УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА В ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЕ ЛОКОМОТИВОВ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к усовершенствованию конструкции, и может быть использовано в устройствах для подготовки сжатого воздуха в тормозной системе локомотивов.
3
2
Известно устройство для подготовки сжатого воздуха в тормозной системе локомотива, например, электровоза типа 2ЭС5К «Ермак». Источником сжатого воздуха является поршневой компрессор ВУ 3,5/10-1450 обеспечивающий производительность 3,5 м/мин. Воздух после сжатия в компрессоре до давления 9 кгс/см последовательно проходит главные резервуары, маслоотделитель, кран машиниста и затем поступает в тормозную магистраль локомотива. Выпадающий в главных резервуарах локомотива и в маслоотделителе конденсат периодически удаляют в атмосферу с помощью электропневматических клапанов. [1]
Недостатком известного устройства является то, что поток сжатого воздуха поступает в главные резервуары при высокой температуре (примерно 120°С). В результате контакта перегретого потока сжатого воздуха, находящегося в главных резервуарах с воздухом окружающей среды происходит накопление конденсата в главных резервуарах. В процессе торможения или ускорения грузового подвижного состава, конденсат, накопившийся в главных резервуарах, может мгновенно и в большом количестве попадать во влагомаслоотделитель, что, как правило, приводит к его забросу конденсата в тормозную магистраль локомотива и подвижного состава в целом.
Накопление конденсата в главных резервуарах не только снижает их гидравлическую емкость, но и в значительной мере ухудшает работоспособность тормозной системы, как локомотива, так и грузового подвижного состава в целом. Так, например, в летний период года конденсат, накопившийся в главных резервуарах, является причиной возникновения двухфазного режима течения (смесь сжатого воздуха с водомасляной эмульсией) в коммуникациях тормозной магистрали, что нарушает эффективность распространения тормозной волны по тормозным коммуникациям поезда.
В переходный и зимний периоды года приводит к возникновению ледяных пробок в запорно-регулирующей арматуре и в соединительных коммуникациях тормозной системы локомотива.
Известно устройство для подготовки сжатого воздуха в тормозной системе локомотива, например, электровоза типа 2ЭС10 «Гранит». Источником сжатого воздуха являются компрессорные агрегаты с винтовыми компрессорами (типа ВВ-3,5/10, либо ДЭН-30МО У2), укомплектованные адсорбционной системой осушки воздуха, использующие силикагель, в качестве адсорбента.
2
В процессе работы системы воздух окружающей среды очищается от пыли, сжимается до давления 9 кгс/см, далее происходит его предварительное охлаждение, а после этого он поступает в адсорбционную систему осушки. [2]
Недостатком известного устройства, является низкая эффективность работы короткоцикловой адсорбционной системы осушки сжатого воздуха, особенно в летний период года. Это объясняется тем, что в процессе сжатия температура сжатого воздуха на выходе из винтовой компрессорной установки возрастает на 15-20°С по сравнению с температурой его всасывания и уже при температуре наружного воздуха окружающей среды плюс 20°С, температура воздуха на входе в адсорбционную систему осушки составит плюс 40°С. Известно, что при указанной температуре адсорбционная емкость силикагелей близка к нулю.
Следующий недостаток адсорбционной системы осушки - это повышенная сложность ее в техническом обслуживании (периодическая настройка регуляторов давления, переключателей клапанов, замена адсорбента, проскок мелкодисперсной пыли в тормозную магистраль локомотива и др.).
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель заключается в обеспечении высокоэффективной работы системы осушки сжатого воздуха в любой период года, исключения образования мелкодисперсной пыли в тормозной магистрали локомотива и снижения трудоемкости при ее техническом обслуживании, а также в исключении возможности выпадения водомасляной эмульсии (конденсата) из потока сжатого воздуха, как в главных резервуарах локомотива, так и во всех коммуникациях тормозной магистрали подвижного состава во всем диапазоне температур его эксплуатации.
изб
2
Указанный технический результат достигается путем увеличения давления сжатого воздуха на выходе из винтового компрессора до Р=13 кгс/см, вместо короткоцикловой адсорбционной системы осушки сжатого воздуха устанавливается турбодетандер, циклонный сепаратор и регенеративный теплообменник, которые размещаются перед главными резервуарами локомотива
изб
изб
2
2
Турбодетандер предназначен для снижение давления потока воздуха перед его поступлением в главные резервуары локомотива с Р=13 кгс/см до Р=9 кгс/см сопровождающееся понижением его температуры (примерно на 30°С).
изб
2
Циклонный сепаратор, обеспечивает удаление конденсата из потока сжатого воздуха при минимально-возможной температуре и давлении в цикле равного Р=9 кгс/см
Регенеративный теплообменник, обеспечивает с одной стороны охлаждение сжатого в винтовом компрессоре потока воздуха перед поступлением его в турбодетандер, а с другой стороны - подогрев потока воздуха перед его поступлением в главные резервуары локомотива.
