ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕОСТАТНЫЙ ОБДУВАЕМЫЙ ТОРМОЗ ЛОКОМОТИВА Российский патент 2019 года по МПК B60K11/06 B60L7/02 

Изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам, в частности, к электрическому реостатному тормозу локомотива.

Известен электрический реостатный тормоз тепловоза 2ТЭ116УР, выполненный в виде модуля, установленного в крыше локомотива, содержащий блок из нескольких рядов ленточных резисторов, два осевых вентилятора с коками и со спрямляющими аппаратами, два электродвигателя привода вентиляторов, жалюзи со стороны входа охлаждающего воздуха в вентиляторы и со стороны выхода воздуха из резисторов, опоры для установки электродвигателей, боковые стены, пол и крышу модуля. Вентилятор и спрямляющий аппарат установлены внутри цилиндрической обечайки. Вентиляторы установлены на валах электродвигателей и вращаются в одинаковом направлении. Каждый вентилятор обдувает свою группу резисторов, а каждая группа включает в себя нижний и верхний ярусы резисторов.

Недостатками конструкции указанного электрического реостатного тормоза являются:

- наличие местных гидросопротивлений в связи с внезапным расширением воздушного потока после обечайки осевого вентилятора и после торца электродвигателя со стороны блока резисторов, а также местного гидросопротивления при движении потока через опоры электродвигателя;

- наличие зон встречного вращательного движения воздушных потоков после спрямляющих аппаратов вентиляторов с одинаковым направлением вращения, что приводит к увеличению гидросопротивления;

- наличие зазоров между внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола модуля и блоком резисторов, а также зазоров между верхними и нижними ярусами резисторов.

При одинаковом направлении вращения воздушные потоки вентиляторов сливаются в один поток, при этом в зоне слияния воздушных потоков от соседних вентиляторов векторы скорости вращательного движения этих потоков направлены навстречу друг другу. Это приводит к потерям кинетической энергии и увеличению местного гидросопротивления при слиянии потоков. Движение воздушного потока через опоры электродвигателя приводит к дополнительному вихреобразованию и к появлению местного гидросопротивления, в связи с чем увеличивается гидросопротивление при слиянии воздушных потоков от соседних вентиляторов.

Наличие указанных выше местных гидросопротивлений увеличивает общее суммарное гидросопротивление воздушного тракта вентиляторов, вследствие чего снижается их производительность (уменьшается расход охлаждающего воздуха) и уменьшается эффективность охлаждения резисторов, что приводит к повышению температуры резисторов.

Наличие зазоров между внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола модуля и блоком резисторов, а также зазоров между верхними и нижними ярусами резисторов приводит к перетеканию охлаждающего воздуха через эти зазоры, минуя резисторы и, соответственно, к уменьшению расхода охлаждающего воздуха и повышению температуры резисторов.

Перечисленные недостатки также будут иметь место и для конструкций электротормоза с одним, двумя и более вентиляторами.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение эффективности охлаждения резисторов.

Техническим результатом изобретения является улучшение эффективности охлаждения резисторов путем обеспечения подачи на резисторы всего, выходящего из вентилятора потока воздуха, за счет устранения перетекания воздуха через зазоры между блоком резисторов и внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола электротормоза и через зазоры между верхними и нижними ярусами резисторов, а также путем устранения либо существенного уменьшения значений местных гидросопротивлений в воздушном тракте вентиляторов независимо от количества вентиляторов.

Указанный технический результат достигается следующим образом:

1. Устранение перетекания воздуха через зазоры достигается путем установки перегородок со стороны выхода воздуха из блока резисторов, закрывающих зазоры между блоком резисторов и внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола электротормоза и зазоры между верхними и нижними ярусами резисторов.

