СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND DEVICE FOR MAIN AND AUXILIARY AIR SUPPLY, IN PARTICULAR, RAIL VEHICLE

Изобретение относится к способу и устройству для основного и вспомогательного воздухоснабжения транспортного средства с приводимым в действие посредством электродвигателя компрессором для выработки сжатого воздуха с целью заполнения, по меньшей мере, одного главного воздушного резервуара для снабжения пневматических агрегатов транспортного средства, причём транспортное средство снабжается электроэнергией от, по меньшей мере, одного первого и второго источника энергии и, причём пневматический исполнительный привод для подготовки к работе транспортного средства и для активирования первого источника энергии приводится в действие посредством выработанного компрессором сжатого воздуха за счёт того, что электродвигатель компрессора на этом этапе питается от второго источника энергии.
Область применения изобретения распространяется преимущественно на сферу строительства железнодорожного подвижного состава, а именно, рельсовых транспортных средств с электроприводом, которые, к примеру, посредством пантографа подают необходимую для работы электроэнергию от воздушной линии. Наряду с этим первым источником энергии рассматриваемые в данном случае транспортные средства имеют также второй источник энергии, к примеру, в форме аккумуляторной батареи транспортного средства для аккумулирования электроэнергии, которая предусмотрена для снабжения электрических вспомогательных агрегатов, в случае, если первый источник электроэнергии не находится в распоряжении. Выработанный компрессором сжатый воздух используется преимущественно для снабжения пневматических агрегатов, к примеру, тормозной системы транспортного средства. Возможно также использование предложенного на рассмотрение изобретения на безрельсовых транспортных средствах, к примеру, на троллейбусах и т.д.
В соответствии с общеизвестным уровнем техники для вспомогательного воздухоснабжения, наряду с главным компрессором, обычно используется так называемый вспомогательный воздушный компрессор, который вырабатывает пневматическую энергию для исполнительного привода пантографа и проч. Такой отдельный вспомогательный воздушный компрессор посредством аккумуляторной батареи рельсового транспортного средства снабжается электроэнергией и имеет, по сравнению с главным компрессором, сравнительно небольшую мощность. Электроэнергии аккумуляторной батареи транспортного средства при этом достаточно для приведения в действие вспомогательного воздушного компрессора посредством электродвигателя, так что может быть получено достаточное количество сжатого воздуха для вспомогательного воздухоснабжения.
Из документа DE 10 2013 109 475 А1 следует техническое решение, при котором такой отдельный вспомогательный воздушный компрессор является излишним, так как его функцию берёт на себя главный компрессор транспортного средства. Для вспомогательного воздухоснабжения при подготовке к работе транспортного средства посредством главного компрессора его приводной электродвигатель через преобразователь частоты приводится в действие посредством подаваемой от аккумуляторной батареи электроэнергии. Полученной таким образом пусковой энергии достаточно для приведения в действие главного компрессора с относительно небольшой частотой вращения и для отведения сжатого воздуха для вспомогательного воздухоснабжения от обводной линии напорного трубопровода для сжатого воздуха. Вспомогательное отведение воздуха осуществляется сзади подключённого за главным компрессором блока осушителя воздуха. Для предотвращения обратного выхода сжатого воздуха из главного воздушного резервуара, его выходное отверстие снабжается обратным клапаном. Другие клапанные средства для отведения сжатого воздуха для вспомогательного воздушного резервуара не предусмотрены.
Задачей предложенного на рассмотрение изобретения является дальнейшее усовершенствование способа, а также устройства для основного и вспомогательного воздухоснабжения по типу в соответствии с оригинальной версией, таким образом, чтобы посредством простых технических средств можно было обеспечить управляемое отведение вспомогательного воздуха для подготовки к работе транспортного средства.
Задача с точки зрения способа решается посредством пункта 1 формулы изобретения. В отношении соответствующего устройства для основного и вспомогательного воздухоснабжения задача решена посредством пункта 5 формулы изобретения. Соответствующие зависимые пункты формулы изобретения выявляют предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Изобретение заключает в себе техническую идею о том, что сжатый воздух для подготовки к работе транспортного средства от предпочтительно приводимого в действие от аккумуляторной батареи посредством второго источника энергии (главного) компрессора посредством устройства клапана переключения подаётся на присоединённый к пневматическому исполнительному приводу пантографа или основного переключателя вспомогательный воздушный резервуар. В противном случае, то есть, после произведённой подготовки к работе и активирования первого источника энергии, выработанный компрессором сжатый воздух посредством устройства клапана переключения подаётся к главному воздушному резервуару.
