Тепловоз Советский патент 1928 года по МПК B61C5/00 

На фиг. 1 схематического чертежа изображен предлагаемый тепловоз и на фиг. 2-его видоизменение.

На одном конце (фиг. 1) рамы 1 (со скатами 1а) установлен главный двигатель 2 внутреннего горения, цилиндры которого, с правой и левой стороны тепловоза, устанавлиБаются на места паровозных цилиндров; поршень 3 охлаждается через сквозной шток, который соединяется с крейцкопфом и, дальше, передает усилия шатунно-кривошипному механизму двигателя тепловоза и его скатам. Золотниковая коробка 3 распределителя пускового распрыскивающего воздуха установлена над цилиндром, при чем золотник выполняет две функции: при трогании и разгоне в качестве распределителя сжатого пускового воздуха и, распределителя воздуха при работе на нефти (шток этого золотника приводит в движение

нефтенасосы). Кулиса 5 дает реверс тепловозу и управляет распределительным золотником. Продувочно-выхлопной золотник б установлен позади пускового золотника 4. Балансир 7 приводит в движение продувочно-выхлопной золотник 6. По концам цилиндра имеются пусковые клапаны 8 и форсунки 9; байпас 10 установлен на пусковом золотнике 4.

На другом конце тепловозной рамы размеш,ены: цилиндры продувочно-зарядного насоса 11, которые являются вместе с тем большим цилиндром машины последовательного расширения (компаунд); поршни 12, связанные посредством штока 13, крейцкопфа 14, шатуна 15, со скатами 1а; распределительный золотник 16 (он установлен над цилиндром 11); кулиса 17 со своим механизмом (она управляют золотником 16); резервуар 18 пускового

воздуха; резервуар 19 распрыскивающего воздуха; резервуар 20 продувочно-зарядного воздуха; двойной подогреватель 21 (первая ступень подогрева пускового, распрыскивающего воздуха, вторая ступень продувочно-зарядного воздуха); одиночный подогреватель 22 (вторая ступень подогрева пускового воздуха); кран 23 соединяет водяные пространства крышек цилиндров и поршней, в случае необходимости (для обогревания), с трубопроводом горячей воды и обратно (для охлаждения) с трубопроводом холодной воды; кран 24 соединяет пусковой золотник 4 с подводящим патрубком золотника 16 продувочного насоса П (во .втором положении кран служит для соединения продувочного насоса с атмосферой).

Органы управления главного двигателя: А-регулятор; А- -регуляторная головка; Б-переводной винт реверса; В-рычаг к пусковому клапану и форсунке (к всасывающим клапанам ее), Г-рычаг к кранам 23 для обогревания цилиндров 24 (для работы, то последовательным, расширением, то как насосом).

Возбудитель или первичная установка представляет из себя отдельный прицепной тендер-установку на трех поддерживающих осях. Средний скат является фрикционным бегунком, сцепляющимся с рельсом.

Добавочный двигатель состоит из следующих частей: комбинация цилиндра двигателя и компрессора 31-32 с тронковыми поршнями; 33-цилиндр продувочного насоса; 34-штанги поршней цилиндра 31 двигателя и тронковых поршней; 35-балансир, который может качаться в подшипниках и связывает двигатель с продувочным насосом посредством серьги 36 с крейцкопфом продувочного насоса 33; 37-ведущий шатун от продувочного насоса на кривошип фрикционного бегунка; 38-ось бегунка; 39-фрикционный бегунок; 40-контр-кривошип фрикционного бегунка 39, который тягой приводит в движение кулису 41; последняя приводит в движение и управляет тремя золотниками, которые заменяют комплекты клапанов трех ступеней компрессора (она приводит в движание качающиеся рычаги этих золотников); 42-золотник продувочного насоса 33; 43-золотник двигателя; 44- золотник двигателякомпрессора 31-32; 45-вентилятор, приводимый через передачу от шкива фрикц. бегунка: 46-холодильник.

