и меньшие геометрические размеры. С помощью вспомогательного компрессора могут питаться вспомогательные агрегаты с пневмоприводом, такие как песочница, бортовые туалеты, пневморессоры или сервопривод пантографа. Однако такое вспомогательное воздухоснабжение происходит только в нормальном режиме, т.е. по время движения или коротких промежуточных остановок на участке пути. От него в рамках изобретения отличается так называемый режим стоянки, в котором транспортное средство останавливается на ночь или на более длительный отрезок времени.
В документе DE 102015113940 А1 раскрыты способ и устройство для главного и вспомогательного воздухоснабжения, в частности рельсового транспортного средства, содержащее приводимый электродвигателем компрессор для вырабатывания сжатого воздуха для заполнения, по меньшей мере, одного главного воздушного ресивера для снабжения пневмоагрегатов транспортного средства, причем транспортное средство располагает, по меньшей мере, одним первым и вторым источниками энергии для снабжения электроэнергией. Пневматический сервопривод предусмотрен для экипировки транспортного средства и активирования первого источника энергии выработанным компрессором сжатым воздухом, когда на этом этапе второй источник энергии питает электродвигатель единственного компрессора рельсового транспортного средства. Это специальное переключающее клапанное устройство подает сжатый воздух для экипировки пантографа в приданный пневматическому сервоприводу вспомогательный воздушный ресивер, который служит для запасания сжатого воздуха для экипировки пантографа. В остальном переключающее клапанное устройство подает выработанный компрессором сжатый воздух в главный воздушный ресивер, соединенный со своим воздухопроводом.
Недостаток этого известного технического решения в том, что из-за незначительных утечек в пневмосистеме вспомогательный воздушный ресивер может опорожниться настолько, что приведение в действие пантографа посредством пневматического сервопривода больше невозможно. В этом случае при понижении нижнего предельного давления необходимо включить компрессор, чтобы компенсировать потерю давления. За счет своей величины компрессор создает значительный шум, который может привести к нарушению покоя проживающих вблизи находящегося в режиме стоянки транспортного средства. Если к тому же в определенных случаях должно быть обеспечено, чтобы пантограф в режиме стоянки находился в постоянном контакте с питающей линией, то включение компрессора может произойти даже ночью. Благодаря постоянному контакту пантографа с питающей линией транспортное средство в любое время поддерживается в готовом к эксплуатации состоянии. За счет этого к тому же может сниматься электрический ток, чтобы даже в плохих метеоусловиях, снабжая устройства обогрева, предотвратить замерзание транспортного средства и т.п.
Если компрессор используется для вспомогательного воздухоснабжения, то для этого можно использовать также электрическую энергию аккумулятора, которая тогда через преобразователь подается к двигателю трехфазного тока компрессора. За счет этого возможен привод компрессора с небольшой мощностью и по сравнению с режимом полной нагрузки соответственно меньшим шумообразованием.
В документе DE 102013212451 А1 раскрыто устройство для снабжения сжатым воздухом транспортного средства, в котором, помимо главного компрессора, предусмотрен также вспомогательный компрессор с меньшей по сравнению с ним мощностью для работы обозначенного здесь ватерклозетным устройством туалетного блока. Необходимый для этого сжатый воздух подается по воздухопроводу главного ресивера, причем дополнительно имеется вспомогательный воздухопровод для работы вспомогательных агрегатов. Вспомогательный воздухопровод аэродинамически соединен через байпасный клапан с туалетным блоком, чтобы использовать для смывов туалетного блока сжатый воздух либо из воздухопровода главного ресивера, либо из вспомогательного воздухопровода. О связанных с техникой управления мерах по снабжению сжатым воздухом других вспомогательных агрегатов в этом уровне техники не сказано.
Задачей изобретения является создание способа и устройства для снабжения сжатым воздухом транспортного средства по потребности, с помощью которых была бы возможна экипировка пантографа с небольшим шумообразованием в режиме стоянки транспортного средства.