Принципиальная схема предлагаемой установки для подготовки сжатого воздуха, представленной на фиг. 1, включает:
изб
2
- винтовой компрессор I типа ВВ-3,5/10, отрегулированный на избыточное давление Р=13 кгс/см;
- турбодетандер II, конструктивно размещенный в одном блоке с сепаратором циклонного типа III;
1
2
- регенеративный теплообменник IV, обеспечивающий с одной стороны охлаждение потока сжатого воздуха (Р=13 кгс/см)на выходе из винтового компрессора и с другой стороны - подогрев потока воздуха охлажденного в турбодетандере и осушенного в циклонном сепараторе перед входом в главные резервуары локомотива V.
- кран машиниста VI;
1
1
Порядок работы предлагаемой системы очистки сжатого воздуха рассмотрим для переходного периода года: (например, температура воздуха окружающей среды составляет Тплюс 10°С, его равновесное влагосодержание - d=7 г воды/кг воздуха) [3].
2
2
2
2
1
2
При работе винтового компрессора воздух окружающей среды, с выше указанными параметрами сжимается до давления Р=13 кгс/см, при этом (согласно паспортным данным, например, на компрессорную установку типа ВВ-3,5/10) температура сжатого воздуха по сравнению с температурой его всасывания увеличивается примерно на 15°С и в данном примере становится равной Т=плюс 25°С. Следует отметить, что равновесное влагосодержание воздуха на выходе из винтовой компрессорной установки (d) остается на прежнем уровне (т.е. d=d=7 г воды/кг воздуха).
1
3
2
2
Далее поток сжатого воздуха в регенеративном теплообменнике IV охлаждается и направляется в турбодетандер II, где в результате адиабатного расширения с Р=13 кгс/см до Р=9 кгс/см, происходит понижение температуры примерно на 30°С [4] и после этого направляется в сепаратор циклонного типа III, для удаления водомасляной эмульсии.
3
4
4
1
4
2
При указанных параметрах (давление - Р=Р=9 кгс/см; - температура - Т=минус 5°С) равновесное влагосодержание потока сжатого воздуха снизится с d=7 до d=0,2 г воды/кг воздуха. Видно, что равновесное влагосодержание осушенного потока сжатого воздуха снизится более, чем в тридцать раз, по сравнению с равновесным влагосодержанием воздуха окружающей среды.
4
5
4
5
5
5
2
Далее, в регенеративном теплообменнике IV, происходит подогрев охлажденного в турбодетандере потока сжатого воздуха перед входом его в главные резервуары локомотива V при сохранении равновесного влагосодержания равного d=d=0,2 г воды/кг воздуха, в то время, как равновесное влагосодержание потока воздуха в главных резервуарах локомотива (Р=Р=9 кгс/см; температура - Т=плюс 10°С) составляет примерно d=l,0 г воды/кг воздуха. Видно, что равновесное влагосодержание воздуха, поступающего в главные резервуары локомотива V, более чем в пять раз меньше равновесного влагосодержания воздуха находящегося в них, что исключает выпадения конденсата в главных резервуарах локомотива.
4
5
6
4
6
5
6
6
2
2
Далее, поток сжатого воздуха очищенный до равновесного влагосодержания (d=d=d=0,2 г воды/кг воздуха) направляется в кран машиниста VI в котором, при практически неизменной температуре (Т=Т=плюс 10°С) происходит снижение давление с Р=9 кгс/см до Р=6 кгс/см. При указанных параметрах равновесное влагосодержание потока сжатого воздуха на входе в тормозную систему грузовых полувагонов составит d=l,2 г воды/кг воздуха. Видно, что равновесное влагосодержание потока сжатого воздуха, поступающего в тормозные магистрали грузовых полувагонов более чем в шесть раз меньше, чем равновесное влагосодержание воздуха находящегося в них. Это исключает возможность выпадения конденсата и образование ледяных пробок в тормозных магистралях локомотивов.
2
2
Кроме указанного технического результата применение детандера позволяет получать дополнительную энергию за счет адиабатного расширения потока сжатого воздуха с 13 кгс/см до 9 кгс/см, которую можно использовать для компенсации затрат электроэнергии в компрессоре.
Список литературы
1. Руководство по эксплуатации электровоза магистрального 2ЭС5К ОАО «Уральский завод железнодорожного машиностроения», 2008 г.
2. Руководство по эксплуатации грузового электровоза постоянного тока 2ЭС10 ОАО «Уральский завод железнодорожного машиностроения», 2008 г.
3. Вороней Д. Влажный воздух [Текст] / Д. Вороней, Д. Козин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 136 с.
4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей/ М., 1972 г. 720 с.