2. Уменьшение местных гидросопротивлений в воздушном тракте вентиляторов достигается следующими вариантами:

а) Для конструкции электротормоза с одним осевым вентилятором (фиг. 1, 2.) между вентилятором и блоком резисторов устанавливается короб, внутри которого установлены спрямляющие перегородки, а после торца электродвигателя со стороны блока резисторов устанавливается обтекатель.

б) Для конструкции электротормоза с двумя и более осевыми вентиляторами (фиг. 3) кроме установки коробов со спрямляющими перегородками и обтекателей, между соседними коробами и полом электротормоза дополнительно по всей длине короба установлена одна и более разделительных перегородок, устраняющих слияние воздушных потоков соседних вентиляторов.

в) Для конструкции электротормоза с двумя и более осевыми вентиляторами, но без коробов и разделительных перегородок, или только с одними коробами, или только с разделительными перегородками расположенные рядом вентиляторы имеют разное направление вращения за счет реверсирования электродвигателей, при этом один из соседних вентиляторов имеет конструкцию для левого, а другой для правого направления вращения.

Для указанных вариантов установка короба устраняет местное гидросопротивление после обечайки вентилятора, а установка обтекателя после электродвигателя уменьшает местное гидросопротивление, возникающее вследствие внезапного расширения воздушного потока. Установка разделительной перегородки и коробов устраняет слияние воздушных потоков соседних вентиляторов, имеющих встречное направление скорости вращательного движения а также имеющих дополнительное вихреобразование при прохождении через опоры электродвигателя, а разное направление вращения соседних вентиляторов формирует воздушные потоки от соседних вентиляторов с разным направлением вращения и устраняет встречное направление движения при слиянии этих потоков в случае отсутствия коробов или разделительных перегородок.

Указанные выше факторы уменьшают гидросопротивление воздушного тракта, что приводит к увеличению расхода охлаждающего воздуха.

Необходимость установки спрямляющих перегородок в коробе объясняется тем, что спрямляющий аппарат вентилятора не устраняет полностью вращательное движение воздуха. Более того, известно, что при наличии спрямляющего аппарата параметр закрутки n₂ воздушного потока за спрямляющим аппаратом (равный отношению окружных составляющих скоростей потока после лопаток спрямляющего аппарата и после лопаток вентилятора) n₂>0, причем для обеспечения максимальных значений коэффициента полезного действия вентилятора значения параметра n₂ могут быть больше 0,2-0,3, т.е. достигают больших значений (см. И.В. Брусиловский, «Аэродинамический расчет осевых вентиляторов», Москва», Машиностроение», 1986, стр. 11, табл. 1.1, стр. 32, стр. 34, рис. 1.12а). Вращательное движение воздуха приводит к увеличению гидросопротивления воздушного тракта. Соответственно, установка спрямляющих перегородок в коробе позволяет устранить или существенно снизить вращательное движение воздуха.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-13.

На фиг. 1, 2, 3, 4 приведен общий вид электрического обдуваемого реостатного тормоза с одним и с двумя осевыми вентиляторами.

Электротормоз содержит блок резисторов 1, установленных в несколько рядов по направлению движения охлаждающего воздуха, осевые вентиляторы 2 с обечайками 3, спрямляющие аппараты 4 с лопатками (фиг. 5), коки 5, электродвигатели 6 привода вентиляторов, короба 7 со спрямляющими перегородками, разделительную перегородку 8 между коробами соседних вентиляторов и полом электротормоза 14, обтекатели 9, жалюзи 10 со стороны входа воздуха в вентиляторы и со стороны выхода воздуха из блока резисторов, опоры 11 электродвигателей, боковые стены 12, крышу 13, пол 14 электротормоза, перегородки 15 (фиг. 6, 7), закрывающие зазоры между блоком резисторов, внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола электротормоза, между верхними и нижними ярусами резисторов и опоры 16 электротормоза для крепления коробов.

