СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ПУСКОТОРМОЗНЫХ РЕЗИСТОРОВ ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к системам принудительной вентиляции и охлаждения пускотормозных резисторов грузовых магистральных электровозов. Необходимость вентиляции и охлаждения пускотормозных резисторов возникает при ограничении тока тяговых электродвигателей в пусковом режиме, а также при работе тяговых электродвигателей в режиме генератора при реостатном торможении.
Применение мощного и (или) скоростного тягового подвижного состава железнодорожного транспорта приводит к увеличению интенсивности вибрационных воздействий и генерации повышенного шума.
Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, стыках и сопряжениях, инициируются трещины и возникают усталостные разрушения. Шум является важным экологическим показателем среды обитания человека. Одним из основных источников повышенных вибраций и шумов является система вентиляции пускотормозных резисторов электровоза. Шум вентиляторов складывается из аэродинамического и механического шума. Основные источники шума имеют аэродинамическое происхождение. При этом акустическое излучение генерируется либо турбулентными потоками, либо при взаимодействии турбулентного потока с жесткими границами, например, шум лопастей мотор-вентилятора, шум обтекания расположенных в воздушном потоке деталей, шум турбулентного пограничного слоя. Колебания конструкции системы вентиляции пускотормозных резисторов электровоза при прохождении воздушного потока является причиной возникновения механического шума. Шум распространяется по воздуху, заключенному в воздуховодах, по стенкам воздуховодов и по конструкциям кузова тягового подвижного состава, где расположены элементы система вентиляции пускотормозных резисторов электровоза. Таким образом шум проникает в обитаемое пространство тягового подвижного состава и окружающую среду, ухудшая условия труда локомотивной бригады и производя акустическое загрязнение природной среды. При этом вибрация и шум значительно усиливаются при прохождении воздушного потока между пускотормозными резисторами и лопастями выхлопных жалюзи из-за значительного увеличения степени турбулентности от нагрева воздуха пускотормозными резисторами. Поэтому особое значение имеет задача по вибро- и шумозащите техники и окружающей среды.
Известны системы вентиляции пускотормозных резисторов грузовых электровозов, например, система вентиляции электровоза ВЛ11М (см. «Электровоз ВЛ11М: руководство по эксплуатации», М., Транспорт, 1994, с. 134-138). Известная система включает центробежный мотор-вентилятор и систему воздуховодов. Воздух в кожухе вентилятора разделяется на два потока: один используется для охлаждения тяговых электродвигателей, электродвигателя компрессора и вентиляции кузова, другой направляется по двум воздуховодам для охлаждения резисторов ослабления возбуждения, пусковых резисторов и индуктивных шунтов.
Недостатком известной вентиляторной установки является отсутствие специальных вибро- и шумозащитных устройств. Поэтому для нее характерны повышенная вибрация и шум. Вибрация и акустическое излучение усиливаются разделением воздушного потока на две части в горизонтальном поперечном относительно воздушного потока направлении.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является система охлаждения пуско-тормозных резисторов электровоза ЧС7 (см. Карасев И.И. «Локомотивной бригаде об электровозе ЧС7», Москва, ИКЦ «Академкнига», 2003 г., с. 17, 29).
Известная система предназначена для принудительной вентиляции пуско-тормозных резисторов и содержит осевой одноступенчатый мотор-вентилятор, обращенный лопастями к воздухозаборным жалюзи, а двигателем к пуско-тормозным резисторам. Мотор-вентилятор и пуско-тормозные резисторы расположены в камере резисторов, которая находится в съемной крыше электровоза. Охлаждающий воздух поступает в камеру резисторов через воздухозаборные жалюзи, а нагретый воздух выходит через выхлопные жалюзи. Отличие данной системы вентиляции от известных аналогов состоит в том, что в каждой секции электровоза установлено по два осевых мотор-вентилятора и четыре группы пуско-тормозных резисторов, связанных попарно. В систему охлаждения входят воздухозаборные жалюзи, выхлопные жалюзи, а также один мотор-вентилятор, работающий на две группы пуско-тормозных резисторов. Между мотор-вентилятором и пускотормозными резисторами встроен диффузор, предназначенный для того, чтобы направлять поток воздуха на пускотормозные резисторы. При этом система расположена в объеме съемной секции крыши электровоза.
