Система прогрева двигателя тепловоза маневрового с прибором-датчиком контроля и учета расхода дизельного топлива

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к автономным системам прогрева тепловозов при горячем простое, а также относится к железнодорожному локомотивному хозяйству, где тепловозы имеют аккумуляторные батареи, водяную систему охлаждения дизеля, масляную и топливную системы, топливные баки, выхлопную систему для удаления продуктов сгорания топлива в атмосферу. Полезная модель обеспечивает автономное поддержание заданного теплового режима дизельного двигателя тепловоза, а также систему подогрева и подачи смазки при низкой температуре окружающей среды. Автономная система прогрева имеет один или два последовательно установленных подогревателя, водяной контур которых подключен напрямую и к системе охлаждения дизеля и к контуру подогрева масла через водомасляный теплообменник, который содержит дополнительный циркуляционный масляный насос, подсоединенный напорными магистралями к масляной системе тепловоза. Соединительные трубопроводы имеют в своем составе запорную арматуру для переключения режимов охлаждения и нагрева. Модуль отопления кабины машиниста состоит из импульсного топливоподкачивающего насоса и фильтра очистки воздуха, поступающего в воздушный отопитель. Питание подогревателей осуществляется по средствам подключения к дополнительному топливному баку системы прогрева тепловоза, наполняемому топливоподкачивающим насосом. Топливо забирается из основного бака тепловоза и через модуль подогрева, фильтрации и защиты от парафинирования подается в бак системы прогрева «ПАССАТ». Подогреватели оснащены насосами для подачи воды в контуры циркуляции, системой вентиляции для удаления продуктов сгорания топлива в атмосферу через выхлопную систему, выведенную за пределы кузова тепловоза. Подогреватели, насосы, электромагнитные клапаны и другие потребители подключены к источнику электропитания через модуль питания, контроля и управления к дополнительным аккумуляторным батареям, обеспечивающим автономную работу системы прогрева. Модуль питания, контроля и управления обеспечивает подзарядку аккумуляторных батарей автономной системы прогрева от генератора тепловоза или от внешнего источника питания; защиту оборудования системы прогрева по силовым цепям; подачу рабочих напряжений к потребителям через блок преобразования и стабилизации напряжения, а также осуществляет управление прогревом по заданному программируемым контроллером алгоритму работы системы прогрева. Модуль питания, контроля и управления обеспечивает сбор, анализ, и передачу информации от датчиков контроля теплового режима в контурах системы охлаждения дизеля и масляной системы, окружающего воздуха, напряжения на аккумуляторных батареях на пульт управления в тепловозе. Также возможна передача информации по протоколу GPRS на удаленный сервер; визуализация режимов штатной и аварийной работы потребителей на пульте с ручным и автоматическим управлением посредствам процессора управления режимами работы подогревателей; оповещение звуком и световой сигнализацией на пульте управления в тепловозе, а ответственных лиц, эксплуатирующих систему, путем передачи данных по протоколу GPRS на заранее запрограммированные номера сотовых телефонов по каналам беспроводной связи стандарта GSM. Блок визуализации на пульте управления и в интерфейсном окне программного обеспечения на удаленном сервере отображает цифровые и графические значения установок параметров и текущего состояния температур масляного и охлаждающего контуров тепловоза в режиме ожидания и состояние системы прогрева в ручном или автоматическом режиме поддержания рабочих значений теплоносителей. Система измерения расхода топлива измеряет давление, оказываемое топливом на датчики, установленные по диагонали в баке тепловоза, осуществляет защиту от образования парафина в топливной системе, передает данные в модуль вычисления, анализа, индикации, передачи и хранения данных с возможностью передачи обработанных данных по протоколу GPRS, либо по беспроводному каналу GSM на удаленный сервер, с целью отслеживания заправок топливом, рационального использования при длительных горячих простоях, предотвращения несанкционированных сливов топлива.

