СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к системам поддержания заданного теплового режима, преимущественно систем охлаждения и смазки дизеля тепловоза, при работе в условиях пониженных температур окружающей среды.
Известна электрическая система водяного отопления пассажирских железнодорожных вагонов, предназначенная для поддержания заданного теплового режима, состоящая из электронагревательных приборов, непосредственно подогревающая внутренний и поступающий в вагон наружный воздух (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2221935, кл. F04F 5/54, опубл. 27.03.2002 г.).
Однако такая система отопления имеет мощность примерно 40 кВт и может использоваться только на электрифицированных участках железных дорог от контактной сети через электровоз или от специального вагона-электростанции. Эту систему невозможно использовать в составе поездов с другими источниками электроэнергии.
Известна система комбинированного (электроугольного) водяного отопления вагонов, также предназначенная для поддержания заданного теплового режима, содержащая водогрейный котел с установленными внутри него высоковольтными нагревательными элементами, расширитель, выполненный в виде отдельного бака, водяной пластинчатый калорифер, верхнюю и нижнюю разводку труб и высоковольтный генератор. Верхние разводящие и нижние отопительные трубы образуют замкнутую сеть отопления. Горячая вода из водогрейного котла поступает в верхние разводящие трубы и вертикальные стояки, затем - в нижние обогревательные трубы, где, отдавая тепло в окружающую среду, вода возвращается обратно в котел. Для усиления циркуляции воды при низких температурах наружного воздуха на входе в водогрейный котел установлены циркуляционный насос и ручной насос (Под ред. Л.Д.Кузьмича.Вагоны: проектирование, устройство и методы испытаний, Москва, «Машиностроение», 1978, с.267-268).
Однако данная система имеет с одной стороны низкий кпд, в случае использования угля для отопления вагона, с другой стороны требует особых мер безопасности и автоматических устройств, при эксплуатации потенциально опасных для жизни человека высоковольтных нагревательных элементов. Кроме того, высокий кпд электронагревателей резко падает из-за совместимости электрического отопления с угольным котлом - общая система подогрева воды, единая с конструкцией угольного котла, который сам по себе имеет низкий кпд, определяет и низкий кпд электроугольной системы отопления в целом. Кроме того, угольный вариант отопления требует применения тяжелого ручного труда и постоянного контроля за процессом горения, который плохо управляем, что ведет к дополнительным потерям и снижению теоретического кпд, неэкологичен в принципе, небезопасен и дискомфортен для пассажиров в случае поступления газовых продуктов сгорания в вагон. Он требует постоянно работающей в объеме РАО РЖД системы обеспечения пассажирских вагонов топливом уборки (утилизации) продуктов сгорания.
Наиболее близкой из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа система поддержания заданного теплового режима, содержащая присоединенную к дизелю систему отопления, включающую замкнутый контур водяного отопления, в котором размещены теплообменник и теплогенератор с подключенным к входу водяным насосом, а к выходу - радиаторами водяного отопления, а также систему электропитания и автоматического управления (см., например, описание к патенту РФ на полезную модель №, 70213, кл. В61D 27/00, опубл. 20.01.2008).
Однако эта система не предназначена для поддержания заданного теплового режима систем охлаждения и смазки дизеля тепловоза при работе на холостом ходу в условиях пониженных температур окружающей среды, а также ей присущи высокая энерговооруженность и удельная стоимость поддержания необходимого теплового режима, регламентированного требованиями нормативных документов.
Технический результат от использования предложенной системы поддержания заданного теплового режима - расширение технологических возможностей системы при обеспечении надежного и эффективного поддержания рабочей температуры в системах охлаждения и смазки дизеля на холостом ходу в условиях пониженных температур и в зимнее время года при длительных стоянках тепловоза на путях отстоя.
Указанный технический результат достигается тем, что система поддержания заданного теплового режима, преимущественно систем охлаждения и смазки дизеля тепловоза при работе на холостом ходу в условиях пониженных температур окружающей среды, содержащая присоединенную к дизелю систему отопления, включающую замкнутый контур водяного отопления, в котором размещены теплообменник и теплогенератор с подключенным к входу водяным насосом, а к выходу - радиаторами водяного отопления, а также систему электропитания и автоматического управления, снабжена подключенным к теплообменнику средством для прокачки масла через теплообменник и дополнительным контуром водяного отопления, подключенным к замкнутому контуру водяного отопления через теплообменник и теплогенератор, средство для прокачки масла через теплообменник предназначено для подачи масла к неработающему дизелю и выполнено в виде масляного насоса с электроприводом, присоединенного к системе смазки дизеля, причем дополнительный контур водяного отопления подключен к системе охлаждения дизеля и теплогенератору для обеспечения синхронного теплового режима в системах охлаждения и смазки дизеля тепловоза, а в качестве теплогенератора использован кавитационный вихревой теплообменник.