Недостатком известной вентиляторной установки является отсутствие специальных вибро- и шумозащитных устройств. Поэтому для нее характерны повышенная вибрация и шум. Вибрация и акустическое излучение усиливаются резким разделением воздушного потока на две части в горизонтальном поперечном относительно воздушного потока направлении и расположением в воздушном потоке поворотных лопастей воздухозаборных и выхлопных жалюзи, изготовленных из традиционных листовых сталей, обладающими крайне низкими демпфирующими свойствами. Резкое разделение воздушного потока связано с компоновочными ограничениями съемной крыши электровоза.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели также является система вентиляции пускотормозных резисторов электровоза 2ЭС6 (см. Патент РФ на полезную модель №82657, кл. B61D 27/00, опубл. 10.05.2009 Бюл. №13, заявка №2008150519/22 от 19.12.2008 и Электровоз 2ЭС6 «Синара» / под ред. В.В. Брексона. - Верхняя Пышма: ООО «Уральские локомотивы», 2015. - 328 с, с. 217-218). Данная система вентиляции пускотормозных резисторов электровоза расположена в объеме съемной секции крыши секции электровоза и содержит воздухозаборные жалюзи, выхлопные жалюзи, осевой мотор-вентилятор, установленный на две группы пускотормозных резисторов, и диффузор. Диффузор расположен между пускотормозными резисторами и осевым мотор-вентилятором. В диффузоре сформированы каналы раздельной подачи воздуха по группам пускотормозных резисторов. При этом в каждый канал встроена заслонка, закрепленная на оси вращения и связанная с регулировочным штоком. Путем регулирования положения заслонок обеспечивается в каналах раздельной подачи диффузора равномерность, скорость и расход воздушного потока, поступающего от осевого мотор-вентилятора. Каждая секция электровоза содержит две системы вентиляции пускотормозных резисторов, являющимися идентичными.
Недостатком известной установки вентиляторной осевой вертикальной является отсутствие специальных вибро- и шумозащитных устройств. Виброизоляция и шумопоглощение производится стенками корпусов и кожухов, выполненными из материалов, обладающих низкими вибро- и шумопоглощающими свойствами. Поэтому для нее характерны повышенная вибрация и шум. Вибрация и акустическое излучение усиливаются резким разделением воздушного потока на две части в горизонтальном поперечном относительно воздушного потока направлении и расположением в воздушном потоке поворотных лопастей воздухозаборных и выхлопных жалюзи и регулирующих воздушный поток заслонок, изготовленных из традиционных листовых сталей, обладающими крайне низкими демпфирующими свойствами. Резкое разделение воздушного потока связано с компоновочными ограничениями съемной крыши электровоза.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности снижения интенсивности вибраций и гашении шума в системе вентиляции пускотормозных резисторов электровоза.
Указанный технический результат достигается тем, что система вентиляции пускотормозных резисторов электровоза расположена в объеме съемной секции крыши электровоза и содержит воздухозаборные и выхлопные жалюзи, осевой мотор-вентилятор, установленный на две группы пускотормозных резисторов, и диффузор с каналами раздельной подачи воздуха по группам пускотормозных резисторов со встроенными в каждый канал на оси вращения заслонками, связанными с регулировочными штоками. Диффузор расположен между пускотормозными резисторами и осевым мотор-вентилятором. При этом на внешних боковых поверхностях диффузора жестко закреплены по замкнутому контуру накладки из высокодемпфирующих металлических материалов, соединенных между собой стыковыми соединениями, также из высокодемпфирующих металлических материалов выполнены лопасти воздухозаборных и выхлопных жалюзи и заслонки. В качестве материала накладок, воздухозаборных и выхлопных жалюзи и заслонок применена высокодемпфирующая сталь с уровнем поглощения за один цикл вибраций не менее 40% подводимой вибрационной энергии, например, высокодемпфирующая листовая сталь марки 01Ю5Т, а закрепление накладок произведено сварными соединениями или с помощью высокоадгезионных материалов.