Эта задача решается в части способа посредством технического решения с признаками п. 1 формулы. В отношении соответствующего устройства - посредством п. 6 формулы. Далее указана компьютерная программа, содержащая средства программного кода для осуществления способа на электронном блоке управления транспортного средства. В соответствующих подчиненных зависимых пунктах формулы охарактеризованы предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Изобретение включает в себя в части способа решение, в котором в режиме стоянки транспортного средства используется исключительно, по меньшей мере, один вспомогательный компрессор, чтобы, при необходимости, вырабатывать сжатый воздух, с помощью которого приводимый в действие пневматическим сервоприводом пантограф в режиме стоянки поддерживается в постоянном контакте с питающей линией.
Другими словами, это означает, что главный компрессор в режиме стоянки остается отключенным и активируется только тогда, когда режим стоянки закончен, чтобы перейти в нормальный режим транспортного средства. Для этого требуется заполнить ресиверы сжатым воздухом до уровня заданного давления. Если же в режиме стоянки вследствие утечек или незначительного расхода воздуха сжатый воздух требуется для того, чтобы поддерживать пантограф в постоянном контакте с питающей линией, то для этой цели активируется преимущественно только единственный вспомогательный компрессор. Из-за своей небольшой мощности он производит гораздо меньше шума, чем включенный главный компрессор, даже если тот приводится в действие лишь вспомогательным образом от аккумулятора. Кроме того, из-за небольшой конструктивной величины вспомогательный компрессор лучше отгораживается и, при необходимости, лучше интегрируется в вагон рельсового транспортного средства.
Согласно другому варианту осуществления изобретения предложено, что сжатый воздух, выработанный в режиме стоянки транспортного средства вспомогательным компрессором, должен использоваться дополнительно для компенсации потерь от утечек в воздухопроводе главного ресивера и/или подключенных к нему подсистемах транспортного средства. В качестве подсистем рассматриваются, например, другие работающие на сжатом воздухе вспомогательные агрегаты, такие как смыв туалета, песочница, пневморессоры. Воздухопровод главного ресивера ведет вдоль всего транспортного средства или состава транспортных средств и соединен, по меньшей мере, с одним главным воздушным ресивером, который служит для резерва сжатого воздуха. К воздухопроводу главного ресивера подключены потребители сжатого воздуха транспортного средства. К ним относятся также названные подсистемы. Внутри этой сети воздухопроводов в нормальном режиме господствует питающее давление 8-10 бар. Если в режиме стоянки возникает обусловленная утечками потеря давления, то для пополнения может использоваться, следовательно, вспомогательный компрессор. Этим в режиме стоянки поддерживается готовность к движению без необходимости включения для этого вспомогательного компрессора, который как недостаток вызвал бы сильное шумообразование.
В этой связи далее предложено, что для уменьшения расхода сжатого воздуха из-за потерь от утечек в режиме стоянки транспортного средства подсистемы могут быть полностью перекрыты. Эта опциональная мера может быть реализована, например, посредством приданных подсистемам запорных клапанов, которые должны располагаться как можно ближе к воздухопроводу главного ресивера. Помимо этого, для достижения той же цели также можно посредством запорного клапана отключить от воздухопровода главного ресивера и тормозную систему транспортного средства в режиме стоянки. Срабатывание предусмотренных для этого запорных клапанов может осуществляться электромагнитным путем или с помощью предварительного управления пневматически или гидравлически. Кроме того, в целях диагностики рекомендуется контролировать положение включения запорных клапанов.