Преимущество решения в соответствии с изобретением состоит, в частности, в том, что подготовка к работе транспортного средства, то есть, переход в режим эксплуатационной готовности, посредством подсоединения, к примеру, пантографа к воздушной линии электропередачи, может быть осуществлён и с пустым в исходном состоянии главным воздушным резервуаром и вспомогательным воздушным резервуаром, без отдельного вспомогательного компрессора. За счёт того, что электродвигатель компрессора питается, к примеру, от аккумуляторной батареи транспортного средства в качестве второго источника энергии, компрессор с достаточной мощностью сначала с управлением от клапана может заполнить вспомогательный воздушный резервуар сжатым воздухом для работы пневматического исполнительного привода пантографа, чтобы, таким образом, отвести пантограф. Если затем первый источник энергии посредством пантографа оказывается подсоединённым, то компрессор может эксплуатироваться с нормальной мощностью и выработанный, таким образом, сжатый воздух посредством устройства клапана переключения подаётся к главному воздушному резервуару и на предпочтительно присоединённую к нему линию. Устройство клапана переключения в соответствии с изобретением позволяет осуществить, таким образом, необходимую подачу сжатого воздуха, в частности, на этапе подготовки к работе транспортного средства.
В нормальном режиме работы транспортного средства, то есть, не в период подготовке к работе, устройство клапана переключения также может быть таким образом активировано посредством давления во вспомогательном воздушном резервуаре, что при снижении значения давления ниже минимального во вспомогательном воздушном резервуаре, он снова заполняется сжатым воздухом. Когда достигается заданный уровень давления во вспомогательном воздушном резервуаре, устройство клапана переключения может быть снова переключено, так что снова главный воздушный резервуар может быть при необходимости заполнен выработанным компрессором сжатым воздухом. Эта мера гарантирует то, что вспомогательный воздушный резервуар будет заполняться сжатым воздухом в первую очередь, по сравнению с главным воздушным резервуаром. Значение давления переключения устройства клапана переключения в предпочтительном варианте ниже номинального значения давления подачи главного воздушного резервуара. При номинальном значении давления подачи от 8,5 до 10 бар значение давления переключения может составлять, к примеру, 7,5 бар.
В альтернативном варианте или в дополнение к этому предлагается осуществлять заполнение вспомогательного воздушного резервуара сжатым воздухом главного воздушного резервуара, в случае, если он обеспечен достаточным запасом сжатого воздуха. Для этого легко может быть предусмотрен подключённый параллельно устройству клапана переключения клапанный элемент, который может являться также составной частью устройства клапана переключения. Параллельно подключённый клапанный элемент соединяет в обход устройства клапана переключения главный воздушный резервуар со вспомогательным воздушным резервуаром. В самом простом случае клапанный элемент может быть осуществлён в виде упруго нагружаемого обратного клапана с направлением пропускания от главного воздушного резервуара к вспомогательному воздушному резервуару. Посредством упругого усилия обратного клапана может регулироваться давление переключения. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, однако, возможно также вместо обратного клапана использовать другой механический, пневматический, гидравлический или электрический клапан.
Устройство клапана переключения в соответствии с предметом изобретения в предпочтительном варианте имеет электропривод, причём блок управления в данном случае задаёт электрический сигнал управления. Устройство клапана переключения в соответствии с изобретением также может иметь вместо этого механическую, пневматическую или гидравлическую систему управления. В этом случае, к примеру, возможно также чисто механически реализовать устройство клапана переключения посредством перепускного клапана, а датчики давления посредством переключателей давления. В этом случае блок управления, в частности, электронный блок управления, также может отсутствовать.
У устройства клапана переключения с электроприводом блок управления осуществлён в виде электронного блока управления, который со стороны входа электрически соединён с датчиком давления на главном воздушном резервуаре, а также с датчиком давления на вспомогательном воздушном резервуаре. Вместо датчиков давления возможно также использовать двоично переключаемые датчики давления. Для этого электронный блок управления всегда обладает фактической информацией о преобладающем уровне давления в обоих резервуарах и может, в зависимости от приоритетов, регулировать снабжение сжатым воздухом вспомогательного воздушного резервуара и главного воздушного резервуара, а электронный блок управления выдаёт соответствующий сигнал переключения для устройства клапана переключения с электроприводом. Наряду с этим, посредством электронного блока управления может осуществляться также управление электродвигателем компрессора.