Все признаки в указанной совокупности обеспечивают достижение заявленного технического результата, который выражается в эффективности снижения интенсивности вибраций и гашении шума в системе вентиляции пускотормозных резисторов электровоза, а значит и в эффективном снижении вредного влияния вибраций на систему вентиляции пускотормозных резисторов электровоза и улучшении экологических показателей среды обитания человека.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображено расположение систем вентиляции пускотормозных резисторов в кузове электровоза, общий вид;
на фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - изображен разрез Б-Б на фиг. 2;
на фиг. 4 - изображен выносной элемент В на фиг. 3;
на фиг. 5 изображен разрез Г-Г на фиг. 4;
на фиг. 6 изображен выносной элемент Д на фиг. 2.
В связи с тем, что виды с фигурами 1, 2, 3 и 5 заявленной полезной модели плохо читаются при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно было расположить листы с указанными фигурами горизонтально, что позволило существенно укрупнить чертежи.
Система вентиляции 1 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 электровоза 3 расположена в объеме съемной секции 4.1 крыши электровоза 3 и содержит воздухозаборные 5 и выхлопные 6 жалюзи, осевой мотор-вентилятор 7, установленный на две группы пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2, и диффузор 8 с каналами раздельной подачи воздуха 9.1 и 9.2 по группам пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 со встроенными в каналы на осях вращения 10.1 и 10.2 заслонками 11.1 и 11.2, связанными с регулировочными штоками 12.1 и 12.2, соответственно. Диффузор 8 расположен между группами пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 и осевым мотор-вентилятором 7. При этом на внешних боковых поверхностях 13.1, 13.2, 13.3 и 13.4 диффузора 8 жестко закреплены по замкнутому контуру накладки 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4 из высокодемпфирующих металлических материалов, соединенных между собой стыковыми соединениями 15.1, 15.2, 15.3 и 15.4. Также из высокодемпфирующих металлических материалов выполнены лопасти 16.1 и 16.2 воздухозаборных 5 и выхлопных 6 жалюзи и заслонки 11.1 и 11.2. В качестве материала накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4, лопастей 16.1 и 16.2 воздухозаборных 5 и выхлопных 6 жалюзи и заслонок 11.1 и 11.2 применена высокодемпфирующая листовая сталь марки 01Ю5Т с уровнем поглощения за один цикл вибраций не менее 40% подводимой вибрационной энергии, а закрепление накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4 произведено сварными соединениями или с помощью высокоадгезионных материалов марки LN-805 Exterior Vibro.