Органы управления вспомогательной машины: D-регулятор; регуляторная головка.

Трубопроводы вспомогательной машины: 50-трубопровод от вентилятора 45 к холодильнику 46; 51-трубопровод от холодильника 46 к золотнику 42 продувочного насоса 33; 52- трубопровод от нагнетательных фланцев к продувочному ресиверу 53; 54-трубопровод от продувочного ресивера 53 к продувочному фланцу цилиндра двигателя 31 и компрессора двигателя 31-32; 55-выхлопной трубопровод к подогревателю 22; 56-трубопровод от подогревателя 22 (посредством трубопровода 91) к подогревателю 21; 57 - трубопровод для выпуска отработанных газов в атмосферу; 58-труба золотника 42 для соединения с первым ресивером 59, который соединен трубой 60 с золотником 43 цилиндра двигателя 31; 61-трубопровод, который соединяет вторую полость компрессора 32; через этот же трубопровод производится нагнетание через тот же золотник 43 в нагнетательный трубопровод 62 и во второй ресивер 63; от второго ресивера 63 через трубу 64 и золотник 43 правой части его всасывает воздух третья ступень компрессора по трубопроводу 65; через этот же трубопровод и правую часть золотника 43 производится нагнетание в третий ресивер 66, по трубе 67.

Из этого ресивера 66 по трубе 68 воздух направляется к пусковому резервуару 18. Также из ресивера 66 по трубе 69 и золотник 44. производится засасывание в третью ступень сжатия компрессора по трубе 70; оттуда, обратно этим же трубопроводом через золотник 44 и трубу 71 воздух нагнетается в резервуар 19. От резервуара 19 по трубопроводу 72 воздух подводится к регуляторной головке D и дальше по трубе 73 к золотнику 44 правой его части, которая распределяет воздух трубой 74-75 к форсункам двигателя.

Трубопроводы главной машины. Пуск в ход. Из резервуара 18 пусковой воздух по трубе 80, регуляторной головке AI и трубе 81 направляется в подогреватель 21. От подогревателя 21 по трубе 82 подводится воздух к пусковому золотнику 4. Через трубы 83 подводится пусковой воздух к пусковым клапанам 8, а по трубам 88 воздух подводится к форсункам 9. Отработанный воздух первого расширения отводится по трубам 84 в подогреватель 22, а оттуда по трубе 85 он подводится к впускному патрубку золотника 16 продувочного насоса 11, где в ней, как в пневматической машине, воздух расширяется до атмосферного давления. Отвод окончательно расширившегося воздуха в резервуар продувочного воздуха 20 осуш,ествляется через трубы 86.

Работа на нефти. Из резервуара 19 воздух по трубе 87, регулят. головке AI и трубопроводу 81 направляется в подогреватель 21 и в трубы большого диаметра, обогреваемые отработанными газами; от подогревателя 21 по трубе 82 воздух подводится к золотнику 4. От золотника 4 по трубам 88 воздух идет к форсункам 9. Продувочный воздух из резервуара 20 направляется в обогревательную камеру подогревателя 21 и оттуда по трубе 89 подводится к продувочно-выхлопному золотнику 6. От продувочно-выхлопного золотника б по трубам 90 воздух через одну трубу продувает - заряжает цилиндр, а через другую отводит отработанные газы по трубам 91 к подогревателю 21, где отработанные газы отдают тепло и выходят в атмосферу по трубе 57.

Обогревающая вода направляется посредством крана 23 от трубопровода 92 в обш,ий трубопровод 93, через который подводится горячая вода, как к поршню 3, так и к цилиндрам 2 с крышками. При необходимости охлаждения кран 23 перекрывает магистраль, так что вода поступает от трубопровода 94 в тот же общий трубопровод 93 для охлаждения тех же деталей.