В предпочтительном варианте мощность компрессора может регулироваться посредством подключённого перед электродвигателем преобразователя за счёт изменения напряжения и/или частоты. Это изменение может осуществляться либо плавно, либо ступенчато. В альтернативном варианте мощность компрессора может изменяться также за счёт электрического, пневматического, гидравлического или механического приведения в действие клапанного устройства, к примеру, устройства для отведения воздуха, на компрессоре, к примеру, в диапазоне от высокого давления до низкого давления многоступенчатого, в этом случае, поршневого компрессора.
Устройство клапана переключения в соответствии с изобретением может быть осуществлено в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления в виде ходового клапана 3/2, который в первом положении переключения генерированное компрессором давление питания подаёт к вспомогательному воздушному резервуару, а во втором положении переключения подаёт генерированное компрессором давление питания к главному воздушному резервуару.
В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления устройство клапана переключения может быть осуществлено в виде ходового клапана 2/2, который в открытом положении переключения подаёт генерированное компрессором давление питания к главному воздушному резервуару, а в закрытом положении переключения блокирует это соединение, причём в дополнение к этому имеет место перманентная подача сжатого воздуха в направлении от компрессора к вспомогательному воздушному резервуару. При таком варианте осуществления заполнение вспомогательного воздушного резервуара сжатым воздухом является приоритетным, без необходимости активирования для этого устройства клапана переключения.
Следует указать на то, что за компрессором для снабжения сжатым воздухом обычно подсоединён блок осушителя воздуха, который в достаточной степени осушает выработанный компрессором из окружающего воздуха сжатый воздух, без необходимости использования дополнительной системы для сжатого воздуха. Блок осушителя воздуха может быть осуществлён, к примеру, в виде адсорбционного осушителя.
Далее следует указать на то, что из вспомогательного воздушного резервуара при подготовке к работе сжатый воздух подаётся не только на исполнительный привод пантографа, но и в дополнение к этому – если необходимо – к примеру, также на уже известный главный переключатель с пневматическим приводом, для переключения подачи тока к транспортному средству.
Другие улучшающие изобретение мероприятия представляются далее более детально в описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения на основании чертежей, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичное изображение в виде блок-схемы устройства для основного и вспомогательного воздухоснабжения для рельсового транспортного средства с устройством клапана переключения в соответствии с первым вариантом осуществления, и
фиг.2 - схематичное изображение в виде блок-схемы устройства для основного и вспомогательного воздухоснабжения для рельсового транспортного средства с устройством клапана переключения в соответствии со вторым вариантом осуществления.
В соответствии с фиг.1 в рамках системы основного и вспомогательного воздухоснабжения – не представленного далее – рельсового транспортного средства предусмотрен компрессор 1 для выработки сжатого воздуха для заполнения главного воздушного резервуара 3, а также соединённого с ним воздухопровода 4 главного воздушного резервуара. Компрессор 1 приводится в действие посредством электродвигателя 2. Электроэнергия для приведения в действие электродвигателя 2 первично получается через пантограф 5 посредством соединения с воздушной линией. Вторым вариантом энергоснабжения служит аккумуляторная батарея 6 транспортного средства. Энергоснабжение посредством пантографа 5 и аккумуляторной батареи 6 транспортного средства регулируется электронным блоком 7 управления, который также имеет встроенный преобразователь 8 для изменения напряжения и частоты, с целью приведения в действие электродвигателя 2. Электродвигатель 2 осуществлён в данном случае в виде трёхфазного электродвигателя.
Соединённый с пантографом 5 пневматический исполнительный привод 9 приводится в действие для подведения и отведения пантографа 5 с выработанным компрессором 1 сжатым воздухом.