Предпочтительным является то, что в режиме стоянки транспортного средства снижается давление включения его устройства блокирования тяги по сравнению с нормальным режимом. При понижении давления в воздухопроводе главного ресивера ниже 7-7,5 бар устройство блокирования тяги по причинам безопасности препятствует приведению транспортного средства в движение. Тормозная система может надежно функционировать лишь при достаточно высоком давлении в главном воздухопроводе 8-10 бар. Поэтому при недостаточном давлении устройство блокирования тяги образует автостоп. Однако в режиме стоянки транспортного средства названное предельное давление устройства блокирования тяги не требуется контролировать и поддерживать, поскольку в этом состоянии так и так не происходит возобновления движения без предварительного заполнения пневмосистемы посредством главного компрессора. Если в режиме стоянки транспортного средства давление включения устройства блокирования тяги уменьшается, то более высокая потеря давления вследствие утечки была бы приемлемой, а вспомогательный компрессор, эксклюзивно используемый, согласно изобретению, в режиме стоянки для пополнения, подвержен меньшей нагрузке при включении. Тем не менее, надежное парковочное торможение обеспечивается за счет использования для этого преимущественно пружинных тормозов.
В рамках предложенного решения вспомогательный компрессор питается необходимой приводной электроэнергией посредством аккумулятора. Таким образом, вспомогательный компрессор может быть выполнен компактным за счет конструктивного узла из одноцилиндрового поршневого компрессора с прифланцованным электродвигателем. Помимо этого, возможно также выполнение электродвигателя вспомогательного компрессора в виде двигателя трехфазного тока, которому для режима с аккумулятором транспортного средства придан частотный преобразователь. При наличии контакта с контактным проводом вспомогательный компрессор может быть, разумеется, переключен на снабжение от контактного провода, для чего в случае двигателя трехфазного тока следует согласовать напряжение.
Далее предложено, что используемый, согласно изобретению, вспомогательный компрессор снабжен расположенным на стороне выхода давления воздухоосушителем для удаления влаги из выработанного вспомогательным компрессором сжатого воздуха. Такой воздухоосушитель может быть выполнен, например, в виде однокамерного или двухкамерного или мембранного воздухоосушителя. Выбор подходящего воздухоосушителя определяется мощностью, имеющимся в распоряжении конструктивным пространством и степенью остаточной влажности выработанного вспомогательным компрессором сжатого воздуха.
Другие усовершенствующие изобретение меры более подробно изложены ниже вместе с описанием предпочтительного примера его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - схематичный вид устройства для снабжения сжатым воздухом рельсового транспортного средства с приводимым в действие пневматически пантографом для энергоснабжения;
фиг. 2 - фрагмент системы по фиг. 1 в зоне воздухопровода главного ресивера с подключенными подсистемами.
На фиг. 1 устройство для снабжения сжатым воздухом рельсового транспортного средства (не показано) состоит из главного компрессора 1 для питания проходящего через рельсовое транспортное средство воздухопровода 2 главного ресивера для покрытия потребности рельсового транспортного средства в главном воздухе, в частности для работы пневматической тормозной системы 3. Главный компрессор 1 приводится от двигателя 4 трехфазного тока, который для энергоснабжения через опускаемый пантограф 5 (здесь показан в поднятом состоянии) соединен с питающей линией 6. Далее предусмотрен приводимый в действие электродвигателем 7 сравнительно меньшего размера дополнительный вспомогательный компрессор 8 меньшей по сравнению с главным компрессором 1 мощности, чтобы вырабатывать сжатый воздух для работы вспомогательных агрегатов. Кроме того, к воздухопроводу 2 главного ресивера подключен пневматический сервопривод 9 для снабжения питающим напряжением. Следует указать на то, что на схематичном чертеже для простоты не показаны клапаны, которые, разумеется, необходимы для управления пневмоагрегатами.
Блок 10 управления управляет подачей сжатого воздуха главного 1 и вспомогательного 8 компрессоров в зависимости от потребности в нем. Для определения фактического давления в воздухопроводе 2 главного ресивера предусмотрен датчик 11, который известным образом подает это измеренное значение на блок 10 управления в целях регулирования. За счет этого можно контролировать также фактическое давление подключенного к воздухопроводу 2 главного воздушного ресивера 12 для запасания сжатого воздуха.