Подготовка к пуску в ход главного двигателя: переводным винтом В устанавливается кулисный механизм 5 на передний или задний ход; рычагом Б поднимаются пусковые клапаны, а также перепускные клапаны нефтенасоса; рычаг Г устанавливает кран 23, так что горячая вода от вспомогательной машины направляется для подогревания цилиндров главной машины; кран 24 устанавливается на перепуск расширившегося воздуха в цилиндрах главной машины и направляется через подогреватель 22 в цилиндры продувочного насоса для работы там последовательным расширением воздуха, осуществляя, таким образом, работу компаунд-машины.

Трогание с места и разгон. При открывании регулятора А воздух из резервуара 18 направляется по трубопроводу 80 в регуляторную головку Л) и по трубе 81 в подогреватель 21. Из подогревателя воздух идет по трубе 82 и направляется в золотниковую коробку 4 (в соответствующие окна) по подводящим трубам 83 к пусковым клапанам 8.

Подогретый сжатый воздух (20 атм.) в цилиндре двигателя 2 давит на поршень и приводит в движение ведущие и сцепные скаты 1й тепловоза. Работа протекает, как в паровозной машине, при чем расширившийся воздух (до 6 атм.) по трубе 84 золотника 4 направляется в подогреватель 22, а оттуда по трубе 85 подает воздух в золотник 16 и здесь распределяется

золотником, управляемым от кулисы 17. Воздух попадает в цилиндр и производит здесь механическую работу, посредством поршня 12, штока 13, крейцкопфа 14; шатун 15 вращает связанный с ним кривошип скатов тепловоза. Воздух, расширившийся в больших цилиндрах продувочного насоса, отводится по трубе 86 к продувочному резервуару 20. Все элементы воздухораспределения, как в малом цилиндре 3, так и в большом 11, подчинены управлению распределительного механизма паровозной машины (их кулисам 5 и 17). После трогания с места начинается развитие скорости под действием сжатого воздуха до тех пор, пока скорость поршня главной машины приобретет соответствующее значение, при котором возможно сгорание нефти. Во время работы главного двигателя воздухом, расход его пополняется вспомогательной установкой, которая выделена в отдельный прицепной аггрегат.

Для перехода главного двигателя на работу нефтью предусмотрено: прогревание пускового воздуха, подогревание его цилиндров, подогрев воздуха для распыления и подогрев продувочного воздуха.

Подготовка для работы нефтью. Регулятор А переводится дальше по сектору от предыдущего пускового положения и через регуляторную головку AI воздух из резервуара 19 по трубе 87, регуляторную головку Л, трубопроводу 81 направляется в подогреватель 21, в трубы большого диаметра и там, подогреваясь, выходит из подогревателя 21 по трубе 82 в золотниковую коробку 4; рычаг В опускает пусковой клапан 8 на свои седла и закрывает плотно проход воздуха в цилиндр двигателя 2; всасывающие клйпаны нефтенасоса вводятся в действие, при чем нефть начинает подаваться к форсунке 9; рычаг Г устанавливает кран 23 для подачи холодной воды; краны 24 соединяют продувочный насос с атмосферой; посредством крана 24 достигается

выключение цилиндра И из двигателя и переключение для подачи продувочного воздуха.

Работа на нефти. В первый момент работа-тепловоза может быть комбинированная: одна полость работает на нефти, а другая на воздухе; затем можно перейти на работу топливом обеих полостей цилиндра. Весь процесс работы совершается в два такта. Период продувки и зарядки управляется особым продувочно-выхлопным золотником 6. Продувочный воздух из резервуара 20 направляется в подогреватель 21; из подогревателя по трубе 89 он направляется к продувочно- распределительному зо лотнику б, а оттуда по коротким трубам 90 через продувочно-зарядные окна; он продувает цилиндр двигателя 2 - от оставшихся продуктов горения. Отработанные газы уходят в другой ряд выхлопных окон, и через другую трубу 90, золотник б, трубу 91 газы уносятся в подогреватель 21. Здесь в подогревателе отдается часть тепла продувочному и пусковому воздуху. Из этого подогревателя 21 газы уходят по трубе 57 в атмосферу. Процесс вдувания топлива и подачи воздуха для распыления осуществляется путем нагнетания горючего насосом, приводимым в движение от золотниковой скалки распределительного золотника 4. Подача воздуха для распыления управляется золотником 4 и подводится трубами 88 к форсункам 9.