Общий вид двух вариантов короба 7 со спрямляющими перегородками приведен на фиг. 8-13. Перегородки могут иметь прямую или криволинейную конфигурацию. В коробе по первому варианту, фиг. 8-10, прямые спрямляющие перегородки 17 установлены радиально в начале цилиндрического участка короба вдоль его оси и имеют длину l_c.п., близкую к значениям l_c.п.=(1÷2)-l_x.с.а., где

l_c.п. - длина перегородок по направлению оси короба

l_x.c.a. - длина хорды лопатки спрямляющего аппарата осевого вентилятора (фиг. 5).

Высота спрямляющих перегородок h_c.п. в радиальном направлении близка к высоте лопаток h_л спрямляющего аппарата (фиг. 4, 5). Угол α_с.п. между соседними спрямляющими перегородками 17 (фиг. 8, 11) принимается близким к углу α_л. между соседними лопатками спрямляющего аппарата 4 (фиг. 1, 2).

По первому варианту, фиг. 8-11, к коробу с наружной стороны вдоль его продольной оси прикреплены один или несколько металлических элементов 18, выполненных в виде полосы, уголка, и др., для увеличения жесткости.

В коробе по второму варианту, фиг. 11, вместо металлических элементов 18, для увеличения жесткости короба центральная перегородка 19 установлена по всей длине короба (фиг. 11-13), а остальные перегородки 17 установлены по всей длине цилиндрического участка короба.

Разделительная перегородка 8 установлена между коробами 7 (фиг. 3) соседних осевых вентиляторов 2 и полом электротормоза 14 (фиг. 2, 4), по всей длине коробов, между обечайками 3 вентиляторов 2 и блоком резисторов 1.

Короба 7 одним концом опираются на обечайки 3 (фиг. 1-3) и крепятся к опорам 16 электротормоза, установленным на боковых стенах 12 и над разделительной перегородкой 8. Длина короба 7 принимается равной расстоянию от торцевой части обечайки 3 до блока резисторов 1. Со стороны обечайки 3 короб 7 имеет цилиндрическую форму, а со стороны блока резисторов 1 форма короба 7 прямоугольная или другая в соответствии конфигурацией блока резисторов.

Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива работает следующим образом. При движении локомотива тяговые электродвигатели переводятся в режим работы генератора, при этом на валу каждого электродвигателя возникает крутящий момент, приводящий к торможению локомотива и поезда и к уменьшению скорости движения. Электроэнергия с тяговых электродвигателей, работающих в режиме генератора, поступает на блок резисторов 1 и электродвигатели 6 привода вентиляторов 2. При этом открываются жалюзи 10 на входе воздуха в вентиляторы 2 и на выходе из блока резисторов 1. Атмосферный воздух от вентиляторов 2 поступает в лопатки спрямляющего аппарата 4, а из них в короба 7. Из коробов 7 воздух поступает в блок резисторов 1, охлаждая их, а затем через жалюзи 10 выходит в атмосферу. Установка коробов 7 со спрямляющими перегородками устраняет внезапное расширение и местное гидросопротивление на выходе воздушного потока из обечайки 3 вентилятора 2, а также устраняет или существенно уменьшает вращательное движение воздушных потоков. Разделительная перегородка 8 устраняет слияние воздушных потоков, имеющих вращательное движение и дополнительное вихреобразование при движении через опоры 11 электродвигателей. Проход воздуха через зазоры между блоком резисторов 1 и внутренними поверхностями боковых стен 12, крыши 13 и пола 14 электротормоза, а также между верхними и нижними ярусами резисторов устраняется за счет установки перегородок 15, закрывающих эти зазоры со стороны выхода воздуха из блока резисторов 1. Установка перегородок 15 обеспечивает подачу на блок резисторов всего выходящего из вентилятора потока воздуха и уменьшает температуру резисторов.

Обтекатель 9 уменьшает местное гидросопротивление при внезапном расширении воздушного потока после электродвигателя.

