Комплект газоиспользующего оборудования для маневрового тепловоза ТЭМ2 и его модификации Российский патент 2020 года по МПК B61C5/00 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может использоваться для установки на маневровые тепловозы серий ТЭМ2, ТЭМ2У, ТЭМ2УМ в условиях ремонтного локомотивного депо или тепловозоремонтного завода для осуществления эксплуатации техники на смеси дизельного и газового топлив.

Известен газотепловоз на дизельном и газообразном топливе содержит газодизель, передачу, экипажную часть, топливные баки, блок газовых баллонов и другое вспомогательное оборудование. Газотепловоз снабжен прикрепленным к раме кузова совмещенным топливным баком для дизельного и газообразного топлива, который представляет собой замкнутую оболочку с размещенными внутри нее газовыми баллонами. В пространстве между баллонами находится дизельное топливо, при этом к газовым баллонам и совмещенному топливному баку подведены трубопроводы для подачи и отвода газа и дизельного топлива. Вокруг газовых баллонов, расположенных в топливном баке, установлены предохранительные обечайки, торцы которых приварены к стенкам бака. В совмещенном топливном баке установлена перегородка с отверстиями, разделяющая бак на полость с газовыми баллонами и полость, к которой подведены трубопроводы для подачи и отвода дизельного топлива. Блок газовых баллонов может быть размещен в нижней части помещения для аккумуляторных батарей (RU 2316439 С1, 10.02.2008).

Недостаток известного оборудования заключается в использовании газового топлива в виде сжатого газа, что требует большого объема для размещения газовых баллонов.

Наиболее близким к предложенному является газоиспользующее оборудование газотепловоза на дизельном и сжиженном газовом топливе, включающее емкость для сжиженного газового топлива с расположенными внутри нее газовыми баллонами, заполненные сжиженным газом, газовое оборудование, скомпонованное в блоке, размещенном в задней части отсека холодильной камеры, и соединенное трубопроводом, расположенным под боковой площадкой газотепловоза, с емкостью сжиженного газового топлива, и трубопроводом, проложенным сверху кузова над холодильной камерой и дизельным помещением, - с газодизелем. Газовые баллоны жестко закреплены между собой обоймами и выполнены в виде съемных блоков, что позволяет производить замену использованных блоков баллонов на заправленные. Газовое оборудование включает компрессор, испаритель, редуктор давления, регулятор низкого давления, блок управления газовым регулятором (RU 130564 U1, 27.07.2013).

Недостатком данного оборудования является то, что при описанной схеме реализации системы подачи смесевого топлива, в котором имеется роторно-диспергирующий аппарат с двумя входами, на один из которых подается с выхода топливоподкачивающего насоса жидкое топливо, а на другой - с выхода регулятора низкого давления сжиженное газовое топливо, оба топлива смешиваются на выходе роторно-диспергирующего аппарата и поступают в двигатель по единому трубопроводу в жидком состоянии. Следовательно, применение сжиженного природного газа, который находится в криогенном низкотемпературном состоянии, невозможно. В данной схеме возможно применение сжиженных газов, например, пропана, бутана, этана, или их смесей.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в реализации возможности применения сжиженного природного газа в качестве частичного заменителя штатного дизельного топлива, при которой смешение двух топлив происходит в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, и подача дизельного жидкого топлива осуществляется по штатной схеме, а подача газового топлива осуществляется по альтернативной схеме, в которой сжиженный природный криогенный газ предварительно преобразуется в газообразную отепленную фазу и через дополнительную систему газоподачи вводится в цилиндр двигателя через штатный впускной клапан системы газораспределения.

Техническая проблема решается комплектом газоиспользующего оборудования (КГО) для маневрового тепловоза серии ТЭМ2 и его модификации, содержащим бак дизельного топлива (ДТ), два бака сжиженного природного газа (СПГ), включающих каждый средства регазификации СПГ, при этом бак ДТ имеет на каждой из боковых сторон по две консоли со средствами крепления для соединения с двумя баками СПГ, два узла трубопроводов, кожух арматуры подачи газа, кожух дозаторов газа, блок питания, модуль преобразователя напряжения, пульт управления, теплообменный контур, гибкие трубопроводы, жесткие трубопроводы и жгут электрических проводов.

