СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫПУСКНЫХ ГАЗОВ АВТОНОМНЫХ ЛОКОМОТИВОВ НА КОНТАКТНУЮ СЕТЬ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
SUPPRESSION OF EFFECTS OF SELF-CONTAINED LOCOMOTIVE EXHAUST GASES ON TROLLEY LINE OF ELECTRIFIED RAILWAYS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к выпускным системам локомотивов, оснащенных тепловыми двигателями, например, газотурбовозов, при работе которых на электрифицированных участках железных дорог тепловое и динамическое воздействие выпускных газов двигателей может повреждать элементы контактной сети - контактный провод, контактную подвеску.
Известны выпускные системы тепловозов, работающие по способу выпуска отработавших газов вверх от наружной поверхности крыши кузова локомотива для смешивания с окружающим воздухом и понижения температуры газовоздушной смеси, воздействующей на элементы контактной сети. Соответствующие устройства представляют собой газовыпускные патрубки, направленные вертикально вверх («Тепловозы СССР». Отраслевой каталог. Издательство ЦНИИТЭИтяжмаш, Москва. 1988 г., с.12, 16, 18).
Недостатком такого способа уменьшения воздействия выпускных газов на контактную сеть и осуществляющих этот способ устройств является недостаточное перемешивание горячих выпускных газов с воздухом, недостаточное понижение температуры и скорости газовоздушного потока, достигающего элементов контактной сети.
Известен способ уменьшения теплового и динамического воздействия выпускных газов на контактную сеть путем разделения газового потока на два потока и их отклонение в стороны от вертикальной продольной центральной плоскости локомотива. Устройство для осуществления этого способа включает глушитель шума выпуска, расположенный ниже крыши кузова, в верхней части глушителя установлена приводная поворотная заслонка, которая в одном из своих положений не препятствует свободному выходу газа по двум выпускным трубам, наклоненным к продольной вертикальной плоскости кузова локомотива, а в других положениях перекрывает выход газа через одну из этих труб (DE, патент №2366029, МПК В61С 5/04, 1977 г.).
Недостатками этого способа является то, что при отклонении газовых потоков от контактного провода сохраняется их тепловое и динамическое воздействие на контактную подвеску и другие элементы контактной сети.
Конструктивный недостаток применяемого устройства состоит в том, что перекрытие заслонкой одной из выпускных труб вдвое увеличивает скорость потока газа, выходящего из открытой трубы, и, следовательно, увеличивает его динамическое и тепловое воздействие.
Известно устройство снижения температуры и скорости выпускных газов путем установки в выпускном тракте теплообменных аппаратов, отводящих от газа часть теплоты и снижающих скорость потока газа. Например, устройство выпускной системы газотурбовоза, при котором отработанные газы газовой турбины поступают в проточную часть теплообменника - подогревателя криогенного топлива, где отдают часть тепла, после чего отводятся вверх через газовыпускное устройство, представляющее собой вертикально установленный патрубок (RU, патент №2295467 С1, МПК В61С 5/00, 2007 г.).
Недостатком такого устройства для снижения воздействия выпускных газов газотурбовоза на контактную сеть является то, что отвод тепла от выпускных газов в подогревателе топлива ограничен, температура выпускных газов и кинетическая энергия газового потока понижаются в недостаточной степени, и необходимая защита контактной сети от теплового и динамического воздействий газов не достигается.
При остановке локомотива с работающим на холостом ходу двигателем участок контактной сети, находящийся над выпускными патрубками локомотива, подвергается длительному тепловому и динамическому воздействию потока выпускных газов, что увеличивает вероятность повреждения контактной сети.
Техническим результатом изобретения является снижение теплового и динамического воздействия выпускных газов автономных локомотивов, оснащенных тепловыми двигателями, например, газотурбовозов, на контактную сеть электрифицированных линий, в том числе на местах стоянок локомотивов с работающими двигателями.
Способ, которым достигается указанный технический результат, заключается в том, что направляют поток выпускных газов вверх из газовыпускного патрубка двигателя локомотива, причем потоку выпускных газов сообщают дополнительное ускорение и скорость в плоскостях, наклоненных относительно вертикальной оси, проходящей через центр газовыпускного патрубка, для закрутки и расширения газового потока, интенсификации перемешивания выпускных газов с окружающим воздухом, снижения вертикальной составляющей скорости газовоздушного потока.