Полезная модель относится к железнодорожному локомотивному хозяйству и предназначено для автоматического обеспечения заданного теплового режима дизельного двигателя тепловоза и его систем подачи смазки при низкой температуре окружающей среды.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Способ обогрева водяной системы тепловоза и устройство для его осуществления, патент РФ 2169274, 20.06.2001, БИ 17, 2001». В данном патенте описана система для обогрева водяной системы тепловоза, которая содержит установленные на тепловозе дизель, тяговый генератор, вспомогательный генератор, аккумуляторную батарею, систему пуска-остановки дизеля, два термореле, блок контроля возбуждения вспомогательного генератора, блок контроля самостоятельной работы дизеля на топливе и автоматический двухпозиционный регулятор температуры воды. Первое термореле установлено на элементе, скорость нагрева и охлаждения которого минимальна (т.е. на элементе с наибольшей теплоемкостью), второе термореле - на элементе, скорость нагрева и охлаждения которого максимальна (т.е. на элементе с наименьшей теплоемкостью). Выходы термореле блоков и связаны со входом регулятора, выход которого подключен ко входу системы пуска-остановки дизеля, взаимодействующей с тяговым генератором. Вспомогательный генератор подключен ко входу блока контроля возбуждения вспомогательного генератора. При снижении температуры в точке контроля до ее заданного значения штатная система запуска дизеля приводится в действие. В процессе работы дизеля на холостом ходу водяная система дизеля тепловоза прогревается.

Недостатком данного устройства является повышенный расход топлива за счет того, что часть энергии топлива расходуется на механические потери в дизеле и на привод его вспомогательных агрегатов.

Задачей полезной модели является повышение эффективности использования топлива при прогреве тепловозов маневровых.

Технический результат полезной модели - снижение расхода топлива и снижение объема вредных выбросов.

Технический результат достигается за счет того, что автономная система прогрева маневрового тепловоза при длительном горячем простое включает, согласно полезной модели, модуль подогрева охлаждающей жидкости (воды) с одним или двумя подогревателями и модуль подогрева масла, которые подключены к штатной системе охлаждения и масляной системе дизеля тепловоза соответственно, модуль питания, контроля и управления, состоящий из блока управления модулями подогрева охлаждающей жидкости и масла, контролера управления, датчиков температуры охлаждающей жидкости, масла и окружающей среды, пульта управления, блока приема, анализа и передачи данных по беспроводному каналу GSM на основной сервер, и источник электропитания, причем система дополнительно содержит водомасляный теплообменник, подключенный с одной стороны через трубопровод и регулирующую арматуру к выкидной линии модуля подогрева охлаждающей жидкости, а с другой стороны через дополнительный масляный насос и регулирующую арматуру к основной масляной магистрали тепловоза, дополнительный топливный бак для подачи топлива к подогревателям модуля подогрева охлаждающей жидкости и модуля обогрева кабины машиниста, выполненный с возможностью заполнения от основной топливной магистрали за счет избыточного давления, создаваемого в ней во время работы штатного топливоподкачивающего насоса дизеля тепловоза, систему измерения расхода топлива.

Дополнительно, в данной системе водомасляный теплообменник с одной стороны соединен с основной масляной магистралью посредством соединительной трубки, регулирующей арматуры, дополнительного масляного насоса, оснащенного фильтром и датчиком анализа состояния масла, и обратного клапана с трубкой, соединяющей картер дизеля со штатным маслопрокачивающим насосом, и с другой стороны посредством соединительной трубки соединен с трубкой, соединяющей штатный маслопрокачивающий насос с масляными секциями.

Дополнительно, в данной системе дополнительный топливный бак для подачи топлива к подогревателям модуля подогрева охлаждающей жидкости и модуля отопления кабины машиниста подключен к основной и обратной топливной магистрали дизеля тепловоза через отсекающий вентиль, дроссель, обратный клапан и штуцеры.

Дополнительно, в данной системе модуль питания, контроля и управления содержит контроллер, который имеет возможность проводить настройку, отладку, активный мониторинг режимов работы системы подогрева через блок приема-передачи данных по беспроводному каналу GSM, а также по средствам удаленного управления через основной сервер, при этом, модуль питания, контроля и управления дополнительно содержит блок управления источником электропитания, позволяющий производить контроль за уровнем напряжения источника электропитания с возможностью заряда от генератора тепловоза и источника переменного напряжения внешнего источника электропитания.

Дополнительно, в данной системе модуль отопления кабины машиниста выполнен в виде воздушного отопителя по средствам передачи восходящих тепловых потоков от магистралей систем охлаждения, проходящих под полом кабины машиниста с возможностью разделения разогретого воздушного потока и его подачи в отсек источника электропитания.

