Система поддержания оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки Российский патент 2024 года по МПК F25B15/00 F25B41/20 B60H1/32 F25B15/02 

Изобретение относится к железнодорожному машиностроению и может быть использовано на подвижном составе с водяной системой охлаждения дизельной энергетической установки.

Известен аналог, в котором описывается система охлаждения наддувочного воздуха газотурбинной установки [RU 2 304 725, 20.08.2007, F02C 3/00, F25B 11/00.] Газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной, и соединенный с камерами сгорания, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом абсорбционной холодильной машины, отличающаяся тем, что тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника абсорбционной холодильной машины, при этом в качестве хладагента используют тосол, или рассолы, или фреоны.

Недостатком данной системы является то, что она не предусматривает эксплуатацию в зимний период и не используется для охлаждения энергетической установки.

Известен аналог, в котором описывается система поддержания оптимального температурного режима двигателя внутреннего сгорания [RU2573435, 20.11.2015, F02N 19/00 (2010.01)] Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая двигатель внутреннего сгорания, тепловой аккумулятор фазового перехода, радиатор-отопитель салона, электронасос, запорную арматуру, расширительный бак, теплообменник-утилизатор тепловой энергии отработавших газов, отличающаяся тем, что она дополнительно оборудована абсорбционным повышающим трансформатором, генератор и испаритель которого подключены к газовыпускному трубопроводу через управляемые заслонки, абсорбер подключен в контур подогрева системы охлаждения между теплообменником-утилизатором тепловой энергии отработавших газов и тепловым аккумулятором фазового перехода, а конденсатор подключен к автономному охлаждающему контуру.

Таким образом, возможен способ использования АБХМ в зимнее время в качестве теплового насоса водяной системы тепловоза, вместо механического привода от вала дизеля.

Недостатком предложенной системы является сложность реализации в ограниченном габарите подвижного состава и отсутствие возможности дополнительного охлаждения воздуха в интеркуллере.

В качестве прототипа выбирается устройство описанное в способе охлаждения двигателя внутреннего сгорания [RU 2200237, 10.03.2003, F01P 9/00 (2000.01), F25B 27/02 (2000.01)]. Способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания, в систему охлаждения которого встроена абсорбционная холодильная машина, включающий отвод тепловой энергии, нагрев хладагента абсорбционной холодильной машины выхлопными газами в генераторе и испарение хладагента в испарителе, отличающийся тем, что абсорбционная холодильная машина выполнена безнасосной и использует энергетическую разность тепловых потоков выхлопных газов и окружающей среды, а испаритель расположен в охлаждающей рубашке цилиндра, либо в потоке жидкости или газа, либо после радиатора.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности зимней эксплуатации, регулирования производительности АБХМ, и снижения температуры воздушного заряда в интеркуллере при номинальной нагрузке на дизель-генератор.

Раскрытие сущности изобретения.

Техническая проблема заключается в улучшении температурного режима эксплуатации тепловозов.

Технический результат изобретения заключается в поддержании оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что система поддержания оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки включающая в себя абсорбционную холодильную машину отводящую тепловую энергию на нагрев хладагента выхлопными газами в генераторе и испарение хладагента в испарителе расположенном в потоке жидкости, отличающаяся наличием циркуляционного насоса и концевого крана на абсорбере, позволяющего соединять систему с компрессором для создания разрежения и атмосферой для его ликвидации. Резервный бак, окружающий испаритель, предназначен для перепуска при необходимости воды из горячего или холодного контура системы охлаждения тепловоза. Генератор и испаритель выполнены с возможностью прямого соединения в обход абсорбера и конденсатора с помощью открытия и закрытия запорных вентилей. Отбор тепловой энергии осуществляется из выхлопного коллектора, количество которой регулируется дроссельной заслонкой.

Согласно изобретению предложена система поддержания оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки включающая в себя абсорбционную холодильную машину отводящую тепловую энергию на нагрев хладагента выхлопными газами в генераторе и испарение хладагента в испарителе. Система содержит циркуляционный насос, соединенный через обратный клапан с абсорбером, оборудованным концевым краном, регулирующую дроссельную заслонку, выполненную с возможностью регулирования расхода выхлопных газов из выхлопного коллектора дизеля, подаваемых в генератор для его нагрева, при этом испаритель выполнен с возможностью прямого соединения с генератором в обход абсорбера и конденсатора, с помощью открытия и закрытия запорных вентилей и располагается внутри резервного бака, выполненного с возможностью соединения с контуром системы охлаждения тепловоза.

Изобретение поясняется схемой, где структурная схема системы поддержания оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки изображена на фигуре 1. Схема содержит следующие позиции: 1 генератор, 2 конденсатор, 3 испаритель, 4 абсорбер, 5 теплообменник, 6 электрический циркуляционный насос, 7,8 обратные клапаны, 9,10 управляемые вентили водяной системы тепловоза, 11,12,13,14 запорные вентили, 15 резервный бак, 16 электроуправляемый дроссель, 17 концевой кран, 18 выхлопная труба, 19 дроссельная заслонка. Все перечисленные позиции связаны между собой и представляют единое целое.