Устройство для снижения воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных железнодорожных линий выполнено в виде лопастного аппарата с радиально расположенными направляющими лопастями, поверхность которых, обращенная навстречу потоку выпускных газов, наклонена к вертикальной оси газовыпускного патрубка под углом α, равным от 25 до 65 градусов, для закрутки и расширения потока выпускных газов, интенсификации перемешивания выпускных газов с окружающим воздухом, снижения вертикальной составляющей скорости газовоздушной смеси; в центральной части лопастного аппарата вертикально расположен полый цилиндр, к внешней цилиндрической поверхности которого прикреплены направляющие лопасти, которые другими концами прикреплены своей нижней частью к кольцевой опоре, укрепленной на крыше кузова локомотива над газовыпускным патрубком двигателя, над верхним торцем полого цилиндра размещен экран-газоотбойник с диаметром, превышающим диаметр полого цилиндра, создающий горизонтальный круговой поток газа, способствующий перемешиванию выпускных газов с воздухом, исключающий вертикальный проход центральной части потока выпускных газов к элементам контактной сети.
На фиг.1 схематически представлено устройство для снижения воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных линий в виде лопастного аппарата, вид сбоку.
На фиг.2 схематически представлено устройство для снижения воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных линий в виде лопастного аппарата, разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 представлен в аксонометрии лопастной аппарат устройства для снижения воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных линий.
Устройство (фиг.1, 2, 3), реализующее способ снижения теплового и динамического воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных линий, выполнено в виде лопастного аппарата 1, который размещен над выходным отверстием 2 газовыпускного патрубка 3 двигателя локомотива на кольцевой опоре 4, укрепленной на крыше 5 кузова локомотива.
Лопастной аппарат 1 снабжен радиально расположенными направляющими лопастями 6, поверхность которых, обращенная навстречу потоку выпускных газов, наклонена к вертикальной оси газовыпускного патрубка 3 под углом α, равным от 25 до 65 градусов, для закрутки и расширения потока выпускных газов, интенсификации перемешивания выпускных газов с окружающим воздухом, снижения вертикальной составляющей скорости газовоздушной смеси; в центральной части лопастного аппарата 1 вертикально расположен полый цилиндр 7, к внешней цилиндрической поверхности которого прикреплены направляющие лопасти 6, которые другими концами прикреплены своей нижней частью к кольцевой опоре 4, укрепленной на крыше 5 кузова локомотива над газовыпускным патрубком 3 двигателя, над верхним торцем полого цилиндра 7 размещен экран-газоотбойник 8 с диаметром, превышающим диаметр полого цилиндра 7, создающий горизонтальный круговой поток газа, способствующий перемешиванию выпускных газов с воздухом, исключающий вертикальный проход центральной части потока выпускных газов вверх к элементам контактной сети, к контактному проводу 9 и несущему проводу 10 (фиг.1).
Способ снижения воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных железнодорожных линий с помощью предлагаемого устройства реализуется следующим образом.
При движении локомотива и его стоянке с работающим двигателем под контактным проводом 9 и другими элементами контактной сети поток выпускных газов направляют из отверстия 2 газовыпускного патрубка 3 двигателя (например, дизеля, газовой турбины) локомотива вертикально вверх на лопасти 6 устройства 1. Поверхности радиально расположенных направляющих лопастей 6 сообщают потоку выпускных газов дополнительное ускорение и скорость в плоскостях, наклоненных под углом α, равным от 25 до 65 градусов к вертикальной оси газовыпускного патрубка 3. Этим обеспечивается закрутка и расширение газового потока, интенсификация перемешивания выпускных газов с окружающим воздухом и связанное с этим снижение температуры газовоздушной смеси, контактирующей с элементами контактной сети, снижение вертикальной составляющей скорости газовоздушного потока и его динамического воздействия на элементы контактной сети. Центральная часть газового потока, прошедшая через полость цилиндра 7, рассеивается экраном-газоотбойником 8 в горизонтальной плоскости, что исключает проход центральной части потока выпускных газов вверх к элементам контактной сети и создает горизонтальный круговой поток газа, способствующий перемешиванию выпускных газов с воздухом, уменьшению теплового и динамического воздействия выпускных газов на контактную сеть. Таким образом, устройство в виде лопастного аппарата 1 осуществляет предложенный способ снижения теплового и динамического воздействия выпускных газов автономных локомотивов на контактную сеть электрифицированных железнодорожных линий.