Дополнительно, система измерения расхода топлива выполнена в виде устанавливаемых в топливный бак тепловоза фильтров топлива, предотвращающих парафинирование дизельного топлива при понижении температуры окружающей среды; датчиков высокоточного измерения давления топлива с последующей передачей электрического сигнала в модуль вычисления, индикации, анализа; передачи и хранения данных с возможностью передачи данных по протоколу GPRS по беспроводному каналу GSM на удаленный сервер.

Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлен пример функциональной схемы заявленного устройства.

На фигуре:

1 - Модуль прогрева охлаждающей жидкости;

2 и 3 - подогреватели;

4 - насос циркуляционный;

5 - клапан обратной воды;

6 - фильтр воды;

7 и 8 - клапана обратной воды;

9 - насос циркуляционный;

10 - кран спуска воздуха автоматический;

11 - кран спуска воздуха ручной;

12 - секции охлаждения холодного контура;

13 - секция охлаждения горячего контура;

14 - баки расширительные;

15 - штатный насос дополнительного контура;

16 - штатный насос основного контура;

17 - теплообменник водомасленный;

18 - охладитель наддува воздуха;

19 - калорифер;

20 - ступенька отапливаемая;

21 - турбонагнетатель;

22 - дизель;

23 - коллектор горячий;

24 - коллектор холодный;

25 - модуль подогрева масла;

26 - фильтр грубой очистки;

27 - насос масляный штатный;

28 - клапан обратный масла;

29 - дополнительный масляный насос;

30 - датчики температуры;

31 - система топливная;

32 - топливоподкачивающий насос;

33 - Фильтр SEPAR;

34 - датчик уровня топлива;

35 - бак топливный дополнительный;

36 - клапан обратный топлива;

37 - дроссель;

38 - фильтр грубой очистки;

39 - бак топливный основной;

40 - датчики уровня топлива;

41 - топливо-подогреватель;

42 - модуль обогрева кабины машиниста;

43 - подогреватель-отопитель воздушный кабины машиниста;

44 - насос топлива импульсный.

Автономная система прогрева маневрового тепловоза при длительном горячем простое включает, модуль 1 подогрева охлаждающей жидкости (воды) с одним или двумя подогревателями (2 и 3) и модуль 25 подогрева масла, которые подключены к штатной системе охлаждения и масляной системе дизеля 22 тепловоза соответственно, модуль питания, контроля и управления, состоящий из блока управления модулями подогрева охлаждающей жидкости и масла, контролера управления, датчиков 30 температуры охлаждающей жидкости, масла и окружающей среды, пульта управления, блока приема, анализа и передачи данных по беспроводному каналу GSM на основной сервер, и источник электропитания, причем система дополнительно содержит водомасляный теплообменник 17, подключенный с одной стороны через трубопровод и регулирующую арматуру к выкидной линии модуля 1 подогрева охлаждающей жидкости, а с другой стороны через дополнительный масляный насос 29 и регулирующую арматуру к основной масляной магистрали тепловоза, дополнительный топливный бак 35 для подачи топлива к подогревателям 2 и 3 модуля 1 подогрева охлаждающей жидкости и модуля 42 обогрева кабины машиниста, выполненный с возможностью заполнения от основной топливной магистрали за счет избыточного давления, создаваемого в ней во время работы штатного топливоподкачивающего насоса 32 дизеля 22 тепловоза, систему измерения расхода топлива.

Водомасляный теплообменник 17 с одной стороны соединен с основной масляной магистралью посредством соединительной трубки, регулирующей арматуры, дополнительного масляного насоса 29, оснащенного фильтром 26 и датчиком анализа состояния масла, и обратного клапана с трубкой, соединяющей картер дизеля 22 со штатным маслопрокачивающим насосом 27, и с другой стороны посредством соединительной трубки соединен с трубкой, соединяющей штатный маслопрокачивающий насос 27 с масляными секциями.

Дополнительный топливный бак 35 для подачи топлива к подогревателям 2 и 3 модуля 1 подогрева охлаждающей жидкости и модуля 42 отопления кабины машиниста подключен к основной и обратной топливной магистрали дизеля 22 тепловоза через отсекающий вентиль, дроссель 37, обратный клапан 36 и штуцеры.