Так как на этапе подготовки к работе транспортного средства, когда пантограф 5 ещё находится в подведённом нейтральном положении, отсутствует подача электроэнергии от воздушной линии, электродвигатель 2 компрессора 1 сначала снабжается электроэнергией от аккумуляторной батареи 6 транспортного средства. Электроэнергии, которая может быть подана от аккумуляторной батареи 6 транспортного средства, на этом этапе достаточно для подготовки к работе транспортного средства, с целью приведения в действие компрессора 1 с небольшой мощностью, которой достаточно для активирования пневматического исполнительного привода 9 с целью отведения пантографа 5.
Для этой цели выработанный приводимым в действие от аккумуляторной батареи компрессором 1 сжатый воздух посредством устройства 10 клапана переключения, которое в данном случае осуществлено в виде электропневматического ходового клапана 3/2, посредством электрического блока 7 управления подаётся к вспомогательному воздушному резервуару 11, который пополняет запасы сжатого воздуха для работы пневматического исполнительного привода 9 пантографа 5. Вне этапа подготовки к работе транспортного средства устройство 10 клапана переключения подаёт выработанный компрессором 1 сжатый воздух к главному воздушному резервуару 3 транспортного средства. Заполнение главного воздушного резервуара 3 транспортного средства осуществляется в предпочтительном варианте при первоначальном электрическом энергоснабжении от пантографа 5.
Если к моменту подготовки к работе транспортного средства в главном воздушном резервуаре 3 имеется ещё достаточное количество сжатого воздуха, от 8,5 бар до 10 бар, то может быть осуществлено также заполнение пустого вспомогательного воздушного резервуара 11. Для этой цели имеется подключённый параллельно к устройству 10 клапана переключения клапанный элемент 12 в форме обратного клапана с направлением пропускания от главного воздушного резервуара 3 к вспомогательному воздушному резервуару 11.
В данном примере осуществления изобретения устройство 10 клапана переключения управляется от электропривода и электронный блок 7 управления задаёт для этого электрический сигнал управления (пунктирна линия). На электронный блок 7 управления со стороны входа сигнала подаётся сигнал давления с первого датчика 13 давления на главном воздушном резервуаре 3, а также со второго датчика 14 давления на вспомогательном воздушном резервуаре 11 (пунктирные линии). На основании этого электронный блок 7 управления определяет в соответствии с ранее описанной логической схемой сигнал переключения для устройства 10 клапана переключения с электроприводом, а также компрессора 1.
В отношении осуществлённого в виде ходового клапана 3/2 устройства 10 клапана переключения в первом положении переключения генерированное компрессором 1 давление питания подаётся к вспомогательному воздушному резервуару 11 – в частности, на этапе подготовки к работе – а во втором положении переключения генерированное компрессором 1 давление питания подаётся к главному воздушному резервуару 3, для обеспечения главной системы воздухоснабжения.
В соответствии с проиллюстрированным на фиг.2 альтернативным вариантом осуществления устройство 10´ клапана переключения осуществлено в виде ходового клапана 2/2. В открытом положении переключения он подаёт генерированное компрессором 1 давление питания к главному воздушному резервуару 3. В закрытом положении переключения устройство 10´ клапана переключения блокирует это соединение. Кроме того, имеет место перманентная передача сжатого воздуха от компрессора 1 к вспомогательному воздушному резервуару 11, на которую, в связи с этим, не оказывает влияния положение переключения устройства 10´ клапана переключения. Благодаря этому, достигается первичная подача сжатого воздуха к вспомогательному воздушному резервуару 11, без приведения в действие клапана.
Изобретение не ограничено двумя ранее описанными предпочтительными примерами осуществления. Более того, возможны также их варианты в пределах объёма правовой защиты последующей формулы изобретения. Так, к примеру, возможно также осуществить устройство клапана переключения в виде пневматического, гидравлического или механического клапана управления, а управление осуществлять посредством соответствующей подходящей управляющей среды. Наряду с этим могут найти применение, к примеру, также, вместо электрических датчиков давления, механические сигнализаторы изменений давления или нечто подобное, для контроля уровня давления в главном воздушном резервуаре 3, а также во вспомогательном воздушном резервуаре 11. Подсоединённый параллельно устройству 10 или 10´ клапана переключения клапанный элемент может быть осуществлён далее также в виде активно управляемого клапана или нечто подобного. В отношении варианта осуществления компрессора с соединёнными с ним системой подготовки сжатого воздуха и устройством удаления воздуха или без них в рамках объёма правовой защиты также отсутствуют ограничения.