В предпочтительном варианте каждый бак СПГ имеет на каждом из торцов полку с ответными окнами под элементы средств крепления на консолях бака ДТ.

Кроме того, каждый бак СПГ включает несущий подрамник с защитными панелями, на котором закреплены сосуд СПГ, арматура, аппараты и приборы системы подачи газа, а также штуцеры линии выдачи природного газа в систему, линии газосброса системы безопасности бака, подачи теплоносителя на регазификатор СПГ.

Кроме того, каждый узел трубопроводов включает кожух, на котором закреплены штуцеры присоединения гибких трубопроводов, а также разъем подключения кабеля и манометр.

Кроме того, кожух арматуры подачи газа представляет собой кожух, внутри которого расположены компоненты системы подготовки газового топлива и системы управления: блок управления газовым клапаном, модуль управления впрыском газового топлива, электровентилятор, модуль инвертера питания электровентилятора, датчик загазованности, регулятор давления газового топлива, преобразователь давления газового топлива, преобразователь давления надувочного воздуха, воздушный фильтр, а также штуцер подвода газового топлива и штуцер присоединения гибкого рукава к линии газосброса.

Кроме того, кожух дозаторов представляет собой продолговатый кожух, в котором расположены компоненты дозирования газового топлива по цилиндрам двигателя: последовательно соединенные дозаторы газа с инжекторами и электронные блоки дозаторов, а также трубопровод подвода газа к дозаторам.

Кроме того, блок питания содержит расположенный внутри корпуса преобразователь бортового напряжения тепловоза в напряжение 24 В, а на корпусе блока питания расположены разъемы кабеля питания системы КГО, кабеля системы контроля за утечкой метана и кабеля сигнальных цепей системы КГО.

Кроме того, модуль преобразователя напряжения содержит расположенный внутри корпуса модуля преобразователь бортового напряжения тепловоза в напряжение переменного тока 220 В, а на корпусе модуля расположены разъемы и вводы кабелей.

Кроме того, пульт управления содержит расположенный внутри корпуса контроллер подсистемы взрывобезопасности, а на корпусе пульта управления расположены индикатор контроллера, выключатель питания системы КГО со световым индикатором состояния, переключатель выбора топлива, световые индикаторы аварийного состояния системы управления подачей газового топлива и обнаружения утечки метана в системе управления подачей газового топлива, цифровые индикаторы уровня СПГ в баках СПГ, предохранители питания пульта и электрический разъем для подключения кабеля.

Кроме того, теплообменный контур включает теплообменник для охлаждающей жидкости с арматурой и циркуляционный насос с электрическим приводом и с арматурой.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана схема расположения основных компонентов КГО вид сбоку.

На фиг. 2 - то же, вид сверху.

На фиг. 3 - бак ДТ и бак СПГ при установке бака СПГ на бак ДТ, общий вид.

На фиг. 4 - бак ДТ с установленным на нем баком СПГ, общий вид.

На фиг. 5 - узел трубопроводов, общий вид.

На фиг. 6 - кожух арматуры подачи газа без верхней крышки, общий вид с частично снятым кожухом.

На фиг. 7 - кожух арматуры подачи газа в сборе с кожухом дозаторов, общий вид.

На фиг. 8 - секция кожуха дозаторов газа со снятой крышкой доступа, общий вид.

На фиг. 9 - блок питания, общий вид.

На фиг. 10 - модуль преобразователя напряжения, общий вид.

На фиг. 11 - пульт управления, общий вид.

На фиг. 12 - узлы теплообменного контура, общий вид.

На фиг. 13 - схема расположения жестких трубопроводов.

КГО предназначен для монтажа на тепловозы серии ТЭМ2 и их модификации в условиях, доступных эксплуатирующей (ремонтной) организации с целью перевода питания двигателя тепловоза на смесь дизельного и газового топлив.

