СИСТЕМА ОБОГРЕВА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к системам по поддержанию заданных температур теплоносителей (вода, масло) дизелей в условиях отрицательных температур и может быть использовано при оперативном отстое тепловозов в резерве.
Известна система разогрева ДВС трелевочного трактора, состоящая из двух независимых систем - системы накопления тепловой энергии тепловым аккумулятором фазового перехода, которая включает в себя газовый трубный теплообменник теплового аккумулятора и газовые трубопроводы с установленной на них запорно-регулирующей арматурой, и системы отдачи теплоты от теплового аккумулятора двигателю, состоящей из жидкостного трубного теплообменника теплового аккумулятора, дополнительного насоса, расширительного бачка, запорно-регулирующей жидкостной аппаратуры и рубашки охлаждения ДВС, которые соединены между собой с помощью жидкостных трубопроводов [Гулин С.Д., Шульгин В.В., Яковлев С.А. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора //Лесная промышленность. - №3. - 1996. - С.20-21].
Недостатком является то, что данная система разогрева ДВС работает только на низкозамерзающей жидкости и достаточно сложна из-за наличия разветвленной сети жидкостных трубопроводов с расширительным бачком и запорно-регулирующей жидкостной арматуры. Кроме того, тепловой аккумулятор в своем составе имеет два независимых друг от друга теплообменника, которые тоже усложняют конструкцию системы.
Известна система подогрева двигателя внутреннего сгорания, состоящая из теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего теплообменник, соединяемый при помощи запорно-регулирующей арматуры как с
системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты), газовых трубопроводов с установленной на них запорно-регулирующей арматурой [Патент РФ №2170851, МПК 7 F02N 17/00, опубл. 20.07.2001 Шульгин В.В., Гулин С.Д., Мелентьев А.Г. и др. «Система подогрева двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком данной системы обогрева является невозможность обогрева как масляной, так и водной систем дизеля.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, за счет отдачи теплоты по направлениям: подача теплого воздуха в картерное пространство ДВС и подогрев теплоносителя штатной водяной системы дизеля путем циркуляции воды через секции теплового аккумулятора.
Технический результат достигается тем, что в систему обогрева тепловозного дизеля, состоящую из многосекционного теплового аккумулятор фазового перехода, имеющего теплообменники, соединенные как с системой выпуска отработавших газов ДВС (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты) дополнительно введены блок управления, датчики температуры воды и масла, шесть электроклапанов, которые установлены - первый - на выходе второй секции теплового аккумулятора, второй - между выходом из второй секции и входом в третью секцию теплового аккумулятора, третий - на выходе из третьей секции, четвертый, пятый и шестой электроклапаны установлены на дополнительном контуре водяной системы дизеля, причем управляющие входы всех
электроклапанов и выходы с датчиков температуры воды и масла соединены с блоком управления, а секции теплового аккумулятора фазового перехода расположены в порядке уменьшения интервала рабочих температур теплоаккумулирующего материала.
Введение в систему многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода позволяет произвести дополнительно отдачу теплоты по двум направлениям: подача теплого воздуха в картерное пространство ДВС и подогрев теплоносителя штатной водяной системы дизеля.
Именно заявляемые элементы системы обогрева и их взаимосвязь между собой обеспечивают поддержание заданной температуры теплоносителей водяной и масляной систем дизеля при оперативном отстое тепловоза в резерве в условиях отрицательной изменяющейся по случайному закону температуры окружающей среды.
На фиг.1 представлена система обогрева тепловозного дизеля.
Система обогрева состоит из ДВС 1, выхлопного коллектора 2, многоходового газового крана 3, теплового аккумулятора фазового перехода 4, первого электроклапана 5 выходного патрубка второй секции теплового аккумулятора, второго электроклапана 6, который установлен между выходом из второй секции и входом в третью секцию теплового аккумулятора, третьего электроклапана 7, который установлен на выходе из третьей секции, четвертого - 8, пятого - 9, шестого - 10 электроклапанов, установленных на вспомогательном контуре водяной системы дизеля, многоходового газового крана 11, газовых трубопроводов 12 и 13, выхлопной трубы 14, воздухопровода 15, фильтра 16, центробежного вентилятора 17, воздухопровода 18, картерного пространства ДВС 19, воздухопровода 20, трубопроводов водяной системы дизеля 21, 22 и 23, датчика температуры воды 24, масляного трубопровода 25, датчика температуры масла 26, блока управления 27.
Система обогрева работает следующим образом.