В нормальном режиме транспортного средства вырабатывание сжатого воздуха происходит в соответствии с потребностью. Это значит, что главный компрессор 1 приводится в действие тогда, когда требуется пополнение запаса сжатого воздуха. Это происходит за счет падения измеренного датчиком 11 фактического давления ниже предельного значения 8 бар.
Напротив, в режиме стоянки транспортного средства возникающие в результате утечек потери сжатого воздуха не компенсируются вводом в действие главного компрессора 1. Вместо этого, согласно изобретению, активируется исключительно вспомогательный компрессор 8. В случае утечек это позволяет в течение длительной продолжительности режима стоянки вырабатывать достаточно сжатого воздуха, чтобы с помощью пневматического сервопривода 9 поддерживать пантограф 5 в постоянном контакте с питающей линией 6.
Помимо этого, вспомогательный компрессор 8 может использоваться также для того, чтобы компенсировать возникающие в режиме стоянки транспортного средства потери от утечек в воздухопроводе 2 главного ресивера и подключенных к нему подсистемах (не показаны) транспортного средства.
В этом примере энергоснабжение электродвигателя 7 вспомогательного компрессора 8 может обеспечиваться аккумулятором 13. Поскольку электродвигатель 7 вспомогательного компрессора 8 выполнен здесь в виде электродвигателя трехфазного тока, для этого аккумуляторного режима промежуточно включен частотный преобразователь 14. Помимо этого, можно также снабжать электроэнергией электродвигатель 7 вспомогательного компрессора 8 напрямую, правда, только тогда, когда имеется контакт с питающей линией. Если в режиме стоянки утечка в системе воздухопровода 2 главного ресивера не приведет к втягиванию пневматического сервоблока 9, следствием чего явились бы опускание пантографа 5 и, тем самым, потеря контакта с питающей линией 6, то в распоряжении имеется приводная электроэнергия для вспомогательного компрессора 8, чтобы в режиме стоянки компенсировать иные потери давления, например со стороны подсистем.
Для удаления влаги из выработанного вспомогательным компрессором 8 сжатого воздуха к выходной стороне пневмоприсоединения вспомогательного компрессора 8 подключен воздухоосушитель 15 в виде однокамерного осушителя.
На фиг. 2 схематично в качестве примера изображены некоторые подсистемы 16а-16с, питаемые через воздухопровод 2 главного ресивера. Кроме того, здесь показана также пневматическая тормозная система 3, снабжаемая пневматической энергией также из воздухопровода 2 главного ресивера.
При уменьшении расхода сжатого воздуха, в результате потерь от утечек в системе воздухопровода 2 главного ресивера в режиме стоянки транспортного средства, подсистемы 16а-16с и тормозная система 3 могут блокироваться от воздухопровода 2 главного ресивера соответствующими запорными клапанами 17а-17d. Включение запорных клапанов 17а-17d происходит в начале режима стоянки транспортного средства посредством блока 10 управления. Кроме того, датчик 11 отдельно контролирует давление в тормозной системе 3, так что здесь запорный клапан 17d может быть предвключен для уменьшения потерь от утечек. У подсистемы 16а речь идет в этом примере о песочнице, подсистема 16b представляет собой пневморессорный блок, а подсистема 16с является приводимым в действие пневматически туалетом. Разумеется, они могут быть предусмотрены также многократно.
Предложенное решение не ограничено описанным выше примером. Напротив, возможны также его модификации, включенные в объем охраны нижеследующей формулы изобретения. Так, например, возможно также, чтобы пантограф рассматривался как токосъемный блок, который создает электрический контакт не с выполненной в виде контактного провода питающей линией, а с токовой шиной под транспортным средством, в частности, рельсовым транспортным средством.