Модуль питания, контроля и управления содержит контроллер, который имеет возможность проводить настройку, отладку, активный мониторинг режимов работы системы подогрева через блок приема-передачи данных по беспроводному каналу GSM, а также по средствам удаленного управления через основной сервер, при этом, модуль питания, контроля и управления дополнительно содержит блок управления источником электропитания, позволяющий производить контроль за уровнем напряжения источника электропитания с возможностью заряда от генератора тепловоза и источника переменного напряжения внешнего источника электропитания.

Модуль 42 отопления кабины машиниста выполнен в виде воздушного отопителя 43 по средствам передачи восходящих тепловых потоков от магистралей систем охлаждения, проходящих под полом кабины машиниста с возможностью разделения разогретого воздушного потока и его подачи в отсек источника электропитания.

Система измерения расхода топлива выполнена в виде устанавливаемых в топливный бак 39 тепловоза фильтров топлива, предотвращающих парафинирование дизельного топлива при понижении температуры окружающей среды; датчиков высокоточного измерения давления топлива с последующей передачей электрического сигнала в модуль вычисления, индикации, анализа; передачи и хранения данных с возможностью передачи данных по протоколу GPRS по беспроводному каналу GSM на удаленный сервер.

Система работает следующим образом.

При планируемом простое тепловозов - более 20 минут, с помощью пульта в ручном или автоматизированном режиме включают систему прогрева. Также возможно удаленное управление работой всех систем, контроль и мониторинг режимов работы всех устройств системы прогрева. После проведения сбора и анализа полученных данных о температурах окружающей среды, контуров системы охлаждения и масла, блок управления подает команду на включение водяных насосов 15 и 16 в контурах циркуляции обогревателей по заданной программе и, при необходимости, включает подачу топлива из дополнительного бака 35 на форсунки одного или двух подогревателей 2 или 3, с последующим включением режима нагрева. В дальнейшем происходит сравнительная оценка темпов нагрева теплоносителей в контрольных точках и автоматическое регулирование продолжительности работы подогревателей 2, 3 и насосов 15, 16 при обеспечении подержания параметров теплоносителей дизеля 22 тепловоза в заданных интервалах температур. Одновременно передаются данные о тепловых режимах, расходовании топлива и режимах работы системы на пульт управления и на удаленный сервер, которые при необходимости отключают системы питания обогревателей 2, 3, как по топливу, так и по энергоснабжению, при аварийных ситуациях.

Для переключения режимов прогрева система оснащена датчиками активного контроля температуры охлаждающей жидкости. По мере наполнения дополнительного топливного бака 35 подогретое и отфильтрованное от парафина топливо помимо подогревателей 2, 3 и отопителя 43 поступает в основной бак 39 тепловоза. Модуль питания, контроля и управления обеспечивает подзарядку аккумуляторных батарей системы прогрева от генератора тепловоза или от внешнего источника питания; защиту оборудования системы прогрева по силовым цепям; подачу рабочих напряжений к потребителям через модуль преобразования и стабилизации напряжения; осуществляет управление прогревом по заданному программируемым контроллером алгоритму работы системы прогрева; обеспечивает сбор, анализ, хранение и передачу информации от основных исполнительных устройств, подсистем и датчиков контроля теплового режима в контурах системы охлаждения дизеля, масляной системы, окружающего воздуха и напряжения на аккумуляторных батареях на пульт управления в тепловозе, а также по протоколу GPRS на удаленный сервер.

Визуализация режимов штатной и аварийной работы системы осуществляется на пульте с ручным и автоматическим управлением посредствам процессора управлением режимами работы подогревателей 2 и 3. Оповещение звуком и световой сигнализацией на пульте управления в кабине машиниста тепловоза, а ответственных лиц, эксплуатирующих систему, путем передачи русифицированных текстовых сообщений на заранее запрограммированные номера сотовых телефонов по каналам беспроводной связи стандарта GSM нескольких операторов. Модуль визуализации на пульте управления и в интерфейсном окне программного обеспечения на удаленном сервере отображает: полную мнемосхему работы системы, цифровые и графические значения параметров работы всех модулей и узлов системы и текущего состояния температур масляного и охлаждающего контуров тепловоза в режиме ожидания, а также состояние системы прогрева в ручном или автоматическом режиме поддержания рабочих значений теплоносителей в реальном времени. Система измерения расхода топлива измеряет температуру топлива и давление, оказываемое топливом на взрывобезопасные емкостные датчики с блоками искрозащиты на стабилитронах, установленные по диагонали в основном баке 39 тепловоза и баке 35; передает данные на модуль вычисления, индикации, передачи и хранения данных. Возможность хранения и автоматической передачи данных по протоколу GPRS по беспроводному каналу GSM на удаленный сервер предназначена для отслеживания в режиме реального времени заправок топливом, рационализации использования оборудования при длительных горячих простоях, а также предотвращения несанкционированных сливов топлива.