Каждая секция электровоза 3 содержит две идентичных по конструкции системы вентиляции 1 пускотормозных резисторов, расположенных в объеме съемных секций 4.1 или 4.2 крыши электровоза 3. Рассмотрим работу системы вентиляции 1 пускотормозных резисторов, расположенный в объеме съемной секции 4.1 крыши электровоза. Система вентиляции 1 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 работает следующим образом: забортный воздух засасывается осевым мотор-вентилятором 7, попадает во внутренний объем съемной секции 4.1 крыши электровоза 3 через воздухозаборные жалюзи 5, проходя между лопастями 16.1, и формируется в воздушный поток 17 при вращении осевого мотор-вентилятора 7, который захватывает воздух своими лопастями и перемещает его в осевом направлении. Воздушный поток 17 имеет турбулентный характер. Открывание воздухозаборных 5 и выхлопных 6 жалюзи обеспечивается пневматическим приводом 18. Попадая в диффузор 8, воздушный поток 17 резко разделяется на два потока 19.1 и 19.2 в горизонтальном поперечном направлении в каналах раздельной подачи воздуха 9.1 и 9.2. На пути воздушных потоков 19.1 и 19.2 в каналах раздельной подачи воздуха 9.1 и 9.2 расположены заслонки 11.1 и 11.2. Резкое разделение воздушного потока 17, стенки диффузора 8 и обтекание воздушными потоками 19.1 и 19.2 заслонок 11.1 и 11.2 усиливает турбулентность воздушных потоков, что приводит к повышенной вибрации в системе вентиляции 1 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 и генерации повышенного шума. Назначение заслонок 11.1 и 11.2 - регулирование воздушных потоков 19.1 и 19.2 в каналах раздельной подачи воздуха 9.1 и 9.2. После диффузора 8 воздушные потоки проходят через группы пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2, охлаждая их. При этом воздушные потоки 19.1 и 19.2 сильно нагреваются. Обтекание воздушными потоками 19.1 и 19.2 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 и нагрев воздушных потоков 19.1 и 19.2 приводит значительному увеличению степени турбулентности воздушных потоков. После выхода воздушных потоков 19.1 и 19.2 из групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 они снова объединяются в единый поток и выходят в окружающую среду между лопастями 16.2 через выхлопные жалюзи 6. Для уменьшения вибраций и шума колебательная система в виде системы вентиляции 1 пускотормозных резисторов должна иметь увеличенное значение механического импеданса. В предлагаемой полезной модели это достигается выполнением на внешних боковых поверхностях 13.1, 13.2, 13.3 и 13.4 диффузора 8 жестко закрепленных по замкнутому контуру накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4 из высокодемпфирующих металлических материалов, соединенных между собой стыковыми соединениями 15.1, 15.2, 15.3 и 15.4. При этом из высокодемпфирующих металлических материалов также выполнены лопасти 16.1 и 16.2 воздухозаборных 5 и выхлопных 6 жалюзи и заслонки 11.1 и 11.2, подвергаемых интенсивному воздействию высокотурбулентных воздушных потоков. В качестве материала накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4, лопастей 16.1 и 16.2 и заслонок 11.1 и 11.2 применяется высокодемпфирующая листовая сталь марки 01Ю5Т. По уровню механических свойств сталь марки 01Ю5Т сопоставима с распространенной конструкционной сталью 09Г2С-295 по ГОСТ 19281-2014, а по себестоимости - с легированными конструкционными сталями. Вибрационная энергия, возникающая при работе системы вентиляции 1 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 электровоза 3, поглощается материалами накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4, лопастей 16.1 и 16.2 и заслонок 11.1 и 11.2 и носит гистерезисный характер.
Сталь марки 01Ю5Т позволяет обеспечить высокую конструктивную жесткость, при этом ее плотность меньше по сравнению с традиционными сталями до 8,5%. За один колебательный цикл материал накладок 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4, лопастей 16.1 и 16.2 и заслонок 11.1 и 11.2 поглощает не менее 40% подведенной к ним за один цикл вибрационной энергии против 1% при применении традиционных сталей. Заявленная полезная модель направлена на одновременное эффективное гашение вибраций, возникающих в системе вентиляции 1 групп пускотормозных резисторов 2.1 и 2.2 электровоза 3, и гашение сопровождающего шума при применении простой вибро- и шумопоглощающей конструкции. Эффективность снижения вибраций и шума возрастает при эксплуатации тягового подвижного состава на демпфирующих железнодорожных путях с вибропоглощающими конструкциями (см. Патент РФ на изобретение №2349699, кл. Е01В 19/00, опубл. 20.03.2009, заявка №2007139130/11 от 23.10.2007). Предложенная полезная модель позволяет применение эффективного гашения вибраций и шумов как во вновь изготовляемом тяговом подвижном составе, так и при модернизации и ремонте эксплуатируемого парка тягового подвижного состава.