Изобретение работает следующим образом:

На техническом обслуживании перед наступлением летнего периода через концевой кран 17 с помощью насоса 6 осуществляется частичное заполнение генератора 1 слабым раствором бромида лития. Далее перекрываются запорные вентили 12 и 13, при этом открываются запорные вентили 11 и 14. Через концевой кран 17 с помощью воздушного компрессора осуществляется разрежение между генератором и конденсатором, испарителем и абсорбером. Разность давлений генератором и конденсатором, испарителем и абсорбером обеспечивается обратными клапанами 7 и 8, что позволяет системе работать как абсорбционная холодильная машина В процессе работы дизеля выхлопные газы из выхлопной трубы 18, объемный расход которых регулируется дроссельной заслонкой 19, нагревают генератор 1, испаряя воду из слабого раствора бромида лития. Пары воды под давлением конденсируются в конденсаторе 2 и через обратный клапан 8 поступают в испаритель 3, где происходит их испарение за счет низкого давления с последующим отводом тепла от резервуара с водой окружающего испаритель. С помощью электроуправляемых вентилей 9,10, через резервный бак 15 с холодной водой осуществляется перепуск воды при необходимости из холодного или горячего контуров тепловоза. Параллельно крепкий раствор бромида, охлаждение которого происходит за счет теплообменника 5 через электроуправляемый дроссель 16 сливается в абсорбер 4. В процессе абсорбции пары воды из испарителя 3 поглощаются и слабый раствор бромида лития через обратный клапан 7 перекачивается насосом 6 в генератор 1 и процесс работы замыкается с последующем повторением.

Таким образом осуществляется поддержание оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки в летний период.

На техническом обслуживании перед наступлением зимнего периода с помощью открытия концевого крана 17 осуществляется выравнивание давлении между генератором и конденсатором, испарителем и абсорбером за счет атмосферного давления. Далее открываются запорные вентили 12 и 13, перекрываются запорные вентили 11 и 14. Через концевой кран 17 с помощью насоса 6 осуществляется полное заполнение генератора и испарителя слабым раствором бромида лития что позволяет системе работать как промежуточный теплообменник между водой и отработавшими газами. В процессе работы дизеля выхлопные газы из выхлопной трубы 18, объемный расход которых регулируется дроссельной заслонкой 19, нагревают генератор 1. Нагретый слабый раствор бромида лития при помощи насоса 6 через обратный клапан 8 поступает в испаритель 3, где прогревает резервный бак 15. С помощью электроуправляемых вентилей 9,10, через резервный бак 15 с горячей водой осуществляется перепуск воды при необходимости из холодного или горячего контуров системы охлаждения тепловоза.

Таким образом осуществляется поддержание оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки в зимний период.

Все перечисленные позиции связаны между собой и представляют единое целое.

Использование системы позволит в летнее время сократить время работы вентилятора холодильника и снизить температуру воздушного заряда после воздухоохладителя, что приведет к сокращению расхода топлива на привод вентилятора и увеличению межремонтного пробега, также позволит повысить мощность за счет увеличения коэффициента наполнения цилиндра. В зимнее время использование системы позволит сократить время прогрева и улучшить температурный режим эксплуатации, что приведет к увеличению межремонтного пробега трущихся частей цилиндро-поршневой группы.

Также, включение изобретения в систему рециркуляции отработавших газов позволит охлаждать подаваемые в цилиндр отработавшие газы, что снизит их температуру и позволит повысить коэффициент наполнения цилиндра.

Изобретение относится к железнодорожному машиностроению и может быть использовано в тепловозах с водяной системой охлаждения дизельной энергетической установки. Система характеризуется тем, что в летнее время абсорбционная холодильная машина работает совместно с энергетической установкой тепловоза как дополнительный охладитель водяной системы, в зимнее время - как послепусковой подогреватель водяной системы. Это достигается за счет того, что генератор (1) и испаритель (3) выполнены с возможностью непосредственного соединения в обход абсорбера (4) и конденсатора (2), а также за счет возможности изменять объем раствора бромида лития в системе и давление в контурах системы с помощью концевого крана (17), расположенного на абсорбере (4), через который осуществляется пополнение и слив хладагента, а также создание и ликвидация разности давлений. Через резервуар с водой (15), где расположен испаритель (3), осуществляется перепуск воды при необходимости из холодного или горячего контуров тепловоза. Технический результат - поддержание оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки. 1 ил.

Система поддержания оптимального температурного режима тепловозной энергетической установки, включающая в себя абсорбционную холодильную машину, отводящую тепловую энергию на нагрев хладагента выхлопными газами в генераторе и испарение хладагента в испарителе, отличающаяся тем, что содержит циркуляционный насос, соединенный через обратный клапан с абсорбером, оборудованным концевым краном, регулирующую дроссельную заслонку, выполненную с возможностью регулирования расхода выхлопных газов из выхлопного коллектора дизеля, подаваемых в генератор для его нагрева, при этом испаритель выполнен с возможностью прямого соединения с генератором в обход абсорбера и конденсатора с помощью открытия и закрытия запорных вентилей и располагается внутри резервного бака, выполненного с возможностью соединения с контуром системы охлаждения тепловоза.