Преимущество предлагаемой системы от известных достигается тем, что сокращается расход топлива при штатном простое за счет остановки дизелей и автоматическом регулировании тепловой мощности обогревателей в соответствии с погодной обстановкой как на месте с пульта управления системой, так и через удаленный сервер; также за счет сокращения объема вредных выбросов в атмосферу, что, соответственно, способствует улучшению экологической обстановки, ведет к сокращению амортизации дизелей и аппаратуры тепловозов. Также система позволяет осуществлять горячий простой в аварийных и ремонтных ситуациях, когда прогрев дизеля невозможен. Автоматизация процесса поддержания необходимого теплового режима систем тепловоза приводит к повышению готовности тепловозов к выходу из простоя, а также слежению за рациональным расходованием топлива, масла и охлаждающей жидкости в реальном времени и предотвращает несанкционированные сливы топлива.

1. Автономная система прогрева маневрового тепловоза при длительном горячем простое, включающая модуль подогрева охлаждающей жидкости с одним или двумя подогревателями и модуль подогрева масла, которые подключены к штатной системе охлаждения и масляной системе дизеля тепловоза соответственно, модуль питания, контроля и управления, состоящий из блока управления модулями подогрева охлаждающей жидкости и масла, контроллера управления, датчиков температуры охлаждающей жидкости, масла и окружающей среды, пульта управления, блока приема, анализа и передачи данных по беспроводному каналу GSM на основной сервер, и источник электропитания, причем система дополнительно содержит водомасляный теплообменник, подключенный с одной стороны через трубопровод и регулирующую арматуру к выкидной линии модуля подогрева охлаждающей жидкости, а с другой стороны через дополнительный масляный насос и регулирующую арматуру к основной масляной магистрали тепловоза, дополнительный топливный бак для подачи топлива к подогревателям модуля подогрева охлаждающей жидкости и модуля обогрева кабины машиниста, выполненный с возможностью заполнения от основной топливной магистрали за счет избыточного давления, создаваемого в ней во время работы штатного топливоподкачивающего насоса дизеля тепловоза, систему измерения расхода топлива.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что водомасляный теплообменник с одной стороны соединен с основной масляной магистралью посредством соединительной трубки, регулирующей арматуры, дополнительного масляного насоса, оснащенного фильтром и датчиком анализа состояния масла, и обратного клапана с трубкой, соединяющей картер дизеля со штатным маслопрокачивающим насосом, и с другой стороны посредством соединительной трубки соединен с трубкой, соединяющей штатный маслопрокачивающий насос с масляными секциями.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный топливный бак для подачи топлива к подогревателям модуля подогрева охлаждающей жидкости и модуля отопления кабины машиниста подключен к основной и обратной топливным магистралям дизеля тепловоза через отсекающий вентиль, дроссель, обратный клапан и штуцеры.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль питания, контроля и управления содержит контроллер, который имеет возможность проводить настройку, отладку, активный мониторинг режимов работы системы подогрева через блок приема-передачи данных по беспроводному каналу GSM, а также по средствам удаленного управления через основной сервер, при этом модуль питания, контроля и управления дополнительно содержит блок управления источником электропитания, позволяющий производить контроль за уровнем напряжения источника электропитания с возможностью заряда от генератора тепловоза и источника переменного напряжения внешнего источника электропитания.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль отопления кабины машиниста выполнен в виде воздушного отопителя по средствам передачи восходящих тепловых потоков от магистралей систем охлаждения, проходящих под полом кабины машиниста с возможностью разделения разогретого воздушного потока и его подачи в отсек источника электропитания.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что система измерения расхода топлива выполнена в виде устанавливаемых в топливный бак тепловоза фильтров топлива, предотвращающих парафинирование дизельного топлива при понижении температуры окружающей среды; датчиков высокоточного измерения давления топлива с последующей передачей электрического сигнала в модуль вычисления, индикации, анализа; передачи и хранения данных с возможностью передачи данных по протоколу GPRS по беспроводному каналу GSM на удаленный сервер.