Зарядка цилиндра происходит подогретым воздухом до 7 200-300° С давление воздуха 1,1 до 2,0 ат. Поднятие конечной температуры до пределов загорания нефти (7 С и выще) достигается механическим сжатием подогретого воздуха. В разогретую среду воздуха, термически-путем подогрева и механически-путем сжатия, вводится горючее, которое, распыляясь разогретым сжатым воздухом, дает надежную работу на малых оборотах. Таким образом разрешается вопрос трогания и особенно вопрос

разгона тепловоза, обусловливаемое малым расходом воздуха и надежным переходом на нефть. Регулировка подачи топлива и воздуха для распыления в пределах от 10 до 50% наполнения цилиндра имеет целью разрешить широкое изменение среднего индикаторного давления в тех же пределах, как и в паровозе. Регулировкой посредством кулисно-золотникового распределителя и термической подготовкой условий загорания горючего имеется в виду получить надежность работы предлагаемого тепловоза. Отношение максимума и минимума среднего индикаторного давления в паровозе 10: 2/2 4; в двигателе предлагаемого тепловоза оно будет 15:4 . Подогревом всех видов рабочей среды продувочного воздуха, распыливаюш,его и пускового, имеется в виду получить возможность форсировать двигатель в широких пределах;

Холостой ход. Подготовительные операции для этой работы тепловоза состоят в том, что прежде всего следует прекратить подачу топлива: рычагом В поднимаются всасывающие клапаны нефтенасоса и поднимаются вместе с ними и пусковые клапаны; регулятор А необходимо закрыть и прекратить подачу воздуха; рычаг/ оставляют в том же положении (кран 23- для подачи холодной воды, а кран 24-для всасывания из атмосферы). После выполнения всего отмеченного начинает работать байпас 10.

Торможение и остановка тепловоза осуществляются, как в паровозе: применяется кран машиниста и воздухопроводная сеть (здесь отпадает потребность в насосе, так как воздух имеется в тепловозе с избытком).

Работа добавочного двигателя 31- 32. При стоянке тепловоза фрикц. бегунок поднят. Регулятор D открывает впуск воздуха для распыливания через регуляторную головку D, он направляется к золотнику 44 и идет подводящими трубами 74-75 к цилиндрам 31 двигателя 31-32.

Работа на нефти. Включение нефтенасоса для подачи топлива в цилиндры двигателя, которые работают в два такта, дает переход от пускового режима на рабочее. Продувочный воздух для питания двигателя получается от вентилятора 45, приводимого в движение от оси 38 фрикционного бегунка 39. По трубе 50 воздух гонится в холодильник, наполняемый горячей водой, получаемой от охлаждения цилиндров главн. двигателя и цилиндров двигателя и компрессора добавочной установки. В холодильнике отнимается тепло; охлажденная вода направляется опять для охлаждения цилиндров; воздух от холодильника нагнетается по трубе 51 в золотниковую коробку 42 продувочного насоса 33: одна сторона насоса нагнетает воздух трубой 52 в ресивер 53, от которого питаются продувочные окна цилиндров двигателя 31-32 по подводящим трубам 54. Вторая полость насоса через трубы 58-60, золотник 43 и трубопровод 61 питает вторую ступень насоса. Последний через трубы 61, тот же золотник 43 и трубопровод 62 питает второй ресивер 63; от него по трубопроводам 64, правой стороне того же золотника 43 и по трубе 65 питается третья ступень компрессора. Последняя по трубе 65, через правую сторону золотника 43, по трубе 67 питает третий ресивер 66. От этого ресивера 66 через трубопровод 68 питается пусковой резервуар 18 и от него же по трубе 69 через золотник 44 питается по трубе 70 четвертая ступень компрессора. От последней, через те же трубы 70, золотник 44 и трубу 71 питается резервуар 19 воздуха для распыливания. При работе на нефти выхлопные газы отводятся от двигателя по трубам 55 к подогревателю 22 пускового воздуха. От подогревателя 22 отработанные газы идут по трубам 56-91 в подогреватель 21, а оттуда по трубе 57 в атмосферу. Правая сторона вспомогательн. установки (полость 31 - 32) может работать комбинированным способом: на нефти, когда нужна большая мощность от вспомогательной установки, или как четвертая ступень компрессора.