На чертеже представлена принципиальная схема заявленной системы.
Предложенная система поддержания заданного теплового режима, в данном случае, систем охлаждения и смазки дизеля тепловоза при работе на холостом ходу в условиях пониженных температур окружающей среды и в зимних условиях включает в себя присоединенную к дизелю 1 систему отопления, включающую замкнутый контур отопления, в котором размещены теплогенератор 2, в качестве которого использован кавитационный вихревой теплогенератор (ВТГ) с подключенным к входу водяным насосом 3, а к выходу - радиаторами водяного отопления 4 и 5, соответственно, размещенные в кабине тепловоза и на экипаже тепловоза, предназначенные для обогрева кабины тепловоза и обеспечения хозяйственных нужд, а также систему электропитания (условно не показана) и пульт автоматического управления 6.
Предложенная система поддержания заданного теплового режима снабжена присоединенным к замкнутому контуру водяного отопления дополнительным контуром отопления, присоединенному к теплогенератору 2 и теплообменнику 7 с подключенным средством для прокачки масла через теплообменник, которое предназначено для подачи масла к неработающему дизелю и выполнено в виде масляного насоса 8 с электроприводом 9, присоединенного к системе смазки дизеля, причем дополнительный контур отопления подключен к системе охлаждения дизеля и теплогенератору 2 для обеспечения синхронного теплового режима в системах охлаждения и смазки дизеля тепловоза, а в качестве теплогенератора использован кавитационный вихревой теплообменник, при этом оба контура отопления (основной и дополнительный) снабжены включенными в контура, соответственно, правой и левой холодильными камерами 10, имеющие общий бак 11, которые предназначены для компенсации теплового режима при различных температурах окружающей среды.
Кавитационный вихревой теплогенератор (ВТГ) представляет собой корпус цилиндрической формы с подводящим нижним и отводящим верхним штуцерами для присоединения к системе водяного охлаждения дизеля. Внутри цилиндра размещен погружной электродвигатель с рабочим колесом (ротором) на валу и неподвижный статор. При вращении электродвигателя в замкнутом контуре между ротором и корпусом теплогенератора (статора) создается в результате рециркуляции воды периодически изменяющееся давление, что приводит к образованию кавитационных пузурьков и к выделению, при их разрушении, тепловой энергии, полностью идущей на нагрев воды. За счет внутренней энергии воды, проявляющейся в кавитационных процессах, количество подведенной к воде тепловой энергии может превышать потребляемую электродвигателем электрическую энергию, а жидкость не только прокачивается от всасывающего штуцера к напорному, но и многократно циркулирует по замкнутому контуру в верхней части корпуса. Непрерывность процесса обеспечивает постепенный непрерывный нагревводы в системе до установленных значений в системе автоматического управления, при этом многократное вращение жидкости по замкнутому объему позволяет постоянно приращивать рабочую температуру замкнутого контура отопления, постоянное давление обеспечивает циркуляцию разогретой жидкости в водяной системе дизеля тепловоза. Прокачка масла через теплообменник применением средства для прокачки масла обеспечивает подогрев масла до рабочей температуры, необходимой для запуска дизеля в зимнее время и при пониженных температурах окружающей среды.
Работа предложенной системы осуществляется следующим образом.
По прибытии тепловоза к месту стоянки на путях отстоя дизель тепловоза заглушается. Система поддержания заданного теплового режима включается в работу путем подключения с пульта автоматического управления 6 сначала ВТГ 2 и затем электропривода 9 масляного насоса 8 к внешнему источнику электропитания (не показан). При понижении рабочей температуры воды и масла, соответственно, в системах охлаждения и смазки дизеля до нижних пределов значений рабочих температур, происходит автоматическое включение ВТГ 2, после чего цикл повторяется. Перед запуском дизеля, для облегчения запуска ВТГ 2 и масляный насос 8 отключаются от внешнего источника электропитания. Система поддержания заданного теплового режима способна работать в самом широком интервальном диапазоне рабочих температур в пределах от - 50°С до + 40°С. Экономическими результатами системы являются: сбережение моторесурса дизеля до 30%, экономия топлива, затрачиваемого на прогрев дизеля в условиях пониженных температур наружного воздуха, высвобождение обслуживающего рабочего персонала, а также улучшение экологии окружающей среды.
Применение предложенной системы отопления обеспечивает повышение эффективности системы за счет снижения энергозатрат, повышение безопасности обслуживания и технической надежности, а также полную экологическую чистоту системы и уменьшение производственных площадей за счет исключения применения оборудования, предназначенного для обеспечения подачи масла к неработающему дизелю тепловоза.