На схеме (фиг. 1, 2) показаны составные части КГО: бак 1 дизельного топлива (бак ДТ), баки 2 сжиженного природного газа (баки СПГ) - левый и правый, узлы 3 трубопроводов - левый и правый, кожух 4 арматуры подачи газа, кожух 5 дозаторов газа, блок 6 питания, модуль 7 преобразователя напряжения, пульт 8 управления, теплообменный контур 9, гибкие трубопроводы 10, жесткие трубопроводы 11, жгут 12 электрических проводов.

Модифицированный бак 1 ДТ (фиг. 3) имеет в своей конструкции по бокам с левой и правой стороны устройства размещения и фиксации баков 2 СПГ. С каждой стороны бака 1 ДТ закреплены две параллельные консоли 13 («лапы»). На каждой консоли 13 закреплено по два средства крепления, предпочтительно типа твистлок 14. Каждый бак 2 СПГ - левый и правый - имеет по торцам с двух сторон силовые элементы - полки 15 с ответными отверстиями 16 под конусные головки твистлоков 14.

При установке бака 2 СПГ с каждой стороны бака 1 ДТ вводят вилы погрузчика в направляющие ножек в нижней части корпуса, фиксируют бак 2 СПГ относительно каретки погрузчика страховочной цепью, поднимают вилы на необходимую высоту, подвозят бак 2 СПГ к тепловозу с требуемой стороны и опускают бак 2 СПГ до совмещения полок 15 бака 2 СПГ с консолями 13 бака 1 ДТ и ответных отверстий 16 с головками твистлоков 14. Фиксируют винтовые зажимы 17 твистлоков 14 (фиг. 4). Снимают ножки бака 2 СПГ.

Конструкцией бака 2 СПГ предусмотрено выполнение операций по его многократному съему/установке с бака 1 ДТ тепловоза в случае, например, выполнения планового технического обслуживания тепловоза в помещениях (депо), не предназначенных для присутствия оборудования с наличием газового топлива. В случае снятия бака 2 СПГ возможно его хранение на специальной площадке.

В состав бака 2 СПГ входит несущий подрамник с защитными панелями, ложементами, на которых с помощью крепежных элементов установлен криогенный сосуд СПГ, арматура, трубопроводы и элементы обеспечения рабочих и аварийных режимов. Арматура представляет собой систему регазификации СПГ в ПГ и включает теплообменник-испаритель (регазификатор СПГ), ресивер, манометр, систему вентилей, клапанов и регуляторов давления (на чертежах не показаны). Пневмогидравлическая схема газификации СПГ бака 2 может быть любой известной из уровня техники.

На корпусе бака 2 СПГ выведены штуцеры линии выдачи природного газа в систему, линии газосброса системы безопасности бака, подачи теплоносителя на газификатор СПГ.

Каждый узел 3 трубопроводов (фиг. 5) - левый и правый - включает кронштейн с крышкой, образующие кожух 18, на котором закреплены штуцер 19 присоединения гибкого трубопровода от бака 2 СПГ к линии выдачи природного газа (ПГ), штуцер 20 присоединения другого дренажного гибкого трубопровода от бака 2 СПГ к линии газосброса тепловоза, два штуцера 21 и 22 присоединения гибких трубопроводов от бака 2 СПГ к линии подачи теплоносителя, а также разъем 23 подключения кабеля сигнала уровня СПГ в баке 2 и манометр 24 давления в системе выдачи ПГ.

Кожух 4 арматуры подачи газа (фиг. 6, 7) представляет собой кожух, внутри которого расположены основные компоненты системы подготовки газового топлива и системы управления. В отсеке кожуха 4 с газоиспользующим оборудованием расположены штуцер 25 подвода газового топлива, с которым последовательно соединены газовый фильтр 26, газовые электромагнитные клапаны 27, преобразователь 28 давления газового топлива, и регулятор 29 давления газового топлива. В этом же отсеке расположены воздушный фильтр 30 и преобразователь 31 давления надувочного воздуха, а также электровентилятор 32, датчик 33 загазованности, сбросной предохранительный клапан 34 и штуцер 35 присоединения гибкого рукава к линии газосброса.