Действие фрикционного бегунка. При поднятом бегунке (при движении тепловоза) связь была установлена с главн. двигателем термически-пневматическая; при опущенном бегунке, движении тепловоза и работе двигателя внутрен. горения, к вспомогательной установке добавляется еще третья связь- фрикционно - механическая; когда рельс сцеплен с фрикционным бегунком, вспомогат. установка использована также для прямого назначения как и главный двигатель; тогда добавочный двигатель является активной машиной, которая работает совместно с главной..

Видоизменение предлагаемого тепловоза изображено на фиг. 2 схематического чертежа. В вспомогательном двигателе и компрессоре 31-32 движущиеся части соединены посредством скалки 34 и серег 34а с балансиром 35, который, в свою очередь, другим концом соединяется посредством тяги 36 с крейцкопфом продувочного насоса 33. Крейцкопф насоса соединяется посредством шатуна 37 с кривошипом оси 38 фрикц. бегунка 39.

Продувочный насос, выделенный в отдельный цилиндр 33, работает в лучших условиях и потому подача воздуха будет выполнена более совершенно. Продувочный насос может работать комбинированно (он используется в двух направлениях, как продувочный насос и как первая ступень сжатия компрессора).

Соединение газовых и воздушных поршней 30-31 а на одних и тех же скалках 34 дает увеличение коэфф. полезного действия.

Воздушный цилиндр компрессора (третья ступень) может обращаться в сожигательный цилиндр двигат. внутрен. горения; этот комбинированный цилиндр допускает поднятие мощности вспомогательной машины в двойном размере, так как трогание и разгон требует значительной подачи пускового воздуха.

Работа цилиндра двигателя на нефти выполняется двумя полостями. Первая полость цилиндра 31 с поршнем работает, как двигатель всегда, когда необходима минимальная par бота от вспомогательного двигателя. Вторая полость цилиндра 31 - стронковым поршнем 30, при обычных условиях работает, как компрессор. Полость 31 а высшего давления компрессора 31-32 переводится на работу, как двигатель. При разгоне тепловоза, когда необходима подача большого количества пускового воздуха, эта полость цилиндра 31 обращается из компрессора в двигатель и работает также по двухтактному принципу. Вследствие добавления мощности, добавочный двигатель развивает таковую в двойном размере, чем и обеспечивается трогание и разгон (развитие скорости тепловоза под действием сжатого воздуха). В разгоночный период поездной службы тепловоза добавочным двигателем подается только пусковой воздух, для работы под действием воздуха главного двигателя; для добавочного двигателя питание продувочным и распыливающим воздухом обеспечено из запасных резервуаров, заряжаемых вспомогательной машиной. Питание распыливающим воздухом двух форсунок 58 полостей цилиндров 31 производится по трубопроводу 57 и 51 из резервуара 22. Питание продувочным воздухом двух цилиндров через окна 45 осуществляется через трубопровод 44 от главной магистрали 42, через узел 43 из резервуара 24. Отработанные газы из двух цилиндров через окна 59 отводятся по трубопроводу 60 в глушитель 28. Продувка, зарядка, сжатие, вдувание топлива, сгорание его, расширение и выхлоп в цилиндрах добавочного двигателя протекает по двухтактному принципу.