При отсутствии необходимости заряжать тепловой аккумулятор 4 (например в летний период) заслонка многоходового газового крана 3 устанавливается в положение, при котором перекрывается вход в многосекционный тепловой аккумулятор. Поток выхлопных газов из ДВС 1 направляется по коллектору 2 и газовому трубопроводу 13 и через выхлопную трубу 14 выбрасывается в атмосферу.
Для накопления тепловым аккумулятором теплоты заслонка многоходового газового крана 3 устанавливается в положение, при котором перекрываются входы в газовый трубопровод 13 и воздуховод 20, а заслонка многоходового крана 11 - в положение, перекрывающее вход в воздухопровод 15.
Поток выхлопных газов из ДВС 1 направляется по выхлопному коллектору 2 в секции теплового аккумулятора, затем по газовому трубопроводу 12 в выхлопную трубу 14.
3
3
3
3
При этом происходит теплообмен между выхлопными газами и фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, в результате которого последний нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до температуры теплового равновесия с выхлопными газами. Секции теплового аккумулятора заполнены фазопереходным теплоаккумулирующим материалом с различным интервалом рабочих температур. Первая секция заполнена теплоаккумулирующим материалом с интервалом рабочих температур 300-350°С (например, гидроксидом натрия NaOH с рабочей температурой 300°С), вторая секция заполненной теплоаккумулирующим материалом с интервалом рабочих температур 200-250°С (например, ацетат-нитратной смесью (состав образца: 39КNO+61СНСООК) с рабочей температурой 220°С), третья секция заполнена теплоаккумулирующим материалом с интервалом рабочих температур 100-150°С (например, бинарная эвтектическая система нитратов калия и лития КNO-LiNO с рабочей температурой 133°С).
В процессе хранения тепловой энергии ее диссипации препятствует вакуумированный корпус теплового аккумулятора.
Отдача теплоты осуществляется в следующих режимах.
Режим 1. При необходимости прогрева ДВС 1 при оперативном отстое тепловоза в «горячем» резерве заслонка многоходового крана 3 устанавливается в положение, при котором перекрываются входы в выхлопной коллектор 2 и газовый трубопровод 13, а заслонка многоходового крана 11 устанавливается в положение, при котором закрывается вход в газовый трубопровод 12.
При включении центробежного вентилятора 17, приводимого в работу от бортовых электрических аккумуляторных батарей (на чертеже не показаны), возникает вынужденная циркуляция воздуха по замкнутому контуру: вентилятор 17 - воздуховод 18 - картерное пространство ДВС 19 - воздуховод 20 - многоходовой газовый кран 3 - первая и вторая секции теплового аккумулятора - многоходовой газовый кран 11 - воздуховод 15 - фильтр 16 - вентилятор 17, при этом первый электроклапан открыт, а второй, третий, четвертый, пятый электроклапаны закрыты. В процессе прохождения потока воздуха по первой и второй секциям воздух нагревается, а теплоаккумулирующий материал остывает и претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое, выделяя при этом скрытую теплоту кристаллизации. Горячий воздух очищается от механических примесей в фильтре 16 и поступает в картерное пространство ДВС 19, где отдает часть своей тепловой энергии коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, а также моторному маслу, циркулирующему по масляному трубопроводу 25 штатной масляной системы дизеля.
Режим 2. При необходимости подогрева воды водяной системы тепловозного дизеля четвертый и пятый электроклапаны устанавливаются в положение «открыто», а второй, третий и шестой в положение «закрыто». При включении водяного насоса штатной водяной системы дизеля (на чер-
Режим 2. При необходимости подогрева воды водяной системы тепловозного дизеля четвертый и пятый электроклапаны устанавливаются в положение «открыто», а второй, третий и шестой в положение «закрыто». При включении водяного насоса штатной водяной системы дизеля (на чертеже не показано) возникает вынужденная циркуляция воды по замкнутому контуру: трубопровод 21 - третья секция теплового аккумулятора - трубопровод 22 - ДВС 1 - трубопровод штатной водяной системы дизеля 23 - трубопровод 21. В процессе прохождения потока воды по третьей секции теплового аккумулятора вода нагревается, а теплоаккумулирующий материал остывает.
Режим 3 - комбинированный. Циркуляция теплоносителей осуществляется одновременно по описанным выше траекториям, при этом электроклапаны первый, четвертый, пятый находятся в положении «открыто», а клапаны второй, третий и шестой - в положении «закрыто».
Съем температурных значений теплоносителей осуществляется датчиками температуры воды 24 и масла 26. Управление электроклапанами осуществляет блок управления 27, приводимый в работу от бортовых электрических аккумуляторных батарей (на чертеже не показаны).
Применение системы обогрева тепловозного дизеля на основе многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода позволит сократить расход топлива до 20%, моторного масла на 2-3% и повысить ресурс дизелей.