В отсеке кожуха 4 для электроаппаратуры размещены блок 36 управления газовыми электромагнитными клапанами, модуль 37 управления впрыском газового топлива и модуль 38 инвертера питания электровентилятора.

Кожух 5 дозаторов (фиг. 7) представляет собой кожух, в котором находятся все основные компоненты дозирования газового топлива по цилиндрам двигателя. На фиг. 8 представлена секция кожуха 5 дозаторов со снятой крышкой 39 доступа (фиг. 7), на котором показаны кронштейны 40 крепления кожуха дозаторов, дозаторы 41 газа, инжекторы 42 газовые (4 шт. на каждый дозатор), электронные блоки 43 дозаторов, разъемы 44 жгутов электропроводов 12, гибкий трубопровод 45 подвода газа к дозаторам. Кожух 5 дозаторов включает три таких секции (фиг. 7).

В баках 2 СПГ, кожухе 4 арматуры подачи газа и кожухе 5 дозаторов расположены узлы и элементы системы подачи природного газа и системы управления подачей природного газа, известные из уровня техники, в частности, из патента RU 154478 U1.

Блок 6 питания содержит преобразователь бортового напряжения тепловоза в напряжение 24 В. На корпусе блока 6 питания (фиг. 9) закреплен кронштейн 46 крепления блока питания и расположены разъемы 47, 48, 49 кабеля питания системы КГО, кабеля системы контроля за утечкой метана и кабеля сигнальных цепей системы КГО, а также предохранители 50, силовое реле 51 и главный вводной автоматический выключатель 52.

Модуль 7 преобразователя напряжения содержит преобразователи напряжения и тока силового генератора тепловоза в пропорциональные слаботочные напряжения для измерения модулем 37 управления впрыском газового топлива. На корпусе модуля 7 преобразователя напряжения (фиг. 10) расположен разъем 53 кабеля подключения к жгуту 12 электрических проводов, вводы 54, 55, 56 кабеля от токового шунта и двух кабелей от силового генератора.

Пульт 8 управления содержит расположенный внутри корпуса контроллер подсистемы взрывобезопасности. На корпусе пульта 8 управления (фиг. 11) расположены индикатор 57 контроллера пульта, выключатель 58 питания системы КГО со световым индикатором состояния, переключатель 59 выбора топлива, световые индикаторы 60, 61 аварийного состояния системы управления подачей газового топлива и обнаружения утечки метана в системе управления подачей газового топлива, цифровые индикаторы 62 уровня СПГ в левом и правом баках 2 СПГ, предохранители 63 питания пульта и электрический разъем 64 для подключения кабеля.

Теплообменный контур 9 (фиг. 12) состоит из двух основных узлов: теплообменник 65 вода/антифриз с арматурой и циркуляционный насос 66 с электрическим приводом и с арматурой.

Гибкие трубопроводы 10 предназначены для соединения баков 2 СПГ с узлами 3 трубопроводов (фиг. 1), а также кожуха 4 арматуры подачи газа с трубопроводами 11 подачи газа на крыше тепловоза с кожухом 5 дозаторов для соединения кожуха дозаторов и футорок впускного коллектора и для соединения трубопроводного контура с трубами подачи охлаждающей жидкости (воды) от двигателя и с трубами линии теплоносителя (антифриз).

Жесткие трубопроводы 11 (фиг. 1) располагаются на наружной поверхности кузова тепловоза и предназначены для линий 67 подачи теплоносителя, линий 68 подачи газового топлива (фиг. 13) и линий сброса газа.

Жгуты 12 электропроводов (фиг. 1) снабжены розетками, вилками и разъемами для соединения преобразователей, блоков и модулей системы КГО.

Размещение узлов КГО на тепловозе осуществляют следующим образом.