Подаче сжатого пускового воздуха и его засасывание производится следующим образом: продувочным насосом 33 посредством поршня ЗЗй засасывается воздух из атмосферы через всасывающие клапаны 40; далее, передняя полость цилиндра 33 нагнетает воздух через клапан 41 и трубопровод 42 в продувочный резервуар 24. Другая сторона поршня ЗЗа задней полости цилиндра 33 нагнетает воздух по ответвлению 42а к всасывающему клапану 40 полости цилиндра 32 с тронковым поршнем 30 (это- вторая ступень сжатия пускового воздуха). Нагнетание сжимаемого воздуха во второй ступени производится через клапан 41 в трубопровод 46а, который является ответвлением от трубопровода 46 для подвода воздуха к всасывающему клапану 47 третьей ступени компрессора. Из третьей ступени нагнетание производится кольцевым пространством поршня 30 и нагнетается через клапан 48 и кран б2а . в магистраль 62; дальше, по воздухопроводу 54 питается пусковой резервуар 22.

Подача воздуха для распыливания. Когда тепловоз получил достаточный разгон, необходимо уменьшить подачу пускового воздуха и заменить ее подачей распыливающего воздуха, что соответствует переходу главного двигателя тепловоза на работу нефтью. Тогда комбинированная полость 31 тронковым поршнем переключается на нефть и переходит на работу, как компрессор первой или четвертой ступени распыливающего воздуха.

Компрессор одноступенчатый. Воздух, подводимый трубой 44, сжимается до нормы распыливающего воздуха; через клапан 50 трубопровод 51 нагнетается в резервуар 23 для распыливания.

Компрессор четвертой ступени. На трубопроводах 44 и 60 у продувочных щелей (выходных) имеются клапаны, которые в данный момент закрыты; тогда воздух, нагнетаемый из кольцевой полости через клапан 48 и трубопровод, подводится к всасывающему клапану 49 комбинированной полости цилиндра 31. Дальше воздух в данной полости сжимается и через клапан 50 и трубопровод 51 нагнетается в резервуар 23. Таким образом получается четырехкратное сжатие воздуха.

Предмет патента.

1.Тепловоз, характеризующийся совокупным применением: а) главного двигателя 2, приводящего в движение при помощи шатуна и спарников ведущие колеса тепловоза и работающего при пуске в ход сжатым воздухом на обеих или одной стороне поршня, при нормальной же работе-горением на обеих сторонах, при чем отработавший воздух отводится по трубе 84 в подогреватель 22, а отработавшие газы-по трубе 91 в подогреватель 21, цилиндр, крышки и поршень какового двигателя при пуске в ход обогреваются теплой водой, подводимой по трубе 92 через кран 23, а при нормальной работе, охлаждаются водой, подводимой по трубе 94 через кран 28; б) продувочного насоса 11, получающего движение от ведущих колес и подающего продувочный воздух по трубе 86 в резервуар 20, при пуске же в ход служащего для последующего расширения воздуха, притекающего из подогревателя 22 по трубе 85; в) кулисы 5 цилиндра 2 и кулисы 17 цилиндра 11, перестанавливаемых одновременно рычагом реверса Б; г) добавочного двигателя 31 -32, приводящего в движение фрикционный бегунок 39 и подающего пусковой воздух в резервуар 18 и распыливающий воздух в резервуар 19, и д) подогревателя 21 для подогрева продувочного, пускового и распыливающего воздуха, обогреваемого отработавшими газами главного и вспомогательного двигателя.

2.Видоизменение охарактеризованного в п. 1 тепловоза, отличаю