Устранение и существенное уменьшение значений местных гидросопротивлений уменьшает общее гидросопротивление воздушного тракта, что приводит к увеличению производительности вентиляторов 2, улучшению охлаждения блока резисторов 1 и уменьшению его температуры.

Заявляемая конструкция электрического реостатного обдуваемого тормоза используется на локомотивах серий 2ТЭ25К^м, ЗТЭ25К^2м.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива содержит боковые стены, крышу и пол, блок резисторов, один осевой вентилятор с обечайкой и спрямляющим аппаратом, электродвигатель привода вентилятора, жалюзи со стороны входа охлаждающего воздуха в вентилятор и со стороны выхода воздуха из блока резисторов. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива снабжен коробом, установленным в воздушном тракте вентилятора, имеющим цилиндрическую форму со стороны обечайки вентилятора и прямоугольную или другую форму со стороны блока резисторов в соответствии с его конфигурацией, имеющим длину, равную расстоянию от торцевой части обечайки вентилятора до блока резисторов, опирающимся одним концом на обечайку вентилятора и закрепленным к опорам электротормоза. На наружной поверхности короба по всей его длине установлены один или несколько металлических элементов для увеличения жесткости конструкции короба. Достигается улучшение эффективности охлаждения резисторов. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива, содержащий боковые стены, крышу и пол, блок резисторов, один осевой вентилятор с обечайкой и спрямляющим аппаратом, один электродвигатель привода вентилятора, жалюзи со стороны входа охлаждающего воздуха в вентилятор и со стороны выхода воздуха из блока резисторов, отличающийся тем, что он снабжен коробом, установленным в воздушном тракте вентилятора, имеющим цилиндрическую форму со стороны обечайки вентилятора и прямоугольную или другую форму со стороны блока резисторов в соответствии с его конфигурацией, имеющим длину, равную расстоянию от торцевой части обечайки вентилятора до блока резисторов, опирающимся одним концом на обечайку вентилятора и закрепленным к опорам электротормоза, а на наружной поверхности короба по всей его длине установлены один или несколько металлических элементов для увеличения жесткости конструкции короба.

2. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по п. 1, отличающийся тем, что короб снабжен спрямляющими перегородками, установленными радиально в начале цилиндрического участка короба вдоль его оси под углом α_с.п. между соседними перегородками, близким к углу α_л между соседними лопатками спрямляющего аппарата, и имеющими длину l_с.п., близкую к значениям l_с.п.=(1÷2)⋅l_х.с.а., а высота перегородок h_с.п. в радиальном направлении близка к высоте лопаток h_л. спрямляющего аппарата.

3. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по п. 1, отличающийся тем, что короб выполнен без металлических элементов, увеличивающих жесткость, при этом центральная перегородка выполнена по всей длине короба, а остальные перегородки установлены по всей длине цилиндрического участка короба.

4. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, установленным у торца электродвигателя со стороны блока резисторов.

5. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по пп. 1-4, но содержащий два и более осевых вентиляторов, электродвигателей и коробов в воздушном тракте каждого вентилятора, отличающийся тем, что он снабжен одной и более разделительными перегородками, установленными между соседними коробами и полом электротормоза на участке между обечайкой вентилятора и блоком резисторов.

6. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по п. 5, содержащий два и более осевых вентилятора, но без коробов и разделительных перегородок, или только с одними коробами, или только с разделительными перегородками, отличающийся тем, что расположенные рядом вентиляторы имеют разное направление вращения за счет реверсирования электродвигателей, при этом один из соседних вентиляторов имеет конструкцию для левого, а другой для правого направления вращения.

7. Электрический реостатный обдуваемый тормоз локомотива по пп. 1-6, отличающийся тем, что зазор между блоком резисторов и внутренними поверхностями боковых стен, крыши и пола электротормоза, а также между верхними и нижними ярусами резисторов со стороны выхода воздуха из резисторов закрыт перегородками.