Демонтируют штатную механическую систему впрыска дизельного топлива и устанавливают электронную систему управления впрыском топлива ЭСУВТ05 производства ООО «ППП Дизельавтоматика». Ввиду того, что серийный тепловоз не имеет выделенных мест для размещения некоторых узлов КГО, перед монтажом КГО тепловоз необходимо подготовить в соответствии со следующей процедурой. Освобождают место для размещения баков 2 СПГ. Для этого демонтируют штатный бак ДТ. Штатный бак ДТ заменяют на модифицированный бак 1 ДТ уменьшенного объема. Модифицированный бак 1 ДТ монтируют на штатные места на раме 69 тепловоза 70 и крепят штатными болтами.

Выполняют отверстие в крыше.

Выполняют монтаж кожуха 4 арматуры подачи газа на крыше тепловоза 70 (фиг. 1, 13). Крепеж кожуха 4 к поверхности крыши осуществляется через специальные кронштейны, которые фиксируют на крыше методом сварки.

Выполняют монтаж кожуха 5 дозаторов газа в дизельном помещении. Крепеж кожуха 5 к потолку дизельного помещения осуществляют через специальные кронштейны 40 (фиг. 7, 8), которые фиксируются к потолку методом сварки.

Во впускной коллектор дизельного двигателя устанавливают футорки впрыска газового топлива. Предварительно в соответствующих местах в коллекторе изготавливают отверстия. Футорки крепят в подготовленные отверстия методом сварки.

Монтируют теплообменный контур 9 в дизельном помещении (фиг. 1, 12). Узлы теплообменного контура 9 - теплообменник 65 и циркуляционный насос 66 монтируют с помощью специальных кронштейнов на штатных силовых элементах 71, 72 тепловоза в дизельном помещении с помощью болтовых соединений.

Монтируют два узла 3 трубопроводов под палубой с левой и правой стороны тепловоза 70 (фиг. 1). Кронштейны данных узлов 3 крепятся к штатным силовым элементам рамы 69 тепловоза под палубой с помощью болтовых соединений.

Монтируют жесткие трубопроводы 11 (фиг. 1). Крепление кронштейнов трубопроводов 11 к наружной поверхности корпусных элементов тепловоза 70 осуществляется методом сварки. Конструкция держателей труб в кронштейнах является разборной (болтовое соединение). Резка и формовка (гибка) труб выполняется по месту монтажа.

Монтируют гибкие трубопроводы 10 (фиг. 1). Монтируют гибкое соединение 73 воздуховода между вертикальной частью воздуховода 74 кожуха 4 арматуры подачи газа и кожухом 5 дозаторов газа (фиг. 7)

В кабине 75 машиниста монтируют пульт 8 управления (фиг. 1). Предварительно выполняют отверстие в стенке между кабиной 75 и высоковольтной камерой 76 для прохода электрического жгута. Пульт 8 управления крепят к стенке кабины 75 с помощью болтового соединения. Пульт 8 управления подключают к электрической системе КГО при помощи цилиндрических разъемов.

В высоковольтной камере 76 монтируют блок 6 питания и модуль 7 преобразователя напряжения. Блок 6 и модуль 7 крепят к несущему уголку подрамника штатного оборудования в высоковольтной камере 76 с помощью болтового соединения. Блок 6 и модуль 7 подключают к электрической системе КГО при помощи цилиндрических разъемов.

Выполняют монтаж жгутов 12 электропроводов. Соединения с ответными блоками и модулями выполняются с помощью цилиндрических разъемов. Крепеж жгутов 12 электропроводов выполняют пластиковыми хомутами.

