Система охлаждения силовой установки железнодорожного транспортного средства с несколькими двигателями внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК B60K11/02 F01P3/20 F01P7/14 F02B73/00 

Изобретение относится к системам охлаждения силовых установок железнодорожных транспортных средств, реализованным на базе нескольких двигателей внутреннего сгорания, которые могут работать как совместно, так и независимо друг от друга.

Известна система охлаждения тепловоза ТЭМ14, которая оснащена двумя двигателями внутреннего сгорания серии 8ДМ-21. Эта система охлаждения силовой установки состоит из систем охлаждения каждого из двигателей, но отличается наличием дополнительных трубопроводов с установленными на них дистанционно управляемыми вентилями, которые позволяют при определенном положении вентилей проводить подогрев неработающего двигателя от системы охлаждения работающего двигателя путем перепуска нагретой охлаждающей жидкости из горячего контура в холодный и далее в горячий контуры системы охлаждения неработающего двигателя с последующим возвратом охлаждающей жидкости в работающий двигатель.

Система охлаждения каждого двигателя содержит два центробежных насоса охлаждающей жидкости, полости охлаждения двигателя, секции водо-воздушного радиатора горячего и холодного контуров, водомасляный теплообменник, воздушный вентилятор радиатора с приводом, трубопровод охлаждающей жидкости, датчик температуры жидкости, систему автоматического включения привода воздушного вентилятора. (Тепловоз ТЭМ14 Руководство по эксплуатации).

Недостатками такой конструкции системы охлаждения тепловоза являются:

- усложнение и удорожание системы из-за применения в составе дистанционно управляемых вентилей на трубопроводах, соединяющих системы охлаждения двигателей;

- низкая ремонтопригодность тепловоза, вызванная избыточным количеством соединительных трубопроводов, обеспечивающих заполнение нагретой охлаждающей жидкостью работающего двигателя сначала холодного, а затем горячего контуров системы охлаждения неработающего двигателя;

- пониженная эффективность прогрева неработающего двигателя, вызванная первоначальным заполнением нагретой охлаждающей жидкостью работающего двигателя холодного контура неработающего двигателя;

- выбросом охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателей через паровоздушные клапаны расширительных баков, вызванные возможными неисправностями дистанционно управляемых кранов.

Также известна система охлаждения силовой установки двухдизельного тепловоза, выбранная за прототип, содержащая центробежные насосы охлаждающей жидкости каждого из дизелей, нагнетательные полости которых соединены с полостями охлаждения соответствующих дизелей, воздушные радиаторы, трубопроводы охлаждающей жидкости, выходы охлаждающей жидкости которой из полости радиаторов соединены со входами центробежных насосов охлаждающей жидкости другого дизеля (патент РФ RU2375211, опубликован 10.12.2009 Бюл. №34).

Недостатком указанного решения является то, что расширительные бачки каждого двигателя напрямую не соединены между собой, что при работе двигателей с разными частотами вращения коленчатых валов, может вызывать переполнение одного расширительного бачка и опорожнение другого, тем самым снижая эффективность работы системы охлаждения силовой установки в целом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание системы, способной эффективно обеспечивать поддержание теплового состояния силовой установки, реализованной на базе нескольких двигателей внутреннего сгорания, сочетающая в себе такие возможности как поддержание теплового состояния силовой установки в постоянной готовности к пуску и приему нагрузки двигателями без дополнительных затрат времени и энергии, повышение эффективности прогрева неработающего двигателя за счет эффективного распределения направлений потока охлаждающей жидкости от работающего двигателя, улучшения условий ремонтопригодности железнодорожного транспортного средства и уменьшения себестоимости его изготовления за счет исключения линий связи, создающих неэффективные направления течения потоков охлаждающей жидкости, а также лишенная недостатков рассмотренных аналогов, приведенных выше.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы системы охлаждения силовой установки железнодорожного транспортного средства, повышение ее надежности и ремонтопригодности.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря системе охлаждения силовой установки железнодорожного транспортного средства с несколькими двигателями внутреннего сгорания, которая содержит центробежные насосы охлаждающей жидкости каждого из двигателей, соединенные с полостями охлаждения соответствующих двигателей, расширительные бачки и радиаторы охлаждения, элементы системы соединены трубопроводами охлаждающей жидкости. При этом на выходы каждого из двигателей установлены термостатические клапаны, а расширительные бачки каждого из двигателей соединены уравнительным трубопроводом, снабженным разобщительным вентилем. На трубопроводы, соединяющие двигатели, дополнительно установлены разобщительные вентили, а параллельно к двигателям подключен калорифер кабины управления и обводной трубопровод, сообщенные трехходовыми переключательными вентилями.

Система соединяет элементы системы охлаждения отдельных двигателей между собой таким образом, что автоматически обеспечивает подогрев неработающего двигателя и его поддержание в состоянии готовности к пуску и приему нагрузки за счет тепловыделения работающего двигателя, система дополнительно соединяет расширительные бачки двигателей силовой установки, что исключает сбои в работе системы охлаждения.