Комплект газоиспользующего оборудования для маневрового тепловоза ТЭМ2 и его модификаций содержит бак 1 дизельного топлива (бак ДТ), баки 2 сжиженного природного газа (бак СПГ) - левый и правый, включающие каждый средства регазификации СПГ, узлы 3 трубопроводов - левый и правый, кожух 4 арматуры подачи газа, кожух 5 дозаторов газа, блок 6 питания, модуль 7 преобразователя напряжения, пульт 8 управления, теплообменный контур 9, гибкие трубопроводы 10, жесткие трубопроводы 11, жгут 12 электрических проводов. Бак 1 ДТ имеет на каждой из боковых сторон по две консоли с крепежными узлами типа твистлок, а каждый бак 2 СПГ имеет на каждом из торцов полку с ответными отверстиями под головки твистлоков, что обеспечивает возможность многократного съема/установа баков 2 СПГ. Обеспечивается возможность применения сжиженного природного газа в качестве частичного заменителя штатного дизельного топлива. 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Комплект газоиспользующего оборудования для маневрового тепловоза ТЭМ2 и его модификаций, содержащий бак дизельного топлива (ДТ), два бака сжиженного природного газа (СПГ), включающих каждый средства регазификации СПГ, при этом бак ДТ имеет на каждой из боковых сторон по две консоли со средствами крепления для соединения с двумя баками СПГ, два узла трубопроводов, кожух арматуры подачи газа, кожух дозаторов газа, блок питания, модуль преобразователя напряжения, пульт управления, теплообменный контур, гибкие трубопроводы, жесткие трубопроводы и жгут электрических проводов.

2. Комплект по п. 1, в котором каждый бак СПГ имеет на каждом из торцов полку с ответными отверстиями под элементы средств крепления на консолях бака ДТ.

3. Комплект по п. 1, в котором каждый бак СПГ включает несущий подрамник с защитными панелями, на котором закреплены сосуд СПГ, арматура, аппараты и приборы системы подачи газа, а также штуцеры линии выдачи природного газа в систему, линии газосброса системы безопасности бака, подачи теплоносителя на регазификатор СПГ.

4. Комплект по п. 1, в котором каждый узел трубопроводов включает кожух, на котором закреплены штуцеры присоединения гибких трубопроводов, а также разъем подключения кабеля и манометр.

5. Комплект по п. 1, в котором кожух арматуры подачи газа представляет собой кожух, внутри которого расположены компоненты системы подготовки газового топлива и системы управления: блок управления газовым клапаном, модуль управления впрыском газового топлива, электровентилятор, модуль инвертера питания электровентилятора, датчик загазованности, регулятор давления газового топлива, преобразователь давления газового топлива, преобразователь давления надувочного воздуха, воздушный фильтр, а также штуцер подвода газового топлива и штуцер присоединения гибкого рукава к линии газосброса.

6. Комплект по п. 1, в котором кожух дозаторов представляет собой продолговатый кожух, в котором расположены компоненты дозирования газового топлива по цилиндрам двигателя: последовательно соединенные дозаторы газа с инжекторами и электронные блоки дозаторов, а также трубопровод подвода газа к дозаторам.

7. Комплект по п. 1, в котором блок питания содержит расположенный внутри корпуса преобразователь бортового напряжения тепловоза в напряжение 24 В, а на корпусе блока питания расположены разъемы кабеля питания системы КГО, кабеля системы контроля за утечкой метана и кабеля сигнальных цепей системы КГО.

8. Комплект по п. 1, в котором модуль преобразователя напряжения содержит расположенный внутри корпуса модуля преобразователь бортового напряжения тепловоза в напряжение переменного тока 220 В, а на корпусе модуля расположены разъемы и вводы кабелей.

9. Комплект по п. 1, в котором пульт управления содержит расположенный внутри корпуса пульта контроллер взрывобезопасности, а на корпусе пульта управления расположены индикатор контроллера пульта, выключатель питания системы КГО со световым индикатором состояния, переключатель выбора топлива, световые индикаторы аварийного состояния системы управления подачей газового топлива и обнаружения утечки метана в системе управления подачей газового топлива, цифровые индикаторы уровня СПГ в баках СПГ, предохранители питания пульта и электрический разъем для подключения кабеля.

10. Комплект по п. 1, в котором теплообменный контур включает теплообменник для охлаждающей жидкости с арматурой и циркуляционный насос с электрическим приводом и с арматурой.