На фиг.1 представлена схема системы охлаждения силовой установки транспортного средства, реализованная на базе двух двигателей внутреннего сгорания.

При наличии в силовой установке большего количества двигателей принцип работы схемы не изменяется, дополнительные двигатели подключаются параллельно.

На железнодорожном транспортном средстве, силовая установка которого реализована на базе двух двигателей внутреннего сгорания, размещены двигатели 1 и 2 соответственно, которые могут работать как независимо друг от друга, так и совместно.

В систему охлаждения такой силовой установки входят центробежные насосы охлаждающей жидкости 3 и 4, полости охлаждения двигателей 5 и 6, термостатические клапаны 7 и 8 соответственно двигателей 1 и 2, секции водо-воздушных радиаторов 9 и 10, трубопроводы охлаждающей жидкости:

- трубопроводы 11 и 12 - трубопроводы малого круга системы охлаждения двигателей 1 и 2;

- трубопроводы 13 и 14 - трубопроводы большого круга системы охлаждения двигателей 1 и 2;

- трубопроводы 17 и 23 - соединительные трубопроводы систем охлаждения двигателей 1 и 2;

- трубопроводы 30 и 31 - подпиточные трубопроводы систем охлаждения двигателей 1 и 2;

- трубопровод 28 - уравнительный трубопровод расширительных бачков 26 и 27 двигателей 1 и 2;

- трубопровод 21 - обводной трубопровод калорифера кабины. Расширительные бачки 26 и 27, разобщительные вентили 15, 16, 24, 25, 29, трехходовые переключательные вентили 19 и 22, калорифер обогрева кабины управления 20.

В рамках принципиальной гидравлической схемы, приведенной на фиг.1 не рассматривается работа вспомогательных устройств силовой установки, таких как вентиляторов обдува секций водо-воздушных радиаторов и устройств, вызывающих их включение, устройств теплообмена с моторным маслом и наддувочным воздухом и других вспомогательных устройств, так как различные двигатели внутреннего сгорания имеют различные конструкции и соответственно принципы работы данных вспомогательных устройств.

Система охлаждения силовой установки работает следующим образом: а) общие положения:

- рассматриваемая система охлаждения заполнена охлаждающей жидкостью, тепловое расширение которой в результате работы двигателя 1 и/или двигателя 2 компенсируется паровоздушной прослойкой в расширительных бачках 26 и 27;

- разобщительные вентили 15, 16, 24, 25, 29 предназначены для изолирования систем охлаждения двигателя 1 и двигателя 2 друг от друга в случаях выявления критических неисправностей, препятствующих работе единой системы охлаждения;

- трехходовые переключательные вентили 19 и 22 предназначены для управления протеканием охлаждающей жидкости через калорифер обогрева кабины управления 20 с целью регулирования температуры воздуха в кабине управления;

- трубопровод 28 предназначен для выравнивания уровня охлаждающей жидкости в расширительных бачках 26 и 27 двигателей 1 и 2 в переходных режимах (при работе двигателей с разными частотами вращения коленчатых валов);

б) режим работы - работает первый двигатель, второй двигатель не работает:

- центробежный насос 3 двигателя 1 создает поток охлаждающей жидкости через полость охлаждения 5;

- на выходе из полости охлаждения 5 двигателя 1 поток охлаждающей жидкости разделяется на два потока, один из которых (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя 1) через термостатический клапан 7 направляется сразу на вход центробежного насоса 3 через трубопровод 11 или через секции водо-воздушного радиатора 9 по трубопроводу 13;

- другая часть потока охлаждающей жидкости с выхода из полости охлаждения 5 двигателя 1 через разобщительный вентиль 15 направляется в трубопровод 17 где разделяется на два потока, один из которых через трехходовой переключательный вентиль 19 по трубопроводу 21 или через калорифер обогрева кабины управления 20 и далее через трехходовой переключательный вентиль 22, разобщительный вентиль 24 по трубопроводу 23 направляется на вход центробежного насоса 3;

- другая часть потока охлаждающей жидкости по трубопроводу 17 через разобщительный вентиль 16 направляется в двигатель 2 в точку между полостью охлаждения 6 и термостатическим клапаном 8, где разделяется на два потока, которые направляются в трубопровод 23 двумя путями: один направляется через полость охлаждения 6 и центробежный насос 4, второй, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, через термостатический клапан 8 сразу в трубопровод 23 по трубопроводу 12 или через секции водо-воздушного радиатора 10 по трубопроводу 14;

- объединенный в трубопроводе 23 поток охлаждающей жидкости из двигателя 2 возвращается на вход центробежного насоса 3 двигателя 1 через разобщительные вентили 25 и 24;

в) режим работы - работает второй двигатель, первый двигатель не работает:

- центробежный насос 4 двигателя 2 создает поток охлаждающей жидкости через полость охлаждения 6;

- на выходе из полости охлаждения 6 двигателя 2 поток охлаждающей жидкости разделяется на два потока, один из которых (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя 2) через термостатический клапан 8 направляется сразу на вход центробежного насоса 4 через трубопровод 12 или через секции водо-воздушного радиатора 10 по трубопроводу 14;

- другая часть потока охлаждающей жидкости с выхода из полости охлаждения 6 двигателя 2 через разобщительный вентиль 16 направляется в трубопровод 17 где разделяется на два потока, один из которых через трехходовой переключательный вентиль 19 по трубопроводу 21 или через калорифер обогрева кабины управления 20 и далее через трехходовой переключательный вентиль 22, разобщительный вентиль 25 по трубопроводу 23 направляется на вход центробежного насоса 4;

- другая часть потока охлаждающей жидкости по трубопроводу 17 через разобщительный вентиль 15 направляется в двигатель 1 в точку между полостью охлаждения 5 и термостатическим клапаном 7, где разделяется на два потока, которые направляются в трубопровод 23 двумя путями: один направляется через полость охлаждения 5 и центробежный насос 3, второй, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, через термостатический клапан 7 сразу в трубопровод 23 по трубопроводу 11 или через секции водо-воздушного радиатора 9 по трубопроводу 13;

- объединенный в трубопроводе 23 поток охлаждающей жидкости из двигателя 1 возвращается на вход центробежного насоса 4 двигателя 2 через разобщительные вентили 24 и 25;

г) режим работы - работают оба двигателя:

- центробежные насосы 3 и 4 двигателей 1 и 2 создают потоки ОЖ через полости охлаждения 5 и 6;

- на выходе из полости охлаждения 5 двигателя 1 поток охлаждающей жидкости разделяется на два потока, один из которых (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя 1) через термостатический клапан 7 направляется сразу на вход центробежного насоса 3 через трубопровод 11 или через секции водо-воздушного радиатора 9 по трубопроводу 13;

- на выходе из полости охлаждения 6 двигателя 2 поток охлаждающей жидкости разделяется на два потока, один из которых (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя 2 через термостатический клапан 8 направляется сразу на вход центробежного насоса 4 через трубопровод 12 или через секции водо-воздушного радиатора 10 по трубопроводу 14;

- части потоков охлаждающей жидкости из двигателя 1 и двигателя 2 через разобщительные вентили 15 и 16 объединяются в трубопроводе 17 в точке входа в трехходовой переключательный вентиль 19 и далее по трубопроводу 21 или через калорифер обогрева кабины управления 20 направляются в трубопровод 23 через трехходовой переключательный вентиль 22;

- в трубопроводе 23 объединенный поток охлаждающей жидкости разделяется на два потока, которые направляются к входу в центробежные насосы 3 и 4 двигателей 1 и 2 через разобщительные вентили 24 и 25 соответственно.

Изобретение относится к системам охлаждения силовых установок железнодорожных транспортных средств, реализованным на базе нескольких двигателей внутреннего сгорания, которые могут работать как совместно, так и независимо друг от друга. Технический результат - повышение эффективности работы системы охлаждения силовой установки, повышение ее надежности и ремонтопригодности. Предложена система охлаждения силовой установки железнодорожного транспортного средства с несколькими двигателями внутреннего сгорания 1, 2, содержащая центробежные насосы 3, 4 охлаждающей жидкости каждого из двигателей, соединенные с полостями охлаждения 5, 6 соответствующих двигателей, расширительные бачки 26, 27 и радиаторы 9, 10 охлаждения. На выходы каждого из двигателей 1, 2 установлены термостатические клапаны 7, 8. Расширительные бачки 26, 27 каждого из двигателей соединены уравнительным трубопроводом 28, снабженным разобщительным вентилем 29. На трубопроводы 17, 23, соединяющие двигатели 1, 2, дополнительно установлены разобщительные вентили 15, 16, 24, 25, а параллельно к двигателям подключен калорифер 20 кабины управления и обводной трубопровод 21, сообщенные трехходовыми переключательными вентилями 19, 22. 1 ил.

Система охлаждения силовой установки железнодорожного транспортного средства с несколькими двигателями внутреннего сгорания, содержащая центробежные насосы охлаждающей жидкости каждого из двигателей, соединенные с полостями охлаждения соответствующих двигателей, расширительные бачки и радиаторы, соединенные трубопроводами охлаждающей жидкости, отличающаяся тем, что на выходы каждого из двигателей установлены термостатические клапаны, а расширительные бачки каждого из двигателей соединены уравнительным трубопроводом, снабженным разобщительным вентилем, при этом на трубопроводы, соединяющие двигатели, дополнительно установлены разобщительные вентили, а параллельно к двигателям подключен калорифер кабины управления и обводной трубопровод, сообщенные трехходовыми переключательными вентилями.